JPH0774375B2

JPH0774375B2 - 薄板快削鋼の製造法

Info

Publication number: JPH0774375B2
Application number: JP1271195A
Authority: JP
Inventors: 朗人松井; 修二中居
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-10-18
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH03134118A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、薄板快削鋼の製造法、特に抗張力30〜50kgf/
mm²のレベルの薄板から切削加工工程を経て製造される
製品に有効であり、さらにそのような薄板から切削加工
＋成形加工を経て製造される製品にも適用できる、パー
ライト分散による薄板快削鋼の製造法に関する。

（従来の技術）従来より、未脱酸処理のインゴットからのリムド鋼が切
削加工用途に多く用いられる。

リムド鋼は、鋼中に介在物が多く、かかる介在物の存在
が、切削時に被削性を高めると共に、鋼中における組織
間の結合力を弱めるため、切削刃の摩耗を低減させ、さ
らに切粉も切れやすくさせており、被削性がすぐれてい
ると言われている。

一方、通常の脱酸工程を経て製造される介在物清浄度の
良好なキルド鋼は、一般に被削性の高い合金元素を添加
して切削性を高めている。かかる切削性を高める主な元
素には、Pb、Ｓ、Ｐ、Ca、Se、Te、Bi等があり、これら
の元素を単独あるいは複合させて添加することにより、
鋼組織を脆くしたり、非金属介在物によって切削刃の潤
滑効果を高めたりして切削寿命を伸ばしたりしていわゆ
る切削性を改善している。

これらを紹介する文献として「第96、97回西山記念技術
講座、切削鋼の製造技術の発展と品質の向上」が知られ
ている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、現在の鉄鋼製造プロセスにおいては、連続鋳
造＋熱間圧延の製造プロセスの占める割合が80〜90％に
もなり、大幅な製造合理化が実現されている。内質面に
ついても介在物は少なく、強度も各ロット間で均一性が
向上するなど、材質的にも今日的要求を十分に満足でき
る。

しかし、いわゆる快削鋼は、現在でも分塊圧延法によっ
て製造しており、かかる目的でリムド鋼を製造するに
は、鋳型の確保、鋳型手入れ、大型クレーン設置、分塊
工程等の多くのプロセスが入るのは免れない。さらに、
リムド鋼は介在物が過剰な場合や、偏析がひどい場合２
枚割れを生じたりする。また同じインゴットからでも先
端部と後端部で強度が大きく異なり、成形加工等の適用
に困難な面が多い。

そこで、快削鋼用のリムド鋼を連続鋳造法で製造するこ
とで、製造プロセスを合理化し、品質面においても安定
した製品を提供できることが期待される。

しかしながら、通常の連続鋳造鋼はキルド鋼に比べて介
在物が少なく被削性において不適当なため、一般的に
は、切削性を向上させる特殊元素を添加しなければなら
ず、そのとき、特殊元素を添加した鋼は他用途への適用
が困難である。すなわち、今日の製品は、多品種小ロッ
ト傾向が高まり少量受注が多いため、鋳込み残量が増加
する傾向が高い。

例えば、Pb（鉛）元素等を添加する場合、毒性が強く、
人体に影響があるため危険であると同時に、防御設備を
設置すると非常に高額な費用を必要とする。一方、特殊
合金元素は高額でコストアップに直結することは免れな
い。

本発明の目的は、快削性付与のための特殊元素を添加す
ることなく、連続鋳造＋熱間圧延の製造プロセスにより
薄板快削鋼を製造する方法を提供することである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため本発明者らは鋭意研究を重ねた
結果、切削性を向上させるには、Ｃ、Mn、Si、Ｓ、Al、
Ｐの六元素と熱間圧延条件を制御し、抗張力30〜50kg/m
m²内にして、かつパーライト面積率を10〜20％かつパー
ライト１個あたりのサイズを５〜30μにする必要がある
ことを知見し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、重量％で、 C:0.05％以上0.20％未満、Si:0.30％以下、 Mn:0.15〜0.70％、sol.Al:0.005〜0.080％、 S:0.030％以下、P:0.050％以下、さらに好ましくは、N:0.0150％以下にそれぞれ制限し、残部実質的にFe から成る組成を有する鋼を連続鋳造し仕上温度:800〜95
0℃、巻取温度:500〜700℃の条件で熱間圧延し、抗張力
が30〜50kgf/mm²でパーライト面積率10〜20％かつパー
ライト１個あたりのサイズが５〜30μの組織とすること
を特徴とするパーライト分散による薄板快削鋼の製造法
である。

ここに、薄板快削鋼とは、熱間圧延によって製造される
薄板であれば特にその寸法は制限ないが、例示すれば1.
2〜16.0mm厚の薄板状の快削鋼である。

このように本発明によれば、鋼組成を調整するととも
に、熱間圧延に際しての仕上、巻取温度を変えることで
狙いの抗張力、パーライト面積率を制御し、フェライト
＋パーライト組織の快削鋼板を製造することができる。
しかも、これは連続鋳造により、さらにはいわゆるダイ
レクト圧延により製造される場合には、その利益は一層
すぐれたものとなる。

なお、かかる薄板快削鋼から切削加工あるいは切削加工
＋成形加工を経て製造される製品としては、リテーナ、
ヨークなどが例示される。

（作用）次に、本発明の構成要件を限定した理由を示せば次の通
りである。

（１）成分範囲Ｃは0.05％以上0.20％未満の範囲に限定するが、これは
パーライト組成および抗張力を制御するために添加する
のであって、0.05％未満では強度が不足し、延性が増加
することから、切削抵抗が大となる。一方、0.20％以上
では強度が過大となり、切削抵抗が大きくなり切削刃寿
命の減少をもたらす。好ましくは、0.06〜0.18％の範囲
内とする。Siは0.30％以下添加しても良い。Siの添加に
より溶綱の脱酸のため添加するAlによって発生するアル
ミナ（Al₂O₃）量の減少が図れ、切削刃寿命の損耗を抑
制できるからであるが、さらにSiの添加はパーライトを
微細分散化する傾向がある。一方0.30％超ではその効果
が飽和する。好ましくは、0.25％以下である。

Mnは0.15〜0.70％、好ましくは0.25〜0.60％添加される
が、これは抗張力を制御し、靭性を確保するためであ
る。0.15％未満では強度が不足し、また、Ｓによる赤熱
脆性が見られる。しかし、0.70％超では靭性が劣化して
しまう。

ＳはMnSの非金属介在物を造るため多いほど切削上から
は有利であるが、一方で、プレス用途に供する場合、介
在物原因による割れをもたらす危険性が高く、0.030％
を上限とする。

Alは脱酸に必要な分だけ存在しておればよく、一般には
0.005〜0.080％であり、これより少ないと脱酸が不足
し、これより多いとAl₂O₃が生成し切削不良となり、刃
の摩耗がさらに顕著となる。好ましくは、0.010〜0.030
％である。

Ｐは、パーライトを微細分散化する傾向にあり多量に添
加することが望ましいが、一方で鋼の靭性が低下するの
で、上限は0.050％が望ましい。

Ｎについては特に制限はないが、好ましくは0.015％以
下に制限する。Ｎは介在物としても有効であるが、一般
用途においては、時効性を劣化させるので低くする。好
ましくは、0.015％以下に制限する。

（２）圧延仕上げ強度および巻取り強度使用用途の規格に応じて、抗張力とパーライト組織とを
制限するが、基本的には、巻取温度を高目にして、冷却
速度を遅くし、フェライト＋パーライト組織とし、切削
性には、硬すぎるため不利なベイナイト組織を出現させ
ない。

仕上温度は通常の熱間圧延と同様に変態点以上が原則で
かつ800℃以上とする。上限は、950℃とするが、これ以
上の高温仕上げだとパーライトの成長、凝集があり、パ
ーライト微細分散組織とならない。

仕上げ温度は、800〜950℃、好ましくは830〜900℃であ
り、この範囲での仕上げ温度とすることにより、γ領域
での圧延およびパーライト分散制御を行う。

巻取温度は基本的にフェライト・パーライト組織をつく
るために調整する。500℃未満では一部ベイナイト発生
があるため、下限を500℃とした。また700℃超だと粒成
長が進み、パーライトが粗大化する。さらにフェライト
粒が異常グレーングロスになる部分もあるため、加工性
が低下してしまう。よって上限を700℃とする。

このように、巻取り温度は、500〜700℃であり、好まし
くは540〜600℃ある。かかる範囲に限定することによ
り、抗張力を制御するとともに、パーライトの面積率お
よびサイズを制御して組織内の均一化を刷り、フェライ
ト−パーライト組織とする。

かくして、本発明によれば、上述の鋼組成と熱間圧延と
の組合せで、抗張力およびパーライト面積率を制御し、
切削性にすぐれ、打ち抜き、成形加工にも優れた快削鋼
を製造できる。

本発明により製造される快削鋼は、面積率でパーライト
が10〜20％に限定されるが、20％を超えて、パーライト
が多すぎる（Ｃ量多く、抗張力高い）と切削性において
刃の摩耗が速く、逆効果になるし、一方、10％未満とパ
ーライトが少なすぎると、材料が柔らかくなり過ぎ、切
削時、構成刃先を作るため切削抵抗を増したり、刃先が
切損して刃先寿命がきわめて短くなる。

よって、本発明にあっては、パーライト面積率を10〜20
％に限定する。

パーライト１個当りのサイズは５〜30μに制限するが、
これはリムド鋼並みの切削性を確保するためである。

また、抗張力は30〜50kgf/mm²に制限されるが、それは
延性過剰の抑制および硬質による刃先寿命の延長により
十分な切削性を確保するためである。すでに述べたよう
に、抗張力はＣ量などの鋼組成および熱間圧延条件の組
み合わせにより調整する。

本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。

（実施例）第１表に示す組成を有する鋼を慣用の連続鋳造法によっ
て連鋳スラブとし、同じく第１表に示す条件で熱間圧延
を行い、厚さ6.0mmの薄鋼板を得た。

表中、パーライト面積率は100倍のミクロ写真における
平均的組成部分で100mm²視野内のパーライト比率で求め
たものである。

このようにして得られた薄鋼板について切削性を評価し
たが、その評価要領は次の通りであった。

1.バリ高さ：ドリルにより3mmφの穴をあけ、一定量作業後（例2500
個切削後）その穴の出口についたバリ高さをＮ数10個の
平均で求めた。

評価 0〜0.30mm＝５点 0.31〜0.40mm＝４点 0.41〜0.50mm＝３点 0.51〜0.60mm＝２点 0.61mm以上＝１点 2.粗度（Ra）：ドリルで穴をあけたドリル切削面をドリル進行方向に向
って、4mmの長さ分だけ測定した。穴あけスタート時のR
aと一定量切削後のRaとの差を求めた。

評価 ◎ ５点 2.01μｍ以上 ○ ４点 1.51〜2.0μｍ △ ３点 1.01〜1.50μｍ × ２点 0.51〜1.0μｍ ×× １点 0.5μｍ以内 3.摩耗：ドリルを鋼種毎に新品を用意し、一定量穴をあけたの
ち、ドリル刃先を拡大して比較評価した。

◎ 摩耗がほとんどない５点 ○ 一部刃先が欠けている４点 △ 刃先の大半が欠けている３点 × 刃先がぼろぼろだが、まだ使用できる２点 ×× 刃先全体がぼろぼろで使用不可能１点 4.切粉形状：切削スタート時と、一定量切削後の切粉形状を比較。

1.焼き付きがないか 2.切粉巻姿形状が一定か、変化するか 3.切粉が長いか、短いか ◎ ５点切粉形状一定 ○ ４点切粉形状一定だが長い △ ３点形状が異なる × ２点形状が異なり、長い ×× １点形状が異なり、焼付有り結果は、比較例のそれとともに第１表にまとめて示す。

同結果からも分かるように、本発明によれば、従来のリ
ムド鋼に匹敵する優れた切削性が確保される。

実施例２本例では第２表に示す組成の一連の鋼を使用して、1200
℃に加熱してから熱間圧延を行い、仕上げ温度890℃、
巻取り温度570℃にて板厚6.0mmの熱延板を得た。

それらの熱延薄鋼板から試験片を切り出し、切削性試験
を行った。試験要領は実施例１に同じであった。

第１図ないし第４図は、本例の試験の結果をグラフにま
とめて示すものである。

第１図においては炭素含有量とばり高さとの関係を示
す。なお、ばり高さはある方向から切削したときに切削
刃が出た部分のばり残り量を示す。ばり高さが小さいほ
ど切削性が良い。

第２図は、パーライト粒１個あたりの寸法とばり高さと
の関係を示すグラフである。

いずれの場合にも、ばり高さの許容限度を0.50mmとする
と、パーライト粒１個あたりの寸法が５μ以上30μ以下
で許容限度内となり、従来のリムド鋼並みの切削性が確
保できることが分かる。

第３図は、パーライト面積率と抗張力とが及ぼす切削摩
耗量への影響を示すグラフである。本発明によれば、従
来のリムド鋼に匹敵する快削性が確保できることが分か
る。

（発明の効果）本発明は以上説明したとおりに構成されているので次の
ような効果を奏することができる。

（１）連続鋳造法で切削性のすぐれた鋼板ができるの
で、次のメリットがある。

インゴット鋳型諸費用省略大型クレーン不要分塊圧延不要連続鋳造→ダイレクト熱間圧延可能で、燃料原単位向
上省力、工数削減（２）品質向上メリット鋼板先端部と後端部との強度レベル差が減少する。

インゴット→分塊までに発生する表面疵減少介在物清浄度良好（３）特殊合金元素を含まないため低コストで製造で
き、使用されなかったり余分になったりした場合、振当
適用範囲が拡大する。

（４）切削性、成形性両方にすぐれた鋼板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｃ量−ばり高さの関係の説明図；である。第２図は、パーライト粒１個あたりのサイズ−ばり高さ
の関係の説明図であり、ばり高さはある方向から切削し
た時、切削刃が出た部分のばり残り量を示す。ばり高さ
が小さいほど切削性良といえる。第３図は、TS−パーライト面積率に見る切削刃摩耗状況
を示す説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、 C:0.05％以上0.20％未満、Si:0.30％以下、 Mn:0.15〜0.70％、sol.Al:0.005〜0.080％、 S:0.030％以下、P:0.050％以下、残部実質的にFe から成る組成を有する鋼を連続鋳造し仕上温度800〜950
℃、巻取温度500〜700℃の条件で熱間圧延し、抗張力が
30〜50kgf/mm²でパーライト面積率10〜20％かつパーラ
イト１個あたりのサイズが５〜30μの組織とすることを
特徴とするパーライト分散による薄板快削鋼の製造法。