(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０２％以上０．２０％未満、Ｓｉ：０．１０％を超えて１．５％以下、Ｍｎ：０．８〜２．２％、Ｐ：０．００５〜０．２５％、Ｓ：０．４０％を超えて０．８％以下、Ｏ：０．０１０％未満、Ｎ：０．０２５％以下、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中に含有されるＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＲＥＭがそれぞれ、Ａｌ：０．００５％未満、Ｍｇ：０．０００３％未満、Ｔｉ：０．００２％以下、Ｚｒ：０．００２％以下およびＲＥＭ：０．０００３％未満であり、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とする低炭素硫黄快削鋼。
２．０＜Ｍｎ／Ｓ＜４．０・・・（１）、
０．０００５≦１０Ｃａ×Ｓｉ≦０．０５０・・・（２）。
ただし、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼中含有量を表す。
【請求項２】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｔｅ：０．０５％以下、Ｂｉ：０．１５％以下およびＳｎ：０．５％以下のうちの１種以上を含有する請求項１に記載の低炭素硫黄快削鋼。
【請求項３】
Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．３％以下およびＮｂ：０．３％以下のうちの１種以上を含有する請求項１または２に記載の低炭素硫黄快削鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低炭素硫黄快削鋼に関し、超硬工具を用いた仕上げ旋削加工を行った際に優れた被削性を有する、特に細径のプリンターシャフト等のＯＡ部品の用途に適したＰｂ非添加の低炭素硫黄快削鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軟質の小物部品、例えば、自動車部品のブレーキパーツ、ＯＡ部品のプリンターシャフトおよび電気機器部品などの素材には、生産性向上のために被削性に優れた鋼材である所謂「快削鋼鋼材」が用いられてきた。
【０００３】
快削鋼鋼材としてはＪＩＳ  Ｇ  ４８０４（１９９９）に規定された鋼材、すなわち、Ｓを多量に添加してＭｎＳによって被削性を改善した「硫黄快削鋼鋼材」（以下、「Ｓ快削鋼材」という。）、ＳとＰｂの両者を添加した「硫黄複合快削鋼鋼材」（以下、「Ｓ複合快削鋼材」という。）、あるいはＰｂを添加した「鉛快削鋼鋼材」（以下、「Ｐｂ快削鋼材」という。）がよく知られている。
【０００４】
上記の快削鋼材のうちでもＰｂを含むもの、つまり、Ｐｂ快削鋼材およびＳ複合快削鋼材は、切り屑が分断されやすいので、所謂切り屑処理性に優れ、さらに工具寿命が長く、切削加工後の鋼材表面の仕上げ面粗さに優れるといった特性を有している。
【０００５】
しかし、近年、地球環境問題に対する高まりから、Ｐｂを製品から排除しようとする動きが強まっており、例えば欧州では、鋼材に含まれるＰｂの含有量が質量％で、０．３５％以下に制限されるなど、Ｐｂの含有量をできる限り低減させることが望まれている。
【０００６】
さらに、Ｐｂは融点が低く、鋼中への固溶度が小さいために、Ｐｂを含有した鋼は圧延時に割れを生じやすいなど、製造面においても問題を抱えている。
【０００７】
そこで、上述した課題を解決するべく、例えば、特許文献１〜５に、Ｐｂを含有しない低炭素快削鋼に関する技術として、Ｓ量を増量させるとともに、ＭｎＳ等の硫化物系介在物（以下、単に「ＭｎＳ」ともいう。）の形態を制御して被削性を向上させる技術や、組織をコントロールして被削性を向上させる技術が提案されている。
【０００８】
具体的には、特許文献１に、Ｍｎ／Ｓ比（質量比）が３．５以上である高Ｓ快削鋼の製造方法において、鋳造直前の溶鋼のフリー酸素濃度を質量％で、０．００４％以上にすることを特徴とする低炭素の「高Ｓ快削鋼」に関する技術が開示されている。
【０００９】
特許文献２に、質量％で、０．５０％までの高いＳ量と０．０１〜０．０３％の高いＯ量を含有するとともに、鋼中に含まれる硫化物系介在物の幅を規定した「低炭素硫黄系快削鋼線材」に関する技術が開示されている。
【００１０】
特許文献３に、質量％で、０．１〜０．５％のＳを含有するとともに、パーライト面積率を５％以下とすることを特徴とする「被削性に優れる鋼」に関する技術が開示されている。
【００１１】
特許文献４に、質量％で、０．５〜１．０％のＳを含有するとともに、パーライト面積率を５％以下とすることを特徴とする「被削性に優れる鋼」に関する技術が開示されている。
【００１２】
特許文献５に、質量％で、Ｓを０．１〜１．０％の範囲で含有させ、円相当径にて０．１〜０．５μｍのＭｎＳの存在密度が１００００個／ｍｍ2以上であることを特徴とする「被削性に優れる鋼」に関する技術が開示されている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２３３４２号公報
【特許文献２】特開２００３−２５３３９０号公報
【特許文献３】特開２００４−１７６１７６号公報
【特許文献４】特開２００４−１６９０５４号公報
【特許文献５】特開２００４−１６９０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記の技術は、ブレーキパーツ等の自動車部品の加工を主として対象とした高速度鋼工具（以下、「ＨＳＳ工具」という。）によるフォーミング加工の際の被削性を改善することに関するものである。
【００１５】
ブレーキパーツなどの自動車部品に加工される場合には、加工機として自動盤を使用し、主としてＨＳＳ工具を用いて、被削材の回転軸と垂直方向に工具を押し当てて工具を送り込むことで、工具形状を被削材に転写して部品形状に加工するような加工方法、所謂フォーミング（突っ切り）加工によって仕上げ加工されることが多い。
【００１６】
フォーミング加工の場合には、工具の刃先全体により部品の表面を仕上げるために、工具の刃先に形成される「構成刃先」が仕上げ面粗さに大きく影響する。そして、小さな仕上げ面粗さの部品を得るためには、工具の刃先に形成される構成刃先は、小さく、切削加工中に脱落することなく、しかも、その大きさが安定していなければならない。
【００１７】
そして、上述の特許文献１〜５で提案された快削鋼鋼材はいずれも、化学成分や製造方法を制御することにより、上記のような小さく、安定した構成刃先を工具の刃先に形成させ、フォーミング加工における仕上げ面粗さを改善させることを目的とするものであった。
【００１８】
一方、プリンターシャフト等の所謂ＯＡ部品は、精密部品であるため、ブレーキパーツ等の自動車部品よりも小さな仕上げ面粗さが求められる。
【００１９】
このようなＯＡ部品の場合には、より小さい仕上げ面粗さを得るために、超硬工具あるいは表面にコーティング処理を施した超硬工具を用い、潤滑油剤を使った湿式条件下で、０．０７ｍｍ／ｒｅｖ以下の小さな送り量で旋削加工によって仕上げ加工されることが多い。そして、このような用途に用いられる鋼材に対しては、自動化された加工ラインの中で、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間、維持し続けることが要求される。
【００２０】
上述の特許文献１〜５で提案された技術はいずれも、ＨＳＳ工具を用いたフォーミング加工の際の被削性を改善することは可能であるものの、このような超硬工具を用いた仕上げ旋削加工の場合には、仕上げ面粗さは必ずしも十分といえるものではなかった。
【００２１】
本発明の目的は、超硬工具を用いた仕上げ旋削加工を行った場合に、従来のＰｂ非添加の低炭素快削鋼に比べて優れた被削性、なかでも、仕上げ面粗さの小さい、優れた表面性状が得られるＰｂ非添加の低炭素硫黄快削鋼を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者らは、上記目的のため鋭意検討を重ねた。
【００２３】
その結果、先ず、下記〈１〉〜〈４〉の知見を得た。
【００２４】
〈１〉超硬工具を用いて旋削加工する場合には、被削材が工具に凝着しにくいため工具の刃先に構成刃先が形成されにくい。したがって、超硬工具による仕上げ旋削加工の場合に被削材の仕上げ面粗さを決定するのは、ＨＳＳ工具によるフォーミング加工の場合のような構成刃先ではない。
【００２５】
〈２〉プリンターシャフトなどのように、より小さい仕上げ面粗さが要求されるＯＡ部品を仕上げ加工するための旋削加工条件としては、湿式条件下で、０．０７ｍｍ／ｒｅｖ以下の小さな送り量を設定される場合が多く、このような場合には、被削材の表面は工具のノーズＲ部によって仕上げられる。
【００２６】
〈３〉このような状態で長時間加工した場合には、図１に模式的に示すように、被削材の表面と接触する超硬工具先端のノーズＲ部に送り量と同間隔の数本の溝状摩耗が生ずる。
【００２７】
〈４〉超硬工具を用いた送り量の小さい仕上げ旋削加工の場合には、この工具側に生じた溝状摩耗が被削材側の表面に転写されることによって、被削材の仕上げ面の粗さが決定されることになり、工具側の溝状摩耗が大きければ大きいほど被削材の仕上げ面粗さは大きくなる。工具交換直後、すなわち新しい工具の使用開始の初期段階では、工具先端には溝状摩耗がほとんど生じないので、得られる仕上げ面粗さには、被削材の材質による差はあまり認められない。しかしながら、加工時間が長くなるにつれて、工具先端の溝状摩耗は発達し、被削材の仕上げ面粗さは次第に大きくなってくる。したがって、より小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持するためには、工具先端に生じる溝状摩耗を小さくかつ進みにくくすることが重要であり、このような加工方法に用いられる快削鋼においてもそのような特性がその材料設計に要求される。
【００２８】
そこで、本発明者らは、超硬工具による送り量の小さい仕上げ旋削加工において、工具先端の溝状摩耗に及ぼす快削鋼の介在物形態や組成の影響について検討した。具体的には、まず被削材のＭｎＳの形態を種々に変化させて、ＭｎＳの分布形態が超硬工具の摩耗に対してどのような影響を及ぼすかについて詳細な検討を行った。
【００２９】
その結果、下記〈５〉〜〈７〉の新たな知見を得た。
【００３０】
〈５〉工具先端の溝状摩耗は、比較的小さいＭｎＳにはほとんど影響を受けず、粗大なＭｎＳに影響を受ける。円相当直径換算で１０μｍを超えるＭｎＳがほとんど存在しない場合、具体的には、鋼材縦断面１ｍｍ2中で観察されるＭｎＳのうち、円相当直径換算で１０μｍを超えるＭｎＳの総面積が１０％以下の場合に、工具先端の溝状摩耗を抑制することができる。
【００３１】
〈６〉粗大なＭｎＳの生成をできる限り抑制するためには、鋼中に含まれるＯ量を可能な限り低減することが有効である。Ｏの含有量を低減することにより、ＭｎＳ中に固溶するＯ量、すなわちＭｎＳ中のＯの固溶量が少なくなり、ＭｎＳの変形抵抗を小さくすることができる。
【００３２】
〈７〉凝固後の鋳片においてはたとえ１０μｍを超える粗大なＭｎＳが存在していても、Ｏの固溶量が少ない変形抵抗の小さいＭｎＳは、熱間加工を行えば延伸して細かく分断するので、細かいＭｎＳとすることができる。
【００３３】
そこで、本発明者らは、鋼中に含まれるＯ量を低減するため、脱酸元素を種々変更することでさらに酸化物について検討を行った。
【００３４】
その結果、下記〈８〉〜〈１１〉の知見を得た。
【００３５】
〈８〉Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＲＥＭ（希土類元素）といったＯとの親和力の大きい元素は添加することによってＯの含有量を低減し、粗大なＭｎＳを少なくすることができるが、これらの元素はいずれも硬質な酸化物を形成しやすいので、工具先端に生じる溝状摩耗を抑制することはできない。
【００３６】
〈９〉ＳｉもＯ含有量の低減に有効な元素であるが、脱酸元素として単独に使用した場合は硬質なＳｉＯ2を形成する。このため、工具先端の溝状摩耗を抑えるのには有効ではない。
【００３７】
〈１０〉しかしながらＳｉとＣａを併用し、それぞれの質量バランスを調整するとともに、不純物中に含有されるＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＲＥＭといったＯとの親和力の大きい元素の含有量を制限することにより、酸化物の平均組成としてＣａＯおよびＳｉＯ2を合計で少なくとも５質量％含有するＡｌ2Ｏ3−ＭｎＯ−ＳｉＯ2−ＣａＯ系の軟質な複合酸化物組成とすることができ、大幅に工具先端の溝状摩耗を抑制することができる。
【００３８】
〈１１〉上記のように、快削鋼において、粗大なＭｎＳを少なくし、軟質な酸化物組成とすることにより、超硬工具を用いた仕上げ旋削加工を行った場合に、従来のＰｂ非添加の低炭素快削鋼に比べて優れた被削性、なかでも、仕上げ面粗さの小さい、優れた表面性状が得られるＰｂ非添加の低炭素硫黄快削鋼を提供することができる。
【００３９】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記（１）〜（３）に示す低炭素硫黄快削鋼にある。
【００４０】
（１）質量％で、Ｃ：０．０２％以上０．２０％未満、Ｓｉ：０．１０％を超えて１．５％以下、Ｍｎ：０．８〜２．２％、Ｐ：０．００５〜０．２５％、Ｓ：０．４０％を超えて０．８％以下、Ｏ：０．０１０％未満、Ｎ：０．０２５％以下、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中に含有されるＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＲＥＭがそれぞれ、Ａｌ：０．００５％未満、Ｍｇ：０．０００３％未満、Ｔｉ：０．００２％以下、Ｚｒ：０．００２％以下およびＲＥＭ：０．０００３％未満であり、下記（１）式および（２）式を満たすことを特徴とする低炭素硫黄快削鋼。
２．０＜Ｍｎ／Ｓ＜４．０・・・（１）、
０．０００５≦１０Ｃａ×Ｓｉ≦０．０５０・・・（２）。
ただし、（１）式および（２）式中の元素記号は、その元素の質量％での鋼中含有量を表す。
【００４１】
（２）Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｔｅ：０．０５％以下、Ｂｉ：０．１５％以下およびＳｎ：０．５％以下のうちの１種以上を含有する上記（１）に記載の低炭素硫黄快削鋼。
【００４２】
（３）Ｆｅの一部に代えて、質量％で、Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．３％以下およびＮｂ：０．３％以下のうちの１種以上を含有する上記（１）または（２）に記載の低炭素硫黄快削鋼。
【００４３】
なお、本発明でいう「ＲＥＭ」は、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量は上記元素の合計含有量を指す。
【００４４】
以下、上記 （１）〜（３）の低炭素硫黄快削鋼を、それぞれ、「本発明（１）」〜「本発明（３）」という。また、総称して「本発明」ということがある。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の鋼は、Ｐｂ非添加の「地球環境に優しい快削鋼」であるにも拘わらず、超硬工具を用いた仕上げ旋削加工を行った場合に、従来のＰｂ非添加の低炭素快削鋼と比較して、仕上げ面粗さの小さい、良好な表面性状が得られる。さらに、熱間加工性にも優れているので、工業的な規模で安価に製造することができる。したがって、ブレーキパーツ等の自動車部品に比べて一層小さな仕上げ面粗さが要求される細径のプリンターシャフトなどのＯＡ部品の素材として利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
先ず、本発明の低炭素硫黄快削鋼における化学組成とその限定理由について述べる。なお、以下の説明において、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。
【００４７】
本発明の低炭素硫黄快削鋼においては、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することが最も要求される点であり、そのためには工具先端の溝状摩耗を抑える必要がある。
【００４８】
Ｃ：０．０２％以上０．２０％未満
Ｃは、被削性および強度に大きな影響を及ぼす元素である。超硬工具を用いた仕上げ旋削加工において、仕上げ面粗さを小さくするためには、Ｃの含有量は０．２０％未満でなければならない。これは、Ｃの含有量が０．２０％以上の場合、鋼の硬さが高くなって工具先端の溝状摩耗が進みやすくなるためである。一方、Ｃの含有量が０．０２％を下回ると、製造コストが嵩むことに加えて、硬さが柔らかくなりすぎるため、良好な切り屑処理性が得られない。よって、優れた切り屑処理性を確保するためには、伸線加工のような冷間での加工を何度も繰り返して硬さを上昇させなければならなくなるので好ましくない。したがって、Ｃの含有量を、０．０２％以上０．２０％未満とした。なお、好ましいＣ含有量の範囲は、０．０３〜０．１８％である。０．０５〜０．１２％であればさらに好ましい。
【００４９】
Ｓｉ：０．１０％を超えて１．５％以下
本発明におけるＳｉの役割は重要であり、後述するＣａとの質量バランスを十分に配慮したうえで含有させなければならない。但し、Ｓｉの含有量が０．１０％以下の場合、Ｏの含有量を十分な量まで下げることができないので、１０μｍを超えるＭｎＳが多く存在するようになり、工具先端の溝状摩耗が進みやすく、良好な仕上げ面粗さが得られない。一方、Ｓｉを１．５％を超えて含有させた場合、Ｓｉがフェライト中に固溶して鋼の強度を高めるため、逆に溝状摩耗が進みやすくなり、良好な仕上げ面粗さが得られない。したがって、Ｓｉの含有量の範囲を、０．１０％を超えて１．５％以下とした。なお、後述するＣａとの質量バランスを考慮した場合、Ｃａは歩留まりが悪いため、ＣａよりもＳｉによって脱酸効果を得るのが望ましく、その場合Ｓｉは０．１５％を超えて含有させることが望ましく、０．２０％を超えて含有させることが一層望ましい。一方、硬さが上昇すれば、工具先端の溝状摩耗を進みやすくさせ、良好な仕上げ面粗さが得られなくなるので、Ｓｉ含有量の上限は、１．０％とすることが好ましく、０．５％以下であれば一層望ましい。
【００５０】
なお、上記範囲にあるＳｉの含有量は、後述するように、１０Ｃａ（％）×Ｓｉ（％）の値で、０．０００５〜０．０５０も満たす必要がある。
【００５１】
Ｍｎ：０．８〜２．２％
Ｍｎは、ＳとともにＭｎＳを形成して被削性全般、すなわち仕上げ面粗さ、切り屑処理性および切削抵抗のいずれにも大きな影響を及ぼす重要な元素である。その含有量が０．８％未満では、ＭｎＳとしての絶対量が不足となり、所望の良好な被削性を得ることができない。また、連続鋳造の際に鋳片内部に割れが発生したり、熱間加工性を劣化させる要因となる。なお、Ｍｎには浸炭特性を高める作用もあるので、良好な浸炭特性を得たい場合にはＭｎの含有量を高めればよい。しかしながら、２．２％を超える多量のＭｎを含有する場合には、Ｍｎが固溶して硬さが高くなり、溝状摩耗が進みやすくなり、良好な仕上げ面粗さが得られず、また、冷間加工性の低下をもきたす。したがって、Ｍｎの含有量を０．８〜２．２％とした。Ｍｎの含有量は１．０〜１．８％であることが望ましく、１．２〜１．７％であればさらに望ましい。
【００５２】
なお、上記範囲にあるＭｎの含有量は、後述するように、Ｍｎ／Ｓの値で、２．０を超えて４．０未満を満たすようにする必要がある。
【００５３】
Ｐ：０．００５〜０．２５％
Ｐは、強度を高める作用を有するので、Ｃの含有量が低い本発明において、部品としての強度を確保させるとともに、良好な仕上げ面粗さや切り屑処理性が得られるように硬さを調整するのに有効な元素である。そのためには、Ｐは０．００５％以上含有させればよい。しかしながら、Ｐの含有量が過剰になると、硬さが高くなりすぎて溝状摩耗が進みやすくなり、結果として良好な仕上げ面粗さが得られない。特に、０．２５％を超えると溝状摩耗が著しくなることに加えて、冷間加工性や熱間加工性も低下する。したがって、Ｐの含有量の範囲を０．００５〜０．２５％とした。なお、Ｐの含有量は０．０３〜０．１５％とすることが望ましい。
【００５４】
Ｓ：０．４０％を超えて０．８％以下
Ｓは、ＭｎとともにＭｎＳを形成して良好な被削性全般、すなわち仕上げ面粗さ、切り屑処理性および切削抵抗を確保するために必須の元素である。Ｓの含有量が０．４０％以下では、十分な量のＭｎＳを生成することができず、所望の仕上げ面粗さや切り屑処理性を得ることができない。また、Ｓの含有量が高くなると連続鋳造の際に鋳片内部に割れが発生したり、熱間加工性を劣化させる要因となるが、Ｍｎの含有量とのバランスを適正化することで、内部割れや熱間加工性の劣化を引き起こすことなく、所望の仕上げ面粗さや切り屑処理性を確保することができる。しかしながら、Ｓを０．８％を超えて含有させた場合には、Ｓ含有量に見合うだけのＭｎを多量に含有させる必要があり、その場合には粗大なＭｎＳが多く形成されるので、溝状摩耗が進みやすくなり、良好な仕上げ面粗さを得ることができない。また、含有量で０．８％を超える過剰なＳの添加は歩留まりの悪化によるコスト上昇に繋がる。したがって、Ｓの含有量を０．４０％を超えて０．８％以下とした。
【００５５】
より優れた被削性を安定して得るためには、Ｓを０．５０％を超えて含有させることが望ましく、その上限は０．７０％未満とすることが望ましく、０．６％以下とすれば一層望ましい。
【００５６】
なお、上記範囲にあるＳの含有量は、後述するように、Ｍｎ（％）／Ｓ（％）の値で、２．０を超えて４．０未満を満たすようにする必要がある。
【００５７】
Ｏ：０．０１０％未満
本発明において、Ｏ（酸素）は、極めて重要な元素である。Ｏの含有量が高いと、粗大なＭｎＳが多量に形成されてしまう。粗大なＭｎＳが多量に形成されると、工具先端の溝状摩耗の進行を早めてしまい、その結果仕上げ面粗さが大きくなってしまう。したがって、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持するためには、粗大なＭｎＳを可能な限り低減すること、具体的には、鋼材縦断面１ｍｍ2中で観察されるＭｎＳのうち、円相当直径換算で１０μｍを超えるＭｎＳの総面積を低減することが重要であり、そのためには、Ｏの含有量をできるだけ低減させることが必要である。Ｏの含有量が０．０１０％未満であれば、凝固後の鋳片において、鋼中に粗大なＭｎＳが存在していても、その後の熱間加工で延伸して細かく分断するので、鋼材縦断面１ｍｍ2中で観察されるＭｎＳのうち、円相当直径換算で１０μｍを超えるＭｎＳの総面積が１０％以下となり、鋼材中には粗大なＭｎＳはほとんど観察されなくなる。したがって小さな仕上げ面粗さを確保することができる。しかしながら、Ｏの含有量が増えて０．０１０％以上になると、ＭｎＳ中に固溶するＯ量も多くなって、ＭｎＳの変形抵抗は高くなり、ＭｎＳは分断しにくく、粗大な状態で残存するので、仕上げ面粗さが大きくなってしまう。したがって、Ｏの含有量を０．０１０％未満とした。
【００５８】
なお、粗大なＭｎＳを低減して小さい仕上げ面粗さを得るためには、Ｏの含有量は低ければ低いほど好ましく、０．００８％未満であれば安定的に粗大なＭｎＳの割合を減らすことができる。Ｏの含有量が０．００５％未満であれば、さらに良好な被削性を得ることができる。
【００５９】
Ｎ：０．０２５％以下
Ｎは、不純物として不可避的に含有される元素である。また、本発明においては、ＡｌやＴｉを実質的に含有しないので、Ｎは、硬質のＡｌやＴｉの窒化物をほとんど形成せず、フェライト中に固溶した状態で存在する。Ｎを積極的に含有させた場合、フェライトに固溶したＮは、強度を高める作用を有する。さらに、Ｎには、仕上げ面粗さを小さくする作用もある。しかし、Ｎを０．０２５％を超えて含有させても、前記の効果が飽和するばかりでなく、冷間加工性の低下を招き、さらに製造コストの上昇をきたす。したがって、Ｎの含有量を０．０２５％以下とした。より効果的に強度を向上させ、仕上げ面粗さを小さくし、良好な冷間加工性を具備させるためには、Ｎの含有量は０．００５〜０．０１５％とすることが好ましい。
【００６０】
Ｃａ：０．０００３〜０．００５％
Ｃａは、本発明において重要な元素であり、Ｓｉとの質量バランスを十分に配慮したうえで０．０００３％以上含有させれば、Ｏの含有量を十分な量まで下げることが可能になるとともに、硬質な酸化物の形成を抑制することができ、切り屑処理性とともに仕上げ面粗さを飛躍的に小さくすることができる。しかしながら、Ｃａは添加歩留まりが極めて低いので、０．００５％を超えて含有させるには製造コストが高くなりすぎるので好ましくない。したがって、Ｃａの含有量を０．０００３〜０．００５％とした。なお、Ｃａの含有量は０．０００５％以上０．００４５％未満とすることが好ましく、０．００１％以上０．００４０％未満とすればさらに好ましい。
【００６１】
なお、上記範囲にあるＣａの含有量は、後述するように、１０Ｃａ（％）×Ｓｉ（％）の値で、０．０００５〜０．０５０も満たす必要がある。
【００６２】
本発明に係る低炭素硫黄快削鋼においては、不純物中のＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＲＥＭの含有量を、それぞれ、Ａｌ：０．００５％未満、Ｍｇ：０．０００３％未満、Ｔｉ：０．００２％以下、Ｚｒ：０．００２％以下およびＲＥＭ：０．０００３％未満に制限する。
【００６３】
以下、このことについて説明する。
【００６４】
Ａｌ：０．００５％未満
Ａｌは、Ｏ（酸素）との親和性が強い脱酸元素であり、不純物として０．００５％以上含有される場合には、上述のＳｉ含有量、Ｃａ含有量、後述する１０Ｃａ（％）×Ｓｉ（％）の値で、０．０００５〜０．０５０を満たしていても、硬質の酸化物が形成されてしまう。したがって、工具先端の溝状摩耗を抑えることができないので、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。このため、不純物中に含有されるＡｌの含有量は０．００５％未満とする必要がある。
【００６５】
なお、不純物中に含有されるＡｌの含有量は０．００３％未満であることが望ましく、０．００２％未満であれば一層望ましい。
【００６６】
Ｍｇ：０．０００３％未満
Ｍｇも、Ｏ（酸素）との親和性が強い脱酸元素であり、不純物として０．０００３％以上含有される場合には、上述のＳｉ含有量、Ｃａ含有量、後述する１０Ｃａ（％）×Ｓｉ（％）の値で、０．０００５〜０．０５０を満たしていても、硬質のＭｇの酸化物が形成されてしまう。したがって、工具先端の溝状摩耗を抑えることができないので、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。このため、不純物中に含有されるＭｇの含有量は０．０００３％未満とする必要がある。
【００６７】
Ｔｉ：０．００２％以下
Ｔｉも、Ｏ（酸素）との親和性が強い脱酸元素であり、不純物として０．００２％を超える場合には、上述のＳｉ含有量、Ｃａ含有量、後述する１０Ｃａ（％）×Ｓｉ（％）の値で、０．０００５〜０．０５０を満たしていても、硬質のＴｉの酸化物が形成されてしまう。したがって、工具先端の溝状摩耗を抑えることができないので、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。このため、不純物中に含有されるＴｉの含有量は０．００２％以下とする必要がある。不純物中に含有されるＴｉの望ましい含有量は０．００１％以下であり、０．０００５％以下であればさらに好ましい。
【００６８】
Ｚｒ：０．００２％以下
Ｚｒも、Ｏ（酸素）との親和性が強い脱酸元素であり、不純物として０．００２％を超える場合には、上述のＳｉ含有量、Ｃａ含有量、後述する１０Ｃａ（％）×Ｓｉ（％）の値で、０．０００５〜０．０５０を満たしていても、硬質のＺｒの酸化物が形成されてしまう。したがって、工具先端の溝状摩耗を抑えることができないので、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。このため、不純物中に含有されるＺｒの含有量は０．００２％以下とする必要がある。不純物中に含有されるＺｒの望ましい含有量は０．００１％以下であり、０．０００５％以下であればさらに好ましい。
【００６９】
ＲＥＭ：０．０００３％未満
ＲＥＭも、Ｏ（酸素）との親和性が強い脱酸元素であり、不純物として０．０００３％以上含有される場合には、上述のＳｉ含有量、Ｃａ含有量、後述する１０Ｃａ（％）×Ｓｉ（％）の値で、０．０００５〜０．０５０を満たしていても、硬質のＲＥＭの酸化物が形成されてしまう。したがって、工具先端の溝状摩耗を抑えることができないので、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。このため、不純物中に含有されるＲＥＭの含有量は０．０００３％未満とする必要がある。
【００７０】
なお、既に述べたように、「ＲＥＭ」は、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイドの合計１７元素の総称であり、ＲＥＭの含有量は上記元素の合計含有量を指す。
【００７１】
「Ｍｎ／Ｓ」の値：２．０を超えて４．０未満
上述した範囲のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｏ、Ｎ、Ｃａを含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中に含有されるＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＲＥＭがそれぞれ、Ａｌ：０．００５％未満、Ｍｇ：０．０００３％未満、Ｔｉ：０．００２％以下、Ｚｒ：０．００２％以下およびＲＥＭ：０．０００３％未満である鋼は、その「Ｍｎ／Ｓ」の値が２．０を超えて４．０未満であること、つまり、前記（１）式を満たすようにする必要がある。
【００７２】
すなわち、本発明は、０．４０％を超える高い量のＳを含有するものである。「Ｍｎ／Ｓ」の値が２．０未満の場合には、熱間延性が乏しいため、連続鋳造の際に鋳片内部で割れが生じやすくなる。また、鋳片内部に割れが生じていなくとも、熱間加工性が乏しくなる。一方、「Ｍｎ／Ｓ」の値が４．０以上の場合には、過剰なＭｎが含有されるため、マトリックスに固溶するＭｎの量も過剰となって工具先端の溝状摩耗を抑えることができないので、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。したがって、「Ｍｎ／Ｓ」の値は２．０を超えて４．０未満であること、つまり、前記（１）式を満たす必要がある。なお、（１）式における「Ｍｎ／Ｓ」中の元素記号は、その元素の質量％での鋼中含有量を表す。
【００７３】
「Ｍｎ／Ｓ」の値は、２．５以上３．５未満とするのが好ましく、２．８以上３．５未満とするのが一層好ましい。
【００７４】
「１０Ｃａ×Ｓｉ」の値：０．０００５以上０．０５０以下
前記範囲のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｏ、Ｎ、Ｃａを含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中に含有されるＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＲＥＭがそれぞれ、Ａｌ：０．００５％未満、Ｍｇ：０．０００３％未満、Ｔｉ：０．００２％以下、Ｚｒ：０．００２％以下およびＲＥＭ：０．０００３％未満である鋼は、その「１０Ｃａ×Ｓｉ」の値が０．０００５以上０．０５０以下であること、つまり、前記（２）式を満たすようにする必要もある。
【００７５】
既に述べたように、粗大なＭｎＳはＯを多く固溶しており、仕上げ旋削加工の際に、工具先端の溝状摩耗を進めやすい。このため、固溶するＯ量を少なくして変形抵抗を小さくしたＭｎＳを、熱間加工によって細かくする必要があるが、これに加えて、酸化物組成を適正なもの、具体的には酸化物の平均組成としてＣａＯおよびＳｉＯ2を合計で少なくとも５質量％含有する軟質な酸化物とした場合に、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することが可能となる。このためには、上述のように、酸素と親和性の高い元素である、不純物中に含有されるＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＲＥＭを、それぞれ、Ａｌ：０．００５％未満、Ｍｇ：０．０００３％未満、Ｔｉ：０．００２％以下、Ｚｒ：０．００２％以下およびＲＥＭ：０．０００３％未満と制限するに加え、「１０Ｃａ×Ｓｉ」の値が０．０００５以上０．０５０以下とする必要があるのである。
【００７６】
「１０Ｃａ×Ｓｉ」の値が０．０００５未満の場合には、Ｏの含有量を下げることが困難となる。さらに、Ｏの含有量を下げることができたとしても酸化物の平均組成としては、ＣａＯおよびＳｉＯ2を合計で少なくとも５質量％含有する軟質な酸化物とはならず、工具先端の溝状摩耗が進行しやすい。一方、「１０Ｃａ×Ｓｉ」の値が０．０５０を超える場合には、軟質な酸化物組成が得難いし、過剰のＳｉの含有がフェライトの硬さを高くしすぎてしまうことから、やはり工具先端の溝状摩耗を進めやすくなる。さらに、Ｃａの添加歩留まりを考慮すると製造コストが嵩んでしまう。したがって、「１０Ｃａ×Ｓｉ」の値は０．０００５以上０．０５０以下であること、つまり、前記（２）式を満たす必要がある。なお、（２）式における「１０Ｃａ×Ｓｉ」中の元素記号は、その元素の質量％での鋼中含有量を表す。
【００７７】
なお、安定して小さな仕上げ面粗さを得るためには「１０Ｃａ×Ｓｉ」の値は、０．００１以上０．０３０以下であることが望ましく、０．００２以上０．０１０以下であれば一層望ましい。
【００７８】
上記の理由から、本発明（１）に係る低炭素硫黄快削鋼は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｏ、Ｎ、Ｃａを上述した範囲で含有し、残部はＦｅおよび不純物からなり、不純物中に含有されるＡｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、ＺｒおよびＲＥＭがそれぞれ、上述の範囲にあり、しかも、前記（１）式および（２）式を満たすことと規定した。
【００７９】
本発明に係る低炭素硫黄快削鋼には、必要に応じて、上記本発明（１）におけるＦｅの一部に代えて、
第１群：Ｔｅ：０．０５％以下、Ｂｉ：０．１５％以下およびＳｎ：０．５％以下のうちの１種以上、
第２群：Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．３％以下およびＮｂ：０．３％以下のうちの１種以上、
の少なくとも１つの群の元素のうち１種以上を含有するものとすることができる。
【００８０】
すなわち、より優れた特性を得るために、前記第１群と第２群の少なくとも１つの群の元素のうち１種以上を、本発明（１）の低炭素硫黄快削鋼におけるＦｅの一部に代えて、含有してもよい。
【００８１】
以下、上記の元素に関して説明する。
【００８２】
第１群：Ｔｅ：０．０５％以下、Ｂｉ：０．１５％以下およびＳｎ：０．５％以下のうちの１種以上
Ｔｅ、ＢｉおよびＳｎは、いずれも、被削性を改善する作用を有する元素であり、より優れた被削性を得たい場合には以下の範囲で含有してもよい。
【００８３】
Ｔｅ：０．０５％以下
Ｔｅは、Ｍｎ、ＳとともにＭｎ（Ｓ、Ｔｅ）を生成して工具先端の溝状摩耗を進めにくくし、仕上げ面粗さを改善する作用を有するので、さらに小さな仕上げ面粗さを得たい場合には上記範囲内で含有させてもよい。しかしながら、Ｔｅを０．０５％を超えて含有させてもその効果が飽和するので経済的でなくなるし、熱間加工性も劣化する。したがって、添加する場合のＴｅの含有量を０．０５％以下とした。
【００８４】
前記したＴｅの効果を確実に得るためには、Ｔｅの含有量を０．００２％以上とすることが好ましい。このため、添加する場合のより望ましいＴｅ含有量は０．００２〜０．０５％である。なお、Ｔｅ含有量の上限は０．０３％とすることが好ましい。
【００８５】
Ｂｉ：０．１５％以下
Ｂｉは、Ｐｂと同様の低融点金属介在物として脆化作用を有し、鋼のあらゆる被削性、すなわち仕上げ面粗さ、切り屑処理性および切削抵抗を改善する効果を有する。しかしながら、Ｂｉを０．１５％を超えて含有させてもその効果が飽和してコストが嵩むし、熱間加工性も劣化する。したがって、添加する場合のＢｉの含有量を０．１５％以下とした。
【００８６】
前記したＢｉの効果を確実に得るためには、Ｂｉの含有量を０．０１％以上とすることが好ましい。このため、添加する場合のより望ましいＢｉ含有量は０．０１〜０．１５％である。なお、Ｂｉ含有量の上限は０．１０％とすることが好ましい。
【００８７】
Ｓｎ：０．５％以下
Ｓｎは、仕上げ面粗さと切り屑処理性とを改善する作用を有する。これは、Ｓｎがマトリックスを脆化するためであると考えられる。しかしながら、Ｓｎを０．５％を超えて含有させてもその効果が飽和してコストが嵩むし、熱間加工性も劣化する。したがって、添加する場合のＳｎの含有量を０．５％以下とした。
【００８８】
前記したＳｎの効果を確実に得るためには、Ｓｎの含有量を０．０５％以上とすることが好ましい。このため、添加する場合のより望ましいＳｎ含有量は０．０５〜０．５％である。なお、Ｓｎ含有量の上限は０．３％とすることが好ましい。
【００８９】
上記のＴｅ、ＢｉおよびＳｎは、いずれか１種のみ、あるいは２種以上の複合で含有することができる。
【００９０】
第２群：Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．３％以下およびＮｂ：０．３％以下のうちの１種以上
Ｃｒ、Ｍｏ、ＶおよびＮｂは、いずれも、強度を高める作用を有する。このため、超硬工具を用いた仕上げ旋削加工によって得られる部品において特に強度を高めたい場合には以下の範囲で含有してもよい。
【００９１】
Ｃｒ：２．０％以下
Ｃｒは、強度を高める作用を有する。Ｃｒには、焼入れ性を高めて浸炭特性を改善する作用もある。しかしながら、Ｃｒの含有量が多くなり、特に、２．０％を超えると、工具先端の溝状摩耗が進みやすくなり、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。しかも、前記の効果が飽和するのでコストも嵩む。したがって、添加する場合のＣｒの含有量を２．０％以下とした。
【００９２】
前記したＣｒの効果を確実に得るためには、Ｃｒの含有量を０．０２％以上とすることが好ましく、０．０５％以上であれば一層好ましい。このため、望ましいＣｒ含有量は０．０２〜２．０％である。なお、Ｃｒ含有量は０．０５〜１．５％とすることがより好ましい。
【００９３】
Ｍｏ：０．５％以下
Ｍｏは、強度を高める作用を有する。Ｍｏには、焼入れ性を高める作用もある。しかしながら、Ｍｏの含有量が多くなり、特に、０．５％を超えると、工具先端の溝状摩耗が進みやすくなり、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。しかも、前記の効果が飽和するのでコストも嵩む。したがって、添加する場合のＭｏの含有量を０．５％以下とした。
【００９４】
前記したＭｏの効果を確実に得るためには、Ｍｏの含有量を０．０２％以上とすることが好ましい。このため、添加する場合のより望ましいＭｏ含有量は０．０２〜０．５％である。なお、Ｍｏ含有量は０．０５〜０．３％とすることが好ましい。
【００９５】
Ｖ：０．３％以下
Ｖは、析出強化によって強度を高める作用を有し、しかも、含有させてもＭｎＳの形態に大きな影響を与えない。このため、被削性を確保した上で強度を向上させるのに極めて有効な元素である。しかしながら、Ｖの含有量が多くなり、特に、０．３％を超えると、工具先端の溝状摩耗が進みやすくなり、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。したがって、添加する場合のＶの含有量を０．３％以下とした。
【００９６】
前記したＶの効果を確実に得るためには、Ｖの含有量を０．０２％以上とすることが好ましい。このため、添加する場合の望ましいＶ含有量は０．０２〜０．３％である。なお、Ｖ含有量は０．０５〜０．２％とすることがより好ましい。
【００９７】
Ｎｂ：０．３％以下
Ｎｂは、Ｖと同じく析出強化によって強度を高める作用を有し、しかも、含有させてもＭｎＳの形態に大きな影響を与えない。このため、被削性を確保した上で強度を向上させるのに極めて有効な元素である。しかしながら、Ｎｂの含有量が多くなり、特に、０．３％を超えると、工具先端の溝状摩耗が進みやすくなり、仕上げ旋削加工において、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができない。したがって、添加する場合のＮｂの含有量を０．３％以下とした。
【００９８】
前記したＮｂの効果を確実に得るためには、Ｎｂの含有量を０．０２％以上とすることが好ましい。このため、添加する場合のより望ましいＮｂ含有量は０．０２〜０．３％である。なお、Ｎｂ含有量は０．０５〜０．２％とすることが好ましい。
【００９９】
上記のＣｒ、Ｍｏ、ＶおよびＮｂは、いずれか１種のみ、あるいは２種以上の複合で含有することができる。
【０１００】
上述の理由から、本発明（２）に係る低炭素硫黄快削鋼の化学組成を、本発明（１）に係る低炭素硫黄快削鋼のＦｅの一部に代えて、Ｔｅ：０．０５％以下、Ｂｉ：０．１５％以下およびＳｎ：０．５％以下のうちの１種以上を含有するものと規定した。
【０１０１】
また、本発明（３）に係る低炭素硫黄快削鋼の化学組成を、本発明（１）又は本発明（２）の低炭素硫黄快削鋼におけるＦｅの一部に代えて、Ｃｒ：２．０％以下、Ｍｏ：０．５％以下、Ｖ：０．３％以下およびＮｂ：０．３％以下のうちの１種以上を含有することと規定した。
【０１０２】
なお、Ｃｕ、Ｎｉは原料スクラップから混入する可能性のある不純物元素であるが、製鋼工程でのいたずらなコストアップを避け、また過剰な含有による被削性の低下を防止する観点から、各々０．３％以下とするのが好ましい。
【０１０３】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例】
【０１０４】
高周波誘導炉を用いて、表１および表２に示す種々の化学組成を有する鋼１〜２５を溶製し、１８０ｋｇの鋼塊を作製した。鋼塊は、上側が直径２５０ｍｍ、下面が直径２１０ｍｍのテーパーが付いた円柱状である。
【０１０５】
表１中の鋼１〜１４は、化学組成が本発明で規定する範囲内にある鋼（以下、「本発明例の鋼」という。）であり、鋼１５〜２５は、化学組成が本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼である。比較例の鋼のうち鋼１５および鋼１６は従来のＰｂ非添加の低炭素快削鋼である。
【０１０６】
【表１】
0005092578.tif 000002
【０１０７】
【表２】
0005092578.tif 000003
【０１０８】
次いで、これらの鋼塊を１２００℃の高温まで加熱して２時間以上保持した後、仕上げ温度が１０００℃以上となる熱間鍛造を行い、鍛造後は空冷を行って直径４０ｍｍの丸棒を得た。
【０１０９】
化学成分は、上記直径４０ｍｍの丸棒のＤ／４部（ただし、「Ｄ」は丸棒の直径を表す。）から分析用試験片を採取して、化学分析によって求めた。前記表１及び表２に示した各鋼の成分は、この化学分析結果に基づくものである。
【０１１０】
なお、鋼２５については熱間加工性が悪く、鍛造時に割れが生じたため、上記化学分析の調査だけを行い、以降の調査は実施しなかった。
【０１１１】
また、上記直径４０ｍｍの丸棒のＤ／４部からミクロ観察用の試験片を切り出し、縦断面を樹脂に埋め込んだ後、鏡面研磨を行い、ＭｎＳの分布形態および酸化物組成を調査した。
【０１１２】
すなわち、パッチワークが可能な光学顕微鏡にて約１．４ｍｍ2の領域を６４分割して撮影し、取り込まれた写真画像から画像解析を行って、ＭｎＳの分布形態を測定した。ＭｎＳの面積率を求めるにあたっては、ミクロ観察試料内の違う領域に対して上述の作業を少なくとも２回は行って、１ｍｍ2当たりの値に換算した。また、測定対象としたＭｎＳはその面積から求められる円相当直径換算で１μｍを超えるのものとした。
【０１１３】
鋼材縦断面１ｍｍ2中で観察されるＭｎＳのうち、円相当直径換算で１０μｍを超えるＭｎＳの総面積を［Ａ］とし、鋼材縦断面１ｍｍ2中で観察される全ＭｎＳの総面積を［Ｂ］として、［Ａ］／［Ｂ］により粗大なＭｎＳの量を評価した。
【０１１４】
また、上記で準備したミクロ観察用試験片を使って、ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー）およびＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析装置）を使用し、定量分析を行うことによって酸化物の組成を調査した。なお、ランダムに観察された１０個以上の酸化物について組成を調査し、その算術平均を酸化物の平均組成とした。
【０１１５】
さらに、上記の熱間鍛造で得た直径４０ｍｍの各丸棒をピーリング加工して直径３１ｍｍの丸棒とし、これに冷間伸線加工を行って直径２８ｍｍの丸棒とした後、被削性試験を実施した。
【０１１６】
被削性試験は、ＰＶＤコーティング処理が施されたスローアウェイ型の超硬工具（材質：ＪＩＳ  Ｋ種相当、ノーズＲ：０．２ｍｍＲ）を用いて下記の条件で旋削して、仕上げ面粗さと切り屑処理性を調査した。
【０１１７】
・切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ、
・送り量：０．０３ｍｍ／ｒｅｖ、
・切り込み深さ：１．０ｍｍ、
・潤滑：非水溶性切削油を用いた湿式潤滑。
【０１１８】
仕上げ面粗さは、上記条件にて切削距離で６０００ｍ切削した後の表面を、触針式の粗さ計を用いて各３点測定し、平均仕上げ面粗さＲａの算術平均値にて評価を行った。
【０１１９】
また、切り屑処理性は、上記の条件にて切削距離で２００ｍ切削する間に排出された切り屑を採取し、長い切り屑から順に２０個の質量を各々測定し、その２０個の合計の質量にて評価を行った。この質量が小さい値であるほど切り屑処理性は良好であると判断できるため、質量が従来のＰｂ非添加の低炭素快削鋼である鋼１５、鋼１６と同等の５．０ｇ以下であった場合に、切り屑処理性が良好であると判断した。なお、切り屑処理性が悪く、長い切り屑が排出された結果、２０個の切り屑が採取できなかったものについては、その個数と質量から２０個当たりの質量に換算した。
【０１２０】
表３に、上記の各試験結果をまとめて示す。
【０１２１】
なお、表３における「酸化物の平均組成」欄において、「○」はＣａＯとＳｉＯ2が合計で５質量％以上含有されることを、「×」はＣａＯとＳｉＯ2の合計含有量が５質量％未満であることを示す。いずれの場合も平均組成でＳｉＯ2およびＣａＯが単独で９０％以上となることはなかった。
【０１２２】
さらに、表３における「切り屑処理性」欄の「○」は切り屑の質量が５．０ｇ以下で従来のＰｂ非添加の低炭素快削鋼である鋼１５、鋼１６と同等の切り屑処理性を有することを、また、「×」は切り屑の質量が５．０ｇを上回って切り屑処理性が上記従来のＰｂ非添加の低炭素快削鋼である鋼１５、鋼１６より劣ることを示す。
【０１２３】
表３中の鋼２５を用いた試験番号２５における「−」は、熱間加工性が悪く、鍛造時に割れが生じたため、調査を実施しなかったことを示す。
【０１２４】
【表３】
0005092578.tif 000004
【０１２５】
表３から、試験番号１〜１４の本発明に係る低炭素硫黄快削鋼は、超硬工具を用いて送り量の小さい条件の下で仕上げ旋削加工を行った場合に、従来のＰｂ非添加の低炭素快削鋼と比較して、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができるとともに良好な切り屑処理性を有することが明らかである。
【０１２６】
これに対して、試験番号１５〜２４の本発明で規定する条件から外れた比較例の鋼は、試験番号１〜１４の本発明に係る低炭素硫黄快削鋼に比べていずれも仕上げ面粗さが大きく表面性状に劣っている。上記のうちで試験番号１７および試験番号１８の鋼は、切り屑処理性にも劣っている。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明の鋼は、Ｐｂ非添加の「地球環境に優しい快削鋼」であるにも拘わらず、送り量の小さい条件の下で超硬工具を用いた仕上げ旋削加工を行った場合に、従来のＰｂ非添加の低炭素快削鋼と比較して、小さな仕上げ面粗さを同一工具の下で長時間の加工の間維持することができ、しかも、良好な切り屑処理性を有している。さらに、熱間加工性にも優れているので、工業的な規模で安価に製造することができる。したがって、ブレーキパーツ等の自動車部品に比べて一層小さな仕上げ面粗さが要求される細径のプリンターシャフトなどの「ＯＡ部品」の素材として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】被削材の表面側と接触する超硬工具先端のノーズＲ部に形成された送り量と同間隔の溝状摩耗を模式的に説明する図である。
【図１】
0005092578.tif 000005