(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ  ：０．０２〜０．１５％、
Ｍｎ：０．０５〜１．８％、
Ｓ  ：０．２０〜０．４９％、
Ｏ  ：０．０１超え〜０．０３％、
Ｃｒ：０．３〜２．３％（以上、ｍａｓｓ％）、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、下記条件Ｃｒ／Ｓ比：２〜４．５９を満足することを特徴とする低炭素快削鋼。
【請求項２】
Ｓｉ：０．１％以下、
Ｐ  ：０．０１〜０．１２％、
Ａｌ：０．０１％以下（以上、ｍａｓｓ％）
をさらに含有することを特徴とする、請求項１記載の低炭素快削鋼。
【請求項３】
Ｃａ：０．０００１〜０．０００５％、
Ｐｂ：０．０１〜０．０３％、
Ｓｅ：０．０２〜０．３０％、
Ｔｅ：０．１〜０．１５％、
Ｂｉ：０．０２〜０．２０％、
Ｓｎ：０．００３〜０．０２０％、
Ｂ  ：０．００４〜０．０１０％、
Ｎ  ：０．００５〜０．０１５％、
Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、
Ｔｉ：０．００３〜０．０９０％、
Ｖ  ：０．００５〜０．２００％、
Ｚｒ：０．００５〜０．０９０％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０％（以上、ｍａｓｓ％）
の内の少なくとも１種をさらに含有することを特徴とする、請求項１または２記載の低炭素快削鋼。
【請求項４】
長径１０μｍ以上の粒径を有する硫化物系介在物が、全硫化物系介在物の９０％以上を占めることを特徴とする、請求項１から３の内の何れか１つの低炭素快削鋼。
【請求項５】
フェライト・パーライト組織を有し、旧オーステナイト粒径が粒度番号７超えであることを特徴とする、請求項１から４の内の何れか１つの低炭素快削鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低炭素快削鋼、特に、被削性向上元素である鉛および硫黄を含有した快削鋼の代替鋼に関するものであり、さらには、鉛を添加せずとも、もしくは、従来の添加量０．１５〜０．３５％から大幅に減じた量の添加で、低炭素硫黄鉛複合快削鋼と同等以上の被削性を有する快削鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
低炭素硫黄鉛快削鋼は、快削元素として、鉛（Ｐｂ）および硫黄（Ｓ）添加により、その快削化を図っている。
【０００３】
しかしながら、Ｐｂは、地球環境問題から使用を抑制される動きが出ている。そこで、これに対応するため、特開平９−２５５３９号公報には、Ｐｂ非添加型の快削非調質鋼が開示されている。以下、これを従来技術１という。また、同様に特開２０００−１６０２８４には、Ｐｂ非添加型の快削鋼が開示されている。以下、これを従来技術２という。一方、特公平２−６８２４号公報には、ＭｎよりＳと化合物を作り易いＣｒを添加することにより、ＭｎＳをＣｒＳに変化させて、被削性に優れた快削鋼が開示されている。以下、これを従来技術３という。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１は、対象とする鋼種がＣ：０．２〜０．６％を含有した非調質鋼であると共に、特殊な元素であるＮｄを用いているため、低コスト化を考えた場合に不安である。また、従来技術２は、Ｓを大量に添加しているが、熱間延性の観点から不安である。一方、従来技術３では、成分としては、Ｍｎ添加量を減じ、ＣｒおよびＳの添加ではあるが、Ｃｒの添加量は、３．５〜５．９％にも及ぶので、低コスト化を考えた場合に不安であると共に、大量のＣｒＳの生成は、材料溶製の困難性が増すため不利である。
【０００５】
この発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、鉛を添加せずとも、もしくは、従来の添加量から大幅に減じた量の添加で、低炭素硫黄鉛複合快削鋼と同等以上の被削性を有する快削鋼を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題達成のために鋭意研究を重ねた。この結果、以下のような知見を得た。
【０００７】
（１）Ｃｒ、ＭｎおよびＳの適量添加ならびにＣｒ／Ｓ比の適正化により、適量の硫化物に対し、その組成をＳ−Ｃｒ−Ｍｎの複合系とすると、この複合系組成の硫化物系介在物は、熱間加工時における伸長を抑制するので、大型で、且つ、紡錘状の硫化物系介在物を得ることができる。
【０００８】
（２）同一Ｓ量で比較した場合、硫化物系介在物が大型であるほど、また、紡錘状に近いほど被削性が向上することは従来から知られているが、この発明においても硫化物系介在物が大型且つ紡錘状であるので、切屑処理性、表面粗さを含めた被削性が著しく向上する。
【０００９】
（３）Ｓ量の上昇と共に被削性が向上することは従来から知られている。一方、熱間加工性あるいは機械的性質の異方性の問題からＳ量の上限値は存在する。この発明の硫化物系介在物は、大型で、且つ、紡錘状であるので、その上限値を上昇させることが可能となり、その結果、切屑処理性、表面粗さを含めた被削性が著しく向上する。
【００１０】
この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、下記を特徴とするものである。
【００１１】
請求項１記載の発明は、Ｃ：０．０２〜０．１５％、Ｍｎ：０．０５〜１．８％、Ｓ：０．２０〜０．４９％、Ｏ：０．０１超え〜０．０３％、Ｃｒ：０．３〜２．３％（以上、ｍａｓｓ％）、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、下記条件Ｃｒ／Ｓ比：２〜４．５９を満足することに特徴を有するものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、Ｓｉ：０．１％以下、Ｐ：０．０１〜０．１２％、Ａｌ：０．０１％以下（以上、ｍａｓｓ％）をさらに含有することに特徴を有するものである。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、Ｃａ：０．０００１〜０．０００５％、Ｐｂ：０．０１〜０．０３％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０％、Ｔｅ：０．１〜０．１５％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０％、Ｂ：０．００４〜０．０１０％、Ｎ：０．００５〜０．０１５％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０％、Ｖ：０．００５〜０．２００％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０％（以上、ｍａｓｓ％）の内の少なくとも１種をさらに含有することに特徴を有するものである。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１から３の内の何れか１つの発明において、長径１０μｍ以上の粒径を有する硫化物系介在物が、全硫化物系介在物の９０％以上を占めることに特徴を有するものである。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１から４の内の何れか１つの発明において、フェライト・パーライト組織を有し、旧オーステナイト粒径が粒度番号７超えであることに特徴を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、この発明における数値の限定理由について説明する。
【００１８】
Ｃ：０．０２〜０．１５ｍａｓｓ％
Ｃは，鋼の強度および被削性に大きな影響を及ぼすので重要な元素である。しかし、その含有量が０．０２ｍａｓｓ％未満では、十分な強度が得られない。一方、その含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超えると、強度が高くなりすぎて、被削性が劣化する。従って、Ｃ含有量は、０．０２〜０．１５ｍａｓｓ％、好ましくは、０．０２〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００１９】
Ｓｉ：０．１ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、脱酸元素であり、この酸化物は硫化物の生成核として作用し、硫化物の生成を促進し硫化物を微細化し、切削工具寿命を劣化させることから、工具寿命を更に延ばしたい場合は、０．１ｍａｓｓ％以下、好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％以下に低減した方が良い。
【００２０】
Ｍｎ：０．０５〜１．８ｍａｓｓ％
Ｍｎは、被削性に重要な硫化物形成元素である。しかし、その含有量が０．０５ｍａｓｓ％未満では、硫化物量が少ないために十分な被削性が得られないので、下限を０．０５ｍａｓｓ％以上、好ましくは、０．２２ｍａｓｓ％以上とする。一方、その含有量が１．８ｍａｓｓ％を超えると、硫化物が長く伸長して被削性が低下するので、上限を１．８ｍａｓｓ％、好ましくは、０．６０ｍａｓｓ％未満とする。
【００２１】
Ｐ：０．０１〜０．１２ｍａｓｓ％
Ｐは、切削加工時に構成刃先の生成を抑制することにより、仕上げ面粗さを低減させるのに有効な元素である。その含有率が０．０１ｍａｓｓ％未満では、十分な効果が得られず、一方、その含有率が０．１２ｍａｓｓ％を超えると、上記効果が飽和すると共に熱間加工性および延性の低下が著しい。従って、Ｐ含有量は、０．０１〜０．１２ｍａｓｓ％、好ましくは、０．０１〜０．０９ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２２】
Ｓ：０．２０〜０．４９ｍａｓｓ％
Ｓは、被削性に有効な硫化物形成元素である。しかし、その含有量が０．２０ｍａｓｓ％未満では硫化物量が少ないために被削性に対する効果が小さい。一方、その含有量が０．４９ｍａｓｓ％を超えると熱間加工性ならびに延性の低下が著しい。従って、Ｓ含有量は、０．２０〜０．４９ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２３】
Ｃｒ：０．３〜２．３ｍａｓｓ％
Ｃｒは、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長を抑制させるのに有効な元素であり、この作用により、被削性を向上させることができる、本発明の根幹に関わる重要な元素である。しかし、その含有量が０．３ｍａｓｓ％未満では、硫化物の伸長を抑制させる効果が充分でなく、伸長した硫化物が残存してしまうため、本来の充分な効果が期待できない。一方、２．３ｍａｓｓ％を超えて添加しても硫化物の伸長を抑制する効果が飽和し、過剰な量の添加は経済的に不利である。従って、Ｃｒ含有量は、０．３〜２．３ｍａｓｓ％、好ましくは、０．３〜１．５ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２４】
Ａｌ：０．０１ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様に脱酸元素であり、この酸化物は、硫化物の生成核として作用し、硫化物の生成を促進すると共に硫化物を微細化し、切削工具寿命を劣化させることから、工具寿命を更に延ばしたい場合は、０．０１ｍａｓｓ％以下、好ましくは、０．００３ｍａｓｓ％以下に低減した方が良い。
【００２５】
Ｏ：０．０１超え〜０．０３ｍａｓｓ％
Ｏは、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長を抑制するのに有効な元素であり、この作用により被削性を向上させることができる重要な元素である。しかし、その含有量が０．０１ｍａｓｓ％以下では、硫化物の伸長の抑制効果が十分ではなく、伸長した硫化物が残存して、本来効果が期待できない。一方、０．０３％を超えて添加しても硫化物の伸長抑制効果が飽和するため、および、過剰な量の添加は経済的に不利であると共に、ブローホール等の鋳造欠陥が発生するために上限を０．０３ｍａｓｓ％とする。
【００２６】
Ｃａ：０．０００１〜０．０００５ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０１〜０．０３ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１０〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４〜０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５〜０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０ｍａｓｓ％の内の少なくとも１種
Ｃａ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｂ、Ｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｇは、何れも被削性が重視される場合に添加される。しかし、その添加量がＣａ：０．０００１ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０１ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１０ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５未満では十分な効果が得られない。一方、Ｃａ：０．０００５ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０３ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００８０ｍａｓｓ％を超えて添加してもこの効果が飽和してしまい、また、経済的にも不利である。従って、Ｃａ：０．０００１〜０．０００５ｍａｓｓ％、Ｐｂ：０．０１〜０．０３ｍａｓｓ％、Ｓｅ：０．０２〜０．３０ｍａｓｓ％、Ｔｅ：０．１０〜０．１５ｍａｓｓ％、Ｂｉ：０．０２〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．００３〜０．０２０ｍａｓｓ％、Ｂ：０．００４〜０．０１０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００５〜０．０１５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００３〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．００５〜０．２００ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．００５〜０．０９０ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００８０ｍａｓｓ％の範囲内とする。
【００２７】
Ｃｒ／Ｓ比：２〜４．５９
Ｃｒ／Ｓ比は、圧延等の熱間加工時における硫化物の伸長の度合いを左右する重要なインデックスで、この比を限定することにより、被削性を向上させることのできる、所望の伸長度の硫化物が得られる。しかし、その比が２未満であると、Ｍｎ−Ｓ単独系の硫化物の生成により、伸長した硫化物が顕著となるために、被削性が劣化する。一方、その比が４．５９を超えると、硫化物の伸長を抑制する効果が飽和してしまう。従って、Ｃｒ／Ｓ比は、２〜４．５９、好ましくは、２〜４の範囲内とする。
【００２８】
ミクロ組織
ミクロ組織は、フェライト・パーライト主体の組織である。旧オーステナイト粒径は、大きい方が被削性に対して有利な方向にあるが、特には、細粒であっても被削性は良好である。製品の機械的性質の観点から言えば、粒度番号７番（ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１のオーステナイト粒度測定法による粒度）超えで細粒にする必要がある。
【００２９】
長径１０μｍ以上の硫化物系介在物
被削性に関しては、硫化物系介在物が大きく生成していた方が有利である。そのためには、長径１０μｍ以上である必要があり、且つ、その量が全硫化物系介在物の内、９０％以上を占める必要がある。
【００３０】
硫化物系介在物のアスペクト比
被削性に対しては、アスペクト比５超えの伸長した硫化物系介在物の量を限定する必要があるため、その割合は長径１０μｍ以上の硫化物系介在物の内、２０％未満とする必要がある。なお、アスペクト比の概念を図１に示す。
【００３１】
【実施例】
次に、この発明を実施例に従って詳細に説明する。
【００３２】
表１に示す、本発明の範囲内の化学成分組成を有する鋼(以下、本発明鋼という)Ｎｏ．１〜６、および本発明の範囲外の化学成分組成を有する鋼(以下、比較鋼という) Ｎｏ．７〜１１、ならびに参考例として、Ｎｏ．１２の低炭素硫黄鉛複合快削鋼の成分系をそれぞれ溶製し、鋳造断面４００ｍｍ×３００ｍｍ鋼塊に鋳造後、８０ｍｍ径の棒鋼に熱間圧延した。さらに、９２５℃に１時間加熱後、室温まで空冷する方法で焼ならし処理した。
【００３３】
【表１】
0003891558.tif 000002
【００３４】
上記のようにして製造された本発明鋼および比較鋼ならびに参考例の鋼からなる棒鋼の各々を、以下のような試験に供した。
【００３５】
硫化物系介在物の形態測定は、棒鋼の中間部の縦５．５ｍｍ×横１１ｍｍの領域に存在するもの全てについてＬ（長径、圧延方向の長さ）、ならびに、ｄ（厚み、圧延直角方向の長さ）を画像解析装置により測定し、長径１０μｍ以上の硫化物系介在物の占める割合、ならびに、長径１０μｍ以上の硫化物系介在物の内、アスペクト比５超えのものが占める割合を測定した。被削性試験は、表２に示す条件で実施し、評価した。
【００３６】
【表２】
0003891558.tif 000003
【００３７】
表３に試験結果を示す。また、図２には、代表特性値として、外削工具寿命（ＳＫＨ４）とドリル工具寿命との関係を示す。
【００３８】
【表３】
0003891558.tif 000004
【００３９】
表３から明らかなように、Ｎｏ．１〜６の本発明例は、何れもＮｏ．１２の参考例にある低炭素硫黄鉛複合快削鋼に比較して、良好な特性を有している。
【００４０】
これに対して、比較例Ｎｏ．７は、Ｍｎ量が本発明範囲を外れ、上限値以上のため、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４１】
Ｎｏ．８は、Ｓ量が本発明範囲を外れ、下限値以下のため、被削性に有効な硫化物系介在物総量の不足により、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４２】
Ｎｏ．９は、Ｃｒ量が本発明範囲を外れ、下限値以下のため、硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４３】
Ｎｏ．１０は、Ｏ量が本発明範囲を外れて少ないために、硫化物のアスペクト比が大きくなることによって、被削性が本発明鋼より劣っている。
【００４４】
Ｎｏ．１１は、Ｃｒ／Ｓ比が本発明範囲を外れ、下限値以下のため硫化物のアスペクト比が大きくなることにより、被削性が本発明鋼よりも劣っている。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、切り屑処理性、表面粗さを含めた被削性に優れた低炭素Ｓ−Ｃｒ−Ｍｎ複合快削鋼を得ることが可能となるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アスペクト比の説明図である。
【図２】外削工具寿命とドリル工具寿命との関係を示すグラフである。
【図１】
0003891558.tif 000005
【図２】
0003891558.tif 000006