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技術 軟磁性に優れたBN系快削鋼

出願人 エヌケーケー条鋼株式会社
発明者 村上俊之白神哲夫
出願日 2000年4月19日 (20年8ヶ月経過) 出願番号 2000-117904
公開日 2001年10月31日 (19年1ヶ月経過) 公開番号 2001-303209
状態 特許登録済
技術分野
  • -
主要キーワード 基本ベース ハイス工具 快削性 リング状試験片 横逃げ面 Pb量 添加重量 ドリル寿命
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この項目の情報は公開日時点(2001年10月31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)

PbやMnS等の添加重量のかさむ快削元素を添加せずとも、もしくは、従来の添加量から大幅に減じた量の添加で、これらの快削元素を添加した快削鋼と同等以上の被削性を有し、且つ、軟磁性に優れた快削鋼を得ることができる。

解決手段

実質的に、C:0.02〜0.08、Si:0.02〜0.10、Mn:0.10〜0.40、P:0.005〜0.030、S:0.005〜0.040、Al:0.010〜0.050、B:0.0050〜0.0150、N:0.01〜0.02(以上、mass%)、残部:Feからなり、且つ、N/B比が0.8〜2.5の範囲内にあり、更に、F=Mn+S+Pb+B+N(mass%)で表わされるF値が0.30以下である。

概要

背景

Pb快削鋼は、使い勝手の良さにより広く使用されている。しかし,昨今の地球環境問題に絡み、Pbの使用を制限しようとする動きがある。これは、Pb快削鋼だけに限らず、ハンダの弾といったものも含まれる。このような背景のもとにPbを含有しない非Pb快削鋼の要望が出て来つつある。

そこで、このような要望に対応するために、特開平9−25539号公報には、Pb非添加型の快削非調質鋼が開示されている(以下、従来技術1という)。また、特開平1−219148号公報には、Pb以外の快削性介在物としてBNを使用した非調質鋼が開示されている(以下、従来技術2という)。また、特開平9−157791号公報には、熱間加工性に優れたS快削鋼が開示されている(以下、従来技術3という)。また、軟磁性に優れた鋼材の観点からは、特開平2−8323号公報(以下、従来技術4という)、あるいは、特開平2−145723号公報には、軟磁性に優れた鋼材が開示されている(以下、従来技術5という)。

概要

PbやMnS等の添加重量のかさむ快削元素を添加せずとも、もしくは、従来の添加量から大幅に減じた量の添加で、これらの快削元素を添加した快削鋼と同等以上の被削性を有し、且つ、軟磁性に優れた快削鋼を得ることができる。

実質的に、C:0.02〜0.08、Si:0.02〜0.10、Mn:0.10〜0.40、P:0.005〜0.030、S:0.005〜0.040、Al:0.010〜0.050、B:0.0050〜0.0150、N:0.01〜0.02(以上、mass%)、残部:Feからなり、且つ、N/B比が0.8〜2.5の範囲内にあり、更に、F=Mn+S+Pb+B+N(mass%)で表わされるF値が0.30以下である。

目的

効果

実績

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請求項1

実質的に、C:0.02〜0.08、Si:0.02〜0.10、Mn:0.10〜0.40、P:0.005〜0.030、S:0.005〜0.040、Al:0.010〜0.050、B:0.0050〜0.0150、N:0.01〜0.02(以上、mass%)、残部:Feからなり、且つ、N/B比が0.8〜2.5の範囲内にあり、更に、下記(1)式、F=Mn+S+Pb+B+N(mass%) ---(1)で表わされるF値が0.30以下であることを特徴とする、軟磁性に優れたBN系快削鋼

技術分野

0001

この発明は、軟磁性に優れたBN系快削鋼、特に、磁気特性の内、磁束密度ならびに最大透磁率が高く、保磁力が低い、いわゆる軟磁性に優れた快削鋼に関するもので、PbやMnS等の添加重量のかさむ快削元素を添加せずとも、もしくは、従来の添加量から大幅に減じた量の添加で、これらの快削元素を添加した快削鋼と同等以上の被削性を有し、且つ、軟磁性に優れた快削鋼を得ることを目的としたBN系快削鋼に関するものである。

背景技術

0002

Pb快削鋼は、使い勝手の良さにより広く使用されている。しかし,昨今の地球環境問題に絡み、Pbの使用を制限しようとする動きがある。これは、Pb快削鋼だけに限らず、ハンダの弾といったものも含まれる。このような背景のもとにPbを含有しない非Pb快削鋼の要望が出て来つつある。

0003

そこで、このような要望に対応するために、特開平9−25539号公報には、Pb非添加型の快削非調質鋼が開示されている(以下、従来技術1という)。また、特開平1−219148号公報には、Pb以外の快削性介在物としてBNを使用した非調質鋼が開示されている(以下、従来技術2という)。また、特開平9−157791号公報には、熱間加工性に優れたS快削鋼が開示されている(以下、従来技術3という)。また、軟磁性に優れた鋼材の観点からは、特開平2−8323号公報(以下、従来技術4という)、あるいは、特開平2−145723号公報には、軟磁性に優れた鋼材が開示されている(以下、従来技術5という)。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記従来技術1は、基本ベース成分が異なると共に、特殊な元素であるNdを用いているために、低コスト化を図ることができない。また、上記従来技術2は、軟磁性に対する記述見当たらず、しかも、従来技術1と同様に、基本ベース成分系が異なる。また、従来技術3は、被削性についての記述は認められるが、軟磁性に対する記述が見当たらない。そして、上記従来技術4あるいは上記従来技術5には、軟磁性についての記述は認められるが、逆に、被削性に対する記述が見当たらない。

0005

従って、この発明の目的は、PbやMnS等の添加重量のかさむ快削元素を添加せずとも、もしくは、従来の添加量から大幅に減じた量の添加で、これらの快削元素を添加した快削鋼と同等以上の被削性を有し、且つ、軟磁性に優れた快削鋼を得ることにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明者等は、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた。この結果、添加重量のかさむMnSやPb等の快削元素の代替として、少ない添加重量で同等の被削性が得られるB、Nを添加すれば、従来鋼よりも鋼の高純度化を達成できて、軟磁性を向上させることが可能となるといった知見を得た。

0007

この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、下記を特徴とするものである。

0008

請求項1記載の発明は、実質的に、C:0.02〜0.08、Si:0.02〜0.10、Mn:0.10〜0.40、P:0.005〜0.030、S:0.005〜0.040、Al:0.010〜0.050、B:0.0050〜0.0150、N:0.01〜0.02(以上、mass%)、残部:Feからなり、且つ、N/B比が0.8〜2.5の範囲内にあり、更に、下記(1)式、
F=Mn+S+Pb+B+N(mass%) ---(1)
で表わされるF値が0.30以下であることに特徴を有するものである。

発明を実施するための最良の形態

0009

次に、この発明の成分元素の限定理由について説明する。

0010

C:0.02〜0.08mass%
Cは、鋼の強度および被削性および軟磁性に大きな影響を及ぼすので重要な元素である。しかしながら、C含有量が0.02mass%未満では、十分な強度が得られない。一方、C含有量が0.08mass%を超えると、強度上昇ならびにパーライト量が多くなりすぎて、被削性が劣化する。また、軟磁性もかなり劣化する。従って、C含有量は、0.02〜0.08mass%の範囲内に限定すべきである。

0011

Si:0.02〜0.10mass%
Siは、硬質酸化物系介在物を形成すると共に、フェライト硬化させ、これらによって被削性が劣化する。従って、Si含有量の上限は、0.10mass%とする。また、Si含有量が増えるにつれて、軟磁性も劣化する。但し、Si含有量が低すぎると硬質のアルミナ系介在物が生成してくる傾向があり、これによって、被削性が劣化する。また、Si含有量を低下させるほど脱Siコストがかかる。従って、Si含有量は、0.02〜0.10mass%の範囲内に限定すべきである。

0012

Mn:0.10〜0.40mass%
Mnは、鋼の強度に影響を及ぼす元素であり、その含有量が0.10%未満では十分な強度が得られない。一方、Mn含有量が0.40%を超えると、MnSが多く生成して、被削性には有効に作用するが、軟磁性をかなり劣化させる。従って、Mn含有量は、0.10〜0.40mass%の範囲内に限定すべきである。

0013

P:0.005〜0.030mass%
Pは、工業的に鋼中に不可避的に混入して含有される元素であり、その含有量が0.030mass%を超えると、軟磁性が劣化する。但し、P含有量が低すぎると被削性が劣化し、特に、表面粗さが劣化する傾向がある。また、P含有量を低下させるほど脱Pコストがかかる。従って、P含有量は、0.005〜0.030mass%の範囲内に限定すべきである。

0014

S:0.005〜0.040mass%
Sは、工業的に鋼中に不可避的に混入して含有される元素であり、その含有率が0.040mass%を超えるとかなり軟磁性を劣化させる。但し、S含有量が低すぎるとMnSは、快削元素であるため被削性が劣化する。また、S含有量を低下させるほど脱Sコストがかかる。従って、S含有量は、0.005〜0.040mass%の範囲内に限定すべきである。

0015

B:0.0050〜0.0150mass%
Bは、この発明の根幹に関わる重要な元素である。即ち、Bは、被削性の向上効果を有するBNを生成させるために必要な元素であり、同時に、快削元素BNは、PbやMnS等の添加重量のかさむ他の快削元素に比べて少ない添加量で、添加重量のかさむ快削元素と同等以上の被削性を得ることができる。また、少ない添加量で済むということは、従来鋼よりも鋼が高純度化されているということで、軟磁性の向上も図ることができる。しかしながら、B含有量が0.0050mass%未満では、被削性に十分な量のBNを生成することが出来ない。一方、B含有量が0.0150%を超えると軟磁性が低下してしまう。従って、B含有量は、0.0050〜0.0150mass%の範囲内に限定すべきである。

0016

Al:0.010〜0.050mass%
Alは、脱酸に必要な元素である。しかしながら、Al含有量が0.010mass%未満では脱酸効果がなく、一方、Al含有量が0.050mass%を超えると効果が飽和してしまう。また、軟磁性も劣化する。従って、Al含有量は、0.010〜0.050mass%の範囲内に限定すべきである。

0017

N:0.01〜0.02mass%
Nは、BNを形成し、被削性を向上させる。しかしながら、N含有量が0.01%未満では、十分な効果が得られない。一方、N含有量が0.02%を超えると軟磁性を劣化させる。従って、N含有量は、0.01〜0.02mass%の範囲内に限定すべきである。

0018

N/B比:0.8〜2.5
N/B比が0.8未満では、N、BのバランスにおいてBが過多となる。一方、N/B比が2.5を超えると、Nが過多となり、BNの被削性に及ぼす効果が飽和する。従って、N/B比は、0.8〜2.5の範囲内に限定すべきである。

0019

F値:0.30以下
F値は、下記(1)式
F=Mn+S+Pb+B+N(mass%) ---(1)
によって表わされるものであり、軟磁性に関するインデックスである。F値が小さくなると鋼が高純度化して、軟磁性は向上する。一方、F値が大きくなれば、不純物が多くなって、軟磁性が劣化する。F値が0.30を超えると、軟磁性の劣化度合いを無視できなくなる。従って、F値は、0.30以下に限定すべきである。

0020

次に、この発明を実施例により、更に詳細に説明する。

0021

表1に示す、この発明の範囲内の化学成分組成を有する鋼(以下、本発明鋼という)No.1〜5、およびこの発明範囲外の化学成分組成を有する鋼(以下、比較鋼という)No.6〜14、ならびに参考例として、No.15、16の成分系の鋼を溶解炉にて溶製し、鋼塊鋳造後、85mm径棒鋼熱間圧延した。

0022

0023

このようにして製造された、本発明鋼、比較鋼および参考例の鋼のそれぞれからなる棒鋼の中間部からJIS4号引張試験片採取し、引張試験に供した。また、これらの棒鋼を500mm長さに切断し、それぞれ切削試験に供した。

0024

切削試験は、表2に示す条件で行ない、外周旋削試験は、超硬工具材質P20)とハイス工具(材質SKH4)の2種類で行い、ドリル穴あけ試験は、ハイスドリル(材質SKH4)で行なった。

0025

0026

切削性の評価については、超硬工具での外削試験では、横逃げ面摩耗量(VB)が0.2mmになる切削時間で工具寿命を評価し、ハイス工具での外削試験では、切削不能になるまでの時間で工具寿命の評価を行なった。ドリル切削試験では、穴あけ総深さが1000mmで切削不能となる切削速度を求め、工具寿命の指標とした。磁気特性は、外径45φ×内径33φ×厚み3mmのリング状試験片を上記棒鋼より採取し、900℃×1.5時間加熱後、炉冷する方法で磁気焼純し、B−Hカーブを測定した。この結果を表3に示す。

0027

0028

設定代表目標値として、これまでの経験から、被削性評価として、ドリル切削試験不能速度20m/min以上、軟磁性評価として、保磁力140A/m以下と設定した。

0029

なお、図1に、本発明例No.1〜5、比較例No.6〜14および参考例No.15、16におけるドリル切削試験不能速度(ドリル寿命速度)と保磁力との関係を図示する。

0030

表3から明らかなように、No.1〜5の本発明例は、何れも目標値を満足しており、良好な特性を有していることが分かった。

0031

ここで、上記結果をインデックスF値を用いて説明する。

0032

F値が大きくなると、不純物が多くなるので軟磁性が劣化し、一方、F値が小さくなると、不純物が少なくなるので鋼が高純度化して、軟磁性は向上する。本発明例No.3においては、参考例No.15、16の現行のMnSあるいはPb添加鋼と比較すると、被削性の観点からはほぼ同等であるが、軟磁性を考えた場合、現行のMnSあるいはPb添加鋼は、F値が大きいために軟磁性が劣化しているのに対して、本発明例No.3は、F値を小さくすることが可能であるために、軟磁性が向上していることが分かった。

0033

即ち、従来現行鋼は、Mn+S+Pbの添加量を多くしなければ、快削性の向上が望めないことから、必然的にF値は大きくなり、軟磁性が劣ることになる。

0034

次に、比較例No.6〜14について説明する。

0035

比較例No.6は、C含有量が本発明範囲を外れて多いので、引張強さが本発明鋼よりも大きく、従って、被削性が劣っていることが分かった。また、軟磁性もパーライトが多く生成していることから、かなり劣っていることが分かった。

0036

比較例No.7は、Si含有量が本発明範囲を外れて多いので、被削性が劣っていることが分かった。また、軟磁性にも劣っていた。

0037

比較例No.8は、Mn含有量が本発明範囲を外れて多いので、MnSが十分に生成しており、被削性は良好な結果となっているが、MnSは、磁壁の移動を阻害するために、軟磁性に悪影響を与え、この結果、保磁力が上昇し、最大透磁率が低下し、しかも、磁束密度が低下していることが分かった。

0038

比較例No.9は、P含有量が本発明範囲を外れて多いので、軟磁性に劣っていた。

0039

比較例No.10は、S含有量が本発明範囲を外れて多いので、MnSが十分に生成しており、被削性は良好な結果となっているが、MnSは、磁壁の移動を阻害するために、軟磁性に悪影響を与え、この結果、保磁力が上昇し、最大透磁率が低下し、しかも、磁束密度が低下していることが分かった。

0040

比較例No.11は、B含有量が本発明範囲を外れて少ないので、被削性が不良であることが分かった。

0041

比較例No.12は、B含有量が本発明範囲を外れて多いので、軟磁性に劣っていることが分かった。

0042

比較例No.13は、N含有量が本発明範囲を外れて多いので、軟磁性に劣っていることが分かった。また、製造面においては、N2ガス起因の気泡が発生しやすくなって、鋳塊表面性状が劣る危険性もあることが分かった。

0043

比較例No.14は、N/B比が本発明範囲を外れて大きいので、Nが過多となり、本発明例のNo.2と比較して分かるように、BNの被削性に及ぼす効果が飽和していることが分かった。

0044

比較例No.15、16は、参考例としてMnSあるいはPbを添加した鋼であるが、被削性の観点からは、本発明例No.3とほぼ同等であるが、軟磁性を考えた場合、参考例は、各々軟磁性に有害な添加重量のかさむMnS量あるいはPb量が高いために、少ない添加量で効果のあるBNにより快削性を持たせた本発明例No.3に比較して軟磁性が劣っていることが分かった。

発明の効果

0045

以上説明したように、この発明によれば、PbやMnS等の添加重量のかさむ快削元素を添加せずとも、もしくは、従来の添加量から大幅に減じた量の添加で、これらの快削元素を添加した快削鋼と同等以上の被削性を有し、且つ、軟磁性に優れた快削鋼を得ることができるといった工業上、有用な効果がもたらされる。

図面の簡単な説明

0046

図1ドリル切削試験不能速度と保磁力との関係を示すグラフである。

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