JPH03240931A - 被削性に優れた機械構造用鋼 - Google Patents

被削性に優れた機械構造用鋼

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JPH03240931A
JPH03240931A JP3459290A JP3459290A JPH03240931A JP H03240931 A JPH03240931 A JP H03240931A JP 3459290 A JP3459290 A JP 3459290A JP 3459290 A JP3459290 A JP 3459290A JP H03240931 A JPH03240931 A JP H03240931A
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JP
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steel
less
machinability
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JP3459290A
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Tetsuyuki Ishizaki
石崎 哲行
Tetsuo Shiragami
哲夫 白神
Tetsuya Sanpei
哲也 三瓶
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、被削性に優れた機械構造用鋼に関するもの
である。
〔従来の技術〕
機械構造用鋼の被削性の改善について従来から研究がな
されている。
鋼の被削性を向上させる元素としては、従来から3.P
b、Ca5Te等が知られている。また、最近では上記
元素としてBを含有する鋼が開発され、これについては
特開昭59−59860号公報、特開昭62−1963
61号公報、特開昭62−211350号公報および特
開昭63−42875号公報等に開示されている。鋼中
においてBが示す被削性向上作用は、特開昭59−59
860号公報、特開昭62−196361号公報におい
ては酸化物として、特開昭62−211350号公報お
よび特開平1−219148号公報では窒化物として発
揮されるとそれぞれ説明されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、特開昭59−59860号公報、特開昭
62−196361号公報に開示されるように、鋼中の
Bが示す被削性向上作用をB酸化物として作用させる場
合においては、工具寿命は延びるものの、切り屑処理性
については、特に改善されていない。また、特開昭62
−196361号公報に開示された鋼においてはBとと
もに快削元素であるPbが含有されている。
一方、特開昭62−211350号公報および特開平1
219148号公報は、鋼中においてBが示す被削性向
上作用を窒化物として発揮させる技術に関するものであ
る。B窒化物を鋼中に生成させると鋳造性に問題がでる
のに、特開昭62−211350号公報の技術では単に
BNを化合物として規定しているだけで前記問題の解決
に至っていない。また、特開平1−219148号公報
に開示された技術では微細なり窒化物を鋼中に分布させ
ることを特徴としており、被削性に対する効果が不足す
るという問題があった。
この発明は上述の問題を解決するためになされたもので
あって、被削性の向上に有利な粗大なり窒化物を、鋼中
に多量にしかも均一に安定して生成させた被削性に優れ
た機械構造用鋼を提供することをその目的とする。
帽1を解決するための手段〕 この発明は、 C:0.07〜0. 6 0 iff%、Si  : 
 0.10〜1.00針%、N:0.01〜0.0 7
 lit、%、B二B/N;0.5〜2.0、 および、 Mn、CrおよびMoのうちの1種または2種以上  
〜0.3〜5.5 lit%、および、 A1 :  0.5wt.%以下、 Ti  :  0.5wt.%以下、 Zr  :  0.5wt.%以下、 V   :  0.5M+、%以下、 Nb  :  0.5吐%以下、 Ca  :  0.01針%以下、 S:0.071llt、X以下、 但し、Aj’、Ti、Zr、VSNbおよびCaうちの
1種または2種以上 : (AZ+Ti+Zr+V+N
b+Ca−5)/N> 1、および、 残部:Feおよび不可避的不純物からなることに特徴を
有し、必要に応じてNiを0.O1〜5.00 wt.
%を含有し、さらに必要に応じてPbおよびB1のうち
のいずれか1種を0.O1〜0.30 Iff%の範囲
内で含有することに特徴を有するものである。
次ぎに、この発明の機械構造用鋼の化学成分組成を、上
述した範囲内に限定した理由を以下に述べる。
+11C(炭素) Cは鋼の強度および靭性に大きな影響をおよぼすので、
機械構造用鋼には重要な元素である。本発明においては
、鋼中に多量のB窒化物を析出させるために、凝固時に
多量のNを安定固溶させる必要がある。このためにCを
含有させ、鋼中に高いN溶解度を有するオーステナイト
を晶出させる。Cはこのために欠くことのできない元素
であるしかしながら、C含有量が0.07 wt.%未
満では、充分な強度が得られないばかりか、凝固時に鋼
の組織がフェライト単相となってしまう。一方、C含有
量が0.60針%を超えると充分な靭性が得られない。
従って、C含有量は0.07〜060針%の範囲内に限
定すべきである。
また、N1にも上述したCと同様の作用があり、靭性を
あまり低下させたくない場合は、一部Cの代わりをNi
にさせる(CとともにN1を含有させる)こともできる
。しかしながら、N1含有量が5. O1lft%を超
えると充分な靭性が得られない。また、Ni含有量が0
.01 ilt、%未満では所望の効果が得られない。
従って、Ni含有量は0.01〜5.0針%の範囲内に
限定すべきである。
(2)Si(シリコン) Slは脱酸に必要な元素であり、同時に強化元素でもあ
る。ただし、Si含有量がo、 i o 11t、%未
満では、充分な脱酸効果が得られない。一方、Sl含有
量が1.00 iff%を超えると靭性を損なう。
従って、Si含有量は0.1O〜1.00針%の範囲内
に限定すべきである。
[31N(窒素): Nは、B窒化物として鋼中にあって、被削性を向上させ
る元素である。しかしながら、N含有量が0.01 i
ff、%未満では、所望の効果が顕著に得られない。一
方、N含有量が0.07 Mt%を超えると、凝固時に
一部が気化し、凝固終了後、鋼塊(インゴット)内部に
気孔か生じてしまう。従って、N含有量は0.O1〜0
.07 ilt%の範囲内に限定すべきである。
+41B(ボロン): BはNとともにB窒化物として鋼中にあって、鋼の被削
性を向上させる元素である。被削性の向上のために有効
な範囲は、N含有量に依存するので、B含有量はNに対
する比率で決定する。B/Nが0.5未満では、B窒化
物にならなかったNが被削性を悪化させる。一方、B/
Nが2.0を超えると 熱間圧延性が劣化する。従って
、Bの含有量はB/N;0.5〜2.0の範囲内に限定
すべきである。
(51Mn (7ンガン)、Cr (クロム)、Mo(
モリブデン): Mn、Cr、Moは、いずれも鋼の強度および靭性に大
きな影響をおよぼす元素である。さらに、凝固直前まで
溶鋼中のNを安定して溶解させるために必要な元素であ
る。上記効果はMn、Cr、Moのいずれも同様である
ため複合的に含有することができる。従って、Mn、C
rSMoのうちの少なくとも1種を含有させればよく、
Mn、Cr、Moの合計量で規定した。しかしながら、
Mn、Cr、Moのうちの1種または2種以上(M n
+ (r + M o )が0.3針%未満では、鋼の
充分な強度および靭性が得られないばかりか、Nが凝固
前に気化してB窒化物の析出に必要なNを鋼中に確保す
ることが出来なくなる。一方、Mn、Cr、Moのうち
の1種または2種以上が5.50針%を超えると靭性を
損なう場合がある。従って、Mn、Cr%Moのうちの
1種または2種以上(Mn+Cr+Mo)は0.3〜5
.51ft、%の範囲内に限定すべきである。
f61  AN (フルミニラム)、Ti (チタン)
、zr(ジルコニウム)、■(バナジウム)、Nb(ニ
オブ)、Ca(カルシウム)、S(硫黄):Al、Ti
、Zr、VlNb、CaおよびSは溶鋼中のNが凝固組
織に変化する際に大きな影響をおよぼす元素である。A
i’、Ti、Zr、VおよびNbは、Nを安定させ、主
としてオーステナイト中にNを固溶させる働きをする。
一方、Sは、Nの固溶を阻害し、気化させる逆の作用を
有する。CaはこのSの働きを抑制する作用がある。
以上の各元素の作用をまとめてNを安定して凝固組織に
固溶させるには、A1、T1、Zr、V、NbおよびC
aうちの1種または2種以上を含有させることが必要で
あり、さらに、 (Af+Ti+Zr+V+Nb+Ca−3)/N>1−
−〜(11式、 上記(11式を満足させることが必要である。
なお、Al、Ti、Zrの含有量は、それぞれ0.5w
t.%以下とすべきである。その理由は、0.5wt.
%を超えて含有させると、疲労特性および靭性を損なう
おそれがあるからである。
また、■、Nbの含有量は、それぞれ0.5 Lit、
%以下とすべきである。その理由は、0.5wt.%を
超えて含有させると、靭性を損なうおそれがあるからで
ある。
さらに、Caの含有量は、0.01 iff%以下とす
べきである。その理由は、0.O1針%を超えて含有さ
せても所望の効果が飽和するからである。
また、Sは快削元素ではあるが本発明においては、快削
元素としてのSの効果は期待していない。そればかりか
、逆にSを含有させることによりB窒化物による被削性
の改善効果を損なう。従って、Sは極力含有しないほう
がよい。但し、細粒化による機械的性質の調整等のため
含有させる場合もある。ただし、この場合にもS含有量
は上記理由から0.07 ilt、%以下とすべきであ
る。
なお、被削性をさらに向上させるために、pb(鉛)お
よびBi(ビスマス)のうちのいずれかを含有させるこ
とも有効である。しかしながら、pbおよびBiのうち
のいずれか1種の含有量が0、01 lit%未満では
被削性をさらに向上させるという所望の効果が得られな
い。また、PbまたはB1含有量が0.31llt%を
超えても所望の効果は飽和する。従って、PbおよびB
iのうちのいずれか1種の含有量は0.O1〜0.3 
wt.%の範囲に限定すべきである。
〔実施例〕
次ぎに、この発明の機械構造用鋼を実施例により説明す
る。
第1表に示す本発明範囲外の化学成分組成を有する比較
鋼No8〜18、および、本発明範囲内の化学成分組成
を有する本発明鋼No1〜7の溶鋼150kgを鋳造し
インゴットとした。そして、鋳造された各インゴットの
比重を測定することにより、インゴット内部の気孔の生
成(気孔率)を調べ鋳造性を評価した。その結果、気孔
率が5%未満のものについてのみ直径30■まで熱間圧
延を行い、表面の割れの有無を調べ、これにより熱間圧
延性を評価した。次いで、前記評価の結果、割れの無か
った供試材についてのみ切削試験を行い被削性を評価し
た。被削性の評価は切り屑の破砕性によって行った。試
験方法は、切削速度を50〜150m/sin 、送り
量を0.03〜0.12m/rev、切り込み量を0.
5〜L 5■の範囲に限定し、この範囲内で50の条件
を選び、選んだ各条件での切り屑を採取し、長さが20
−以下の切り屑が生成する条件を調べることにより行っ
た。以上の評価結果を第2表に示す。第2表において鋳
造性、熱間圧延性、被削性の評価方法は下記の通りであ
った。
鋳造性: 気孔率が5%未満のもの(良)66.○、気孔率が5%
以上のもの(悪)−X。
熱間圧延性: 表面割れがないもの(良)−〇、 表面割れがあるもの(悪)、−X。
被削性: 切り屑長さが201以下の良好なものが40条件以上で
観察されたもの(良)−1−○、切り屑長さが20−以
下の良好なものが39条件以下で観察されたもの(悪)
 −” x 。
なお、上記切削性試験に先立って、比較鋼漱9は930
℃、14は、850℃でそれぞれ焼きなまし処理を行っ
た。また、比較側13および16においては、上記切削
性試験に先立って、焼入れ焼もどし処理を行ったもので
、いずれも焼入れ温度は850℃、焼もどし温度は60
0”Cであった。
第 表 第1表、第2表からあきらかなように、C含有量が本発
明範囲を外れて低い比較鋼Nol、N含有量が本発明範
囲を外れて高い比較鋼No3、MnおよびCrの合計量
が本発明範囲を外れて低い比較鋼NO6、および、m式
t(Al+Ti+Zr+V+Nb+Ca−3)/N>t
lを満足しない比較鋼No7はいずれも鋳造性が劣って
いた。B/Nの数値が本発明範囲を外れて高い比較鋼N
o2は熱間圧延性が劣っていた。B/Nの数値が本発明
範囲を外れて低い比較鋼No4、N含有量が本発明範囲
を外れて低い比較鋼No5は被削性が劣っている。
これに対して1、本発明鋼No8〜18は鋳造性、熱間
圧延性および被削性のいずれも優れていることがわかる
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、鋼中に安定した
B窒化物を多量に含有した被削性の優れた機械構造用鋼
を得ることができる産業上有用な効果がもたらされる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.07〜0.60wt.%、 Si:0.10〜1.00wt.%、 N:0.01〜0.07wt.%、 B:B/N;0.5〜2.0、 および、 Mn、CrおよびMoのうちの1種または2種以上:0
    .3〜5.5wt.%、 および、 Al:0.5wt.%以下、 Ti:0.5wt.%以下、 Zr:0.5wt.%以下、 V:0.5wt.%以下、 Nb:0.5wt.%以下、 Ca:0.01wt.%以下、 S:0.07wt.%以下、 但し、Al、Tl、Zr、V、NbおよびCaうちの1
    種または2種以上:(Al+Ti+Zr+V+Nb+C
    a−S)/N>1、 および、 残部:Feおよび不可避的不純物からなることを特徴と
    する被削性に優れた機械構造用鋼。 2 C:0.07〜0.60wt.%、 Ni:0.01〜5.00wt.%、 Si:0.10〜1.00wt.%、 N:0.01〜0.07wt.%、 B:B/N;0.5〜2.0、 および、 Mn、CrおよびMoのうちの1種または2種以上:0
    .3〜5.5wt.%、 および、 Al:0.5wt.%以下、 Ti:0.5wt.%以下、 Zr:0.5wt.%以下、 V:0.5wt.%以下、 Nb:0.5wt.%以下、 Ca:0.01wt.%以下、 S:0.07wt.%以下、 但し、Al、Ti、Zr、V、NbおよびCaうちの1
    種または2種以上:(Al+Ti+Zr+V+Nb+C
    a−S)/N>1、 および、 残部:Feおよび不可避的不純物からなることを特徴と
    する被削性に優れた機械構造用鋼。 3 PbおよびBiのうちのいずれか1種を0.01〜
    0.30wt.%の範囲内で更に含有する請求項1また
    は2記載の被削性に優れた機械構造用鋼。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001059170A1 (en) * 2000-02-10 2001-08-16 Aichi Steel Works, Ltd. Machine structural steel being free of lead, excellent in machinability and reduced in strength anisotropy
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JP2014040645A (ja) * 2012-08-23 2014-03-06 National Institute For Materials Science 快削鉄系形状記憶合金

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