JP2000282169A - 鍛造性と被削性に優れる鋼 - Google Patents
鍛造性と被削性に優れる鋼Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鍛造加工性と被削性の良い鋼を提供する。
【解決手段】 重量％で、Ｃ ：０．１〜０．８５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
％、Ｐ ：０．００３〜０．２％、Ｓ ：０．００３〜
０．５％を含有し、さらに、Ｚｒ：０．０００３〜０．
０１％、Ｔｅ：０．００３〜０．００５％、Ｃａ：０．
０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３〜０．０
０５％のうち１種または２種以上を含有するとともに、
Ａｌ≦０．０１％、ｔｏｔａｌ−Ｏ≦０．０２％、ｔｏ
ｔａｌ−Ｎ≦０．０２％に制限し、残部がＦｅおよび不
可避的不純物よりなる鋼であって、この鋼は、硫化物の
形状を球状化したことにより鍛造加工性に優れ、かつ、
良好な被削性を有している。
Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
％、Ｐ ：０．００３〜０．２％、Ｓ ：０．００３〜
０．５％を含有し、さらに、Ｚｒ：０．０００３〜０．
０１％、Ｔｅ：０．００３〜０．００５％、Ｃａ：０．
０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３〜０．０
０５％のうち１種または２種以上を含有するとともに、
Ａｌ≦０．０１％、ｔｏｔａｌ−Ｏ≦０．０２％、ｔｏ
ｔａｌ−Ｎ≦０．０２％に制限し、残部がＦｅおよび不
可避的不純物よりなる鋼であって、この鋼は、硫化物の
形状を球状化したことにより鍛造加工性に優れ、かつ、
良好な被削性を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車や一般機械な
どに用いられる鋼に関するものであり、特に鍛造性とそ
の後の機械的性質および被削性に優れた鋼に関するもの
である。
どに用いられる鋼に関するものであり、特に鍛造性とそ
の後の機械的性質および被削性に優れた鋼に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年鋼の高強度化が進む反面、加工性が
低下するため、切削能率の低下させない鋼に対するニー
ズが高まっている。被削性を向上させるために被削性向
上元素を添加するのが有効であることが知られている
が、それら被削性向上元素は高温延性を低下させたり、
圧延や鍛造による異方性を大きくするので、鍛造時や加
工後の部品に割れを生じ易くする。たとえばＰｂ、Ｂｉ
は被削性を向上し、鍛造への影響も比較的少ないとされ
ているが、高温延性を低減することが知られている。こ
のことは鋳造時や熱間鍛造時に割れの原因となり易い。
またＰに関しても被削性を向上させることが知られてい
るが、鋼の融点を下げるために鋳造時に割れを生じ易す
く、添加量に限界がある。また被削性向上効果にもＰ
ｂ、Ｂｉ等と比較すると小さい。ＳはＭｎＳのような切
削環境下で軟質となる介在物を形成して被削性を向上さ
せるが、ＭｎＳ寸法はＰｂ等の粒子に比べて大きく、応
力集中元となり易い。特に鍛造や圧延によりＭｎＳは伸
延すると異方性を生じ、特定の方向に極端に弱くなる。
また設計上もその様な異方性を考慮する必要が生じる。
したがってこのような快削元素の異方性を最低限にする
技術が必要になる。Ｔｅを添加すれば異方性が解消され
ることが主張されているが（特開昭５５−４１９４３号
公報）、Ｔｅは鋳造時および圧延、鍛造時に割れを生じ
易い。
低下するため、切削能率の低下させない鋼に対するニー
ズが高まっている。被削性を向上させるために被削性向
上元素を添加するのが有効であることが知られている
が、それら被削性向上元素は高温延性を低下させたり、
圧延や鍛造による異方性を大きくするので、鍛造時や加
工後の部品に割れを生じ易くする。たとえばＰｂ、Ｂｉ
は被削性を向上し、鍛造への影響も比較的少ないとされ
ているが、高温延性を低減することが知られている。こ
のことは鋳造時や熱間鍛造時に割れの原因となり易い。
またＰに関しても被削性を向上させることが知られてい
るが、鋼の融点を下げるために鋳造時に割れを生じ易す
く、添加量に限界がある。また被削性向上効果にもＰ
ｂ、Ｂｉ等と比較すると小さい。ＳはＭｎＳのような切
削環境下で軟質となる介在物を形成して被削性を向上さ
せるが、ＭｎＳ寸法はＰｂ等の粒子に比べて大きく、応
力集中元となり易い。特に鍛造や圧延によりＭｎＳは伸
延すると異方性を生じ、特定の方向に極端に弱くなる。
また設計上もその様な異方性を考慮する必要が生じる。
したがってこのような快削元素の異方性を最低限にする
技術が必要になる。Ｔｅを添加すれば異方性が解消され
ることが主張されているが（特開昭５５−４１９４３号
公報）、Ｔｅは鋳造時および圧延、鍛造時に割れを生じ
易い。
【０００３】そこでこのような熱間延性と被削性を両立
した鋼は、これまでに存在していないのが実状であっ
て、さらなる技術革新が必要である。
した鋼は、これまでに存在していないのが実状であっ
て、さらなる技術革新が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実状に対
応するため、熱間延性、加工後の異方性および被削性の
良好な鋼を提供することを目的とするものである。
応するため、熱間延性、加工後の異方性および被削性の
良好な鋼を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】被削性を向上させるため
には快削元素Ｓの添加が有効である。一般に鋼は圧延や
鍛造により加工が加わるが、その際の塑性流動により、
ＭｎＳが変形し、機械的性質に異方性を生じる。鍛造時
にはその異方性に起因する割れが実質の鍛造限界を示
す。したがって鍛造性を向上させるには介在物の形状を
極力球形に近くし、異方性を最低限に抑制することが有
効である。また、たとえ介在物が塑性流動によって長く
伸延しても介在物の寸法が小さければ、異方性の影響は
小さくできる。そのため、被削性を向上させるＭｎＳを
微細に分散し、かつその形状を球状に維持するための鋼
材成分とすることが望ましい。
には快削元素Ｓの添加が有効である。一般に鋼は圧延や
鍛造により加工が加わるが、その際の塑性流動により、
ＭｎＳが変形し、機械的性質に異方性を生じる。鍛造時
にはその異方性に起因する割れが実質の鍛造限界を示
す。したがって鍛造性を向上させるには介在物の形状を
極力球形に近くし、異方性を最低限に抑制することが有
効である。また、たとえ介在物が塑性流動によって長く
伸延しても介在物の寸法が小さければ、異方性の影響は
小さくできる。そのため、被削性を向上させるＭｎＳを
微細に分散し、かつその形状を球状に維持するための鋼
材成分とすることが望ましい。
【０００６】本発明は以上の知見に基づいてなされたも
のであって、その要旨は以下に示すとおりである。
のであって、その要旨は以下に示すとおりである。
【０００７】（１） 重量％で、Ｃ ：０．１〜０．８
５％、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜
２．０％、Ｐ ：０．００３〜０．２％、Ｓ ：０．０
０３〜０．５％を含有し、さらに、Ｚｒ：０．０００３
〜０．０１％、Ｔｅ：０．００３〜０．００５％、Ｃ
ａ：０．０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３
〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有すると
ともに、Ａｌ≦０．０１％、ｔｏｔａｌ−Ｏ≦０．０２
％、ｔｏｔａｌ−Ｎ≦０．０２％に制限し、残部がＦｅ
および不可避的不純物よりなることを特徴とする鍛造性
と被削性に優れる鋼。
５％、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜
２．０％、Ｐ ：０．００３〜０．２％、Ｓ ：０．０
０３〜０．５％を含有し、さらに、Ｚｒ：０．０００３
〜０．０１％、Ｔｅ：０．００３〜０．００５％、Ｃ
ａ：０．０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３
〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有すると
ともに、Ａｌ≦０．０１％、ｔｏｔａｌ−Ｏ≦０．０２
％、ｔｏｔａｌ−Ｎ≦０．０２％に制限し、残部がＦｅ
および不可避的不純物よりなることを特徴とする鍛造性
と被削性に優れる鋼。
【０００８】（２） 重量％で、Ｃ ：０．１〜０．８
５％、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜
２．０％、Ｐ ：０．００３〜０．２％、Ｓ ：０．０
０３〜０．５％を含有し、さらに、Ｚｒ：０．０００３
〜０．０１％、Ｔｅ：０．００３〜０．００５％、Ｃ
ａ：０．０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３
〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有すると
ともに、Ａｌ≦０．０１％、ｔｏｔａｌ−Ｏ≦０．０２
％、ｔｏｔａｌ−Ｎ≦０．０２％に制限し、さらに、Ｃ
ｒ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、
Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｂ ：０．０００５〜０．
００５％のうち１種または２種以上を含み、残部がＦｅ
および不可避的不純物よりなることを特徴とする鍛造性
と被削性に優れる鋼。
５％、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜
２．０％、Ｐ ：０．００３〜０．２％、Ｓ ：０．０
０３〜０．５％を含有し、さらに、Ｚｒ：０．０００３
〜０．０１％、Ｔｅ：０．００３〜０．００５％、Ｃ
ａ：０．０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３
〜０．００５％のうち１種または２種以上を含有すると
ともに、Ａｌ≦０．０１％、ｔｏｔａｌ−Ｏ≦０．０２
％、ｔｏｔａｌ−Ｎ≦０．０２％に制限し、さらに、Ｃ
ｒ：０．０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、
Ｍｏ：０．０５〜１．０％、Ｂ ：０．０００５〜０．
００５％のうち１種または２種以上を含み、残部がＦｅ
および不可避的不純物よりなることを特徴とする鍛造性
と被削性に優れる鋼。
【０００９】（３） 上記（１）または上記（２）に記
載の鋼が、さらに、重量％で、Ｖ ：０．０５〜１．０
％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜
０．１％のうち１種または２種以上を含むことを特徴と
する鍛造性と被削性に優れる鋼。
載の鋼が、さらに、重量％で、Ｖ ：０．０５〜１．０
％、Ｎｂ：０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜
０．１％のうち１種または２種以上を含むことを特徴と
する鍛造性と被削性に優れる鋼。
【００１０】（４） 上記（１）乃至上記（３）のいず
れかに記載の鋼が、さらに、重量％で、Ｂｉ：０．０５
〜０．５％、Ｐｂ：０．０１〜０．５％のうち１種また
は２種を含むことを特徴とする鍛造性と被削性に優れる
鋼。
れかに記載の鋼が、さらに、重量％で、Ｂｉ：０．０５
〜０．５％、Ｐｂ：０．０１〜０．５％のうち１種また
は２種を含むことを特徴とする鍛造性と被削性に優れる
鋼。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の鋼成分の限定理由につい
て説明する。
て説明する。
【００１２】Ｃは鋼材の基本強度に大きな影響を及ぼす
元素であり、十分な強度を得るために０．１〜０．８５
％とした。０．１％未満では十分な強度を得られず、他
の合金元素をさらに多量に投入せざるを得ず、０．８５
％を超えると過共析に近くなり、硬質の炭化物を多く析
出するので被削性を著しく低下させる。
元素であり、十分な強度を得るために０．１〜０．８５
％とした。０．１％未満では十分な強度を得られず、他
の合金元素をさらに多量に投入せざるを得ず、０．８５
％を超えると過共析に近くなり、硬質の炭化物を多く析
出するので被削性を著しく低下させる。
【００１３】Ｓｉは脱酸元素として添加されるが、フェ
ライトの強化や焼戻し軟化抵抗を付与するために添加す
る。本発明においては脱酸元素としても必要である。
０．０１％未満ではその効果は認められず、１．５％を
超えると脆化し、高温での変形抵抗も増加するのでこれ
を上限とした。
ライトの強化や焼戻し軟化抵抗を付与するために添加す
る。本発明においては脱酸元素としても必要である。
０．０１％未満ではその効果は認められず、１．５％を
超えると脆化し、高温での変形抵抗も増加するのでこれ
を上限とした。
【００１４】Ｍｎは鋼中硫黄をＭｎＳとして固定・分散
させるために必要であるとともに、マトリックスに固溶
させて焼入れ性の向上や焼入れ後の強度を確保するため
に必要である。その下限値は０．０５％で、それ未満で
あるとＳがＦｅＳとなり脆くなる。Ｍｎ量が大きくなる
と素地の硬さが大きくなり冷間加工性が低下するととも
に、強度や焼入れ性に及ぼす影響も飽和するので、２．
０％を上限とした。
させるために必要であるとともに、マトリックスに固溶
させて焼入れ性の向上や焼入れ後の強度を確保するため
に必要である。その下限値は０．０５％で、それ未満で
あるとＳがＦｅＳとなり脆くなる。Ｍｎ量が大きくなる
と素地の硬さが大きくなり冷間加工性が低下するととも
に、強度や焼入れ性に及ぼす影響も飽和するので、２．
０％を上限とした。
【００１５】Ｐは鋼中において素地の硬さが大きくな
り、冷間加工性だけでなく、熱間加工性や鋳造特性が低
下するので、その上限を０．２％にしなければならな
い。一方、被削性に効果がある元素で下限値を０．００
３％とした。
り、冷間加工性だけでなく、熱間加工性や鋳造特性が低
下するので、その上限を０．２％にしなければならな
い。一方、被削性に効果がある元素で下限値を０．００
３％とした。
【００１６】ＳはＭｎと結合してＭｎＳ介在物として存
在する。ＭｎＳは被削性を向上させるが、伸延したＭｎ
Ｓは鍛造時の異方性を生じる原因の一つである。異方性
の程度と要求される被削性によって調整されるべきであ
るが、同時に熱間および冷間鍛造における割れの原因と
なり易いので、その上限値を０．５％とした。下限は現
状の工業生産レベルでコストが大幅に上昇しない限界で
ある０．００３％とした。
在する。ＭｎＳは被削性を向上させるが、伸延したＭｎ
Ｓは鍛造時の異方性を生じる原因の一つである。異方性
の程度と要求される被削性によって調整されるべきであ
るが、同時に熱間および冷間鍛造における割れの原因と
なり易いので、その上限値を０．５％とした。下限は現
状の工業生産レベルでコストが大幅に上昇しない限界で
ある０．００３％とした。
【００１７】次に、Ｚｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｔｅについての
限定理由を説明する。
限定理由を説明する。
【００１８】Ｚｒは脱酸元素であり、酸化物を生成す
る。酸化物はＺｒＯ2と考えられＺｒＯ2がＭｎＳの析出
核となるので、ＭｎＳの析出サイトを増やし、ＭｎＳを
均一分散させる。またＺｒはＭｎＳに固溶して複合硫化
物を生成してその変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造し
てもＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きがある。したがっ
て異方性の低減に有効な元素である。０．０００３％未
満ではその効果は顕著ではなく、０．０１％以上添加し
ても歩留まりが極端に悪くなるばかりでなく、硬質のＺ
ｒＯ2やＺｒＳなどを大量に生成し、かえって被削性や
衝撃値や疲労特性などの機械的性質を低下させる。した
がって成分範囲を０．０００３〜０．０１％と規定し
た。
る。酸化物はＺｒＯ2と考えられＺｒＯ2がＭｎＳの析出
核となるので、ＭｎＳの析出サイトを増やし、ＭｎＳを
均一分散させる。またＺｒはＭｎＳに固溶して複合硫化
物を生成してその変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造し
てもＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きがある。したがっ
て異方性の低減に有効な元素である。０．０００３％未
満ではその効果は顕著ではなく、０．０１％以上添加し
ても歩留まりが極端に悪くなるばかりでなく、硬質のＺ
ｒＯ2やＺｒＳなどを大量に生成し、かえって被削性や
衝撃値や疲労特性などの機械的性質を低下させる。した
がって成分範囲を０．０００３〜０．０１％と規定し
た。
【００１９】Ｃａは脱酸元素であり、軟質酸化物を生成
し、被削性を向上させるだけでなく、ＭｎＳに固溶して
その変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造してもＭｎＳ形
状の伸延を抑制する働きがある。したがって異方性の低
減に有効な元素である。０．０００２％未満ではその効
果は顕著ではなく、０．００５％以上添加しても歩留ま
りが極端に悪くなるばかりでなく、硬質のＣａＯを大量
に生成し、かえって被削性を低下させる。したがって成
分範囲を０．０００２〜０．００５％と規定した。
し、被削性を向上させるだけでなく、ＭｎＳに固溶して
その変形能を低下させ、圧延や熱間鍛造してもＭｎＳ形
状の伸延を抑制する働きがある。したがって異方性の低
減に有効な元素である。０．０００２％未満ではその効
果は顕著ではなく、０．００５％以上添加しても歩留ま
りが極端に悪くなるばかりでなく、硬質のＣａＯを大量
に生成し、かえって被削性を低下させる。したがって成
分範囲を０．０００２〜０．００５％と規定した。
【００２０】Ｍｇは脱酸元素であり、酸化物を生成す
る。酸化物はＭｎＳの析出核になりＭｎＳの微細均一分
散に効果がある。したがって異方性の低減に有効な元素
である。０．０００３％未満ではその効果は顕著ではな
く、０．００５％以上添加しても歩留まりが極端に悪く
なるばかりで効果は飽和する。したがって成分範囲を
０．０００３〜０．００５％と規定した。
る。酸化物はＭｎＳの析出核になりＭｎＳの微細均一分
散に効果がある。したがって異方性の低減に有効な元素
である。０．０００３％未満ではその効果は顕著ではな
く、０．００５％以上添加しても歩留まりが極端に悪く
なるばかりで効果は飽和する。したがって成分範囲を
０．０００３〜０．００５％と規定した。
【００２１】Ｔｅは被削性向上元素である。またＭｎＴ
ｅを生成したり、ＭｎＳと共存することでＭｎＳの変形
能を低下させてＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きがあ
る。したがって異方性の低減に有効な元素である。この
効果は０．０００３％未満では認められず、０．００５
％を超えると効果が飽和するとともに高温延性を低下さ
せ、鋳造時の割れの原因となり易い。
ｅを生成したり、ＭｎＳと共存することでＭｎＳの変形
能を低下させてＭｎＳ形状の伸延を抑制する働きがあ
る。したがって異方性の低減に有効な元素である。この
効果は０．０００３％未満では認められず、０．００５
％を超えると効果が飽和するとともに高温延性を低下さ
せ、鋳造時の割れの原因となり易い。
【００２２】Ｚｒ、Ｃａは酸化物、硫化物、窒化物など
さまざまな介在物を生成する。そのような場合、単一元
素の多量添加より、複合添加することでより効果的に硫
化物の析出核および変形能低減を達成でき、硫化物の球
状化を促進できる。すなわちＺｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇ
は、これらの１種または２種以上を複合させることでそ
れぞれ最小限の添加量で大きな効果を得ることができ
る。
さまざまな介在物を生成する。そのような場合、単一元
素の多量添加より、複合添加することでより効果的に硫
化物の析出核および変形能低減を達成でき、硫化物の球
状化を促進できる。すなわちＺｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇ
は、これらの１種または２種以上を複合させることでそ
れぞれ最小限の添加量で大きな効果を得ることができ
る。
【００２３】Ａｌは脱酸元素で鋼中ではＡｌ2Ｏ3を形成
する。Ａｌ2Ｏ3は硬質なので切削時に工具損傷の原因と
なり、摩耗を促進させる。またＡｌを添加するとＯが少
なくなり、ＺｒＯ2が生成しにくい。また微細なＺｒＯ2
のを均一分散させるためにもＡｌを添加しない方が良
い。この影響はＺｒの添加量や歩留まり、そしてＭｎＳ
の分布や形状に大きく影響し、本発明では硬質Ａｌ2Ｏ3
の抑制とＺｒＯ2を微細均一分散させるために０．０１
％以下に制限した。このことでＺｒの添加量を大きく低
減でき、Ｚｒ添加の析出核としての効果とＭｎＳとの複
合化効果を大きくすることができる。
する。Ａｌ2Ｏ3は硬質なので切削時に工具損傷の原因と
なり、摩耗を促進させる。またＡｌを添加するとＯが少
なくなり、ＺｒＯ2が生成しにくい。また微細なＺｒＯ2
のを均一分散させるためにもＡｌを添加しない方が良
い。この影響はＺｒの添加量や歩留まり、そしてＭｎＳ
の分布や形状に大きく影響し、本発明では硬質Ａｌ2Ｏ3
の抑制とＺｒＯ2を微細均一分散させるために０．０１
％以下に制限した。このことでＺｒの添加量を大きく低
減でき、Ｚｒ添加の析出核としての効果とＭｎＳとの複
合化効果を大きくすることができる。
【００２４】Ｏはｆｒｅｅで存在する場合には冷却時に
気泡となり、ピンホールの原因となる。またＳｉ、Ａ
ｌ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｍｇなどと結合すると硬質酸化物を生
成するため、制限が必要である。本鋼ではＺｒ、Ｃａ、
Ｍｇの微細分散効果が無くなる０．０２％を上限として
制限した。
気泡となり、ピンホールの原因となる。またＳｉ、Ａ
ｌ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｍｇなどと結合すると硬質酸化物を生
成するため、制限が必要である。本鋼ではＺｒ、Ｃａ、
Ｍｇの微細分散効果が無くなる０．０２％を上限として
制限した。
【００２５】Ｎは固溶Ｎの場合、鋼を硬化させる。特に
切削においては動的ひずみ時効によって刃先近傍で硬化
し、工具の寿命を低下させる。またＴｉ、Ａｌ、Ｖなど
の窒化物として存在する場合もオーステナイト粒の成長
を抑制するので制限が必要である。特に高温域ではＴｉ
ＮやＺｒＮを生成する。また窒化物を生成しない場合で
も鋳造途中に気泡を生成し、疵などの原因となる。本発
明ではその弊害が顕著になる０．０２％を上限とした。
切削においては動的ひずみ時効によって刃先近傍で硬化
し、工具の寿命を低下させる。またＴｉ、Ａｌ、Ｖなど
の窒化物として存在する場合もオーステナイト粒の成長
を抑制するので制限が必要である。特に高温域ではＴｉ
ＮやＺｒＮを生成する。また窒化物を生成しない場合で
も鋳造途中に気泡を生成し、疵などの原因となる。本発
明ではその弊害が顕著になる０．０２％を上限とした。
【００２６】次に、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｂのうちの１種
または２種以上を含有させることの限定理由を説明す
る。
または２種以上を含有させることの限定理由を説明す
る。
【００２７】Ｃｒは焼入れ性向上、焼戻し軟化抵抗付与
元素である。そのため高強度化が必要な鋼には添加され
る。その場合、０．０１％以上の添加を必要とする。し
かし多量に添加するとCr炭化物を生成し脆化させるた
め、２．０％を上限とした。
元素である。そのため高強度化が必要な鋼には添加され
る。その場合、０．０１％以上の添加を必要とする。し
かし多量に添加するとCr炭化物を生成し脆化させるた
め、２．０％を上限とした。
【００２８】Ｎｉはフェライトを強化し、延性を向上さ
せるとともに焼入れ性向上、耐食性向上にも有効であ
る。０．０５％未満ではその効果は認められず、２．０
％を超えて添加しても、機械的性質の点では効果が飽和
するので、これを上限とした。
せるとともに焼入れ性向上、耐食性向上にも有効であ
る。０．０５％未満ではその効果は認められず、２．０
％を超えて添加しても、機械的性質の点では効果が飽和
するので、これを上限とした。
【００２９】Ｍｏは焼戻し軟化抵抗を付与するととも
に、焼入れ性を向上させる元素である。０．０５％未満
ではその効果が認められず、１．０％を超えて添加して
もその効果が飽和しているので、０．０５〜１．０％を
添加範囲とした。
に、焼入れ性を向上させる元素である。０．０５％未満
ではその効果が認められず、１．０％を超えて添加して
もその効果が飽和しているので、０．０５〜１．０％を
添加範囲とした。
【００３０】Ｂは固溶している場合は粒界強化や焼入れ
性に効果があり、析出する場合にはＢＮとして析出する
ので被削性に効果がある。これらの効果は０．０００５
％未満では顕著でなく、０．００５％を超えて添加して
もその効果が飽和し、BNが多く析出しすぎるとかえって
鋼の機械的性質を損なう。そこで０．０００５〜０．０
０５％を範囲とした。
性に効果があり、析出する場合にはＢＮとして析出する
ので被削性に効果がある。これらの効果は０．０００５
％未満では顕著でなく、０．００５％を超えて添加して
もその効果が飽和し、BNが多く析出しすぎるとかえって
鋼の機械的性質を損なう。そこで０．０００５〜０．０
０５％を範囲とした。
【００３１】次に、Ｖ、Ｎｂ、Ｔｉのうちの１種または
２種以上を含有させることの限定理由を説明する。
２種以上を含有させることの限定理由を説明する。
【００３２】Ｖは炭窒化物を形成し、二次析出硬化によ
り鋼を強化することができる。０．０５％以下では高強
度化に効果はなく、１．０％を超えて添加すると多くの
炭窒化物を析出し、かえって機械的性質を損なうので、
これを上限とした。
り鋼を強化することができる。０．０５％以下では高強
度化に効果はなく、１．０％を超えて添加すると多くの
炭窒化物を析出し、かえって機械的性質を損なうので、
これを上限とした。
【００３３】Ｎｂも炭窒化物を形成し、二次析出硬化に
より鋼を強化することができる。０．００５％以下では
高強度化に効果はなく、０．２％を超えて添加すると多
くの炭窒化物を析出し、かえって機械的性質を損なうの
で、これを上限とした。
より鋼を強化することができる。０．００５％以下では
高強度化に効果はなく、０．２％を超えて添加すると多
くの炭窒化物を析出し、かえって機械的性質を損なうの
で、これを上限とした。
【００３４】Ｔｉも炭窒化物を形成し、鋼を強化する。
また脱酸元素でもあり、軟質酸化物を形成させることで
被削性を向上させることが可能である。０．００５％以
下ではその効果が認められず、０．１％を超えて添加し
てもその効果が飽和する。またＴｉは高温でも窒化物と
なりオーステナイト粒の成長を抑制する。そこで上限を
０．１％とした。
また脱酸元素でもあり、軟質酸化物を形成させることで
被削性を向上させることが可能である。０．００５％以
下ではその効果が認められず、０．１％を超えて添加し
てもその効果が飽和する。またＴｉは高温でも窒化物と
なりオーステナイト粒の成長を抑制する。そこで上限を
０．１％とした。
【００３５】ＢｉおよびＰｂは被削性向上に効果のある
元素である。その効果は０．０５％以下では認められ
ず、０．５％を超えて添加しても被削性向上効果が飽和
するだけでなく、熱間鍛造特性が低下して疵の原因とな
り易い。したがって、Ｂｉ０．０５〜０．５％、Ｐｂ
０．０５〜０．５％の範囲とし、これらの１種または２
種を含有させることとした。
元素である。その効果は０．０５％以下では認められ
ず、０．５％を超えて添加しても被削性向上効果が飽和
するだけでなく、熱間鍛造特性が低下して疵の原因とな
り易い。したがって、Ｂｉ０．０５〜０．５％、Ｐｂ
０．０５〜０．５％の範囲とし、これらの１種または２
種を含有させることとした。
【００３６】
【実施例】本発明の効果を実施例によって説明する。
【００３７】表１に示す供試材は２ｔ真空溶解炉で溶製
後、ビレットに分解圧延、さらにφ６０ｍｍに圧延し
た。圧延後、熱間加工性評価用熱間据え込み試験片、冷
間加工評価用冷間据え込み試験片を切り出して据え込み
試験を行った。また一部は熱処理として１２００℃に加
熱後、放冷して切削試験に供した。
後、ビレットに分解圧延、さらにφ６０ｍｍに圧延し
た。圧延後、熱間加工性評価用熱間据え込み試験片、冷
間加工評価用冷間据え込み試験片を切り出して据え込み
試験を行った。また一部は熱処理として１２００℃に加
熱後、放冷して切削試験に供した。
【００３８】ここで鋼中Ｚｒの分析方法であるが、ＪＩ
Ｓ Ｇ １２３７−１９９７付属書３と同様の方法でサ
ンプルを処理した後ＩＣＰによって測定した。ただし本
発明での実施例の測定に供したサンプルは２ｇ／鋼種
で、ＩＣＰにおける検量線も微量Ｚｒに適するように設
定して測定した。
Ｓ Ｇ １２３７−１９９７付属書３と同様の方法でサ
ンプルを処理した後ＩＣＰによって測定した。ただし本
発明での実施例の測定に供したサンプルは２ｇ／鋼種
で、ＩＣＰにおける検量線も微量Ｚｒに適するように設
定して測定した。
【００３９】
【表１】
【００４０】図１は据え込み試験片の切り出し方向で、
切り出し位置１に示すように、鋼中ＭｎＳ２が長手方向
になるように熱間据え込み試験片３およびノッチ５を形
成した冷間据え込み試験片４を切り出した。据え込み試
験では図２に示すように荷重６で負荷をかけて試験片が
変形後の試験片７のように変形すると外周部に周方向に
引張応力が生じる。その際、多くの場合、鋼中のＭｎＳ
が破壊源となり割れ８を生じる場合が多い。このように
切り出した試験片の据え込み試験により、鍛造時の加工
性を評価できる。
切り出し位置１に示すように、鋼中ＭｎＳ２が長手方向
になるように熱間据え込み試験片３およびノッチ５を形
成した冷間据え込み試験片４を切り出した。据え込み試
験では図２に示すように荷重６で負荷をかけて試験片が
変形後の試験片７のように変形すると外周部に周方向に
引張応力が生じる。その際、多くの場合、鋼中のＭｎＳ
が破壊源となり割れ８を生じる場合が多い。このように
切り出した試験片の据え込み試験により、鍛造時の加工
性を評価できる。
【００４１】図３に示すように、熱間における据え込み
試験片はφ２０ｍｍ×３０ｍｍで熱電対を取り付けてあ
り、高周波により１０００℃まで加熱し、荷重６により
負荷をかけて３ｓ以内に据え込み鍛造を行った。試験片
は、変形前９から変形後１０のように変形する。さまざ
まなひずみで鍛造し、割れの発生するひずみを限界ひず
みとして測定した。ここでひずみとは式（１）で定義さ
れる、いわゆる公称ひずみである。
試験片はφ２０ｍｍ×３０ｍｍで熱電対を取り付けてあ
り、高周波により１０００℃まで加熱し、荷重６により
負荷をかけて３ｓ以内に据え込み鍛造を行った。試験片
は、変形前９から変形後１０のように変形する。さまざ
まなひずみで鍛造し、割れの発生するひずみを限界ひず
みとして測定した。ここでひずみとは式（１）で定義さ
れる、いわゆる公称ひずみである。
【００４２】ε＝（Ｈ0−Ｈ）／Ｈ0 式（１）
【００４３】ここでε：ひずみ、Ｈ0：変形前の試験片
高さ、Ｈ：変形後の試験片高さで図３に示した。
高さ、Ｈ：変形後の試験片高さで図３に示した。
【００４４】また冷間加工性を評価するために冷間据え
込み試験を行った。図１のように切り出した素材を８５
０℃から焼き入れた後、７００℃で１２ｈｒの球状化焼
鈍した。その後、機械加工で２ｍｍのノッチ付きφ７ｍ
ｍ×１４ｍｍ冷間据え込み試験片を作成した。ひずみの
定義は式（１）と同様である。
込み試験を行った。図１のように切り出した素材を８５
０℃から焼き入れた後、７００℃で１２ｈｒの球状化焼
鈍した。その後、機械加工で２ｍｍのノッチ付きφ７ｍ
ｍ×１４ｍｍ冷間据え込み試験片を作成した。ひずみの
定義は式（１）と同様である。
【００４５】さらに被削性評価はドリル穿孔試験で行
い、表２にその切削条件を示す。累積穴深さ１０００ｍ
ｍまで切削可能な最高の切削速度（いわゆるＶＬ１００
０）で被削性を評価した。
い、表２にその切削条件を示す。累積穴深さ１０００ｍ
ｍまで切削可能な最高の切削速度（いわゆるＶＬ１００
０）で被削性を評価した。
【００４６】
【表２】
【００４７】表１に加工性を評価した実施例を示す。表
１実施例１〜２２はＳ４５Ｃをベースとした鋼でＳ量を
変化させ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇのいずれかが添加さ
れている。その比較例として実施例２３〜２７はＺｒ、
Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇのいずれも添加していない鋼である。
表１中には熱間鍛造における限界ひずみ、冷間鍛造にお
ける限界ひずみおよび被削性ＶＬ１０００を示した。熱
間鍛造における限界ひずみに関しては図４に図示した。
これらの比較の結果、Ｓ添加量が多くなると限界ひずみ
が小さくなるが、その減少量はＺｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇ
のいずれかが添加されている場合は小さく、添加しない
場合は大きく減少した。この傾向は冷間鍛造における限
界ひずみでも同様であった。
１実施例１〜２２はＳ４５Ｃをベースとした鋼でＳ量を
変化させ、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇのいずれかが添加さ
れている。その比較例として実施例２３〜２７はＺｒ、
Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇのいずれも添加していない鋼である。
表１中には熱間鍛造における限界ひずみ、冷間鍛造にお
ける限界ひずみおよび被削性ＶＬ１０００を示した。熱
間鍛造における限界ひずみに関しては図４に図示した。
これらの比較の結果、Ｓ添加量が多くなると限界ひずみ
が小さくなるが、その減少量はＺｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇ
のいずれかが添加されている場合は小さく、添加しない
場合は大きく減少した。この傾向は冷間鍛造における限
界ひずみでも同様であった。
【００４８】次に表３は、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇの添
加量を変化させた場合の限界ひずみと工具寿命ＶＬ１０
００の関係を示す。また、表３の実施例および該実施例
とＳ量がほぼ同程度の表１の実施例に関して、図５にＺ
ｒおよびＴｅを変化させた場合の限界ひずみ、工具寿命
ＶＬ１０００、硫化物アスペクト比および硫化物の単位
面積当たりの個数を示す。ＺｒとＴｅを複合して添加し
た場合、横軸をＺｒ＋Ｔｅの値で整理した。図５と同様
の実施例に関して、図６にはＣａおよびＭｇの添加量を
変化させた場合の限界ひずみ、工具寿命ＶＬ１０００、
硫化物アスペクト比および硫化物の単位面積当たりの個
数を示す。ＺｒまたはＴｅと複合させた場合にはそのＣ
ａまたはＭｇ量で整理した。また実施例４１はＡｌを規
定より多く添加し、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇを添加しな
かった比較例である。この結果によるとＺｒ、Ｔｅ、Ｃ
ａ、Ｍｇを添加しない場合、限界ひずみが小さい。また
規定を超えて添加した場合には限界ひずみまたは工具寿
命ＶＬ１０００のいずれかが低下する。硫化物が球状化
するにもかかわらず、限界ひずみが低下する傾向にある
のはＺｒ、Ｔｅ、Ｃａ、ＭｇがＭｎＳの析出物やＭｎＳ
との複合硫化物とならず、窒化物や単独の硫化物を形成
するためと考えられている。またＡｌを添加した場合に
は限界ひずみだけでなく、工具寿命ＶＬ１０００が他に
比べて極端に低い。
加量を変化させた場合の限界ひずみと工具寿命ＶＬ１０
００の関係を示す。また、表３の実施例および該実施例
とＳ量がほぼ同程度の表１の実施例に関して、図５にＺ
ｒおよびＴｅを変化させた場合の限界ひずみ、工具寿命
ＶＬ１０００、硫化物アスペクト比および硫化物の単位
面積当たりの個数を示す。ＺｒとＴｅを複合して添加し
た場合、横軸をＺｒ＋Ｔｅの値で整理した。図５と同様
の実施例に関して、図６にはＣａおよびＭｇの添加量を
変化させた場合の限界ひずみ、工具寿命ＶＬ１０００、
硫化物アスペクト比および硫化物の単位面積当たりの個
数を示す。ＺｒまたはＴｅと複合させた場合にはそのＣ
ａまたはＭｇ量で整理した。また実施例４１はＡｌを規
定より多く添加し、Ｚｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇを添加しな
かった比較例である。この結果によるとＺｒ、Ｔｅ、Ｃ
ａ、Ｍｇを添加しない場合、限界ひずみが小さい。また
規定を超えて添加した場合には限界ひずみまたは工具寿
命ＶＬ１０００のいずれかが低下する。硫化物が球状化
するにもかかわらず、限界ひずみが低下する傾向にある
のはＺｒ、Ｔｅ、Ｃａ、ＭｇがＭｎＳの析出物やＭｎＳ
との複合硫化物とならず、窒化物や単独の硫化物を形成
するためと考えられている。またＡｌを添加した場合に
は限界ひずみだけでなく、工具寿命ＶＬ１０００が他に
比べて極端に低い。
【００４９】なお、図４〜６において、図中の添字は、
実施例Ｎｏ．を示し、図中の印の表示は、共通してい
る。
実施例Ｎｏ．を示し、図中の印の表示は、共通してい
る。
【００５０】
【表３】
【００５１】表４に他の元素への影響を検討した実施例
を示す。その製造方法と熱間加工性および被削性評価方
法は表１に示す実施例と同様である。実施例４２〜７８
はさまざまな合金元素を添加した場合の熱間限界ひずみ
と被削性を示した。比較例は被削性の差は小さくとも熱
間限界ひずみの点で大きく劣った。また実施例７０〜７
５に示すような基本的な強度をＣ量によって変化させた
場合にも発明例は比較例より優れる。このように本発明
は構造用鋼の範囲に広範に適用することができる。実施
例７６〜７８はそれぞれｔｏｔａｌ−Ｏ量とｔｏｔａｌ
−Ｎ量を発明の範囲外にした比較例である。これらはた
とえＺｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ等を規定内に調整し
てもｔｏｔａｌ−Ｏ量とｔｏｔａｌ−Ｎ量が異なると熱
間限界ひずみと被削性の両面で劣った。このように本発
明に含まれる実施例は同一のＳ量で比較した場合、良好
な加工性と被削性を両立していることがわかる。
を示す。その製造方法と熱間加工性および被削性評価方
法は表１に示す実施例と同様である。実施例４２〜７８
はさまざまな合金元素を添加した場合の熱間限界ひずみ
と被削性を示した。比較例は被削性の差は小さくとも熱
間限界ひずみの点で大きく劣った。また実施例７０〜７
５に示すような基本的な強度をＣ量によって変化させた
場合にも発明例は比較例より優れる。このように本発明
は構造用鋼の範囲に広範に適用することができる。実施
例７６〜７８はそれぞれｔｏｔａｌ−Ｏ量とｔｏｔａｌ
−Ｎ量を発明の範囲外にした比較例である。これらはた
とえＺｒ、Ｔｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ等を規定内に調整し
てもｔｏｔａｌ−Ｏ量とｔｏｔａｌ−Ｎ量が異なると熱
間限界ひずみと被削性の両面で劣った。このように本発
明に含まれる実施例は同一のＳ量で比較した場合、良好
な加工性と被削性を両立していることがわかる。
【００５２】
【表４】
【００５３】
【発明の効果】本発明は熱間加工性、機械的性質、被削
性を兼ね備えた鋼を供することができる。特に本発明の
技術は熱処理やミクロ組織などの影響を大きく受けず、
硫化物の形状制御を基本としているので、広範な鋼に適
用できる。また加工に関しても熱間鍛造だけでなく、冷
間鍛造に対しても有効で、鍛造加工性、機械的性質、被
削性を必要とする広範囲な鋼に対して有効である。
性を兼ね備えた鋼を供することができる。特に本発明の
技術は熱処理やミクロ組織などの影響を大きく受けず、
硫化物の形状制御を基本としているので、広範な鋼に適
用できる。また加工に関しても熱間鍛造だけでなく、冷
間鍛造に対しても有効で、鍛造加工性、機械的性質、被
削性を必要とする広範囲な鋼に対して有効である。
【図１】鍛造加工性（熱間、冷間）評価用試験片切り出
し位置と試験片形状を説明するための図である。
し位置と試験片形状を説明するための図である。
【図２】据え込み試験での割れ発生位置を説明する図で
ある。
ある。
【図３】鍛造加工性評価(据え込み試験)時のひずみの定
義を説明する図である。
義を説明する図である。
【図４】表１の実施例に関して熱間鍛造性に及ぼすＳ量
の影響を示す図である。
の影響を示す図である。
【図５】表３の実施例に関して熱間鍛造限界ひずみと工
具寿命ＶＬ１０００へのＺｒおよびＴｅの影響を示す図
である。
具寿命ＶＬ１０００へのＺｒおよびＴｅの影響を示す図
である。
【図６】表３の実施例に関して熱間鍛造限界ひずみと工
具寿命ＶＬ１０００へのＣａおよびＭｇの影響を示す図
である。
具寿命ＶＬ１０００へのＣａおよびＭｇの影響を示す図
である。
１ 切り出し位置 ２ ＭｎＳ ３ 熱間据え込み試験片 ４ 冷間据え込み試験片 ５ ノッチ ６ 荷重 ７ 変形後の試験片 ８ 割れ ９ 変形前 １０ 変形後 Ｈ0 変形前の試験片高さ Ｈ 変形後の試験片高さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/60 Ｃ２２Ｃ 38/60 (72)発明者 磯部 浩一 室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式会社室 蘭製鐵所内 (72)発明者 福安 憲次 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 重量％で、Ｃ ：０．１〜０．８５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
％、Ｐ ：０．００３〜０．２％、Ｓ ：０．００３〜
０．５％を含有し、さらに、Ｚｒ：０．０００３〜０．
０１％、Ｔｅ：０．００３〜０．００５％、Ｃａ：０．
０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３〜０．０
０５％のうち１種または２種以上を含有するとともに、
Ａｌ≦０．０１％、ｔｏｔａｌ−Ｏ≦０．０２％、ｔｏ
ｔａｌ−Ｎ≦０．０２％に制限し、残部がＦｅおよび不
可避的不純物よりなることを特徴とする鍛造性と被削性
に優れる鋼。 - 【請求項２】 重量％で、Ｃ ：０．１〜０．８５％、
Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．０５〜２．０
％、Ｐ ：０．００３〜０．２％、Ｓ ：０．００３〜
０．５％を含有し、さらに、Ｚｒ：０．０００３〜０．
０１％、Ｔｅ：０．００３〜０．００５％、Ｃａ：０．
０００２〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３〜０．０
０５％のうち１種または２種以上を含有するとともに、
Ａｌ≦０．０１％、ｔｏｔａｌ−Ｏ≦０．０２％、ｔｏ
ｔａｌ−Ｎ≦０．０２％に制限し、さらに、Ｃｒ：０．
０１〜２．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、Ｍｏ：
０．０５〜１．０％、Ｂ ：０．０００５〜０．００５
％のうち１種または２種以上を含み、残部がＦｅおよび
不可避的不純物よりなることを特徴とする鍛造性と被削
性に優れる鋼。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の鋼が、
さらに、重量％で、Ｖ ：０．０５〜１．０％、Ｎｂ：
０．００５〜０．２％、Ｔｉ：０．００５〜０．１％の
うち１種または２種以上を含むことを特徴とする鍛造性
と被削性に優れる鋼。 - 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
の鋼が、さらに、重量％で、Ｂｉ：０．０５〜０．５
％、Ｐｂ：０．０１〜０．５％のうち１種または２種を
含むことを特徴とする鍛造性と被削性に優れる鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09573399A JP3954751B2 (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 鍛造性と被削性に優れる鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09573399A JP3954751B2 (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 鍛造性と被削性に優れる鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000282169A true JP2000282169A (ja) | 2000-10-10 |
| JP3954751B2 JP3954751B2 (ja) | 2007-08-08 |
Family
ID=14145688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09573399A Expired - Fee Related JP3954751B2 (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 鍛造性と被削性に優れる鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3954751B2 (ja) |
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