JPH0141695B2

JPH0141695B2 -

Info

Publication number: JPH0141695B2
Application number: JP9145179A
Authority: JP
Inventors: Gifuro Henritsuku
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1979-07-18
Publication date: 1989-09-07
Also published as: JPS5616658A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は動応力（絶えず変化して動的に作用す
る動荷重によつて生ずる応力）に耐えることが出
来、焼入れしなくても高強度を示し、優れた被削
性を示す快削鋼に関するものであり、この快削鋼
は特に切くずの除去によつて作動する工作機械に
より、大きな応力にさらされる高強度機拡要素を
製造することを意図しているものである。成形技術の分野において、材料除去により作動
する自動工作機械やこれらの工作機械によつて構
成される製造ラインは特に大量生産に用いた時作
業コストを低減可能ならしめる近代的且つ効率的
手段である。材料除去により作動するこれらの自
動工作機械を利用することは、しかしながら、こ
れらの工作機械を常に監視する必要がなく、切く
ずは人手を介さずに被加工片即ち工作機械から除
去出来る時に始めて鋼の機械加工にとつて利益を
もたらすものである。切くずの除去によつて製品
を作るのに用いられる材料は１つの重要な要件、
即ち被削性に優れており自動乃至快削性工作機械
に適した形状の切くずを生ずるという要件を満た
さねばならない。被削性は機械的強度や密度と同様に材料の１つ
の物理的特性であり、従つて各材料の特性であつ
てこの特性は次の如き物理的特性の複合されたも
のである。 (イ) 切くず除去に対する材料の特性。 (ロ) 切くず除去により加工される表面の優れた品
質を保証する材料の特性。 (ハ) 工具に及ぼす材料の摩耗作用。従つて被削性は製造目的の関数として次の特性
因子を含んでいる。 (a) 切削力乃至切削抵抗。 (b) 切くずの形状。 (c) 切くず除去により加工される表面の品質。 (d) 切削工具の切削寿命乃至上記(a)〜(c)が合体し
た概念に対応する因子。一般に最適な被削性を示す材料は、工具を再研
摩する迄に、切くずの除去によつて最少限の時間
で最大量を切削出来、適当な表面品質を与える材
料のことであることが認められている。従つて、
切削によつて材料を除去する際に介在するプロセ
スに依存して、切削量は２つの互いに異なる下記
の因子によつて規定されるものである。 (i) 材料の特性。 (ii) 切くず除去の特性条件。上に述べたことに関連して、特殊合金の快削鋼
が開発されており、その被削性が検討されてき
た。快削鋼が満たさねばならない最も重要な要件
は、材料除去により機械加工する際適当な寸法の
切くずが生じ、外部からの介入なしにこれらの切
くずが冷却液により工作機械から自動的に除去さ
れ得ると云うことである。切くずに良好な破砕特
性を付与せしめるためには、快削鋼を製造する
際、鉄に固溶しないかほんのわずか固溶する合金
元素を用いることが必要であり、こうすることに
より切くずの破砕に際して金属表面相互間の摩擦
を減少する介在物を生成すると云う有利な作用を
利用することが可能となる。切くず破砕用の合金元素及び表面の潤滑に役立
つ元素は実際には快削鋼の不純物を構成するもの
であるから、これらの元素はある程度快削鋼の機
械的特性、特に動応力に対する抵抗力また時には
機械的強度を左右するものである。従つて被削性を改善することには当該鋼の有益
な特性を低下するか又は非常に限定することが伴
う。このことは、材料除去のために自動化された
経済的工作機械を使つて、従来の快削鋼の特性を
越える応力にさらされる機械要素を製造すること
を不可能にしている理由である。従つて、これら
の鋼は被削性並びに応力に対する現在の要件を満
たすことが出来ず、これら鋼は有益な自動工作機
械で加工することが不可能である。しかしながら、もしも焼入れしなくても大きな
応力に耐えることの出来る鋼が良好な被削性と好
ましい形状の切くず発生特性とを備えているとし
たならば、そのような鋼は自動工作機械にとつて
のみならず切くず除去による任意の態様での機械
加工にとつて次のような経済的利点、即ち最終製
造の産出に費される時間及び金銭は好ましい条件
下においては現在の時間及び金銭におけるコスト
の数分の１にもなると云う利点をもたらすことに
なる。従つて、新規な快削鋼であつて、焼入れしなく
ても得られるその機械的強度が機械要素として必
要な前述の要件を満たし、その動応力に対する抵
抗力が十分であり現在の要件に適合し、しかも良
好な被削性を示すと共に自動工作機械に適した形
状の切くずを生ずる新規な快削鋼を開発すること
が重要となつてきた。良好な被削性を示す従来の快削鋼は３つのグル
ープに分けることが出来る。１第１のグループ：これらは熱処理を行なうこ
とが出来ないものである。２第２のグループ：これらはその使用の際焼入
れ処理を行うことが出来るものである。３第３のグループ：これらは焼入れ処理又は焼
入れ焼戻し処理を行なうことが出来るものであ
る。例として挙げるならば、これら３つのグループ
に属する鋼として次の鋼を挙げることが出来る；米国：MK1213Ledley、Multicut；西独：9SMnPb36、10SPb及び60S20；イタリー：10S22、40SMnPb10；ハンガリー：AS5、ABS2、ANS3。これらの鋼は一般に、重量で、0.07〜0.65％の
Ｃと、最大限0.40％のSiと、0.30〜1.10％のMn
と、0.15〜0.40％のＳと、最大限0.10％のＰとを
含有しており、その他に、幾つかの鋼種は最大限
0.15％のPbと、0.80〜1.50％のCrと、0.15〜0.50
％のMoと、最大限0.05％のSeとを更に含有して
いる。これらの鋼の機械的特性はそれらに施される熱
処理の関数として変化する。熱処理されていない鋼の特性の比較の基準とし
て用いた。これらの鋼の引張り強度は冷間変形を
受けていない場合29.6〜91.8Kg／mm²（290〜
900N／mm²）であり、冷間引抜きされた状態での
引張り強度は37.7〜112.2Kg／mm²（370〜1100N／
mm²）であり、この値に対応する見掛けの弾性限は
24.5〜61.2Kg／mm²（24〜60da Ｎ／mm²）、伸びは10
〜５％である。これらの鋼は、被削性を向上するための添加剤
の性質及び量の故に、動応力に対する抵抗力が低
い又は靭性が不十分であると云う欠点を有してお
り、このことは結局当該鋼の用途を限定してしま
うことになる。被削性を向上するために添加され
る種々の合金元素は、機械構造物用の鋼としての
使用価値がその機械構造物要素がさらされる応力
の関数としてかなり制限されてしまうと云う、こ
れら従来の快削鋼の幾つかの有益な特性における
著しい低下を生ずる原因となる。従つて現在知られている一群の快削鋼は、焼入
れ又は焼入れ焼戻し処理によつて所望の値に調節
されて比較的良好な機械的強度を示すが、これら
の鋼の延性及び動応力に対する抵抗力はもはや現
在の要件を満たすことが出来ない。本発明の目的は優れた被削性を示し、大きな応
力を受ける機械要素を製造するのに用いる高強度
の快削鋼であつて、特に焼入れしなくても動応力
に対する高い抵抗力を示すばかりでなく、自動工
作機械に適した切くずの生成により機械加工出来
る快削鋼を開発して提供することである。本発明はこの目的を、動応力に耐えることが出
来、焼入れしなくても高い強度を示し、優れた被
削性を示し、大きな応力にさらされる機械要素を
製造するのに用いられる快削鋼にして、重量で、
0.1〜0.7％のＣと、1.2〜３％のMnと、最大限１
％のSiと、最大限0.1％のＰと、0.05〜0.11％のＳ
と、0.1〜0.6％のPbと、0.001〜0.03％のCaと、
0.001〜0.005％のＢと、0.007〜0.35％のＮと、
各々0.03〜0.2％のNb及びＶと、0.01〜0.15％の
Zrと、0.001〜0.005％のBiと、0.01〜0.5％のMo
と、実質的に残部の鉄とから成る快削鋼を提供す
ることによつて達成するものである。本発明において成分組成（重量％）が上記の如
く限定される理由は以下に述べる通りである。Ｃは強度を確保するために少くとも0.1％必要
であるが、0.7％以上含有されると靭性が低下す
るので好ましくない。 Mnは強度を増大すると共に、被削性を向上す
るために添加されるＳをMnSの形態で微細且つ
均一に分散させてＳに因る赤熱脆性を防止する効
果を有しており、これらの効果を得るために少く
とも1.2％のMnが必要である。しかし過剰に含有
されると被削性が劣化するのでその上限は３％に
制限される。 Siは脱酸元素として有効であるが、過剰に含有
されると靭性が低下するので１％までに制限され
る。Ｐは被削性の向上特に仕上り表面粗さを向上す
るのに有効であるが、過剰に含有されると硬度が
増大すると共に冷間脆性が生ずるので0.1％まで
に制限される。Ｓは被削性を向上するために最少限0.05％の量
だけ必要である。上限を0.11％に制限する理由
は、Ｓ含有量がこの値を超えると加工性及び機械
的特性特に動応力に対する抵抗力が劣化するから
である。 Pbは銅に固溶せず、微細且つ均一に分散され
て被削性の向上に非常に有効であり、その為に少
くとも0.1％必要である。しかし、0.6％を超える
と靭性が劣化するので上限は0.6％に制限される。 Caは脱酸剤として作用し、また酸化物系介在
物にCaOを、硫化物系介在物にCaSを含有させて
切削時の工具摩耗量を少く抑える効果があり、こ
の効果を得るために最小限0.001％必要である。
上限を0.03％としたのはCaは溶鋼の中にそれ以上
溶け込むことが出来ないからである。Ｂは少量添加されると鋼の強度増大に大きな効
果を及ぼし、その為に最少量0.001％含有される。
しかし、0.005％を超えると被削性及び加工性が
劣化するので上限は0.005％に制限される。Ｎはオーステナイトを強化及び安定化して室温
における強度を焼入れ処理なしで増大する効果が
あり、その為に最少限0.007％必要である。しか
し、過剰に含有されると冷間加工性が劣化するの
で上限は0.035％に制限される。 Nb及びＶは共に炭化物生成元素であつて結晶
粒を微細化して鋼の強度を焼入れ、又は焼入れ焼
戻し処理しなくても増大する効果を有している。
そのために、各々最少限0.03％含有されるが、過
剰に含有されると靭性が劣化するので上限は各各
0.2％に制限される。 Zrは脱酸に有効であると共に結晶粒を微細化
して強度、伸び及び絞りを増大するのに有効であ
る。その為に最少限0.01％含有される。しかし、
0.15％以上含有されても更なる効果は得られずコ
スト高になるだけである。 Biは鋼に固溶せず、Pbと同様に被削性の向上
に有効である。この効果の為に最少限0.001％含
有されるが0.005％以上含有されると靭性が劣化
する。 Moは強度並びに耐衝撃性を増大するのに有効
な元素である。この効果を得るために最少限0.01
％含有されるが0.5％以上含有されても更なる効
果は得られずコストが高くなるだけである。前述の合金元素の幾つかは、それらが本発明に
よる比率内にある場合には、焼入れ処理を受けな
い状態において本鋼が必要な延性を保持して十分
な機械的強度を備えることを保証し、他の合金元
素は本鋼の動応力に対する抵抗力を減ずることな
しに適当な切くず破砕特性を保証する。又本発明
による鋼は互いに接触している金属表面の潤滑能
力の増大に寄与して本鋼の良好な被削性に寄与す
る合金元素を含有している。本発明による鋼はその化学組成の故に、圧延の
ままの状態でも比較的高い機械的強度を示すの
で、それ迄快削鋼に適当な機械的強度を与えるた
めに行なわなければならず且つ多くの作業を必要
とした焼入れ又は焼入れ焼戻し処理を省くことが
出来る。本発明により鋼は高い強度を備えているにもか
かわらず良好な被削性を示し、また本発明による
合金元素の比率は材料除去に適した特性を備えて
いるので、チツプブレーキングを行なう迄もなく
十分に小さな切くずを得ることを可能にし、更に
良好な潤滑性能及び極めて良好な表面品質を得る
ことを可能にし、このことは用いる素材の材料除
去特性を著しく増大させることを可能にする。本発明による鋼は、機械構造用鋼の有する動応
力に対する高い抵抗力と、快削鋼によつて示され
る良好な被削性とを兼ね備えているばかりでな
く、焼入れなしで得られ且つ殆んどの近代的機械
要素の要件を満たす機械的強度を備えている。本発明及びこのようにして作られる本発明鋼の
特性は、非限定的例として示される幾つかの実施
例についての以下の詳細な説明から一層良く理解
されるであろう。例１実例として、本発明による鋼から成る３つのチ
ヤージが表１に示されている。チヤージ１及び２
は70トンアーク炉内で溶融して作られ、断面形状
が正方形の6.4トンの鋳型の中に鋳込まれた。こ
のようにして得られたインゴツトは表面清掃処理
されずに通常の条件下において、一方の長さ210
mlの正方形ビレツトに圧延され、次に該ビレツト
は16mm径に棒鋼へと圧延され、冷却器上において
空冷された。チヤージ３は60トンアーク炉内で溶融して作ら
れ、次にレードルが装備された冶金装置内で精錬
された。溶融金属は断面形状が正方形の４つの鋳
型を備えた連続鋳造装置の中に鋳込まれ、この場
合のビレツトの一辺の長さは240mmであつた。これらのビレツトは圧延により20mmの直径を備
えた棒鋼へと変形され、次に冷却器上において空
冷された。機械的特性についての試験結果は表２
に示されている。付言すると、これらのチヤージは前述の炉内で
溶融する段階と、該溶湯の組成を分析する段階
と、組成をバランスさせるために必要な添加成分
を最終添加する段階とからなる通常の冶金方法に
よつて製造された。溶融されたチヤージは鋳造温
度より約81℃高い温度に過熱され、次に精錬レー
ドル内が注湯された。表１に示した種々の粉末添
加物が表１に示した最終組成を得るためにそれぞ
れ添加された。レードルの中味は次に上記の如く
鋳型乃至連続鋳造装置の中に鋳込まれた。用いられた方法及び装置はJournal of Metal
（1971年５月号、No.23、16頁〜27頁）において
Ba¨cker及びP.Gosselinによつて記述されている。

【表】

【表】１・３被削性被削性のチエツクは切削工具に深さ0.05mmのク
レータ摩耗（すくい面摩耗）が生ずるまでの時間
（単位：分）を測定することによつて行なつた。
このチエツクは被切削材サンプルの外側丸削りを
超硬合金又は高速度鋼のプレートから成る単一切
れ刃工具を機械的にロツクして行なうことにより
実施した。更に詳しく述べると、予め400℃の温
度で歪取り処理を受けた本発明によるチヤージ１
の鋼のサンプル並びに比較の基準として用いた鋼
の焼入れ焼戻し処理を受けたサンプルについて、
切くずを除去してチエツクを行なつた。比較の基
準として用いた鋼の化学組成を表３に示し、その
機械的特性を表４に示す。

【表】

【表】高速度鋼の工具を用いて行なつた、被削性のチ
エツクの結果を表５に要約して示す。

【表】超硬合金の工具を用いて行なつた、被削性のチ
エツクの結果を表６に要約して示す。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】

１動応力に耐えることが出来、焼入れしなくて
も高い強度を示し、優れた被削性を示し、大きな
応力にさらされる機械要素を製造するのに用いら
れる快削鋼にして、重量で、0.1〜0.7％のＣと、
1.2〜３％のMnと、最大限１％のSiと、最大限
0.1％のＰと、0.05〜0.11％のＳと、0.1〜0.6％の
Pbと、0.001〜0.03％のCaと、0.001〜0.005％の
Ｂと、0.007〜0.35％のＮと、各々0.03〜0.2％の
Nb及びＶと、0.01〜0.15％のZrと、0.001〜0.005
％のBiと、0.01〜0.5％のMoと、実質的に残部の
鉄とから成る快削鋼。