JPS593539B2 - 快削性高マンガン非磁性鋼 - Google Patents

快削性高マンガン非磁性鋼

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JPS593539B2
JPS593539B2 JP55000697A JP69780A JPS593539B2 JP S593539 B2 JPS593539 B2 JP S593539B2 JP 55000697 A JP55000697 A JP 55000697A JP 69780 A JP69780 A JP 69780A JP S593539 B2 JPS593539 B2 JP S593539B2
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JP
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steel
machinability
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cutting
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千秋 大内
哲也 三瓶
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Nippon Kokan Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は快削性高マンガン非磁性鋼の創案に係り、非磁
性鋼における被削性を著しく改善し、しかもその非磁性
その他を損うことのない利用上好ましい鋼を提供しよラ
とするものである。
高マンガン非磁性鋼における被削性を向上することにつ
いては従来から若干の試みがなされている。即ち普通鋼
において快削性を与えるための元素として知られている
S、Be、Te、Pbの添加、或いはCaによる脱酸調
整鋼に適量のsを添加する手法を前記高マンガン非磁性
鋼に適用する方法などである(例えば特開昭54−81
119、特開昭52−36513)。しかしこれらの方
法は高Mnj非磁性鋼に快削性元素を添加し被削性を向
上しようとする程度のものであつて、成程添加に応じた
被削性向上がそれなりに得られるとしてもこの種高Mn
非磁性鋼の難削性に関する基本的関係を解決したもので
ないことから快削鋼と称するにはな’0 お不充分であ
る。本発明は上記したような実情に鑑み検討を重ねて創
案されたものである。
即ち本発明者等は上記のような高Mn鋼の切削加工時に
おける機構を仔細に研究した結果、それが難削性である
ことの理15由は従来の該高Mn非磁性鋼が0.35%
以上のC量を含有し、高硬度であること、その切削加工
に伴う温度上昇により炭化物が析出すること(圧延まま
においても一部析出している)、又切削加工中に加工部
近傍およびその前方の組織がマルテンクo サイト化す
ること、等の事情によるものと認められた。そこで本発
明では上記したような問題点を解消するように1C:0
.22〜0.30%、Mn:22〜28%、Si:4%
未満、solAl:0.001〜0.008%で且つ2
5:0.030〜ク50.100%、Ca:0.001
0−0.0080%を含有する高Mn非磁性鋼を提案す
るものであつて、上記1、2の各要件を組合せることに
より著しい被削性向上を達成した。蓋し上記した1の要
件は、第1に前述した従来の高Mn鋼よりもCを低くす
30ることによつて鋼の強度(硬度)を低下させて被削
性を改善し、又第2に、その低C化により圧延まま及び
切削加工中の炭化物析出を防ぎ、更に第3に低C化によ
るオーステナイトの不安定性化傾向を適正量のMnによ
つて補い80%冷間加工の35ような条件下でも安定オ
ーステナイトを保持する。従つてそれらの結果として切
削加工中における切削面近傍のマツチッサイト変態化を
防ぐことができる。然して上記した2の要件は従来公知
の被削性向上方策と同一であジ、この要件だけを従来の
高Mn非性鋼に適用しただけでは既述のように単に若干
の被削性向上が得られるに過ぎず、又上記1要件のみで
もその被削性向上は不充分であるが、それら1、2の各
要件を共に満足することにより飛躍的に快削性を付与す
ることができる。本発明について更に説明すると、本発
明における各成分の限定理由は以下の通ジである。
Cは、0.22%未満では切削屑の破砕性が悪く、又強
度が低くなりすぎ(降伏強度25kg/M7lL2未満
)構造用としての使用に耐えられない場合がある。
又0.30%を超えると強度(引張強度)及び硬度が高
くなり過ぎ、且つ炭化物析出のため被削性を害する。M
nは、切削中にも組織が安定オーステナイトで存在する
ため従来の高Mn鋼よジも高くすべきで、特に本発明で
は低C化となつているのでオーステナイトが不安定にな
ク易い。
従つてMnは22%以上含有させることが必要で、これ
未満では切削中にマルテンサイト変態を起こしてしまう
。しかしMnは高いほどオーステナイトは安定であると
しても28%を超えて含有させてもコストが嵩むだけで
それに見合う効果がない。22〜28%のMn量でオー
ステナイトは充分に安定であう、この範囲に限定する。
Siは、脱酸元素として通常0.8%以下を添加するが
、降伏強度の増加をはかるために4%未満まで添加する
ことができ、4%を超えて添加させても上記効果が飽和
し、鋼のコストアツプを招くだけである。
Alは、脱酸及びNの固定のため必要な元素であり、S
OllAIO.OOl%以上添加するが、0.008%
を超えて含有させると鋼中に硬質のAl2O3が多量に
残留することとなつて工具の引掻き摩耗(Abrasi
ve)を増加させるので、0.008%以下とすること
が必要である。本発明における第2の要件であるSとC
aについては、これら2つの元素は通常のCaS快削鋼
に用いられる場合と同じ機能を有し、本発明に}いても
その効果の得られる範囲で添加する。即ちSは0.03
0%未満ではその効果がないが、0.10%を超えて含
有させると製品に亀裂を発生し製品歩留りを低下させる
。又Caは脱酸調整のため添加し、Al2O3の害を緩
和しSと同時に添加することにより被削性を向上させる
。即ち一般にS快削鋼では超硬による施削において能率
向上のため高速施削を行うとクレータ摩耗(KT)が進
行するもので、Caを同時に添加することによりこのK
Tを著しく減少させるから必要不可欠な元素であり、0
.001%はこのような効果を得る最低限の量である。
本発明によるものの具体的な実施態様について更に説明
すると、次の第1表には本発明者等が具体的に用いた比
較鋼訃よび本発明鋼の化学成分を示す。
又これらの各鋼を超硬及び・・イスにより次の第2表に
示す条件で旋削した。
更に第1図はSUS3O4と快削性ステンレスSUS3
O3に比較した比較例1〜4及び9の超硬工具による旋
削の切削速度一工具寿命V−T曲線を示すものであつて
、比較鋼2〜4はCAS処理を行つておらず、上記した
ような本発明の第2要件2を満足していない(厳密には
鋼2.4のC量は本発明範囲から外れている)が、CM
nバランスによる被削性の変化を示したものである。
高Mn非磁性鋼としてはC量を低くし、Mnを高くする
ことによつて被削性が大幅に向上することはこの第1図
に卦いて明確にされる通りであり、これが本発明におい
て前記1要件を必要とする所以である。即ちC量が高い
場合には従来快削性を与えることの知られているCaS
処理を行つても鋼1に示されるように被削性はSUS3
O4にも及ばないものであり、結局CaS処理を行わな
くても低C一高Mn化する方が被削性に優れることがわ
かる。但しC量を極端に低くすると切削屑の破砕性が悪
く、第7図の切削屑の形状に関する比較鋼5に示すよう
にSUS3O4と同じ粘性に富んだ切削屑となるもので
あ9、又CMnのバランスを本発明範囲内に設定するこ
とによる低硬度化、4炭化物の析出防止、オーステナイ
トの安定化のみでは快削性ステンレスSUS3O3の被
削性に及ばないことが比較鋼3との対比によつて明かで
ある。そこで本発明のCMn量の鋼に快削性元素である
Sを添加し、或いはCaS処理を行つた場合について検
討した結果は第2図に示す通クである。即ちSを増すこ
とによジ被削性は改善されるが、更にCa処理を行つた
本発明鋼A,B,C,D,Eでは飛躍的に被削性が改善
され快削性ステンレスSUS3O3と同等の被削性が得
られる。なお、このようなCaS処理の効果を得るため
にはSOlAlを0.001〜0.008%の範囲に限
定することが必要で、第3図にはC,Mn量及びCa,
Sが何れも本発明の範囲内にある鋼に卦いてSOlAl
を変化させたときの被削性を示すが、SOlAlが0.
008%を超える比較鋼8ではCa処理の効果がない。
即ちCa処理をしない同−S量の鋼と同等の被削性とな
るのに対しSOlAlが0.008%未満の本発明鋼A
−EではCa処理の効果が飛躍的に得られている。上述
した超硬における本発明の効果、特にC,Mnバランス
の効果はハイス工具の場合に}いて極端に顕われる。即
ちこの例は第4図に示す通りであつて、C量が高く、M
nが本発明範囲外の場合には高硬度であることと切削中
の炭化物析出が工具摩耗を支配するためCaS処理は意
味をなさないことは比較鋼2に示される通ジであり、一
方C,Mnを本発明範囲に限定することにより工具寿命
が向上し又CaS処理の効果が得られることは図示の通
りである。旋削以外の加工、例えば鋸切断、ドリル、タ
ツピング加工などにおいてはハイス工具によるものが大
部分であり、このような本発明効果の意義は大きい。又
次の第5図には冷間加工に伴う透磁率の変化についての
検討結果を示すが、本発明範囲内のC,Mn量を有する
鋼では80%以上の冷間加工によつても透磁率は安定し
て1.002を示し安定なオーステナイトを示すことが
理解される。
更に第6図には鋸切断面表層附近の硬度分布測定結果を
示すが、本発明範囲外のC,Mn量を有する比較鋼2で
は切断面近傍で微細な炭化物析出とマルテンサイト変態
化のために硬度Hvが900にも達しているのに対し本
発明範囲内のC,Mn量を有するものでは切断面近傍で
加工硬化による硬度上昇が存在する程度である。即ち被
削性に悪影響を及ぼすのは微細炭化物析出と切削加工中
のマルテンサイト変態化によるもので、特にC量の多い
場合にはMnを増してオーステナイトを安定化しマルテ
ンサイト変態を防いだとしても炭化物析出が大となつて
被削性が悪くなる。従つてC量を本発明の範囲以上に含
有させることは被削性を問題とする場合には避けるべき
であり、例えば鋼の強度を一定レベル以上確保しなけれ
ばならないと言う場合に訃いて、4C量を増す、o圧延
温度を低くする、0Cr,Si,Vなどの強化元素を添
加するなどの幾つかの方法があつても、4の方法は上記
の理由で採用すべきでなく、Oの方法は被削性に殆んど
影響を与えないので積極的に採用でき、Oの方法は本発
明鋼C,D,Eで示されるように各種元素の添加による
被削性を害することなく本発明の要件さえ満足すれば良
好な被削性が得られるので必要に応じてCr:2%以下
、:2%以下の範囲で添加することができる。
なお、これらの元素を上記の如く限定したのは、何れも
高価な元素で上記の限度を超えて添加含有させてもそれ
以上の効果が得られず、徒らに鋼の価格を高くするだけ
であり、又大型鋼塊による製造を考慮した場合には偏析
の問題を生ずるためである。以上説明したような本発明
によればこの種非磁性鋼における切削加工時における機
構を解明すると共にその難削性を示す原因を適切に回避
してその被削性を著しく改善し得るものであ9、それに
よつて電気的磁場の発生する条件下、特に大電流の用い
られるような交通設備や工業設備などに用いられる各種
鋼材において好ましい非磁性とその加工性とを兼備せし
め、斯かる鋼材の有利な利用を図らしめるものであり、
更には斯様な鋼材の機械的性質を低下せしめず、又その
製造時に公害的問題を残さないなどの作用効果を有する
ものであつて工業的にその効果の大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の技術的内容を示すものであつて、第1図
は超硬工具による旋削でのV−T(切削速度一工具寿命
)線図に及ぼすC,Mn量の影響を示した図表、第2図
は同じく超硬工具での工具寿命に及ぼすS及びCaS処
理の影響を示した図表、第3図はC,Mn,S,Caを
本発明範囲としたものに卦いて超硬工具寿命に及ぼすS
OlAl量の影響を示した図表、第4図は・・イス工具
寿命に及ぼすC,Mnバランスの影響を示した図表、第
5図は冷間加工に伴う透磁率の変化を示した図表、第6
図は鋸切断に訃ける表層近傍の硬度分布を示した図表、
第7図は本発明鋼の1例と比較鋼とについて切削屑の性
状を図表的に比較して示した図面であつて切削屑を写真
撮影したものに基いて図示したものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.22〜0.30%、Mn:22〜28%、
    Si:4%未満、S:0.030〜0.10%、Ca:
    0.001〜0.008%、sol.Al:0.001
    〜0.008%を含有し、残部が鉄および不可避不純物
    より成る快削性高マンガン非磁性鋼。 2 C:0.22〜0.30%、Mn:22〜28%、
    Si:4%未満、S:0.030〜0.10%、Ca:
    0.001〜0.008%、sol.Al:0.001
    〜0.008%を含有すると共にCr:2.0%以下、
    V:2.0%以下の1種又は2種を含有し、残部が鉄お
    よび不可避不純物より成る快削性高マンガン非磁性鋼。
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