JP6477383B2 - 快削鋼 - Google Patents
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Description
S値=(B+N/1.7)×2Al−(1300−TS)/106
1.5×10−3>S値>1.0×10−4・・・(1)
ここで、各合金元素は含有量(質量%)、TSは切削時点での引張強度(MPa)を示す。
C:0.30%以上0.60%以下
Cは焼入性および被削性に大きな影響を及ぼす元素である。その含有量が0.30%未満では、その効果に乏しく、被削性のうちの切り屑処理性を充分に確保できない。一方、0.60%を超えると、硬度が顕著に上昇し、工具寿命が低下する。従って、含有量は0.30%以上0.60%以下とした。好ましくは0.40%以上0.50%以下の範囲である。
Siは切屑処理性を向上させるのに有用な元素であり、その含有量が0.10%以下では、充分な向上効果が得られない。一方、0.50%超になるとフェライトの硬化が顕著となり、被削性のうちの工具寿命が低下してしまうため、含有量は0.10%超0.50%以下とした。好ましくは0.20%以上0.40%以下の範囲である。
Mnは工具寿命の向上に有効なMnSを生成させるために必要な元素である。その含有量が0.30%未満では、充分な量のMnSを生成することが出来ないため工具寿命の向上効果が認められない。一方、1.20%を超えると焼入性が向上し、硬度上昇が顕著となり、工具寿命が低下するため、含有量は0.30%以上1.20%以下とした。好ましくは0.60%以上0.90%以下の範囲である。
Pは固溶強化能の高い元素であり、フェライトの硬化を通して工具寿命を低下させるため、少ない方が良い。従って、含有量は0.030%以下(0%は含まず)とした。好ましくは0.015%以下(0%は含まず)である。一方、0.003%未満までのPの低減は脱Pのためのコストが過大となるので、製造コストの観点から、P含有量の下限は0.003%とすることが好ましい。
Sは工具寿命の向上に有効なMnSを生成させるために必要な元素である。その含有量が0.015%以下では、充分な量のMnSを生成することが出来ないため工具寿命の向上効果が認められない。よって、S含有量は0.015%超とする。一方、過剰な添加は、疲労強度および靭性を低下させるため、上限を0.200%とした。好ましくは0.030%以上0.100%以下の範囲である。
Crは、焼入性の向上に有効な元素であるが、含有量が0.05%に満たないとその効果に乏しく、一方0.50%を超えると、焼入れ性が向上し、硬度上昇が顕著となるだけでなく、固溶C、Nの固定により、歪時効が起こりにくくなり、被削性が低下する。よって、Cr含有量は0.05%以上0.50%以下の範囲に限定した。好ましくは0.10%以上0.30%以下の範囲である。
Vは冷却中に炭化物、炭窒化物を析出して引張強度及び疲労強度の向上に寄与するため、0.25%を超えて含有させる。一方、0.35%を超えて含有した場合、析出量が多すぎて硬度上昇が顕著となり、工具寿命が低下するため、V含有量は0.25%超0.35%以下の範囲に限定した。好ましくは0.28%以上0.32%以下の範囲である。
Alは脱酸に必要な元素であり、また、BN快削鋼においては工具面上にAlN皮膜を生成させ、拡散摩耗、すなわち被削材側への工具材成分拡散による摩耗を抑制するために必要な元素であるが、0.010%未満ではその効果が十分に得られない。一方、0.050%を超えると、その効果が飽和するとともに連続鋳造時のノズル詰まりの発生や、アルミナクラスター介在物の発現により疲労強度や工具寿命の低下を招くことから、Al含有量は0.010%以上0.050%以下の範囲に限定した。好ましくは0.020%以上0.040%以下の範囲である。
Bは工具寿命の向上に有効なBN介在物を生成させるために必要な元素であり、本発明の根幹に関わる重要な元素である。その含有量が0.0030%未満では、充分な量のBN介在物を生成することが出来ないため工具寿命の向上効果が認められない。一方、0.0100%を超えると焼入性が向上し、硬度上昇が顕著となるため工具寿命が低下する。従って、含有量は0.0030%以上0.0100%以下とした。好ましくは0.0040%以上0.0080%以下の範囲である。
Nは工具寿命の向上に有効なBN介在物を生成させるために必要な元素であり、本発明の根幹に関わる重要な元素である。その含有量が0.0070%未満では、充分な量のBN介在物を生成することが出来ないため工具寿命の向上効果が認められない。一方、0.0200%を超えると熱間延性が低下するため、N含有量は0.0070%以上0.0200%以下の範囲に限定した。好ましくは0.0100%以上0.0150%以下の範囲である。
Nbは、結晶粒を微細化し、粒界を強化して疲労強度向上に寄与するため、含有する場合は、少なくとも0.005%以上とすることが好ましい。一方、その効果は0.050%で飽和し、かつ、コスト増になるため、上限を0.050%とした。
Tiは組織を微細にして粒界を強化し、疲労強度を向上させる効果を有する。このような効果を発揮させるためには、0.005%以上の含有が好ましいが、その効果は0.050%で飽和し、かつ、コスト増になるため、含有する場合は、0.050%以下とする。
Moは強度を向上させるため、含有する場合は、少なくとも0.05%以上とすることが好ましい。一方、その効果は0.50%で飽和し、かつ、コスト増になるため、上限を0.50%とした。
本発明では、各々の元素が単に上記の範囲を満足するだけでは不十分であり、次式の関係を満足させることが重要である。
S値=(B+N/1.7)×2Al−(1300−TS)/106
1.5×10−3>S値>1.0×10−4・・・(1)
ここで、各合金元素は含有量(質量%)、TSは切削時点での引張強度(MPa)を示す。
鋼中介在物として1mm2あたりに円相当径で2μm以上かつアスペクト比で15以下のBN及びMnSが合計で300個以上存在
BNおよびMnS介在物は存在しさえすれば被削性が向上するが、大きいほど向上度合いが大きい。また、アスペクト比が小さいほど、構成刃先が小型化するため、面粗さが向上し、良好な工具寿命が得られる。このような効果を得るため、1mm2あたり、円相当径で2μm以上かつアスペクト比で15以下のBN及びMnSが合計で300個以上存在することが好ましい。
組織観察は、熱間鍛造により得られた直径30mmφの丸棒鋼から試験片を採取し、鍛造方向に平行な垂直断面(L断面)について、研磨後ナイタールで腐食し、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、断面組織観察(200倍)により相の種類を同定し、各相の面積率を求めた。
切削試験は、最初に外周を1mm切削して表面のスケール、脱炭層を除去後、表2に示す条件で実施し、工具寿命及び切り屑処理性を評価した。切り屑処理性の試験では、送り条件が3つあり、切削速度条件が5つあるため、各条件をそれぞれ組み合わせて15通りの条件で試験した。工具寿命の試験では横逃げ面摩耗幅VB=0.2mmとなる切削時間が15(min)以上を合格とし、切り屑処理性の試験では評価点20点以下を合格とした。
引張試験はJIS4号引張試験片を30mmφの丸棒鋼中心部から採取し、JIS Z 2241号に準拠して引張試験を行い引張強度(TS)を調査した。
直径30mmφの丸棒鋼から、平行部直径8mmの試験片を採取した。得られた試験片に対して、小野式回転曲げ疲労試験機を用い、回転数:3000rpmで実施し、107回を疲労限度として、回転曲げ疲労強度を測定した。400MPa以上を合格とした。
シャルピー衝撃試験はJIS3号試験片を30mmφの丸棒鋼中心部から採取し、室温での衝撃値を評価した。7J/cm2以上を合格とした。
直径30mmφの丸棒鋼の中間部(D/4位置(D:直径))において、圧延方向と平行な1mm2の領域に存在するBN、MnSの円相当径、アスペクト比、総個数を画像解析装置により求めた。なお、画像解析装置には、倍率×400の光学顕微鏡による観察像を入力した。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.30%以上0.60%以下、Si:0.10%超0.50%以下、Mn:0.30%以上1.20%以下、P:0.030%以下(0%は含まず)、S:0.015%超0.200%以下、Cr:0.05%以上0.50%以下、V:0.25%超0.35%以下、Al:0.010%以上0.050%以下、B:0.0030%以上0.0100%以下、N:0.0070%以上0.0200%以下を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、以下に示すS値が(1)式を満足し、引張強度が900MPa以上であり、介在物として1mm2あたりに円相当径で2μm以上かつアスペクト比で15以下のBN及びMnSが合計で300個以上存在する快削鋼。
S値=(B+N/1.7)×2Al−(1300−TS)/106、
1.5×10−3>S値>1.0×10−4・・・(1)
ここで、各合金元素は含有量(質量%)、TSは切削時点での引張強度(MPa)を示す 。 - 前記成分組成に加えて更に、質量%で、Nb:0.050%以下、Ti:0.050%
以下、Mo:0.50%以下の1種以上を含む請求項1に記載の快削鋼。
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