JPH10324947A - 黒鉛均一分散用鋼材 - Google Patents
黒鉛均一分散用鋼材Info
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- JPH10324947A JPH10324947A JP14995197A JP14995197A JPH10324947A JP H10324947 A JPH10324947 A JP H10324947A JP 14995197 A JP14995197 A JP 14995197A JP 14995197 A JP14995197 A JP 14995197A JP H10324947 A JPH10324947 A JP H10324947A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 切削面粗さ、及び高周波焼入性、焼入・焼戻
後の靭性に優れた黒鉛均一分散鋼用鋼材を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ ：０．１〜１．０％、Ｓ
ｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ
：０．２％以下、Ｓ ：０．００１〜０．１％、Ｂ
：０．０００１〜０．０１％、Ｎ ：０．０００２〜
０．０２％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、残部が
Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、粒子径が０．００５
〜１０．０μｍであるＭｇを含む酸化物あるいは硫化
物、またはその両方を含む介在物を１０3〜１０6個／ｍ
ｍ2含有する。
後の靭性に優れた黒鉛均一分散鋼用鋼材を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ ：０．１〜１．０％、Ｓ
ｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ
：０．２％以下、Ｓ ：０．００１〜０．１％、Ｂ
：０．０００１〜０．０１％、Ｎ ：０．０００２〜
０．０２％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、残部が
Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、粒子径が０．００５
〜１０．０μｍであるＭｇを含む酸化物あるいは硫化
物、またはその両方を含む介在物を１０3〜１０6個／ｍ
ｍ2含有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は切削及び冷間加工
（鍛造、引抜）して使用される機械構造用鋼に関わり、
特に黒鉛を微細かつ均一に分散させることにより切削面
粗さ及び高周波焼入性、焼入れ・焼戻し後の靭性を向上
させた黒鉛化鋼に関わるものである。
（鍛造、引抜）して使用される機械構造用鋼に関わり、
特に黒鉛を微細かつ均一に分散させることにより切削面
粗さ及び高周波焼入性、焼入れ・焼戻し後の靭性を向上
させた黒鉛化鋼に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】中炭素鋼中のフェライト＋パーライト組
織をフェライト＋黒鉛の２相組織にすることによりその
冷間鍛造性および切削性が向上することは日本金属学会
誌ｖｏｌ．５３（１９８９）Ｐ．２０６、日本金属学会
誌ｖｏｌ．５２（１９８８）Ｐ．１２８５の研究論文に
報告されている。また工業的にも特公昭６３−９５８０
号、特公昭５３−１５４５０号、特公昭５３−１５４５
１号、特公昭５３−４６７７４号、特公昭５３−５３６
７号、特公昭５４−１１７７３号、特開平２−１１８４
２号の各公報に開示されている。これらの従来技術で得
られる黒鉛粒径は特公昭５３−４６７７４号公報で述べ
られているように約３０μｍ程度と粗大であり、この程
度の黒鉛粒径では焼入れ加熱の際に黒鉛が未分解のまま
残存し、あるいは炭素が拡散して黒鉛の存在していた箇
所が３０μｍ程度の空孔として残存するという問題点が
残されていた。この欠点を解決するには黒鉛を微細に分
散させればよい。特開平２−１１１８４２号公報では黒
鉛微細化の具体的な方法として、ＢＮを黒鉛の析出核と
して利用すること、酸素含有量を３０ｐｐｍ以下にする
ことが有効であることが開示されている。しかしこの方
法ではＢＮの分散状態が制御されていないため得られる
黒鉛粒径は約５〜１０μｍ程度と微細化されているもの
の、黒鉛間最大距離は１００μｍ程度であり、黒鉛分散
は不均一である。そのため焼入れ後の靭性は依然低い。
この理由は、よく知られているようにＢＮは結晶粒界に
偏析するという特徴があるためＢＮを核生成サイトとし
て析出する黒鉛も粒界に析出し黒鉛分散は不均一とな
り、黒鉛間距離の変動が大きくなりその最大値も大きく
なる。特に高周波加熱焼入れのような加熱保持時間が数
秒と短い場合には、黒鉛間距離の最大値が大きくなると
炭素の拡散が不十分となり均一なオーステナイト組織に
なりにくい。このような鋼では、たとえ黒鉛粒径を小さ
くして黒鉛の分解時間を短くしても、拡散律速となって
マルテンサイトとフェライトの混合組織となる。このよ
うな従来鋼は、混在組織と空孔が原因で、破壊靭性値
（衝撃値）が低い欠点がある。
織をフェライト＋黒鉛の２相組織にすることによりその
冷間鍛造性および切削性が向上することは日本金属学会
誌ｖｏｌ．５３（１９８９）Ｐ．２０６、日本金属学会
誌ｖｏｌ．５２（１９８８）Ｐ．１２８５の研究論文に
報告されている。また工業的にも特公昭６３−９５８０
号、特公昭５３−１５４５０号、特公昭５３−１５４５
１号、特公昭５３−４６７７４号、特公昭５３−５３６
７号、特公昭５４−１１７７３号、特開平２−１１８４
２号の各公報に開示されている。これらの従来技術で得
られる黒鉛粒径は特公昭５３−４６７７４号公報で述べ
られているように約３０μｍ程度と粗大であり、この程
度の黒鉛粒径では焼入れ加熱の際に黒鉛が未分解のまま
残存し、あるいは炭素が拡散して黒鉛の存在していた箇
所が３０μｍ程度の空孔として残存するという問題点が
残されていた。この欠点を解決するには黒鉛を微細に分
散させればよい。特開平２−１１１８４２号公報では黒
鉛微細化の具体的な方法として、ＢＮを黒鉛の析出核と
して利用すること、酸素含有量を３０ｐｐｍ以下にする
ことが有効であることが開示されている。しかしこの方
法ではＢＮの分散状態が制御されていないため得られる
黒鉛粒径は約５〜１０μｍ程度と微細化されているもの
の、黒鉛間最大距離は１００μｍ程度であり、黒鉛分散
は不均一である。そのため焼入れ後の靭性は依然低い。
この理由は、よく知られているようにＢＮは結晶粒界に
偏析するという特徴があるためＢＮを核生成サイトとし
て析出する黒鉛も粒界に析出し黒鉛分散は不均一とな
り、黒鉛間距離の変動が大きくなりその最大値も大きく
なる。特に高周波加熱焼入れのような加熱保持時間が数
秒と短い場合には、黒鉛間距離の最大値が大きくなると
炭素の拡散が不十分となり均一なオーステナイト組織に
なりにくい。このような鋼では、たとえ黒鉛粒径を小さ
くして黒鉛の分解時間を短くしても、拡散律速となって
マルテンサイトとフェライトの混合組織となる。このよ
うな従来鋼は、混在組織と空孔が原因で、破壊靭性値
（衝撃値）が低い欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するため案出されたものであり、成分及び介在物
に改良を加えることにより、黒鉛化処理後の黒鉛の平均
粒径を小さくし、かつ、粒界に留まらずフェライト粒内
にも黒鉛を均一に分散させ、高周波焼入性及び靭性を回
復することが可能な黒鉛均一分散用鋼材及び黒鉛均一分
散鋼を提供するものである。
を解決するため案出されたものであり、成分及び介在物
に改良を加えることにより、黒鉛化処理後の黒鉛の平均
粒径を小さくし、かつ、粒界に留まらずフェライト粒内
にも黒鉛を均一に分散させ、高周波焼入性及び靭性を回
復することが可能な黒鉛均一分散用鋼材及び黒鉛均一分
散鋼を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは種々検討を
重ねた結果、鋼にＭｇを特定の量添加することにより形
成されるＭｇを含有する酸化物あるいは硫化物を含むＭ
ｇ系介在物が黒鉛、あるいは黒鉛析出サイトであるＢＮ
の核生成サイトとして機能し、黒鉛の均一分散が実現可
能であることを見出した。結晶粒界あるいは凝固の際に
形成された粗大なＢＮが黒鉛の析出サイトとなる場合と
異なり、Ｍｇ酸化物あるいはＭｇ硫化物を含む介在物は
鋼中に均一にかつ微細に分散させることができ、従って
それらを生成サイトとする黒鉛あるいはＢＮは鋼中に均
一に分散することになり、黒鉛の均一微細分散が可能と
なるものである。またＭｇ系介在物はγ粒径を顕著に細
粒化するため、γ粒界上に析出するＢＮも微細化するこ
とができ、黒鉛の微細分散が可能となる。従って高周波
加熱のように加熱保持時間が短い場合にも従来鋼のよう
なマルテンサイト＋フェライト混合組織とはならず、ま
た黒鉛が分解した後でも粗大な空孔も残存することがな
く、更にはＭｇ酸化物あるいはＭｇ硫化物を含む介在物
自体もがピニング粒子として機能し結晶粒が細粒化する
ため、高い破壊靭性値が確保できる。
重ねた結果、鋼にＭｇを特定の量添加することにより形
成されるＭｇを含有する酸化物あるいは硫化物を含むＭ
ｇ系介在物が黒鉛、あるいは黒鉛析出サイトであるＢＮ
の核生成サイトとして機能し、黒鉛の均一分散が実現可
能であることを見出した。結晶粒界あるいは凝固の際に
形成された粗大なＢＮが黒鉛の析出サイトとなる場合と
異なり、Ｍｇ酸化物あるいはＭｇ硫化物を含む介在物は
鋼中に均一にかつ微細に分散させることができ、従って
それらを生成サイトとする黒鉛あるいはＢＮは鋼中に均
一に分散することになり、黒鉛の均一微細分散が可能と
なるものである。またＭｇ系介在物はγ粒径を顕著に細
粒化するため、γ粒界上に析出するＢＮも微細化するこ
とができ、黒鉛の微細分散が可能となる。従って高周波
加熱のように加熱保持時間が短い場合にも従来鋼のよう
なマルテンサイト＋フェライト混合組織とはならず、ま
た黒鉛が分解した後でも粗大な空孔も残存することがな
く、更にはＭｇ酸化物あるいはＭｇ硫化物を含む介在物
自体もがピニング粒子として機能し結晶粒が細粒化する
ため、高い破壊靭性値が確保できる。
【０００５】本発明者らはこのような知見に基づいて、
従来困難であった黒鉛の均一分散化と微細化を実現し、
靭性に優れた冷間加工用黒鉛均一分散鋼を得るに至った
ものである。その要旨は以下の通りである。
従来困難であった黒鉛の均一分散化と微細化を実現し、
靭性に優れた冷間加工用黒鉛均一分散鋼を得るに至った
ものである。その要旨は以下の通りである。
【０００６】（１） 重量％で、Ｃ ：０．１〜１．０
％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０
％、Ｐ ：０．２％以下、Ｓ ：０．００１〜０．１
％、Ｂ ：０．０００１〜０．０１％、Ｎ ：０．００
０２〜０．０２％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成り、粒
子径が０．００５〜１０．０μｍであるＭｇを含む酸化
物あるいは硫化物、またはその両方を含む介在物を１０
3〜１０6個／ｍｍ2含有し、黒鉛化焼鈍後に平均粒径が
５．０μｍ以下の黒鉛を有することを特徴とする黒鉛均
一分散用鋼材である。
％、Ｓｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０
％、Ｐ ：０．２％以下、Ｓ ：０．００１〜０．１
％、Ｂ ：０．０００１〜０．０１％、Ｎ ：０．００
０２〜０．０２％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物から成り、粒
子径が０．００５〜１０．０μｍであるＭｇを含む酸化
物あるいは硫化物、またはその両方を含む介在物を１０
3〜１０6個／ｍｍ2含有し、黒鉛化焼鈍後に平均粒径が
５．０μｍ以下の黒鉛を有することを特徴とする黒鉛均
一分散用鋼材である。
【０００７】（２） 重量％で、（Ａ）Ｍｏ：０．０１
〜０．５％、Ｃｒ：０．０１〜０．４％、Ｎｉ：０．０
５〜３．０％、Ｃｏ：０．０５〜３．０％、Ｃｕ：０．
０５〜３．０％の１種または２種以上、あるいは（Ｂ）
Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．
０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ ：０．０
５〜０．２％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％の１種または
２種以上、あるいは（Ｃ）Ｐｂ：０．０５〜０．３５
％、Ｂｉ：０．０５〜０．３５％、Ｔｅ：０．００２〜
０．０２％、Ｓｅ：０．００２〜０．０２％の１種また
は２種以上からなる（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の群の１群
または２群以上をさらに含有することを特徴とする
（１）記載の黒鉛均一分散用鋼材である。
〜０．５％、Ｃｒ：０．０１〜０．４％、Ｎｉ：０．０
５〜３．０％、Ｃｏ：０．０５〜３．０％、Ｃｕ：０．
０５〜３．０％の１種または２種以上、あるいは（Ｂ）
Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．
０３％、Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、Ｖ ：０．０
５〜０．２％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％の１種または
２種以上、あるいは（Ｃ）Ｐｂ：０．０５〜０．３５
％、Ｂｉ：０．０５〜０．３５％、Ｔｅ：０．００２〜
０．０２％、Ｓｅ：０．００２〜０．０２％の１種また
は２種以上からなる（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の群の１群
または２群以上をさらに含有することを特徴とする
（１）記載の黒鉛均一分散用鋼材である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の化学成分の請求範囲を上
記のように定めた理由を以下に示す。
記のように定めた理由を以下に示す。
【０００９】Ｃは黒鉛を生成し工具寿命を向上させると
ともに、焼入れ後の強度を確保するため必要不可欠の元
素である。工具寿命改善に必要な黒鉛量、あるいは焼入
れ後の強度を十分確保するためその下限値を０．１％と
した。上限は冷間加工後の熱処理における焼き割れを防
止するために１．０％とした。
ともに、焼入れ後の強度を確保するため必要不可欠の元
素である。工具寿命改善に必要な黒鉛量、あるいは焼入
れ後の強度を十分確保するためその下限値を０．１％と
した。上限は冷間加工後の熱処理における焼き割れを防
止するために１．０％とした。
【００１０】Ｓｉは鋼中の炭素原子との結合力が小さ
く、黒鉛化を促進する有力な元素の一つである。焼鈍処
理により十分な黒鉛を析出させて高い黒鉛化率とするた
めにはＳｉを添加することが必要であり、その下限値は
０．０１％である。ただしＳｉ含有量が増大するとフェ
ライト層が固溶硬化し冷間加工性の劣化を招くので、上
限値を２．０％とした。
く、黒鉛化を促進する有力な元素の一つである。焼鈍処
理により十分な黒鉛を析出させて高い黒鉛化率とするた
めにはＳｉを添加することが必要であり、その下限値は
０．０１％である。ただしＳｉ含有量が増大するとフェ
ライト層が固溶硬化し冷間加工性の劣化を招くので、上
限値を２．０％とした。
【００１１】ＭｎはＳと結合してＭｎＳ介在物として存
在し、ＭｇＯあるいはＭｇＳとの複合体を形成し、黒鉛
あるいはＢＮの生成サイトとなることから必要な元素で
もある。十分な生成サイトを確保するためその下限値を
０．１％とした。ただしＭｎ量が大きくなると黒鉛化を
著しく阻害するので上限値は１．０％とした。
在し、ＭｇＯあるいはＭｇＳとの複合体を形成し、黒鉛
あるいはＢＮの生成サイトとなることから必要な元素で
もある。十分な生成サイトを確保するためその下限値を
０．１％とした。ただしＭｎ量が大きくなると黒鉛化を
著しく阻害するので上限値は１．０％とした。
【００１２】Ｐは鋼中で粒界偏析や中心偏析を起こし靭
性劣化の原因となるので、その上限値を０．２％とし
た。
性劣化の原因となるので、その上限値を０．２％とし
た。
【００１３】ＳはＭｇ、ＭｎあるいはＣｕ等の合金元素
と反応して硫化物として存在する。これらの硫化物は、
黒鉛あるいはＢＮの核生成サイトとして有効である。た
だし０．００１％未満では黒鉛あるいはＢＮの核生成サ
イトとしての効果が現れないことから下限値を０．００
１％とした。またＳ量が多すぎると冷間加工性を劣化さ
せるため上限値を０．１％とした。
と反応して硫化物として存在する。これらの硫化物は、
黒鉛あるいはＢＮの核生成サイトとして有効である。た
だし０．００１％未満では黒鉛あるいはＢＮの核生成サ
イトとしての効果が現れないことから下限値を０．００
１％とした。またＳ量が多すぎると冷間加工性を劣化さ
せるため上限値を０．１％とした。
【００１４】ＢはＮと結合してＢＮを生成し黒鉛の析出
サイトとして機能する。このため黒鉛微細化に有効であ
る。微細化効果を得るには０．０００１％以上を添加し
なければならない。ただし０．０１％以上添加するとＢ
化合物が粒界に析出し破壊靭性を著しく劣化させるため
上限値を０．０１％とした。
サイトとして機能する。このため黒鉛微細化に有効であ
る。微細化効果を得るには０．０００１％以上を添加し
なければならない。ただし０．０１％以上添加するとＢ
化合物が粒界に析出し破壊靭性を著しく劣化させるため
上限値を０．０１％とした。
【００１５】ＮはＢと結合してＢＮを生成する。０．０
００１％〜０．０１％のＢをＢＮにするために、０．０
００２％〜０．０２％が必要である。
００１％〜０．０１％のＢをＢＮにするために、０．０
００２％〜０．０２％が必要である。
【００１６】Ｍｇは酸化物あるいは硫化物等の介在物を
形成させる。このＭｇ系介在物は鋼中に均一に分散し、
黒鉛あるいはＢＮの核生成サイトを与え黒鉛を均一微細
分散させる。０．０００１％未満では黒鉛の微細化効果
は得られず、また０．０１％以上添加すると、黒鉛の微
細化効果は飽和する。
形成させる。このＭｇ系介在物は鋼中に均一に分散し、
黒鉛あるいはＢＮの核生成サイトを与え黒鉛を均一微細
分散させる。０．０００１％未満では黒鉛の微細化効果
は得られず、また０．０１％以上添加すると、黒鉛の微
細化効果は飽和する。
【００１７】次に本発明の請求項２の成分限定理由につ
いて述べる。これらの元素は必要に応じて１種または２
種以上添加される。
いて述べる。これらの元素は必要に応じて１種または２
種以上添加される。
【００１８】Ｍｏは焼入性を確保するために添加され
る。焼入性の効果を十分得るために、添加量の下限値を
０．０１％とした。また０．５％を超えて添加するとフ
ェライト地の硬さが上昇し冷間加工性が損なわれるため
上限値を０．５％とした。
る。焼入性の効果を十分得るために、添加量の下限値を
０．０１％とした。また０．５％を超えて添加するとフ
ェライト地の硬さが上昇し冷間加工性が損なわれるため
上限値を０．５％とした。
【００１９】Ｃｒは焼入性を確保するために添加され
る。焼入性の効果を十分得るために、添加量の下限値を
０．０１％とした。また０．４％を超えて添加すると著
しく黒鉛化を阻害するため、上限値を０．４％とした。
る。焼入性の効果を十分得るために、添加量の下限値を
０．０１％とした。また０．４％を超えて添加すると著
しく黒鉛化を阻害するため、上限値を０．４％とした。
【００２０】Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕは炭素原子との結合力が
小さく、セメンタイトを不安定化させ、黒鉛化を促進さ
せるとともに、焼入性を高め、強度を確保するのに効果
的である。０．０５％未満では効果が不十分であり、ま
た３．０％を超えて添加しても効果は飽和するとともに
経済的に極めて不利となるため、下限を０．０５％と
し、上限を３．０％とした。
小さく、セメンタイトを不安定化させ、黒鉛化を促進さ
せるとともに、焼入性を高め、強度を確保するのに効果
的である。０．０５％未満では効果が不十分であり、ま
た３．０％を超えて添加しても効果は飽和するとともに
経済的に極めて不利となるため、下限を０．０５％と
し、上限を３．０％とした。
【００２１】ＡｌはＡｌＮを形成し、ピニング粒子とし
て機能し、γ粒の成長を抑制する効果があり、破壊靭性
値を向上させる。０．００１％未満では、結晶粒細粒化
の効果は小さく、また０．１％を超えて添加すると逆に
靭性が劣化するため、下限を０．００１％、上限を０．
１％とした。
て機能し、γ粒の成長を抑制する効果があり、破壊靭性
値を向上させる。０．００１％未満では、結晶粒細粒化
の効果は小さく、また０．１％を超えて添加すると逆に
靭性が劣化するため、下限を０．００１％、上限を０．
１％とした。
【００２２】ＴｉはＴｉＮあるいはＴｉＣを形成し、ピ
ニング粒子として機能し、γ粒の成長を抑制する効果が
あり、破壊靭性値を向上させる。０．００１％以上で
は、結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．１％を超え
て添加すると逆に靭性が劣化するため下限を０．００１
％、上限を０．０３％とした。
ニング粒子として機能し、γ粒の成長を抑制する効果が
あり、破壊靭性値を向上させる。０．００１％以上で
は、結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．１％を超え
て添加すると逆に靭性が劣化するため下限を０．００１
％、上限を０．０３％とした。
【００２３】ＮｂはＮｂＣあるいはＮｂＮを形成し、ピ
ニング粒子として機能し、γ粒の成長を抑制する効果が
あり、破壊靭性値を向上させる。０．００５％以上で
は、結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．０５％を超
えて添加すると逆に靭性が劣化するため下限を０．００
５％、上限を０．０５％とした。
ニング粒子として機能し、γ粒の成長を抑制する効果が
あり、破壊靭性値を向上させる。０．００５％以上で
は、結晶粒細粒化の効果は小さく、また０．０５％を超
えて添加すると逆に靭性が劣化するため下限を０．００
５％、上限を０．０５％とした。
【００２４】ＶはＶＣあるいはＶＮを形成し、ピニング
粒子として機能し、γ粒の成長を抑制する効果があり、
破壊靭性値を向上させる。０．０５％以上では、結晶粒
細粒化の効果は小さく、また０．２％を超えて添加する
と逆に靭性が劣化するため下限を０．０５％、上限を
０．２％とした。
粒子として機能し、γ粒の成長を抑制する効果があり、
破壊靭性値を向上させる。０．０５％以上では、結晶粒
細粒化の効果は小さく、また０．２％を超えて添加する
と逆に靭性が劣化するため下限を０．０５％、上限を
０．２％とした。
【００２５】ＺｒはＺｒＮを形成し、ピニング粒子とし
て機能し、γ粒の成長を抑制する効果があり、破壊靭性
値を向上させる。０．０５％以上では、結晶粒細粒化の
効果は小さく、また０．２％を超えて添加すると逆に靭
性が劣化するため下限を０．０５％、上限を０．２％と
した。
て機能し、γ粒の成長を抑制する効果があり、破壊靭性
値を向上させる。０．０５％以上では、結晶粒細粒化の
効果は小さく、また０．２％を超えて添加すると逆に靭
性が劣化するため下限を０．０５％、上限を０．２％と
した。
【００２６】Ｐｂ、Ｂｉは工具と被削材の界面において
凝着を抑制する作用があるので、切削仕上げ面粗さを顕
著に改善する。０．０５％未満では効果が小さく、０．
３５％を超えると熱間加工性が低下するとともに、黒鉛
化を著しく阻害するので、上限を０．３５％、下限を
０．０５％とした。
凝着を抑制する作用があるので、切削仕上げ面粗さを顕
著に改善する。０．０５％未満では効果が小さく、０．
３５％を超えると熱間加工性が低下するとともに、黒鉛
化を著しく阻害するので、上限を０．３５％、下限を
０．０５％とした。
【００２７】Ｔｅ、ＳｅもＰｂ、Ｂｉ同様に切削仕上げ
面を改善する効果がある。０．００２％未満では効果が
小さく、０．０２％を超えると熱間加工性が低下するの
で、上限を０．０２％、下限を０．００２％とした。
面を改善する効果がある。０．００２％未満では効果が
小さく、０．０２％を超えると熱間加工性が低下するの
で、上限を０．０２％、下限を０．００２％とした。
【００２８】本発明鋼は特定の範囲の大きさのＭｇ系介
在物を特定の範囲の個数を含有する。ここで、Ｍｇ系介
在物とはＭｇを含む酸化物、硫化物あるいはこれらの複
合体からなる介在物を示す。Ｍｇ系介在物を具体的に説
明すると、ＭｇＯ、ＭｇＳ、（Ｍｇ、Ｘ）Ｏ、（Ｍｇ、
Ｘ）Ｓの化学式で表されるものである。ここでＸはＭ
ｎ、Ｃｕ等の合金元素である。このＭｇ系介在物は鋼中
に均一に分散し黒鉛あるいはＢＮの核生成サイトを与
え、黒鉛を微細化する。特に図１に示すように、ＭｇＳ
等のＭｇ系硫化物は上記作用を著しく高める。しかしな
がら、Ｍｇ系介在物の個数が１０3個／ｍｍ2未満であれ
ば析出サイトが不足し黒鉛は均一に分散することなく、
平均粒径５．０μｍを超える黒鉛が形成される。個数の
上限を１０6個／ｍｍ2としたのは、通常のＭｇ添加方法
では０．００５μｍ以上のＭｇ系介在物をこれ以上増や
すのは困難だからである。なお、ここで、Ｍｇ系介在物
の粒径を０．００５〜５．０μｍと限定したのは、０．
００５μｍ以下では核生成サイトとして効果がなく、
５．０μｍ超ではＭｇ系介在物自体が破壊の起点となり
靭性の劣化を招くためである。
在物を特定の範囲の個数を含有する。ここで、Ｍｇ系介
在物とはＭｇを含む酸化物、硫化物あるいはこれらの複
合体からなる介在物を示す。Ｍｇ系介在物を具体的に説
明すると、ＭｇＯ、ＭｇＳ、（Ｍｇ、Ｘ）Ｏ、（Ｍｇ、
Ｘ）Ｓの化学式で表されるものである。ここでＸはＭ
ｎ、Ｃｕ等の合金元素である。このＭｇ系介在物は鋼中
に均一に分散し黒鉛あるいはＢＮの核生成サイトを与
え、黒鉛を微細化する。特に図１に示すように、ＭｇＳ
等のＭｇ系硫化物は上記作用を著しく高める。しかしな
がら、Ｍｇ系介在物の個数が１０3個／ｍｍ2未満であれ
ば析出サイトが不足し黒鉛は均一に分散することなく、
平均粒径５．０μｍを超える黒鉛が形成される。個数の
上限を１０6個／ｍｍ2としたのは、通常のＭｇ添加方法
では０．００５μｍ以上のＭｇ系介在物をこれ以上増や
すのは困難だからである。なお、ここで、Ｍｇ系介在物
の粒径を０．００５〜５．０μｍと限定したのは、０．
００５μｍ以下では核生成サイトとして効果がなく、
５．０μｍ超ではＭｇ系介在物自体が破壊の起点となり
靭性の劣化を招くためである。
【００２９】Ｍｇ系介在物の大きさと個数を本発明の請
求項範囲を満たすためには、鋼材中にＭｇを含有させる
ことがポイントとなる。以下に本発明鋼の製造方法につ
いて述べる。本発明鋼の製造方法は特に限定するもので
はない。即ち、母溶鋼の溶製は高炉−転炉法あるいは電
気炉法のいずれでもよい。また、溶鋼へのＭｇ添加方法
も特定するものでなく、Ｍｇ源を自然落下による添加、
不活性ガスを用いた吹込み、Ｍｇ源を充填した鉄製ワイ
ヤーを溶鋼中へ供給する等の方法を採用してよい。添加
場所も溶鋼取鍋、連続鋳造タンディッシュ、連続鋳造モ
ールド等を自由に選定してよい。Ｍｇ源としては金属Ｍ
ｇ、Ｍｇ−Ｃｏｋｅ、Ｍｇ−Ａｌ合金、Ｍｇ−Ｓｉ合
金、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｍｎ合金等の粒状品を使用でき、これ
らとＦｅ、Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ合金の粒状品を混合して使
用することも可能である。
求項範囲を満たすためには、鋼材中にＭｇを含有させる
ことがポイントとなる。以下に本発明鋼の製造方法につ
いて述べる。本発明鋼の製造方法は特に限定するもので
はない。即ち、母溶鋼の溶製は高炉−転炉法あるいは電
気炉法のいずれでもよい。また、溶鋼へのＭｇ添加方法
も特定するものでなく、Ｍｇ源を自然落下による添加、
不活性ガスを用いた吹込み、Ｍｇ源を充填した鉄製ワイ
ヤーを溶鋼中へ供給する等の方法を採用してよい。添加
場所も溶鋼取鍋、連続鋳造タンディッシュ、連続鋳造モ
ールド等を自由に選定してよい。Ｍｇ源としては金属Ｍ
ｇ、Ｍｇ−Ｃｏｋｅ、Ｍｇ−Ａｌ合金、Ｍｇ−Ｓｉ合
金、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｍｎ合金等の粒状品を使用でき、これ
らとＦｅ、Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ合金の粒状品を混合して使
用することも可能である。
【００３０】従来の黒鉛鋼の製造方法は、特開平７−９
７６５９号公報あるいは特開平７−４１８５１号公報に
開示してあるように、黒鉛を微細分散させるためには、
凝固の際に析出していた粗大なＢＮあるいはＡｌＮを再
度鋼中に固溶させるため、それらの固溶温度以上に加熱
して熱間圧延し、０．０１℃／ｓを下回らない冷却速度
が望ましいとしている。しかしながら本発明の鋼材は、
凝固ままで微細分散しているＭｇ系介在物を利用してい
るため、圧延条件の制限は緩くしてもよく、通常圧延可
能な加熱温度とすることができる。
７６５９号公報あるいは特開平７−４１８５１号公報に
開示してあるように、黒鉛を微細分散させるためには、
凝固の際に析出していた粗大なＢＮあるいはＡｌＮを再
度鋼中に固溶させるため、それらの固溶温度以上に加熱
して熱間圧延し、０．０１℃／ｓを下回らない冷却速度
が望ましいとしている。しかしながら本発明の鋼材は、
凝固ままで微細分散しているＭｇ系介在物を利用してい
るため、圧延条件の制限は緩くしてもよく、通常圧延可
能な加熱温度とすることができる。
【００３１】また本発明の鋼材は、Ａ1点以下、望まし
くは６５０℃から７２０℃の温度範囲で黒鉛化焼鈍する
ことにより、平均粒径５μｍ以下の黒鉛が均一に分散し
た組織を得ることが可能である。５μｍを超えると、焼
入れ組織がフェライトとマルテンサイトの混合組織とな
って、あるいは黒鉛が溶解した跡の空孔が残存して衝撃
値が低下するが、本発明の鋼材では、上記の処理を施す
ことによって、黒鉛平均粒径を５μｍ以下とすることが
できるので、靭性（衝撃特性）において優れている。
くは６５０℃から７２０℃の温度範囲で黒鉛化焼鈍する
ことにより、平均粒径５μｍ以下の黒鉛が均一に分散し
た組織を得ることが可能である。５μｍを超えると、焼
入れ組織がフェライトとマルテンサイトの混合組織とな
って、あるいは黒鉛が溶解した跡の空孔が残存して衝撃
値が低下するが、本発明の鋼材では、上記の処理を施す
ことによって、黒鉛平均粒径を５μｍ以下とすることが
できるので、靭性（衝撃特性）において優れている。
【００３２】
【実施例】以下に本発明の効果を実施例によりさらに具
体的に示す。
体的に示す。
【００３３】表１に供試鋼の化学成分、表２に黒鉛化
率、黒鉛化用鋼材の製造方法、０．００５〜１０．０μ
ｍのＭｇ系介在物の粒子数、黒鉛化焼鈍後の黒鉛平均粒
径、黒鉛間最大距離及び黒鉛化後に焼入れ焼戻した場合
のシャルピー吸収エネルギーを示す。実施例の製造条件
は、転炉から排出した取鍋内溶鋼に、金属Ｍｇ粒及びＦ
ｅ−Ｓｉ合金粒の混合物を充填したＦｅ製ワイヤーを供
給する方法によりＭｇを添加した。この溶鋼を鋳型に鋳
込んで鋼塊とし、これを分塊圧延後空冷し、指定温度に
再加熱し熱間圧延を行い、熱延ラインの延長線上に設置
した水冷装置により全表面に冷却水を均一に散水するこ
とにより冷却した。表２の製造条件の欄には圧延抽出温
度、圧延後の冷却速度を示した。圧延後にオフラインの
焼鈍炉にて７００℃で黒鉛化処理を行った。黒鉛化率は
次式により算出した。
率、黒鉛化用鋼材の製造方法、０．００５〜１０．０μ
ｍのＭｇ系介在物の粒子数、黒鉛化焼鈍後の黒鉛平均粒
径、黒鉛間最大距離及び黒鉛化後に焼入れ焼戻した場合
のシャルピー吸収エネルギーを示す。実施例の製造条件
は、転炉から排出した取鍋内溶鋼に、金属Ｍｇ粒及びＦ
ｅ−Ｓｉ合金粒の混合物を充填したＦｅ製ワイヤーを供
給する方法によりＭｇを添加した。この溶鋼を鋳型に鋳
込んで鋼塊とし、これを分塊圧延後空冷し、指定温度に
再加熱し熱間圧延を行い、熱延ラインの延長線上に設置
した水冷装置により全表面に冷却水を均一に散水するこ
とにより冷却した。表２の製造条件の欄には圧延抽出温
度、圧延後の冷却速度を示した。圧延後にオフラインの
焼鈍炉にて７００℃で黒鉛化処理を行った。黒鉛化率は
次式により算出した。
【００３４】 （鋼中黒鉛含有量／鋼の炭素含有量）×１００（％） 鋼の炭素含有量および黒鉛含有量は化学分析により定量
した。Ｍｇを含む酸化物または硫化物を含む非金属介在
物の粒子数は、抽出レプリカ試料を作製し電子顕微鏡に
て５０００倍の写真を２０視野撮影し、粒子数を測定し
た。黒鉛粒径は黒鉛粒子に電子線を照射して、反射電子
線の強度を２値化して画像解析システムを利用して測定
した。黒鉛粒間最大距離は光学顕微鏡写真上に黒鉛が存
在しない領域のみを含む円弧を描き、その直径の最大値
を黒鉛間の最大距離とした。シャルピー衝撃値は黒鉛析
出状態の棒鋼を用い、焼入れ（９５０℃×３０分→氷食
塩水冷却）、焼戻し（６００℃×６０分→水冷）を行っ
た後、２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ
Ｚ２２０２ Ｎｏ３）を採取し、試験温度２０℃でシャ
ルピー衝撃試験を行った。
した。Ｍｇを含む酸化物または硫化物を含む非金属介在
物の粒子数は、抽出レプリカ試料を作製し電子顕微鏡に
て５０００倍の写真を２０視野撮影し、粒子数を測定し
た。黒鉛粒径は黒鉛粒子に電子線を照射して、反射電子
線の強度を２値化して画像解析システムを利用して測定
した。黒鉛粒間最大距離は光学顕微鏡写真上に黒鉛が存
在しない領域のみを含む円弧を描き、その直径の最大値
を黒鉛間の最大距離とした。シャルピー衝撃値は黒鉛析
出状態の棒鋼を用い、焼入れ（９５０℃×３０分→氷食
塩水冷却）、焼戻し（６００℃×６０分→水冷）を行っ
た後、２ｍｍＵノッチシャルピー衝撃試験片（ＪＩＳ
Ｚ２２０２ Ｎｏ３）を採取し、試験温度２０℃でシャ
ルピー衝撃試験を行った。
【００３５】表２に示したように、本発明鋼の請求範囲
を満足する鋼１〜２０はいずれも黒鉛平均粒径が５μｍ
以下であるのに対し、Ｍｇの添加量が請求範囲を外れる
鋼２１〜２４あるいはＳの添加量が請求範囲を下回る鋼
２２はいずれも６μｍ以上である。また、黒鉛間の最大
距離は本発明鋼の成分範囲を満足する鋼１〜２０は比較
例の鋼２１〜２４と比べ小さく黒鉛が均一微細分散して
いることがわかる。焼入れ焼戻し後のシャルピー吸収エ
ネルギーは鋼１〜２０では比較例の鋼２１〜２４と比べ
著しく大きく、本発明鋼は靭性に優れていることがわか
る。
を満足する鋼１〜２０はいずれも黒鉛平均粒径が５μｍ
以下であるのに対し、Ｍｇの添加量が請求範囲を外れる
鋼２１〜２４あるいはＳの添加量が請求範囲を下回る鋼
２２はいずれも６μｍ以上である。また、黒鉛間の最大
距離は本発明鋼の成分範囲を満足する鋼１〜２０は比較
例の鋼２１〜２４と比べ小さく黒鉛が均一微細分散して
いることがわかる。焼入れ焼戻し後のシャルピー吸収エ
ネルギーは鋼１〜２０では比較例の鋼２１〜２４と比べ
著しく大きく、本発明鋼は靭性に優れていることがわか
る。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように本発
明によれば、切削性及び冷間鍛造性に優れ、かつ焼入れ
焼戻し後の靭性の優れた黒鉛均一分散鋼を提供すること
が可能であり、産業上の効果は極めて顕著なるものがあ
る。
明によれば、切削性及び冷間鍛造性に優れ、かつ焼入れ
焼戻し後の靭性の優れた黒鉛均一分散鋼を提供すること
が可能であり、産業上の効果は極めて顕著なるものがあ
る。
【図１】Ｍｇ系酸化物とＭｇ系硫化物の個数と黒鉛粒径
との関係を示した図である。
との関係を示した図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ ：０．１〜１．０％、Ｓ
ｉ：０．０１〜２．０％、Ｍｎ：０．１〜１．０％、Ｐ
：０．２％以下、Ｓ ：０．００１〜０．１％、Ｂ
：０．０００１〜０．０１％、Ｎ ：０．０００２〜
０．０２％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１％、残部が
Ｆｅ及び不可避的不純物から成り、粒子径が０．００５
〜１０．０μｍであるＭｇを含む酸化物あるいは硫化
物、またはその両方を含む介在物を１０3〜１０6個／ｍ
ｍ2含有し、黒鉛化焼鈍後に平均粒径が５．０μｍ以下
の黒鉛を有することを特徴とする黒鉛均一分散用鋼材。 - 【請求項２】 重量％で、 （Ａ）Ｍｏ：０．０１〜０．５％、 Ｃｒ：０．０１〜０．４％、 Ｎｉ：０．０５〜３．０％、 Ｃｏ：０．０５〜３．０％、 Ｃｕ：０．０５〜３．０％ の１種または２種以上、あるいは （Ｂ）Ａｌ：０．００１〜０．１％、 Ｔｉ：０．００１〜０．０３％、 Ｎｂ：０．００５〜０．０５％、 Ｖ ：０．０５〜０．２％、 Ｚｒ：０．０５〜０．２％ の１種または２種以上、あるいは （Ｃ）Ｐｂ：０．０５〜０．３５％、 Ｂｉ：０．０５〜０．３５％、 Ｔｅ：０．００２〜０．０２％、 Ｓｅ：０．００２〜０．０２％ の１種または２種以上からなる（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）
の群の１群または２群以上をさらに含有することを特徴
とする請求項１記載の黒鉛均一分散用鋼材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14995197A JPH10324947A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 黒鉛均一分散用鋼材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14995197A JPH10324947A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 黒鉛均一分散用鋼材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10324947A true JPH10324947A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15486161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14995197A Pending JPH10324947A (ja) | 1997-05-26 | 1997-05-26 | 黒鉛均一分散用鋼材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10324947A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0922783A4 (en) * | 1997-05-26 | 2000-08-23 | Nippon Steel Corp | UNHARDENED STEEL FOR MECHANICAL STRUCTURES |
| EP1045044A4 (en) * | 1998-03-04 | 2002-08-07 | Nippon Steel Corp | STEELS FOR COLD FORGING AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| US6579385B2 (en) * | 2000-08-31 | 2003-06-17 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Free machining steel for use in machine structure of excellent mechanical characteristics |
| CN105671441A (zh) * | 2014-12-09 | 2016-06-15 | Posco公司 | 石墨化热处理用钢材及切削性和冷锻性优异的石墨钢 |
-
1997
- 1997-05-26 JP JP14995197A patent/JPH10324947A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0922783A4 (en) * | 1997-05-26 | 2000-08-23 | Nippon Steel Corp | UNHARDENED STEEL FOR MECHANICAL STRUCTURES |
| EP1045044A4 (en) * | 1998-03-04 | 2002-08-07 | Nippon Steel Corp | STEELS FOR COLD FORGING AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| US6579385B2 (en) * | 2000-08-31 | 2003-06-17 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Free machining steel for use in machine structure of excellent mechanical characteristics |
| CN105671441A (zh) * | 2014-12-09 | 2016-06-15 | Posco公司 | 石墨化热处理用钢材及切削性和冷锻性优异的石墨钢 |
| CN105671441B (zh) * | 2014-12-09 | 2018-08-17 | Posco公司 | 石墨化热处理用钢材及切削性和冷锻性优异的石墨钢 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030701 |