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技術 被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法

出願人 大同特殊鋼株式会社
発明者 西村司
出願日 1996年6月19日 (24年6ヶ月経過) 出願番号 1996-158574
公開日 1998年1月13日 (22年11ヶ月経過) 公開番号 1998-008183
状態 未査定
技術分野 鉄合金の製造(粉末冶金を除く)
主要キーワード ステンレス棒鋼 工作機械部品 Siワイヤ 三元系状態図 工具面 SC材 機械構造用合金鋼 プリメルト
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年1月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (1)

課題

鋳造に際して取鍋タンディッシュノズル閉塞を生じがたく、被削性を向上させることのできる形態制御された複合介在物を容易に得ることが可能であって、良好なる被削性をばらつきなくそなえた機械構造用鋼の製造方法を提供する。

解決手段

形態制御された複合介在物を鋼中に含むことにより被削性を向上させた機械構造用鋼を製造するに際し、前記複合介在物を生成する化合物プリメルトにより別途製造して、前記化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入させ、鋳造・凝固後に前記形態制御された複合介在物を鋼中に含む機械構造用鋼を得る。

概要

背景

機械構造用炭素鋼機械構造用合金鋼などの機械構造用鋼は、自動車部品ボルトナット歯車シャフトロッドアームなど)や工作機械部品(ボルト,ナット,歯車,スプライン,シャフト,シリンダーなど)等々の各種機械構造用部品素材として著しく広範囲な用途に使用されている。そして、場合によってはC含有量を低目にして機械加工後等に表面硬化処理を施すようにしたはだ焼用鋼としても大量に使用されている。

そして、このような機械構造用鋼を素材とする各種部品(例えば、ねじ,ボルト,ナット,精密機械部品等)を切削加工によって製作する場合には、機械的性質のほか被削性にも優れていることが要求され、被削性向上元素としてPb,S,Se,Te,Bi等の1種または2種以上を適宜量含有させた被削性に優れた機械構造用鋼が使用される場合もある。

そして、被削性をより一層向上させるにはこれらの被削性向上元素の添加量を多くすることが考えられるが、これらの被削性向上元素の含有量が多すぎると他の性質がむしろ低下したり、より多く含有させようとする場合の製造性が低下したりすることから、このような被削性向上元素の添加量の増大にも限界がある。

他方、Caを添加して介在物の形態を制御することによって機械構造用鋼の被削性を向上させることも行われる。そして、このCa添加による被削性の向上は、鋼中に含まれる形態制御された酸化物が切削加工中に工具被覆することによって工具の摩耗を少なくし、工具寿命延長することによって得られるものである。

概要

鋳造に際して取鍋タンディッシュノズル閉塞を生じがたく、被削性を向上させることのできる形態制御された複合介在物を容易に得ることが可能であって、良好なる被削性をばらつきなくそなえた機械構造用鋼の製造方法を提供する。

形態制御された複合介在物を鋼中に含むことにより被削性を向上させた機械構造用鋼を製造するに際し、前記複合介在物を生成する化合物プリメルトにより別途製造して、前記化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入させ、鋳造・凝固後に前記形態制御された複合介在物を鋼中に含む機械構造用鋼を得る。

目的

効果

実績

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請求項1

形態制御された複合介在物を鋼中に含むことにより被削性を向上させた機械構造用鋼を製造するに際し、前記複合介在物を生成する化合物プリメルトにより別途製造して、前記化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入させ、鋳造凝固後に前記形態制御された複合介在物を鋼中に含む機械構造用鋼を得ることを特徴とする被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

請求項2

複合介在物を生成する化合物はCaO,Al2O3,SiO2,CaO・Al2O3,CaO・Al2O3・SiO2,2CaO・Al2O3・SiO2,CaO・Al2O3・2SiO2のうちから選ばれる請求項1に記載の被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

請求項3

複合介在物を生成する化合物をプリメルトにより粉末状ないしは粒状に製造して、前記粉末状ないしは粒状の化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入させる請求項1または2に記載の被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

請求項4

複合介在物を生成する化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼の精錬末期に当該溶鋼中に混入させる請求項1ないし3のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

請求項5

形態制御された複合介在物は融点が1400〜1600℃の複合酸化物である請求項1ないし4のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

請求項6

形態制御された複合介在物はゲーレナイト(2CaO・Al2O3・SiO2)およびアノルサイト(CaO・Al2O3・2SiO2)のうち少なくとも1種である請求項1ないし5のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

請求項7

形態制御された複合介在物の鋼中含有量を0.01〜0.03重量%とする請求項1ないし6のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

請求項8

被削性を向上させる複合介在物は、MnSと2CaO・Al2O3・SiO2および/またはCaO・Al2O3・2SiO2との複合形態をなしている請求項1ないし7のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

請求項9

機械構造用鋼は含Cr系の機械構造用鋼である請求項1ないし8のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

請求項10

機械構造用鋼成分中にPb,S,Se,Te,Biのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.02〜0.50%含有している請求項1ないし8のいずれかに記載の被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、被削性に優れた機械構造用鋼を製造するのに好適な機械構造用鋼の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

機械構造用炭素鋼機械構造用合金鋼などの機械構造用鋼は、自動車部品ボルトナット歯車シャフトロッドアームなど)や工作機械部品(ボルト,ナット,歯車,スプライン,シャフト,シリンダーなど)等々の各種機械構造用部品素材として著しく広範囲な用途に使用されている。そして、場合によってはC含有量を低目にして機械加工後等に表面硬化処理を施すようにしたはだ焼用鋼としても大量に使用されている。

0003

そして、このような機械構造用鋼を素材とする各種部品(例えば、ねじ,ボルト,ナット,精密機械部品等)を切削加工によって製作する場合には、機械的性質のほか被削性にも優れていることが要求され、被削性向上元素としてPb,S,Se,Te,Bi等の1種または2種以上を適宜量含有させた被削性に優れた機械構造用鋼が使用される場合もある。

0004

そして、被削性をより一層向上させるにはこれらの被削性向上元素の添加量を多くすることが考えられるが、これらの被削性向上元素の含有量が多すぎると他の性質がむしろ低下したり、より多く含有させようとする場合の製造性が低下したりすることから、このような被削性向上元素の添加量の増大にも限界がある。

0005

他方、Caを添加して介在物の形態を制御することによって機械構造用鋼の被削性を向上させることも行われる。そして、このCa添加による被削性の向上は、鋼中に含まれる形態制御された酸化物が切削加工中に工具被覆することによって工具の摩耗を少なくし、工具寿命延長することによって得られるものである。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、このようなCa添加による被削性の向上をS含有量の多い機械構造用鋼に適用した場合には、Caの添加がCaSの生成につながることによって、鋳造時において取鍋ダンディッシュノズル閉塞の原因になりやすく、ノズル交換頻度が増大して生産性の低下をもたらすことがあるという問題点があった。

0007

また、Caを添加するに際して、Ca単体の添加あるいはCa−Siワイヤーによる添加を行った場合に、介在物の形成にはAl,Si,O等との間での成分コントロールも必要であることから、被削性を向上させることのできるより好ましい介在物の形態を安定して得ることが困難であることもあるという問題点があった。

0008

本発明は、このような従来の問題点にかんがみてなされたものであって、S含有量が多い機械構造用鋼であってもCaSの生成を防止し、鋳造時のノズル閉塞を防止することが可能であると共に、被削性を向上させることのできる介在物の形態制御を容易かつ確実に行うことが可能であって、被削性の優れた機械構造用鋼を得ることができるようにすることを目的としている。

課題を解決するための手段

0009

本発明に係わる被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法は、請求項1に記載しているように、形態制御された複合介在物を鋼中に含むことにより被削性を向上させた機械構造用鋼を製造するに際し、前記複合介在物を生成する化合物プリメルトにより別途製造して、前記化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入させ、鋳造・凝固後に前記形態制御された複合介在物を鋼中に含む機械構造用鋼を得る構成としたことを特徴としている。

0010

そして、本発明に係わる被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法の実施態様においては、請求項2に記載しているように、複合介在物を生成する化合物はCaO,Al2O3,SiO2,CaO・Al2O3,CaO・Al2O3・SiO2,2CaO・Al2O3・SiO2,CaO・Al2O3・2SiO2のうちから選ばれるものとすることができ、請求項3に記載しているように、複合介在物を生成する化合物をプリメルトにより粉末状ないしは粒状に製造して、前記粉末状ないしは粒状の化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入させるようにすることができ、請求項4に記載しているように、複合介在物を生成する化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼の精錬末期に当該溶鋼中に混入させるようになすことができる。

0011

同じく、本発明に係わる被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法は、請求項5に記載しているように、形態制御された複合介在物は融点が1400〜1600℃の複合酸化物であるものとすることができ、請求項6に記載しているように、形態制御された複合介在物はゲーレナイト(2CaO・Al2O3・SiO2)およびアノルサイト(CaO・Al2O3・2SiO2)のうち少なくとも1種であるものとすることができ、請求項7に記載しているように、形態制御された複合介在物の鋼中含有量を0.01〜0.03重量%とすることができ、請求項8に記載しているように、被削性を向上させる複合介在物は、MnSと2CaO・Al2O3・SiO2および/またはCaO・Al2O3・2SiO2との複合形態をなしているものとすることができる。

0012

そして、本発明に係わる被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法では、請求項9に記載しているように、機械構造用鋼が含Cr系機械構造用鋼であるものとすることができ、請求項10に記載しているように、機械構造用鋼成分中にPb,S,Se,Te,Biのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.02〜0.50%含有しているものとすることができる。

発明を実施するための最良の形態

0013

本発明に係わる被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法において、適用される機械構造用鋼としては、JIS G 4051のSC材や、JIS G 4102のSNC材や、JIS G 4103のSNCM材や、JIS G 4104のSCr材や、JIS G 4105のSCM材や、JIS G 4106のSMn,SMnC材や、JIS G 4107,4108のSNB材や、JISG 4202のSACM材などがあり、その他適宜の成分を含有させたものにもこの発明は適用できる。

0014

本発明では、このような機械構造用鋼を溶製する一方で、これとは別に、機械構造用鋼の被削性を向上させる複合介在物を生成しうる化合物をプリメルトにより別途製造する。

0015

このような複合介在物を生成する化合物としては、CaO,Al2O3,SiO2,CaO・Al2O3,CaO・Al2O3・SiO2,2CaO・Al2O3・SiO2,CaO・Al2O3・2SiO2のうちから選ばれる1種または2種以上の酸化物を用いることが望ましい。

0016

そして、このような化合物は、溶鋼中への添加が容易に可能であるものとするのがよく、粉末状ないしは粒状のものとすることが望ましい。

0017

そこで、上記溶製した機械構造用鋼成分の溶鋼中に、とくに望ましくは溶鋼の精錬末期に、粉末状ないしは粒状等の化合物を吹き込んだのち、インゴット鋳造法連続鋳造法によって鋼塊や鋳片を得るようにし、分塊圧延および製品圧延等を経て快削ステンレス条鋼や快削ステンレス棒鋼などの素材とする。

0018

かくして、鋳造・凝固・圧延後の機械構造用鋼には形態制御された複合介在物が分散していることとなるが、この場合の複合介在物は、切削加工時に工具面に酸化物として付着被覆されることによって工具寿命が延長されるように、その融点が1400〜1600℃程度のものであることが望ましく、具体的には、上記形態制御された複合介在物は、Ca系の形態制御された介在物として、図1に示されるCaO−Al2O3−SiO2三元系状態図における領域Iのゲーレナイト(2CaO・Al2O3・SiO2)や、同じく図1の状態図における領域IIのアノールサイト(CaO・Al2O3・2SiO2)のうち少なくとも1種であるようにすることが望ましい。

0019

また、このような複合介在物の鋼中含有量は0.01〜0.03重量%の範囲とすることが望ましく、複合介在物の鋼中含有量が少ないと被削性向上の作用が少ない傾向となり、多すぎると機械的性質などの他の性質に悪影響を及ぼす傾向が大となる。

0020

さらに、被削性を向上させる複合介在物は、MnSと2CaO・Al2O3・SiO2および/またはCaO・Al2O3・2SiO2との複合形態をなしているものとすることによって、機械的性質などの他の性質への影響を少なくしたうえで被削性のより一層の向上が得られることもある。

0021

本発明に係わる被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法では、形態制御された複合介在物を鋼中に含むことにより被削性を向上させた機械構造用鋼を製造するに際し、前記複合介在物を生成する化合物をプリメルトにより別途製造して、前記化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入させ、鋳造・凝固後に前記形態制御された複合介在物を鋼中に含む機械構造用鋼を得るようにしたから、鋳造・凝固後の機械構造用鋼中には形態制御されたゲーレナイトやアノールサイトなどからなる複合介在物が存在しているので、被削性が向上した機械構造用鋼となる。

0022

そして、本発明方法では、機械構造用鋼成分の溶鋼中にCaを単独でないしはCa−Si等の形で添加するものではないので、機械構造用鋼中にSが含有されている場合にCaSが生成されて取鍋やタンディッシュ等のノズル閉塞を伴う従来みられた不具合がなく、また、Ca添加した場合に所望の形態制御された複合介在物を得ることが困難であった従来法に比べて、本発明では別途製造した複合介在物生成用の化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入するようにしているので、鋳造・凝固後には所望の形態制御された複合介在物が鋼中に確実に存在することとなって、被削性の優れた機械構造用鋼が得られることとなる。

0023

また、機械構造用鋼成分中にPb,S,Se,Te,Biのうちから選ばれる1種または2種以上を合計で0.02〜0.50%含有しているものとすることによって、機械的特性を低下させることなく被削性のより一層の向上をはかることができる。

0024

本発明の実施例では、表1中のNo.1〜10に示す機械構造用鋼成分の溶鋼を溶製すると共に、Ca,Al,Si,O含有量の調整により別途プリメルトで複合介在物生成用の化合物であるCaO・Al2O3およびCaO・Al2O3・SiO2パウダーを製造し、このパウダーを機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入させ、鋳造後に分塊圧延および製品圧延を行って、同じく表1に示す2CaO・Al2O3・SiO2および/またはCaO・Al2O3・2SiO2含有量とした本発明実施例の機械構造用棒鋼を製造した。

0025

0026

一方、本発明の比較例では、酸化物系介在物の形態を制御するためのCa添加はCa−Siワイヤを用いて表2中のNo.1〜10に示す機械構造用鋼成分の溶鋼を溶製したのち鋳造し、鋳造後に分塊圧延および製品圧延を行って本発明比較例の機械構造用棒鋼を製造した。

0027

0028

次いで、前記各機械構造用棒鋼に対して表3に示す条件による被削性評価試験を行った。この結果を表4に示す。

0029

0030

0031

表4に示すように、本発明実施例では、別途プリメルトによって製造した複合介在物生成用の化合物を溶鋼中に混入して、鋳造・凝固後には鋼中に形態制御された複合介在物が分散されているようにしているので、被削性が良好であると共に、被削性のばらつきもかなり少ない機械構造用鋼となっていた。

0032

これに対して比較例では、機械構造用鋼の溶製中にCaをCa−Siとして添加することによって形態制御された複合介在物が生成されるようにしているので、所望の複合介在物が生成されがたい場合もあることから、被削性がやや劣ったり被削性により大きなばらつきを生じたりするものとなっていた。

発明の効果

0033

本発明に係わる被削性に優れた機械構造用鋼の製造方法では、形態制御された複合介在物を鋼中に含むことにより被削性を向上させた機械構造用鋼を製造するに際し、前記複合介在物を生成する化合物をプリメルトにより別途製造して、前記化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入させ、鋳造・凝固後に前記形態制御された複合介在物を鋼中に含む機械構造用鋼を得るようにしたから、鋳造・凝固後の機械構造用鋼中には形態制御されたゲーレナイトやアノールサイトなどからなる複合介在物が存在・分散しているので、被削性の著しく向上した機械構造用鋼を製造することが可能であるという顕著な効果がもたらされる。

0034

そして、本発明方法では、機械構造用鋼成分の溶鋼中にCaを単独でないしはCa−Si等の形で添加するものではないので、機械構造用鋼中にSが含有されている場合にCaSが生成されて取鍋やタンディッシュ等のノズル閉塞を伴う不具合がなく、また、Ca添加した場合に所望の形態制御された複合介在物を得ることが困難であった従来法に比べて、本発明では別途製造した複合介在物生成用の化合物を機械構造用鋼成分の溶鋼中に混入するようにしているので、所望の形態制御された複合介在物が鋼中に確実に含まれたものとなることとなって、被削性の優れた機械構造用鋼を被削性のばらつきなく安定して得ることが可能であるという顕著な効果がもたらされる。

図面の簡単な説明

0035

図1複合介在物であるゲーレナイトおよびアノールサイトが形成される領域を示すCaO−Al2O3−SiO2三元系状態図である。

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