JPH0133544B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、冷間鍛造性と被削性の優れた機械構
造用鋼に関するものである。 従来より機械部品の多くは切削加工によつて製
作されているが、近年、冷間加工技術の進歩とと
もに、部品の加工費を削減するために、まず、冷
間加工によつて粗成形し、その後、仕上げのため
切削加工を行なうという工程を多く採用されつつ
ある。そのために、鋼材に対しては冷間鍛造性と
被削性との両特性を有するものが要求されてきて
いる。 そして、従来においては冷間鍛造性を良好にす
るため球状化焼なまし処理や鋼材の清浄度を低く
する方法がとられているが、この方法では鋼材の
切削時の被削性が悪くなり、また、被削性を改善
するために、ＳやPbを添加する方法が採用され
ているが、鋼材の冷間鍛造性が悪くなる。このよ
うに、冷間鍛造性と被削性とは相反する場合が多
く、両立させることは困難であるといわれてい
る。 また、一般に、機械構造用炭素鋼や合金鋼は、
Ｓを0.015〜0.030％程度含有されており、このＳ
は殆んどがMnSの形で鋼中に存在している。そ
して、このMnSは不均一に多く分布しており、
圧延時に長く展伸するため機械的性質の異方性を
生じたり、冷間鍛造性を劣化させる（このような
鋼中介在物をJIS規格ではＡ系介在物という。）ま
た、Alは溶鋼の脱酸や結晶粒度調整のために添
加するのであるが、溶鋼の凝固後においても
Al₂O₃の形で約40〜100ppm程度含有されており、
冷間加工時の割れの起点となつて、冷間圧造性を
悪化させたり、硬質のため切削時の工具摩耗を促
進させたりする（このような鋼中介在物をJIS規
格ではＢ系介在物という。） 次に、従来のCa脱酸鋼、鉛快削鋼について説
明すると、先づ、Ca脱酸鋼は溶鋼をCa脱酸し、
アノルサイト（CaO・Al₂O₃・2SiO₂）、ゲーレナ
イト（2CaO・Al₂O₃・SiO₂）等のCa酸化物を生
成させることによつて切削時の工具表面にベラー
グ（Belag）と称する付着物を形成させ工具摩耗
を抑制することのできる鋼である。また、Ca脱
酸鋼にはCa酸化物をCaO・nAl₂O₃とする鋼もあ
る。次いで、鉛快削鋼は、Pbが0.15〜0.30％含有
されており、そして、このPbは単独介在物や硫
化物との複合介在物、酸化物との複合介在物の形
で存在している。このPb介在物は切削時に応力
集中効果や工具との潤滑作用により被削性を改善
する。しかし、一般の鉛快削鋼、例えばS45CLの
Ｓ含有量は0.015〜0.030％であり、その殆んどが
MnSの形で存在しており、そして、このMnSは
圧延時に展伸してＡ系介在物となり、また、Pb
は大きなMnSとの複合介在物とするので冷間鍛
造性を悪化させる。 本発明は、上記に説明した従来技術においては
冷間鍛造性と被削性とを有する機械構造用鋼を得
ることができなかつた困難な問題を解決したもの
であつて、Ca、Ｓ、Pb、Biを適正量に調整し、
かつ、介在物を適切な形態や微細に分散させるこ
とにより冷間鍛造性と被削性の両特性を向上させ
た機械構造用鋼である。 そして、本発明に係る機械構造用鋼において
は、上記した冷間鍛造性と被削性との両特性を得
るために、溶鋼中にCaを多量に連続的に添加し、
溶存しているＳをCaSに変化させ、また、Caに
よる還元反応によつてAl₂O₃をなくすか、また、
極めて少なくした。即ち、反応式で示すと次式の
ようになる。 Ca＋Ｓ→CaS 3Ca＋Al₂O₃→3CaO＋2Al この結果、介在物はCaS−CaO系となり、か
つ、微細に均一に分散する。その後、Pb、Biの
一種又は２種を化合物、金属、合金の何れかの形
態で少量添加含有させて、Pb又はBiの単独介在
物を生成させたり、或いは、CaS−CaO（このよ
うな鋼中介在物をJIS規格ではＣ系介在物とい
う。）の周辺に微細に析出させることによつて、
有害な介在物を除去したり、或いは、介在物の形
態を制御したりし、さらに、微細に分散させるこ
とにより、これらの作用及び／又は効果が相乗的
に働き、冷間鍛造性と被削性とを向上させたもの
である。従つて、MnSが圧延時に展伸するとい
うこともなく、また、有害なAl₂O₃も著しく少な
くなるのである。 次に、本発明に係る冷間鍛造性と被削性の優れ
た機械構造用鋼について、含有成分、成分割合及
び介在物について詳細に説明する。なお、機械構
造用鋼には、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金
鋼が含まれこれらはおおむねC0.6％以下、Si0.35
％以下、Mn1.8％以下と必要に応じてCr1.2％以
下、Mo0.3％以下、Ni5％以下を含むものであ
る。 Caは、これが含有されることによつて種々の
硫化物や酸化物が生成し、介在物をCaS−CaOと
し、Al₂O₃を還元して著しく減少させる。よつて
Caを溶鋼に多量に添加する必要があるが、製品
段階におけるCa含有量が0.002％未満ではこの効
果が少なく、0.05％を越えて含有されるとCaOの
介在物が多くなり冷間鍛造性が悪くなる。従つ
て、Ca含有量は0.001〜0.05％の範囲とする。 Ｓは、0.005％を越えて含有されていると、
CaSばかりでなく、MnSが多くなり冷間鍛造性
を悪化させる。よつて、Ｓ含有量は0.005％以下
とするのである。 Pb、Biは被削性を向上させる元素であり、
Pb、Biの一種、又は、二種の含有量が0.02％未
満では被削性の向上の効果は少なく、また、0.15
％を越えて含有されるとPb、Biの単独の介在物
が大きくなつて冷間鍛造性を悪化させる。よつ
て、Pb、Biの単独、又は複合の含有量は0.02〜
0.15％とする。 CaS−CaO、PB、Bi系の介在物としたのは、
CaS−CaOがMnSより圧延時に変形し難く、ま
た、均一に微細に分散する傾向があるため、機械
的性質の異方性が少なく、冷間鍛造性が良くなり
被削性を向上させるからである。なお、含有して
いるＳの全部をCaSの介在物にする必要はなく、
Ｓ含有量の0.005％以下における範囲内で生成さ
れる若干量のMnSは許容される。 また、Al₂O₃は硬質であるから切削時の工具の
摩耗を促進し被削性を悪化させるとともに、冷間
鍛造時における割れ発生の起点となる。よつて、
このAl₂O₃は少ない程望ましいものであるが、技
術的に、含有量は0.001％未満とするのである。 次に、本発明に係る冷間鍛造性と被削性の優れ
た機械構造用鋼の実施例について説明する。 実施例 60屯実用炉で第１表に示す成分、成分割合とな
るように溶製し、切削試験用と冷間圧造試験用に
それぞれ80φ25φの丸棒に圧延した。焼ならし処
理後両試験を実施した。なお、第１表において、
Ａ，Ｂは本発明に係る鋼、Ｃ，Ｄ，Ｅは比較鋼で
ある。

【表】 (1) 冷間鍛造試験 試験片 20φ×30mm この試験片の拘束圧縮を行ない、割れ亀裂が
生じた時の限界すえ込み率を求めた。この限界
すえ込み率の大きい鋼ほど冷間鍛造性は良好で
ある。即ち、限界すえ込み率は次式により計算
する。 限界すえ込み率＝Ho−Ｈ／Ho×100（％） Ho：試験片の圧縮前の高さ。 Ｈ：試験片を拘束圧縮して割れが発生した
時の試験片の高さ。 (2) 切削試験 切削速度：50、100、150、200、250（ｍ／
min） 送 り：0.05、0.125、0.175、0.25（mm／rev） 切込み：1.5mm（一定） 切削油：無し この20条件について旋盤で超硬工具p10によ
る旋削を行ない生成する切粉の形態によつて切
りくず処理性の評価点を与えた。 切粉の形態 評価点 細かく１巻き以下に分断 40点 ２〜３巻き 30点 規則的連続してカール 20点 カールせず不規則 10点 そして、20条件について合計した。切りくず処
理性の評価点の高い程被削性が優れているのであ
る。 この冷間鍛造性と被削性の試験結果を添付図面
に示す。この添付図面より明らかであるが、比較
鋼、Ｃ，Ｅは冷間鍛造性、被削性共に本発明に係
る鋼より著しく劣つているものである。また、比
較鋼Ｄは被削性は本発明に係る鋼より良好である
が、冷間鍛造性は本発明に係る鋼より相当に悪い
のである。 以上説明したように、本発明に係る冷間鍛造性
と被削性の優れた機械構造用鋼は上記の構成を有
しているものであるから、冷間鍛造性、被削性と
の両特性の極めて優れた効果を有している。

【図面の簡単な説明】

添付図面は冷間鍛造性と被削性とを示すグラフ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ca0.002〜0.05％、Pb、Biを単独又は複合し
   て0.02〜0.15％含有し、Ｓを0.005％以下に規制
   し、介在物をCaS―CaO、Pb、Bi系介在物とし、
   かつ、Al₂O₃介在物を0.001％未満に抑えたことを
   特徴とする冷間鍛造性と被削性の優れた機械構造
   用鋼。