(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０２〜０．０８％、
Ｓｉ：０．０２〜０．１０％、
Ｍｎ：０．１０〜０．４０％、
Ｐ：０．００５〜０．０３０％、
Ｓ：０．００５〜０．０４０％、
Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、
Ｂ：０．００５０〜０．０１５０％、
Ｎ：０．０１〜０．０２％、
Ｐｂ：０．００１〜０．００３％（以上、ｍａｓｓ％）、
残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、Ｎ／Ｂ比が０．８〜２．５の範囲内にあり、更に、下記（１）式
Ｆ＝Ｍｎ＋Ｓ＋Ｐｂ＋Ｂ＋Ｎ（ｍａｓｓ％）・・・・・・（１）
で表されるＦ値が０．３０以下であることに特徴とする、軟磁性に優れたＢＮ系快削鋼。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、軟磁性に優れたＢＮ系快削鋼、特に、磁気特性の内、磁束密度ならびに最大透磁率が高く、保磁力が低い、いわゆる軟磁性に優れた快削鋼に関するもので、ＰｂやＭｎＳ等の添加重量のかさむ快削元素を添加せずとも、もしくは、従来の添加量から大幅に減じた量の添加で、これらの快削元素を添加した快削鋼と同等以上の被削性を有し、且つ、軟磁性に優れた快削鋼を得ることを目的としたＢＮ系快削鋼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｐｂ快削鋼は、使い勝手の良さにより広く使用されている。しかし，昨今の地球環境問題に絡み、Ｐｂの使用を制限しようとする動きがある。これは、Ｐｂ快削鋼だけに限らず、ハンダや銃の弾といったものも含まれる。このような背景のもとにＰｂを含有しない非Ｐｂ快削鋼の要望が出て来つつある。
【０００３】
そこで、このような要望に対応するために、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、従来技術１という）。また、特開平１−２１９１４８号公報には、Ｐｂ以外の快削性介在物としてＢＮを使用した非調質鋼が開示されている（以下、従来技術２という）。また、特開平９−１５７７９１号公報には、熱間加工性に優れたＳ快削鋼が開示されている（以下、従来技術３という）。また、軟磁性に優れた鋼材の観点からは、特開平２−８３２３号公報（以下、従来技術４という）、あるいは、特開平２−１４５７２３号公報には、軟磁性に優れた鋼材が開示されている（以下、従来技術５という）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術１は、基本ベース成分が異なると共に、特殊な元素であるＮｄを用いているために、低コスト化を図ることができない。また、上記従来技術２は、軟磁性に対する記述が見当たらず、しかも、従来技術１と同様に、基本ベース成分系が異なる。また、従来技術３は、被削性についての記述は認められるが、軟磁性に対する記述が見当たらない。そして、上記従来技術４あるいは上記従来技術５には、軟磁性についての記述は認められるが、逆に、被削性に対する記述が見当たらない。
【０００５】
従って、この発明の目的は、ＰｂやＭｎＳ等の添加重量のかさむ快削元素を添加せずとも、もしくは、従来の添加量から大幅に減じた量の添加で、これらの快削元素を添加した快削鋼と同等以上の被削性を有し、且つ、軟磁性に優れた快削鋼を得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた。この結果、  添加重量のかさむＭｎＳやＰｂ等の快削元素の代替として、少ない添加重量で同等の被削性が得られるＢ、Ｎを添加すれば、従来鋼よりも鋼の高純度化を達成できて、軟磁性を向上させることが可能となるといった知見を得た。
【０００７】
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。
【０００８】
請求項１記載の発明は、Ｃ：０．０２〜０．０８％、Ｓｉ：０．０２〜０．１０％、Ｍｎ：０．１０〜０．４０％、Ｐ：０．００５〜０．０３０％、Ｓ：０．００５〜０．０４０％、Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、Ｂ：０．００５０〜０．０１５０％、Ｎ：０．０１〜０．０２％、Ｐｂ：０．００１〜０．００３％（以上、ｍａｓｓ％）、残部：Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、且つ、Ｎ／Ｂ比が０．８〜２．５の範囲内にあり、更に、下記（１）式
Ｆ＝Ｍｎ＋Ｓ＋Ｐｂ＋Ｂ＋Ｎ（ｍａｓｓ％）・・・・・・（１）
で表されるＦ値が０．３０以下であることに特徴を有するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の成分元素の限定理由について説明する。
【００１０】
Ｃ：０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％
Ｃは、鋼の強度および被削性および軟磁性に大きな影響を及ぼすので重要な元素である。しかしながら、Ｃ含有量が０．０２ｍａｓｓ％未満では、十分な強度が得られない。一方、Ｃ含有量が０．０８ｍａｓｓ％を超えると、強度上昇ならびにパーライト量が多くなりすぎて、被削性が劣化する。また、軟磁性もかなり劣化する。従って、Ｃ含有量は、０．０２〜０．０８ｍａｓｓ％の範囲内に限定すべきである。
【００１１】
Ｓｉ：０．０２〜０．１０ｍａｓｓ％
Ｓｉは、硬質の酸化物系介在物を形成すると共に、フェライトを硬化させ、これらによって被削性が劣化する。従って、Ｓｉ含有量の上限は、０．１０ｍａｓｓ％とする。また、Ｓｉ含有量が増えるにつれて、軟磁性も劣化する。但し、Ｓｉ含有量が低すぎると硬質のアルミナ系介在物が生成してくる傾向があり、これによって、被削性が劣化する。また、Ｓｉ含有量を低下させるほど脱Ｓｉコストがかかる。従って、Ｓｉ含有量は、０．０２〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲内に限定すべきである。
【００１２】
Ｍｎ：０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％
Ｍｎは、鋼の強度に影響を及ぼす元素であり、その含有量が０．１０％未満では十分な強度が得られない。一方、Ｍｎ含有量が０．４０％を超えると、ＭｎＳが多く生成して、被削性には有効に作用するが、軟磁性をかなり劣化させる。従って、Ｍｎ含有量は、０．１０〜０．４０ｍａｓｓ％の範囲内に限定すべきである。
【００１３】
Ｐ：０．００５〜０．０３０ｍａｓｓ％
Ｐは、工業的に鋼中に不可避的に混入して含有される元素であり、その含有量が０．０３０ｍａｓｓ％を超えると、軟磁性が劣化する。但し、Ｐ含有量が低すぎると被削性が劣化し、特に、表面粗さが劣化する傾向がある。また、Ｐ含有量を低下させるほど脱Ｐコストがかかる。従って、Ｐ含有量は、０．００５〜０．０３０ｍａｓｓ％の範囲内に限定すべきである。
【００１４】
Ｓ：０．００５〜０．０４０ｍａｓｓ％
Ｓは、工業的に鋼中に不可避的に混入して含有される元素であり、その含有率が０．０４０ｍａｓｓ％を超えるとかなり軟磁性を劣化させる。但し、Ｓ含有量が低すぎるとＭｎＳは、快削元素であるため被削性が劣化する。また、Ｓ含有量を低下させるほど脱Ｓコストがかかる。従って、Ｓ含有量は、０．００５〜０．０４０ｍａｓｓ％の範囲内に限定すべきである。
【００１５】
Ｂ：０．００５０〜０．０１５０ｍａｓｓ％
Ｂは、この発明の根幹に関わる重要な元素である。即ち、Ｂは、被削性の向上効果を有するＢＮを生成させるために必要な元素であり、同時に、快削元素ＢＮは、ＰｂやＭｎＳ等の添加重量のかさむ他の快削元素に比べて少ない添加量で、添加重量のかさむ快削元素と同等以上の被削性を得ることができる。また、少ない添加量で済むということは、従来鋼よりも鋼が高純度化されているということで、軟磁性の向上も図ることができる。しかしながら、Ｂ含有量が０．００５０ｍａｓｓ％未満では、被削性に十分な量のＢＮを生成することが出来ない。一方、Ｂ含有量が０．０１５０％を超えると軟磁性が低下してしまう。従って、Ｂ含有量は、０．００５０〜０．０１５０ｍａｓｓ％の範囲内に限定すべきである。
【００１６】
Ａｌ：０．０１０〜０．０５０ｍａｓｓ％
Ａｌは、脱酸に必要な元素である。しかしながら、Ａｌ含有量が０．０１０ｍａｓｓ％未満では脱酸効果がなく、一方、Ａｌ含有量が０．０５０ｍａｓｓ％を超えると効果が飽和してしまう。また、軟磁性も劣化する。従って、Ａｌ含有量は、０．０１０〜０．０５０ｍａｓｓ％の範囲内に限定すべきである。
【００１７】
Ｎ：０．０１〜０．０２ｍａｓｓ％
Ｎは、ＢＮを形成し、被削性を向上させる。しかしながら、Ｎ含有量が０．０１％未満では、十分な効果が得られない。一方、Ｎ含有量が０．０２％を超えると軟磁性を劣化させる。従って、Ｎ含有量は、０．０１〜０．０２ｍａｓｓ％の範囲内に限定すべきである。
【００１８】
Ｎ／Ｂ比：０．８〜２．５
Ｎ／Ｂ比が０．８未満では、Ｎ、ＢのバランスにおいてＢが過多となる。一方、Ｎ／Ｂ比が２．５を超えると、Ｎが過多となり、ＢＮの被削性に及ぼす効果が飽和する。従って、Ｎ／Ｂ比は、０．８〜２．５の範囲内に限定すべきである。
【００１９】
Ｆ値：０．３０以下
Ｆ値は、下記（１）式
Ｆ＝Ｍｎ＋Ｓ＋Ｐｂ＋Ｂ＋Ｎ（ｍａｓｓ％）            ---（１）
によって表わされるものであり、軟磁性に関するインデックスである。Ｆ値が小さくなると鋼が高純度化して、軟磁性は向上する。一方、Ｆ値が大きくなれば、不純物が多くなって、軟磁性が劣化する。Ｆ値が０．３０を超えると、軟磁性の劣化度合いを無視できなくなる。従って、Ｆ値は、０．３０以下に限定すべきである。
【００２０】
【実施例】
次に、この発明を実施例により、更に詳細に説明する。
【００２１】
表１に示す、この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．１〜５、およびこの発明範囲外の化学成分組成を有する鋼（以下、比較鋼という）Ｎｏ．６〜１４、ならびに参考例として、Ｎｏ．１５、１６の成分系の鋼を溶解炉にて溶製し、鋼塊に鋳造後、８５ｍｍ径の棒鋼に熱間圧延した。
【００２２】
【表１】
0004250305.tif 000002
【００２３】
このようにして製造された、本発明鋼、比較鋼および参考例の鋼のそれぞれからなる棒鋼の中間部からＪＩＳ４号引張試験片を採取し、引張試験に供した。また、これらの棒鋼を５００ｍｍ長さに切断し、それぞれ切削試験に供した。
【００２４】
切削試験は、表２に示す条件で行ない、外周旋削試験は、超硬工具（材質Ｐ２０）とハイス工具（材質ＳＫＨ４）の２種類で行い、ドリル穴あけ試験は、ハイスドリル（材質ＳＫＨ４）で行なった。
【００２５】
【表２】
0004250305.tif 000003
【００２６】
切削性の評価については、超硬工具での外削試験では、横逃げ面摩耗量（ＶＢ）が０．２ｍｍになる切削時間で工具寿命を評価し、ハイス工具での外削試験では、切削不能になるまでの時間で工具寿命の評価を行なった。ドリル切削試験では、穴あけ総深さが１０００ｍｍで切削不能となる切削速度を求め、工具寿命の指標とした。磁気特性は、外径４５φ×内径３３φ×厚み３ｍｍのリング状試験片を上記棒鋼より採取し、９００℃×１．５時間加熱後、炉冷する方法で磁気焼純し、Ｂ−Ｈカーブを測定した。この結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】
0004250305.tif 000004
【００２８】
設定代表目標値として、これまでの経験から、被削性評価として、ドリル切削試験不能速度２０ｍ／ｍｉｎ以上、軟磁性評価として、保磁力１４０Ａ／ｍ以下と設定した。
【００２９】
なお、図１に、本発明例Ｎｏ．１〜５、比較例Ｎｏ．６〜１４および参考例Ｎｏ．１５、１６におけるドリル切削試験不能速度（ドリル寿命速度）と保磁力との関係を図示する。
【００３０】
表３から明らかなように、Ｎｏ．１〜５の本発明例は、何れも目標値を満足しており、良好な特性を有していることが分かった。
【００３１】
ここで、上記結果をインデックスＦ値を用いて説明する。
【００３２】
Ｆ値が大きくなると、不純物が多くなるので軟磁性が劣化し、一方、Ｆ値が小さくなると、不純物が少なくなるので鋼が高純度化して、軟磁性は向上する。本発明例Ｎｏ．３においては、参考例Ｎｏ．１５、１６の現行のＭｎＳあるいはＰｂ添加鋼と比較すると、被削性の観点からはほぼ同等であるが、軟磁性を考えた場合、現行のＭｎＳあるいはＰｂ添加鋼は、Ｆ値が大きいために軟磁性が劣化しているのに対して、本発明例Ｎｏ．３は、Ｆ値を小さくすることが可能であるために、軟磁性が向上していることが分かった。
【００３３】
即ち、従来現行鋼は、Ｍｎ＋Ｓ＋Ｐｂの添加量を多くしなければ、快削性の向上が望めないことから、必然的にＦ値は大きくなり、軟磁性が劣ることになる。
【００３４】
次に、比較例Ｎｏ．６〜１４について説明する。
【００３５】
比較例Ｎｏ．６は、Ｃ含有量が本発明範囲を外れて多いので、引張強さが本発明鋼よりも大きく、従って、被削性が劣っていることが分かった。また、軟磁性もパーライトが多く生成していることから、かなり劣っていることが分かった。
【００３６】
比較例Ｎｏ．７は、Ｓｉ含有量が本発明範囲を外れて多いので、被削性が劣っていることが分かった。また、軟磁性にも劣っていた。
【００３７】
比較例Ｎｏ．８は、Ｍｎ含有量が本発明範囲を外れて多いので、ＭｎＳが十分に生成しており、被削性は良好な結果となっているが、ＭｎＳは、磁壁の移動を阻害するために、軟磁性に悪影響を与え、この結果、保磁力が上昇し、最大透磁率が低下し、しかも、磁束密度が低下していることが分かった。
【００３８】
比較例Ｎｏ．９は、Ｐ含有量が本発明範囲を外れて多いので、軟磁性に劣っていた。
【００３９】
比較例Ｎｏ．１０は、Ｓ含有量が本発明範囲を外れて多いので、ＭｎＳが十分に生成しており、被削性は良好な結果となっているが、ＭｎＳは、磁壁の移動を阻害するために、軟磁性に悪影響を与え、この結果、保磁力が上昇し、最大透磁率が低下し、しかも、磁束密度が低下していることが分かった。
【００４０】
比較例Ｎｏ．１１は、Ｂ含有量が本発明範囲を外れて少ないので、被削性が不良であることが分かった。
【００４１】
比較例Ｎｏ．１２は、Ｂ含有量が本発明範囲を外れて多いので、軟磁性に劣っていることが分かった。
【００４２】
比較例Ｎｏ．１３は、Ｎ含有量が本発明範囲を外れて多いので、軟磁性に劣っていることが分かった。また、製造面においては、Ｎ2ガス起因の気泡が発生しやすくなって、鋳塊の表面性状が劣る危険性もあることが分かった。
【００４３】
比較例Ｎｏ．１４は、Ｎ／Ｂ比が本発明範囲を外れて大きいので、Ｎが過多となり、本発明例のＮｏ．２と比較して分かるように、ＢＮの被削性に及ぼす効果が飽和していることが分かった。
【００４４】
比較例Ｎｏ．１５、１６は、参考例としてＭｎＳあるいはＰｂを添加した鋼であるが、被削性の観点からは、本発明例Ｎｏ．３とほぼ同等であるが、軟磁性を考えた場合、参考例は、各々軟磁性に有害な添加重量のかさむＭｎＳ量あるいはＰｂ量が高いために、少ない添加量で効果のあるＢＮにより快削性を持たせた本発明例Ｎｏ．３に比較して軟磁性が劣っていることが分かった。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ＰｂやＭｎＳ等の添加重量のかさむ快削元素を添加せずとも、もしくは、従来の添加量から大幅に減じた量の添加で、これらの快削元素を添加した快削鋼と同等以上の被削性を有し、且つ、軟磁性に優れた快削鋼を得ることができるといった工業上、有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドリル切削試験不能速度と保磁力との関係を示すグラフである。
【図１】
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