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JP2733989B2 - 熱間延性に優れた快削鋼 - Google Patents

熱間延性に優れた快削鋼

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JP2733989B2
JP2733989B2 JP63223759A JP22375988A JP2733989B2 JP 2733989 B2 JP2733989 B2 JP 2733989B2 JP 63223759 A JP63223759 A JP 63223759A JP 22375988 A JP22375988 A JP 22375988A JP 2733989 B2 JP2733989 B2 JP 2733989B2
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JP
Japan
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less
steel
machinability
hot ductility
hot
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JP63223759A
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貞行 中村
智紀 羽生田
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】
(産業上の利用分野) 本発明は、熱間延性を低下させることなく被削性を改
善した快削鋼に係り、例えば、エンジン部品や足まわり
部品などの自動車部品の素材として好適に利要される熱
間延性に優れた快削鋼に関するものである。 (従来の技術) 従来、例えば、エンジン部品や足まわり部品などの自
動車部品の素材としては、機械構造用鋼が多く使用され
ており、浸炭焼入れ焼もどしを施して使用するものや、
焼入れ焼もどしを施すことなく非調質で使用するものな
どがあった。また、被削性をより一層向上させるように
したり、温間加工性をさらに向上させるようにした機械
構造用鋼も開発されていた。 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、機械構造用鋼の被削性をより一層向上
させるために、快削元素としてS,Se,Te,Pb,Bi等を添加
すると、熱間延性を劣化させることが多く、熱間延性が
劣化することによってオーステナイト状態で行う熱間圧
延,熱間鍛造等の熱間加工時の割れや疵が発生しやすく
なり、熱間加工が困難になることが多いという課題があ
った。 (発明の目的) 本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされた
ものであって、熱間延性を低下させることなく被削性を
改善した、熱間延性に優れた快削鋼を提供することを目
的としている。
【発明の構成】
(課題を解決するための手段) 本発明に係る熱間延性に優れた快削鋼は、重量%で、
C:0.31〜0.70%、Si:0.35%以下、Mn:2.5%以下、Al:0.
001〜0.100%、B:0.0040〜0.0200%、N:0.0050〜0.0200
%でかつ、%N/%B:0.5〜4.0、必要に応じて、Ni:0.3〜
5.0%,Cr:0.1〜5.0%,Mo:0.05〜3.0%のうちから選ばれ
る1種または2種以上、同じく必要に応じて、Pb:0.05
%未満,Bi:0.05%未満のうちから選ばれる1種または2
種を含み、Ti+Zr+REM:0.01%以下、O:0.0020%以下、
S:0.010%以下に規制し、残部実質的にFeよりなる合金
成分の構成としたことを特徴としており、このような合
金成分の構成を上述した従来の課題を解決するための手
段としている。 次に、本発明による熱間延性に優れた快削鋼の合金成
分(重量%)の限定理由について説明する。 C(炭素):0.31〜0.70% Cは例えばエンジン部品や足まわり部品などの自動車
部品の強度を確保するために必須の元素であり、良好な
強度を確保するためには0.31%以上含有させる必要があ
るが、多量に含有すると靭性を低下させると共に加工性
を劣化させてしまうので、0.70%以下とした。 Si(ケイ素):0.35%以下 Siは鋼溶製時の脱酸剤として有効な元素であり、鋼塊
の表面欠陥の発生を防止するのに有用な元素であるが、
多量に含有すると延性を低下させるので、その上限を0.
35%とした。 Mn(マンガン):2.5%以下 Mnは鋼溶製時の脱酸剤および脱硫剤として有効な元素
であり、MnS等の硫化物を形成することによってSによ
る熱間脆化を防止する効果がある。しかし、多量に含有
すると鋼の被削性を劣化させるため、その上限を2.5%
とした。 Al(アルミニウム):0.001〜0.100% Alは鋼溶製時の脱酸剤として有効な元素であり、鋼中
の脱酸を十分なものとすることによってB2O3が生成され
るのを防止するのに有用であるので、このような効果を
得るために0.001%以上とした。しかし、多量に含有す
ると地疵発生の原因となるので、その上限を0.100%と
した。 B(ホウ素):0.0040〜0.0200% N(窒素):0.0050〜0.0200%でかつ、%N/%B:0.5〜4.
0 BおよびNは鋼中において被削性の向上に効果のある
BNとして析出し、鋼の被削性を向上させるのに有効な元
素である。この場合、BNは鋼中において微細に析出する
ので、機械的性質を低下させることがなく、また熱間加
工性を低下させることもない。そして、このようなBNの
効果を十分に発揮させるためには、Bを0.0040%以上、
Nを0.0050%以上添加する必要がある。しかし、Bの含
有量が0.0200%を超えると熱間加工性が劣化し、Nの含
有量が0.0200%を超えると鋳造性が悪化してしまうの
で、Bについては0.0040〜0.0200%、Nについては0.00
50〜0.0200%の範囲とした。 さらに、%N/%Bの値が0.5未満であると熱間加工性
が劣化し、前記値が4.0を超えると被削性が低下してし
まうので、%N/%Bの値を0.5〜4.0%に規制した。 Ni(ニッケル):0.3〜5.0% Cr(クロム):0.1〜5.0% Mo(モリブデン):0.05〜3.0% Ni,Cr,Moは強度の向上に有効な元素であるので、必要
に応じてこれらの1種または2種以上をNiについては0.
3%以上、Crについては0.1%以上、Moについては0.05%
以上添加することもできるが、Niが5.0%を超え、Crbが
5.0%を超え、Moが3.0%を超えても、強度向上の効果は
飽和し、むしろ価格の上昇をもたらしたり被削性が低下
してしまったりするので、添加するとしてもNiは0.3〜
5.0%、Crは0.1〜5.0%、Moは0.05〜3.0%の1種または
2種以上とするのがよい。 Pb(鉛):0.05%未満 Bi(ビスマス):0.05%未満 本発明に係る熱間延性に優れた快削鋼は、上述したよ
うにBNの添加により被削性を確保されているが、被削性
をさらに向上させたい場合に、PbおよびBiは被削性の向
上に有効な元素であるので、必要に応じてこれらの1種
または2種以上を不純物レベル以上添加することもでき
る。しかし、Pbが0.05%以上、Biが0.05%以上であると
熱間加工性が低下してしまうので、添加するとしてもPb
はより好ましくは0.01%以上0.05%未満、Biはより好ま
しくは0.01%以上0.05%未満としてこれらの1種または
2種を添加するのがよい。 Ti(チタン)+Zr(ジルコニウム)+REM(希土類金
属):0.01%以下 Ti,Zr,REMはNと窒化物を形成し、前述したBNの形成
を阻害する元素であるため、それらの総量を0.01%以下
に規制する必要がある。 O(酸素):0.0020%以下 OはBと結合して酸化物(B2O3)を形成し、BNの形成
を阻害するため、その含有量はできるだけ少なくするの
がよく、0.0020%以下に規制する必要がある。 S(いおう):0.010%以下 Sは鋼の熱間延性を低下させ、熱間延性や熱間鍛造な
どの熱間加工性を劣化させるので、0.010%以下に規制
する必要がある。 (発明の作用) 本発明に係る熱間延性に優れた快削鋼においては、鋼
の溶製時にBとNを含有させ、その後の凝固過程と熱間
加工工程において、被削性の向上に優れた効果を発揮す
る微細なBN(六方晶窒化ホウ素)を析出させるようにし
ているので、鋼の被削性は著しく良好なものとなってお
り、このBN析出物は、硫化物やPbなどの被削性向上元素
の析出物に比べるとそのサイズが小さく、非常に微細な
ものであることに加えて、高温に対しても安定なもので
あることから、鋼の熱間延性を劣化させることなく被削
性を著しく向上させる。 そして、本発明に係る熱間延性に優れた快削鋼におい
ては、窒化物形成傾向の強いTi,Zr,REMの含有量を規制
すると共にBと酸化物を形成してBNの析出を阻害する酸
素の含有量を規制しているので、微細なBN介在物が安定
して析出されるようになり、熱間延性に及ぼす悪影響が
小さいBNによる被削性向上の作用が十分に発揮される。 なお、通常の場合において、上記のBとNをBN化合物
とし添加しようとすると、その比重が溶鋼に比べてかな
り小さいために、溶鋼上に浮上してしまうおそれがある
ので、何んらかの添加手段を考慮する必要がある場合が
多い。 (実施例) 以下、本発明の実施例を比較例とともに示す。 第1表に示す合金成分からなる組成の溶鋼を2tonアー
ク炉で溶解しそして精錬炉で精錬することにより得た
後、それぞれインゴットとし、次いで、各インゴットを
直径90mmまで熱間圧延し、さらに直径60mmの棒材に熱間
鍛造したのち焼なさしを行った。 次に、このようにして得られた各供試鋼について、そ
れぞれ、切削試験および引張試験を行って、被削性およ
び熱間延性を調べた。この場合、切削試験は、工具;P1
0,切削速度;150m/min,寿命判定;逃げ面摩耗0.2mmによ
り行い、比較のA鋼の被削性を基準(すなわち1)とし
て、旋削における超硬工具寿命の比で被削性を評価し
た。この結果を同じく第1表に示す。また、引張試験
は、直径60mmの鍛造材の直径方向より試験片を採取し、
試験温度;1100℃,引張強度;50mm/秒の条件でグリーブ
ル試験を行い、熱間引張における絞り値で熱間延性を評
価した。この結果を同じく第1表に示す。 第1表に示した結果において、まず、比較鋼A,B,Cか
ら明らかように、S45C(比較鋼A)にS(比較鋼B)お
よびPb(比較鋼C)を添加した場合には、被削性は向上
しているものの、熱間延性がかなり低下している。 これに対して、S45CにBNを添加した発明鋼1の場合に
は、被削性はかなり向上しているが、熱間延性の低下は
実質的に認められず、これにPbおよびBiを添加したそれ
ぞれ発明鋼2および発明鋼3の場合には被削性はさらに
向上しているものの、熱間延性の低下は実質的に認めら
れなかった。 また、SCR420(比較鋼D)にBNを添加した参考鋼4の
場合にも、被削性はかなり向上しているが熱間延性の低
下は実質的に認められず、これにPbおよびBiを添加した
それぞれ参考鋼5および参考鋼6の場合には被削性はさ
らに向上しているものの、熱間延性の低下は実質的に認
められなかった。 さらに、SCM420(比較鋼E)にBNを添加した参考鋼7
の場合にも、被削性はかなり向上しているが熱間延性の
低下は実質的に認められず、これにPbおよびBiを添加し
たそれぞれ参考鋼8および参考鋼9の場合には被削性は
さらに向上しているものの、熱間延性の低下は実質的に
認められなかった。 さらにまた、SNC631(比較鋼F)にBNを添加した参考
鋼10の場合にも、被削性はかなり向上しているが熱間延
性の低下は実質的に認められず、これにPbおよびBiを添
加したそれぞれ発明鋼11および参考鋼12の場合には被削
性はさらに向上しているものの、熱間延性の低下は実質
的に認められなかった。 さらにまた、SNCM220(比較鋼G)にBNを添加した参
考鋼13の場合にも、被削性はかなり向上しているが熱間
延性の低下は実質的に認められず、これにPbおよびBiを
添加したそれぞれ参考鋼14および参考鋼15の場合には被
削性はさらに向上しているものの、熱間延性の低下は実
質的に認められず、本発明鋼は熱間延性を低下させるこ
となく被削性が大幅に改善されていることが確かめられ
た。
【発明の効果】
本発明に係る快削鋼は、重量%で、C:0.31〜0.70%、
Si:0.35%以下、Mn:2.5%以下、Al:0.001〜0.100%、B:
0.0040〜0.0200%、N:0.0050〜0.0200%でかつ、%N/%
B:0.5〜4.0、必要に応じて、Ni:0.3〜5.0%,Cr:0.1〜5.
0%,Mo:0.05〜3.0%のうちから選ばれる1種または2種
以上、同じく必要に応じて、Pb:0.05%未満,Bi:0.05%
未満のうちから選ばれる1種または2種を含み、Ti+Zr
+REM:0.01%以下、O:0.0020%以下、S:0.010%以下に
規制し、残部実質的にFeよりなる合金成分の構成として
いることから、熱間延性を低下させることなく被削性を
著しく改善した、熱間延性に優れた快削鋼であり、オー
ステナイト状態で行う熱間圧延,熱間鍛造等の熱間加工
時に割れや疵が発生しがたいものであって、熱間加工を
良好に行うことができると共に、切削加工においても被
削性が良好であるため、切削加工性の向上、工具寿命の
増大をはかることができ、自動車部品およびその他各種
機械構造物用部品の品質および製造性を著しく向上させ
ることができるようになるという著大なる効果がもたら
される。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.31〜0.70%、Si:0.35%以
    下、Mn:2.5%以下、Al:0.001〜0.100%、B:0.0040〜0.0
    200%、N:0.0050〜0.0200%でかつ、%N/%B:0.5〜4.0
    を含み、Ti+Zr+REM:0.01%以下、O:0.0020%以下、S:
    0.010%以下に規制し、残部実質的にFeよりなることを
    特徴とする熱間延性に優れた快削鋼。
  2. 【請求項2】重量%で、C:0.31〜0.70%、Si:0.35%以
    下、Mn:2.5%以下、Al:0.001〜0.100%、B:0.0040〜0.0
    200%、N:0.0050〜0.0200%でかつ、%N/%B:0.5〜4.
    0、およびNi:0.3〜5.0%,Cr:0.1〜5.0%,Mo:0.05〜3.0
    %のうちから選ばれる1種または2種以上を含み、Ti+
    Zr+REM:0.01%以下、O:0.0020%以下、S:0.010%以下
    に規制し、残部実質的にFeよりなることを特徴とする熱
    間延性に優れた快削鋼。
  3. 【請求項3】重量%で、C:0.31〜0.70%、Si:0.35%以
    下、Mn:2.5%以下、Al:0.001〜0.100%、B:0.0040〜0.0
    200%、N:0.0050〜0.0200%でかつ、%N/%B:0.5〜4.
    0、およびPb:0.05%未満,Bi:0.05%未満のうちから選ば
    れる1種または2種を含み、Ti+Zr+REM:0.01%以下、
    O:0.0020%以下、S:0.010%以下に規制し、残部実質的
    にFeよりなることを特徴とする熱間延性に優れた快削
    鋼。
  4. 【請求項4】重量%で、C:0.31〜0.70%、Si:0.35%以
    下、Mn:2.5%以下、Al:0.001〜0.100%、B:0.0040〜0.0
    200%、N:0.0050〜0.0200%でかつ、%N/%B:0.5〜4.
    0、およびNi:0.3〜5.0%,Cr:0.1〜5.0%,Mo:0.05〜3.0
    %のうちから選ばれる1種または2種以上、Pb:0.05%
    未満,Bi:0.05%未満のうちから選ばれる1種または2種
    を含み、Ti+Zr+REM:0.01%以下、O:0.0020%以下、S:
    0.010%以下に規制し、残部実質的にFeよりなることを
    特徴とする熱間延性に優れた快削鋼。
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