JPH0515777B2

JPH0515777B2 -

Info

Publication number: JPH0515777B2
Application number: JP60242476A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Sasaki; Hideo Takeshita; Morifumi Nakamura; Shuzo Ito; Kanehiro Ogawa
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-10-29
Filing date: 1985-10-29
Publication date: 1993-03-02
Also published as: JPS62103340A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は、機械構造用炭素鋼や機械構造用合金
鋼を対象とする被削性及び切屑処理性の優れた機
械構造用Ca快削鋼に関するものである。［従来の技術］従来のCa快削鋼は、ハイス工具寿命や切屑処
理性について未だ幾つかの問題を残しているが、
超硬工具寿命を著しく向上することができるとい
う点で一応の満足を得ている。これは、Caの存
在によつて鋼中の酸化物系介在物がある特定の組
成に制御され、この介在物が切削時に超硬工具の
摩耗面に付着し、超硬工具の摩耗を抑制する為で
あると考えられている。この種のCa快削鋼を機
械構造用鋼として使用する場合には、結晶粒度の
調整（結晶粒の微細化）が物性改善の面で不可欠
となるが、結晶粒度調整元素として安価なAl（強
力な脱酸剤としても作用する）を使用すると、系
中の介在物組成がAl₂O₃リツチになり高融点且つ
高硬度となる為、被削性はかなり低下してくる。
この様なところから現在実用化されている機械構
造用Ca快削鋼にあつては、結晶粒微細化元素と
して高価なNbを添加している。［発明が解決しようとする問題点］ところがNbは鋼中に硬いNb窒化物を生成して
被削性に悪影響を及ぼすばかりでなく、Al添加
Ca快削鋼に比べると熱処理特性（焼戻し軟化抵
抗）が異なるといつた問題が生じてくる。本発明
はこの様な状況のもとで、結晶粒度調整元素とし
てAlを添加した場合でも超硬工具寿命を劣化さ
せることがなく、しかもハイス工具寿命や切屑処
理性についても満足のいく特性を発揮し得る様な
機械構造用Ca快削鋼を提供しようとするもので
ある。［問題点を解決する為の手段］本発明に係る機械構造用Ca快削鋼とは、重量
％で、Ｃ：0.06〜0.60％、Si：0.01〜0.50％、
Mn：0.3〜2.0％、Ｓ：0.01〜0.12％、Ca：0.001
〜0.15％、Al：0.015〜0.060％を含有すると共に、
Ｏ：20ppmの要件を満たし、且つCaを３〜55重
量％含有し且つそのサイズが長径ｌ：20μｍ以
下、長径ｌと短径Ｗの比（ｌ／Ｗ）：３以下の各
要件を満たすMn−Ca−Ｓ系介在物が鋼中に均一
に分散されてなるところに要旨を有するものであ
る。［作用］本発明の機械構造用Ca快削鋼は次の様にして
得られる。即ち、適量のMnを含む溶鋼を、結晶
粒微細化効果を兼備したAlで脱酸した後、バブ
リングランスを通してCa合金粒末をAr等のキヤ
リヤガスを用いて溶鋼表面より深い位置に強制的
に吹き込むことによつて、Caを溶鋼中に均一に
分散させる。このとき、Ｓの一部はCa化合物と
なつて浮上分離されるので、その後適量のＳを補
充添加すると、該溶鋼中でCa、Mn、Ｓが反応
し、この溶鋼を冷却凝固すると、Ca−Mn−Ｓ系
介在物が均一に分散したCa系快削鋼を得ること
ができる。ところで、本発明者等が色々検討を重
ねたところによると、該Mn−Ca−Ｓ系介在物の
特性・性状はCaの含有量によつて著しく変わり、
Ca量が多くなるにつれて該介在物の圧延時にお
ける圧延方向の伸びが小さくなり、それに伴つて
被削性が向上するという事実をつきとめた。例え
ば第１図は、80mmφに圧延した鋼材中に観察され
る硫化別系介在物（MnS又はMn−Ca−Ｓ）の組
成をEPMA分析により求めると共に、夫々の介
在物の長径ｌと短径Ｗを画像処理装置により測定
し、長径5μｍ以上の介在物について介在物組成
と［長径ｌ／短径Ｗ）］比の関係としてまとめた
結果をグラク化して示したものであり、また第２
図は同様の実験により介在物組成と該介在物の長
径ｌとの関係としてまとめた結果を示したもので
ある。これらの図からも明らな様に、Ca含有率
の少ない硫化物系介在物の（ｌ／Ｗ）比は大きく
且つその長径ｌは非常に大きいのに対し、Ca含
有率が多くなるにつれて硫化物系介在物の（ｌ／
Ｗ）比は急激に小さく且つその長径ｌは小さくな
つている。そして硫化物系介在物中のCa含有率
が３重量％以上になると（ｌ／Ｗ）比は３以下の
極めて小さい値を示す様になると共に、その長径
ｌは20μｍ以下の非常に短いものとなる。そして
後記実施例でも明らかにする通り、硫化物系介在
物（Mn−Ca−Ｓ）中のCa量が３重量％以上に
なる様にCa及びＳを吹き込んで得た鋼材は、各
種の施削工具寿命やドリル寿命を延長し得る他切
屑分断性も良好であり、更には硫化物系介在物が
短く丸みを帯びているため、その結果として鋼材
自体の機械的物質の異方性がなく且つ非常に優れ
たものであることが確認された。但しMn−Ca−
Ｓ介在物中のCa含有量が多すぎると介在物が大
型化し、機械的性質等にかえつて悪影響を及ぼ
し、更には多量に入れずぎると経済的にも不利に
なるため本発明ではCa量の上限を55重量％と定
めた。尚Caは前述の如く硫化物系介在物を短尺
化して異方性を少なくするという大きな特徴を有
しているが、更には次の様な作用も発揮する。即
ち脱酸剤及び結晶粒微細化剤の両作用を期待して
Alを添加した場合に鋼中に混入してくる硬質の
酸化物（Al₂O₃）が下記式に従つてCaと反応し該
酸化物を消滅させる。その結果、該酸化物によつ
て生ずる被削性の低下を防止するのである。 Al₂O₃＋Ca→mCaO・Al₂O₃↑ 本発明のCa快削鋼は、例えば転炉などでCaと
Ｓを除く他の成分を調製した後Alによる強力脱
酸処理に付し、脱酸生成物を充分に除去した後所
定量のCaおよびＳを順次或は同時に吹き込むこ
とによつて得られるが、最終製品としての成分組
成を示せば下記の通りである。Ｃ：0.06〜0.60％機械構造用としての強度を確保するのに必須の
元素であり、上記範囲未満では強度不足となる。
しかし多過ぎると靱性および被削性が悪くなる。 Si：0.01〜0.50％脱酸の為に欠くことのできない元素であるが、
多過ぎると硬質化して被削性が悪くなる。 Mn：0.3〜2.0％焼入性を高めると共に熱間延性および靱性改善
効果を有し、且つMn−Ca−Ｓ系介在物の生成に
不可欠の成分であるが、多過ぎると被削性が悪く
なる。Ｐ：0.035％以下不純介在物として強度および靱性を阻害するの
で、できるだけ少なく抑えることが望まれる。Ｓ：0.01〜0.12％ Mn−Ca−Ｓ系介在物の生成源となり被削性を
高める作用があるが、多過ぎるとフリーのＳが介
在物となつて靱性を阻害する。 Ca：0.001〜0.15％ Mnと共に硫化物の生成源となり、被削性およ
び機械的性質の向上に寄与するが、上記範囲の上
限を超えて鋼中に均一に存在させることはできな
い。 Al：0.015〜0.060％脱酸と結晶粒調整のために不可欠の元素である
が、上記範囲を超えて含有させてもそれ以上の効
果は得られない。Ｏ：20ppm以下 Al₂O₃等の酸化物系介在物を生成して被削性を
悪化させるので、できるだけ少ない方が好ましい
が、20ppm以下であれば実質的な悪影響は生じな
い。 Ni：0.01〜3.75％、Cr：0.01〜1.50％またはMo：
0.01〜．050％いずれも焼入性を高めるために有効な成分であ
り、これらの内１種以上を含有させることによつ
てその効果が有効に発揮される。しかし夫々上限
を超える添加は経済的に無駄である。即ち、上記成分の内Ｃ、Si、Mn、Ｐ等の含有
量は、通常の機械構造用炭素鋼または同合金鋼中
に含まれる範囲内であり、Ni、Cr、Moについて
も同様であるが、ＳおよびCaは上記Mnと共に
Mn−Ca−Ｓ系介在物を生成させる上で重要な成
分であり、これらの量が不足すると被削性改善効
果を充分に発揮させることができず、一方、Ｓが
前記範囲の上限を超えると鋼材の機械的性質、殊
に横目の靱性が乏しくなる。尚Ca量はＳおよび
Mnの含有量に応じてMn−Ca−Ｓ系介在物中の
Ca量が前記好適範囲内に納まる様に調整すれば
良い。この他、本発明に係る鋼材中には、被削性を更
に高めるためPbやTe等の快削性向上元素を適量
添加することもできる。尚本発明におけるMn−
Ca−Ｓ系介在物中の被削性向上効果は、Cr、
Mo、Ni、Ｂ等の合金元素を加えた場合でもいさ
さかも阻害されず、従つて炭素鋼や各種の合金鋼
に対しても同様に適用し得るものである。［実施例］転炉にてCaとＳ以外の成分を調整した後Alに
よる強脱酸処理に付した溶鋼を取鍋に受け、
KAT装置を用いてCa及びＳを順次吹込み、第１
表に示す如くCa量及びＳ量の異なる９種類の鋼
材を溶製した。第１表中符号Ａ〜ＣはCa無添加
鋼、符号ＤはCa脱酸鋼、符号ＥはCa少量添加鋼、
符号Ｆ〜Ｉは本発明のCa快削鋼を夫々示す。上記鋼材を常法により造塊・圧延した後、その
中に含まれる長径5μｍ以上の介在物のうち任意
の1000個について画像処理装置により、介在物の
長径ｌと短径Ｗ及び［長径ｌ／短径Ｗ］比を求め
ると同時にその介在物の組成をEPMAで分析し、
介在物中のCa含有量を定量した。夫々の結果を
まとめて第１表に併記した。また上記で分析した硫化物系介在物のSEM像
及びスペクトル像の一部を抜粋して参考写真に示
した。

【表】

【表】第１表からも明らかな様に、本発明鋼（符号Ｆ
〜Ｉ）は何れも適量のCa、Ｓを含んでおり、硫
化物系介在物中のCa量が規定範囲内である他、
該介在物の長径ｌは20μｍ以下で且つ（ｌ／Ｗ）
比も３以下の値を示し、短尺で異方性の少ないも
のであることが分かる。これに対しCa無添加鋼
（符号Ａ〜Ｃ）中に含まれるMn−Ｓ系介在物は
何れも非常に長尺で異方性が強く、またCa量が
不足する比較鋼（符号Ｄ）及びCa脱酸鋼（符号
Ｅ）も介在物が長尺で異方性が強い。次に上記で得た各鋼材の機械的性質及び被削性
を調べた結果を第３〜７図に示す。第３図は各鋼材の横目の機械的性質（衝撃値、
伸び及び絞り）をＳ含有率との関係で整理したグ
ラフである。但し試験法は下記の通りとした。供試片の熱処理：830℃×2hr→A.C. 引張り試験：JIS ４号ミニ衝撃試験：JIS ３号この図からも明らかな様に、本発明鋼（符号Ｆ
〜Ｉ）は比較鋼（符号Ａ〜Ｅ）に比べて何れも優
れた機械的性質を有している。これは、本発明鋼
の硫化物系介在物の形状が比較鋼に比べて著しく
短尺で丸形に近い為であり、機械的性質の異方性
が高められたものであることは明白である。また第４〜７図は、上記各鋼材の超硬工具寿
命、セラミツク工具寿命、ドリル寿命及び切屑分
断性を、Ｓ含有量との関係で整理して示したグラ
フであり、各試験は下記の条件に準じて行なつ
た。＜超硬工具寿命……第４図＞切削条件工具：P10 Ｖ：300ｍ／min ｆ：0.25mm／rev ｄ：0.5mm 切削油：なし工具寿命基準：VB＝0.3mm ＜セラミツク工具寿命……第５図＞切削条件工具：黒セラミツク（Al₂O₃＋Tic）Ｖ：500ｍ／min ｆ：0.25mm／rev ｄ：0.5mm 切削油：なし工具寿命基準：VB＝0.3mm ＜ドリル寿命……第６図＞切削条件工具：SKH9、10mmφストリートドリルＶ：30ｍ／min ｆ：0.21mm／rev ｄ：0.5mm 切削油：なし工具寿命基準：溶損＜切屑分断性……第７図＞切削条件工具：P10 Ｖ：150、250ｍ／min ｆ：0.3、0.2、0.1、0.05mm／rev ｄ：2.0、1.0、0.5mm 切削油：なし第４〜７図からも明らかな様に、超硬工具寿
命、セラミツク工具寿命、ドリル寿命、切屑分断
性の何れを見ても本発明の要件を満たす快削鋼
（符号Ｆ〜Ｉ）は比較鋼（符号Ａ〜Ｅ）に比べて
格段に優れた切削特性を有していることが分か
る。［発明の効果］本発明は以上の様に構成されているが、殊に鋼
中の硫化物系介在物をMn−Ca−Ｓ系とし且つ該
介在物中におけるCa含有率を特定することによ
つて当該介在物を短尺で球形に近い状態となる様
に形状制御したので、被削性が著しく改善される
ばかりでなく機械的特性の異方性もなくなり、機
械的性質、被削性更には切屑切断性のすべてに優
れた性能を示す機械構造用Ca快削鋼を提供し得
ることになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はMn−Ca−Ｓ系介在物中のCa含有率
と当該介在物の長径ｌ／短径Ｗ比の関係を示すグ
ラフ、第２図は同じくMn−Ca−Ｓ系介在物中の
Ca含有率と当該介在物の長径ｌの関係を示すグ
ラフ、第３〜７図は供試鋼材中におけるＳ含有率
が機械的性質、被削性及び切屑処理性に及ぼす影
響を示す実験結果のグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

１重量％で、Ｃ：0.06〜0.60％、Si：0.01〜0.50
％、Mn：0.3〜2.0％、Ｓ：0.01〜0.12％、Ca：
0.001〜0.15％、Al：0.015〜0.060％を含有すると
共に、Ｏ：20ppm以下の要件を満たし、且つCa
を３〜55％含有するMn−Ca−Ｓ系介在物が鋼中
に均一に分散されており、該Mn−Ca−Ｓ系介在
物のサイズが、長径ｌが20μｍ以下で長径ｌと短
径Ｗの比（ｌ／Ｗ）が３以下であることを特徴と
する機械構造用Ca快削鋼。