專利名稱：低碳易切鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于不含有Pb，然而具有以前的并用鉛易切鋼及鉛與其他易切元素的復(fù)合易切鋼的優(yōu)良被切性和熱加工性的低碳易切鋼。
近年來，由于提高了切削機械的性能，所以能夠使切削作業(yè)高速化。與此同時，也希望提高形成上述部件材料的鋼材，高速切削加工時的被切削性。
作為鋼材的被切削性，視為重要的是為延長工具壽命的被切削性，及切屑的分割性，即切屑處理性。在加工流水線的自動化中，是不可忽視的，為了提高生產(chǎn)效率，必須重視切屑的處理性。
鉛易切鋼及并用鉛和其他改善被切性元素的復(fù)合易切鋼具有最優(yōu)良的上述被切削性。然而，含Pb的鋼材，在其制造過程中需要相當大的排氣設(shè)備。為了保護環(huán)境，加強Pb使用的控制，強烈希望一種提高工作效率及不含有Pb的易切削鋼。
為了滿足上述要求，提出一種改善被切削性的技術(shù)方案，作為取代鉛易切鋼，在低碳硫易切鋼中增加含S量，增加鋼中的MnS量。然而，硫含量的增加導(dǎo)致鋼的熱加工性惡化。即使是高S易切鋼，在切削速度達到150m/min以上的高速切削時，缺乏工具壽命的延長效果，得不到與鉛易切鋼相匹敵的被切削性。
在特開2000-319753號公報中公開了一種含有超過0.4％的S，增加MnS量的，但不添加Pb的低碳硫系易切鋼。認為這樣的鋼在某種程度上改善了工具壽命，但是，高速切削加工時，其效果很小。而且該鋼，作為與工具壽命同時存在的被切削性的要素，視為重要的切屑處理性，卻沒有得到改善，以往的硫易切鋼的性能也沒有得到較大改變。
在特開昭50-20917號公報中公開了一種含有0.5％以下的C，0.3-0.75％的S、0.1-0.5％的Ti的鋼，Ti量沒有超過了S量的硫易切鋼。該鋼主要活用了硫化鐵，其中添加Ti，使硫化鐵中固溶Ti和Mn以改善被切削性。然而，該鋼的C含量如實施例所述的那樣，在0.24％以上。在同一公報中，C在0.19％以下的低碳鋼中，通過控制硫化物的組成形態(tài)獲得更好的被切削性完全沒有記載。雖然將固溶了適量Ti和Mn的硫化鐵作為主體可改善被切削性，但與下述本申請發(fā)明鋼的低碳易切鋼和復(fù)合易切鋼比較，還不具有充分的被切削性。進而，上述公報中公開的鋼，由于難以控制硫化鐵的組成，得不到充分的熱加工性，所以很難用連續(xù)鑄造設(shè)備進行制造，缺乏實用性。
特開平09-53147號公報中公開了一種對超硬工具的被切削性優(yōu)良的易切削鋼，含有C0.01-0.2％，Si0.10-0.60％，Mn0.5-1.75％，P0.005-0.15％，S0.15-0.40％，O0.001-0.010％，Ti0.0005-0.20％，N0.003-0.03％。根據(jù)該組成范圍，可獲得工具壽命的某種程度的改善。但，由于Ti量的上限很少為0.02％，不僅得不到充分的工具壽命，而且也不能確保與工具壽命等重要的優(yōu)良切屑處理性。
特開2001-107182號公報，以及特開2001-152281號、因152282號和152283號各公報中，公開了一種鋼，作為主要成分含有C少于0.05％、Mn0.1-4.0％、S0.15-0.5％、Cr少于0.5％、Ti0.003-0.3％、B0.0003-0.004％。該種鋼，在硫化物的周圍，由于偏析出B，所以提高了切屑處理性，同時是使C少于0.05％而改善了被切削性的易切鋼。然而，由于C少于0.05％，在切削中引起切屑擠裂，精加工面惡化，得不到充分的被切削性。
特開2001-294976號公報中公開了一種易切鋼，含有C0.02-0.15％、Mn0.3-1.8％、S0.2-0.5％，進而含有Ti0.1-0.6％和Zr0.1-0.6％中的至少1種，而且，Ti+Zr為0.3-0.6％，(Ti+Zr)/S為1.1-1.5。這種鋼，通過上述組成，生成熱加工時抗變形力高的Ti和Zr硫化物，改善了機械的異向性和被削性。然而，抗變形力高的硫化物，在切削時很難獲得由硫化物形成的近似潤滑的效果，抗切削力增高，改善被切削性的效果受到限制。
本發(fā)明者們對實際不含Pb的低碳硫易切鋼，為改善被切削性，詳細研究了添加Ti引起存在物的形態(tài)與被切削性的關(guān)系，結(jié)果得到如下新見解。
(1)C含量為0.05-0.19％為理想。
(2)上述C含量的鋼中所含Mn和S的原子比，滿足Mn/S≥1的條件，而且，在不超過S含量(質(zhì)量％)的范圍內(nèi)，含有Ti時，大部分的硫化物，既不是Ti的硫化物也不是硫化鐵，而是形成MnS。
(3)在上述(2)限定的組成中，Ti在MnS中幾乎不會固溶，Mn·Ti硫化物，即不會形成(Mn，Ti)S。這樣，作為Ti硫化物和Ti碳化物，和MnS以另外的相存在。這種Ti系內(nèi)在物(硫化物、碳化物)多數(shù)以內(nèi)在于MnS中的形態(tài)存在。
(4)以上述(3)的形態(tài)，存在MnS和Ti系內(nèi)在物的鋼材，在高速切削中顯示出優(yōu)良的被切削性。即，例如，以100m/min以上的高速度進行旋轉(zhuǎn)切削時，工具表面上附著MnS，同時形成呈現(xiàn)硬質(zhì)層狀的TiN。通過這種TiN保護工具，與到目前為止被切削性最優(yōu)秀的JIS SUM 22L-24L的復(fù)合易切鋼進行比較，可獲得極其優(yōu)良的工具壽命。另外，通過按上述規(guī)定范圍添加Ti，生成細微的硫化物，增大了個數(shù)。這些硫化物在切削中形成應(yīng)力集中源，由于助長了龜裂傳播，所以與目前的硫易切鋼及與Pb的復(fù)合易切鋼相比，同時獲得了優(yōu)良的切屑處理性。進而這種鋼在熱加工性方面完全沒有問題，所以利用連續(xù)鑄造設(shè)備等制造時，不會帶來任何障礙，實用性好。
本發(fā)明根據(jù)上述見解，對上述合金成分之外的成分，其作用效果也作了詳細的研究，其要點是下述(1)-(4)的易切鋼。
(1)一種低碳硫易切鋼，其特征是以質(zhì)量％計，含有C0.05-0.19％、Mn0.4-2.0％、S0.21-1.0％、Ti0.03-0.30％、Si1.0以下、P0.001-0.3％、Al0.2％以下、O0.0010-0.050％和N0.0001-0.0200％，其余為Fe和雜質(zhì)，所形成，Ti和S的含量滿足下述(1)式，Mn和S的原子比滿足下述(2)式，而且，鋼中含有內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS。
Ti(質(zhì)量％)/S(質(zhì)量％)＜1………………(1)Mn/S≥1………………(2)(2)一種低碳硫易切鋼，其特征是除了上述(1)中記載的成分外，還含有選自以下中的1種或2種以上，即，Se0.001-0.01％、Te0.001-0.01％、Bi0.005-0.3％、Sn0.005-0.3％、Ca0.0005-0.01％、Mg0.0005-0.01％和稀土類元素0.0005-0.01％，并滿足上述(1)式和(2)式。
(3)一種低碳硫易切鋼，其特征是除了上述(1)中記載的成分外，還含有以下中的1種或2種以上，即，Cu0.01-1.0％、Ni0.01-2.0％、Cr0.01-2.5％、Mo0.01-1.0％、V0.005-0.5％、和Nb0.005-0.1％，并滿足上述(1)式和(2)式。
(4)一種低碳硫易切鋼，其特征是除了上述(1)中記載的成分外，還含有選自以下中的1種或2種以上，即，Se0.001-0.01％、Te0.001-0.01％、Bi0.005-0.3％、Sn0.005-0.3％、Ca0.0005-0.01％、Mg0.0005-0.01％和稀土類元素0.0005-0.01％，進而含有選自以下中的1種或2種以上，即，Cu0.01-1.0％、Ni0.01-2.0％、Cr0.01-2.5％、Mo0.01-1.0％、V0.005-0.5％和Nb0.005-0.1％，并滿足上述(1)式和(2)式。
上述(1)-(4)的易切鋼，其Si的含量最好小于0.1質(zhì)量％。


圖1是觀察本發(fā)明鋼中內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS的EPMA分析結(jié)果示意圖。
圖2是本發(fā)明鋼(鋼No.1-29)和比較鋼(鋼No.30-47)的切屑處理性和工具壽命的關(guān)系示意圖。
圖3是本發(fā)明鋼(鋼No.1-29)和比較鋼(鋼No.30-47)的熱拉伸性試驗中斷面收縮率和工具壽命的關(guān)系示意圖。
Ti在MnS中可微量固熔，以(Mn，Si)S存在，但因為在該MnS中固熔的Ti量極微，所以該硫化物實際上是MnS。而，很明顯其組成與這樣的MnS不同，存在以下TiS或Ti4C2S2的比學(xué)式表示的Ti硫化物或Ti碳硫化物。這些中的大多數(shù)在MnS中的存在是與MnS形成的明確的相分離。
對于從鋼材上切割的微量試驗片，利用EPMA(電子線微量測定儀)和EDX(能量分散型X射線分析裝置)等，進行表面分析和定量分析，會更有把握地確定存在上述形態(tài)的硫化物。
圖1是利用EPAM對下述表1中No.3鋼中硫化物進行表面分析的結(jié)果。(a)中示出的是1個內(nèi)在物，(b)-(d)表示該內(nèi)在物中存在Ti、Mn和S。
如這些圖中所明確的，Ti硫化物或Ti碳硫化物，存在于1個硫化物的周邊附近，以圍繞MnS的形式存在等，其存在形態(tài)是多樣的。與這樣1個MnS同時存在的Ti硫化物和/或Ti碳硫化物形成相分離，而且1個硫化物中的MnS占據(jù)的面積率在50％以上，將這樣的硫化物，在本發(fā)明中定義為“內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS”。
內(nèi)在于1個MnS中的Ti硫化物和Ti碳硫化物的組成和面積率，可利用上述的EPMA或EDX確認，鋼中的“內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS”也可以同樣的方法確認，也可測定其個數(shù)。將在多個可見區(qū)內(nèi)測定的個數(shù)換算成每1mm2的個數(shù)，其平均值，若在10個以上/1mm2，則獲得優(yōu)良的被切削性。
當切削含有內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS的鋼時，軟質(zhì)的MnS在被切削材料和工具的接觸面間形成近似潤滑的作用，在工具表面上形成TiN，而保護工具。即認為在切削中，在與被切削材料接觸的工具表面上附著有MnS，及Ti硫化物或Ti碳硫化物，進而，切削中由于磨擦引起溫度上升，這些Ti系硫化物與環(huán)境中的N氮進行反應(yīng)，形成呈現(xiàn)厚度從數(shù)μm到數(shù)十μm層狀的硬質(zhì)TiN。在切削結(jié)束后，對用Ar氣噴射等除去碳系污染(油分等)的工具表面，通過利用AES(俄歇電子分光分析)和EPMA進行面分析和點分析，可以確認TiN的存在。
在用上述方法研究時，存在的層狀TiN膜的表面積大致是被切削材料與工具接觸面積的10-80％，其余部分上附著有MnS和Fe，或者是沒有附著物的原工具面。這樣，在工作表面上形成的硬質(zhì)TiN膜，對保護工具帶來很大的效果，提高了工具的耐磨損性，延長了其使用壽命。這種工具壽命的改善效果，比硫易切鋼和含Pb復(fù)合易切鋼帶來效果大的多。
本發(fā)明的鋼中，除了“內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS”外，還以細微的內(nèi)在物存在MnS、Ti硫化物和Ti碳硫化物。即，全部內(nèi)在物的個數(shù)相當多，這些在切削時生成的切屑中以應(yīng)力集中點發(fā)揮作用，由于助長了龜裂的傳播，所以也提高了切屑的分割性。
如上述通過調(diào)整鋼的組成，鋼中可存在“內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS”。為了這種MnS的穩(wěn)定存在，最好是鑄造后，加熱到1000℃以上相當高的溫度，并充分保持進行鍛造，或者在同樣的溫度下付與所謂的正火熱處理。
2.限定化學(xué)組成的理由以下對本發(fā)明中限定化學(xué)組成的理由進行說明。關(guān)于成分含量的％是指質(zhì)量％。
C0.05-0.19％C是對鋼的被切削性影響大的重要元素。在重視被切削性的鋼材用途時，C含量超過0.19％時，鋼材的強度增高，被切削性劣化。然而，C含量低0.05％時，鋼材過度變軟，切削中產(chǎn)生擠裂，反而加速了工具磨損，造成切屑處理性劣化。因此，將C限定在0.05-0.19％的范圍。進而為獲得良好的被切削性，C量更適宜的范圍為0.05-0.17％。
Mn0.40-2.0％Mn和S形成硫化物系內(nèi)在物，是對被切削性影響大的重要元素。低于0.40％時，作為硫化物的絕對量不足，得不到滿意的被切削性。而超過2.0％時，由于鋼材的強度升高，切削阻抗會增高，此外，工具壽命會降低。進而，為了降低切削阻抗，提高工具壽命、提高切屑處理性、和改善熱加工性，重要的也是與S量的關(guān)系。即，該量以原子比，必須保持Mn/S≥1的關(guān)系。為了能確實獲得這些性能，Mn含量最好為0.6-1.8％。
S0.21-1.0％S和Mn或Ti形成硫化物或碳硫化物，是改善被切削性必須添加的有效元素。特別是由MnS提高被切削性的效果，隨其生成量而提高。然而，低于0.21％時，得不到充分量的硫化物系內(nèi)在物，不可能獲得滿意的被切削性。通常，S含量超過0.35％時，鋼的熱加工性劣化，在鋼塊中心部產(chǎn)生S偏析，鍛造時誘發(fā)斷裂。然而，若保持本發(fā)明確定的組成，為了消除這樣的危害，S含量的上限可高達1.0％。若考慮到制造時的合格率，S含量的最佳上限為0.70％。
Ti0.03-0.30％Ti和S或C形成Ti硫化物或Ti碳硫化物，這些以內(nèi)在形態(tài)存在于MnS中，可改善鋼的被切削性和熱加工性。因此，是本發(fā)明鋼中所必需的重要元素。Ti與Mn比較，也是生成硫化物的強有力元素，含量若在0.03％以上，形成Ti硫化物或Ti碳硫化物，由于以內(nèi)在形態(tài)存在于MnS中，所以能充分獲得改善被切削性的效果。低于0.03％，該效果不充分。而，Ti超過0.30％時，形成硫化物，形成大量的硬質(zhì)Ti硫化物或Ti碳硫化物，切削阻抗高，被切削性劣化。Ti含量的最佳上限為0.10％。
Si1.0％以下Si作為脫氧元素，用于調(diào)整鋼中的氧量。然而，其含量超過1.0％時，鋼的熱加工性劣化，因為固熔強化了鋼氧體，切削阻抗增高，損害了被切削性。因此，Si含量的上限取為1.0％，但更好是控制在低于0.1％。為了脫氧，Si含量最好在0.001％以上，實際上是0(零)％，用下述的添加Al等，將鋼中的氧量調(diào)整在適當范圍內(nèi)，被切削性不會發(fā)生劣化。
P0.001-0.3％P超過0.3％時，會助長鋼塊的偏析，而且熱加工性劣化。因此，上限含量為0.3％。另一方面，P是具有改善被切削性效果的元素，為了得到這種效果，下限取為0.001％。P的最佳含量為0.01-0.15％。
Al0.2％以下Al用作脫氧元素，最多含到0.2％，然而，通過脫氧生成的氧化物是硬質(zhì)的，當Al含量超過0.2％時，會大量生成硬質(zhì)氧化物，導(dǎo)致被切削性劣化。更好是在0.1％以下。另外，利用上述的Si能充分脫氧時，可不必添加Al，其含量實際為0％。
O(氧)0.0010-0.05％鋼中含有適當量的氧時，該氧固溶在MnS中，可防止因壓延引起MnS延伸，機械性質(zhì)的異向性很小。進而也可改善被切削性和熱加工性，有效防止了S的偏折。因此，氧的含量可在0.0010％以上。然而，超過0.05％時，熔制時會帶來耐火物受損等弊端。因此上限為0.05％，為了獲得上述效果，最佳范圍為0.005-0.02％。
N0.0001-0.0200％N與Al或Ti形成硬質(zhì)的氮化物，這些氮化物具有使結(jié)晶粒細微化的效果。N含量在0.0001％以上時可產(chǎn)生該效果。這些氮化物大量存在時，導(dǎo)致被切削性惡化，并增大了切削工具有磨損，本發(fā)明的鋼，在切削時，由于在工具表面上形成TiN，可保護工具，即使鋼中存在一定量的氮化物，其被切削性也不會降低。然而，N量超過0.0200％時，其效果淡化。為了獲得更長的工具壽命，最好在0.0150％以下。希望進一步延長工具壽命時，最好在0.0100％以下。
本發(fā)明鋼之一是由除上述成分外，還有余量Fe和雜質(zhì)形成的。
本發(fā)明的一又一種鋼是除上述成分外，還含有下述第1組元素和/或第2組元素中的一種以上。
第1組元素包括Se、Te、Bi、Sn、Ca、Mg和稀土類元素，這些元素可進一步改進鋼的被切削性。第2種元素包括Cu、Ni、Cr、Mo、V和Nb，這些元素可改進鋼的機械性質(zhì)。
Se0.001-0.01％、Te0.001-0.01％Se和Te與Mn(S，Se)或Mn(S，Te)，是改進被切削性的有效元素。這些分別低于0.001％時，效果不顯。而Se、Te都超過0.01％時，其效果不僅達到飽和，經(jīng)濟上也不合算，而且導(dǎo)致熱加工性惡化。
Bi0.005-0.03％、Sn0.005-0.3％Bi和Sn作為低溶點的金屬內(nèi)在物，切削時，可發(fā)揮出潤滑效果，并改進被切削性。分別在0.005％以上，其效果顯著。但是，其含量分別超過0.3％時，不僅效果達到飽和，而且熱加工性也會惡化。
Ca0.0005-0.01％、Mg0.0005-0.01％Ca和Mg對鋼中的S和氧具有很大的親合力，與這些形成硫化物或氧化物，同時固溶在MnS中，以(Mn，Mg)S存在。這些氧化物作為生成核，而析出MnS結(jié)晶，所以具有抑制MnS延伸的效果。這樣，Ca和Mg抑制了硫化物的形態(tài)，改善了被切削性，因此根據(jù)需要也可添加。在確實想要獲得此效果時，Ca、Mg也可以分別含有0.0005％以上。但是，超過0.01％，即使再多，效果已達到飽和。添加Ca或Mg也會降低合格率，所以為使含量增多，可大量添加，但從制造成分方面看，并不理想，因此，含量上限分別為0.01％。
稀土類元素0.0005-0.01％稀土類元素是以鑭系分類的元素組。添加這些元素時，通常使用以它們?yōu)橹饕煞值幕旌舷⊥恋?。本發(fā)明中，稀土類元素的含量，以稀土類元素中1種或2種以上元素的合計含量表示。稀土類元素與S和氧共同形成硫化物或氧化物，同時，可控制硫化物的形態(tài)，提高被切削性。為了確實獲得此效果，最好含有0.0005％以上。然而，含量超過0.01％時，效果不僅達到飽和，而且與Ca和Mg一樣，即使大量添加，也會降低合格率，而且也不經(jīng)濟。
Cu0.01-1.0％Cu可提高鋼的淬火性。想要獲得該效果時，可含有0.01％以上。然而，含量超過1.0％時，鋼的熱加工性會惡化，也導(dǎo)致被切削性降低。
Ni0.01-2.0％對于Ni，通過固溶強化，具有提高鋼強度的效果，還具有提高淬火性和提高韌性的效果。為了確實獲得此效果，其含量最好在0.01％以上。然而，超過2.0％時，導(dǎo)致被切削性惡化，同時熱加工性也會惡化。
Cr0.01-2.5％對于Cr，具有改進鋼的淬火性效果，為獲得此效果，最好含有0.01％以上，超過2.5％時被切削性會惡化。
Mo0.01-1.0％對于Mo，可使鋼組織細微化，具有改進韌性的效果。為了確實獲得此效果，含量最好在0.01％以上。但是，超過1.0％時，效果達到飽和，鋼的制造成本增加。
V0.005-0.5％、Nb0.005-0.1％V和Nb以細微的氮化物和碳氧化物析出，可提高鋼的強度。為確實獲得此效果，各自含量最好在0.005％以上。然而，V超過0.5％、Nb超過0.1％時，上述效果不僅達到飽和，而且會生成過多的氮化物和碳化物，導(dǎo)致被削性惡化。
3.關(guān)于(1)式和(2)式Ti含量和S含量必須滿足(1)式的理由如下。
如上述，Ti與C或S形成Ti硫化物或Ti碳硫化物。其傾向，可大大趨向Mn硫化物的生成。Ti的效果，如上述，通過Ti系內(nèi)在物，切削時，在工具表面上形成TiN，而提高了工具壽命。因此，Ti硫化物和Ti碳硫化物，與MnS比較，是抗拒變形硬度很大的內(nèi)在物。因此，在Ti含量達到S含量以上的組成中，MnS的生成量很少，Ti硫化物和Ti碳硫化物成為主體，切削時，在工具和被切削材料間，得不到硫化物形成的近似潤滑的效果，切削阻抗急劇上升，當切削阻抗上升時，不僅縮短了工具壽命，而且在切削細徑材料時，會發(fā)生被切削材料引發(fā)振動等不良現(xiàn)象。
象滿足了上述(1)式那樣，即，通過將“Ti(質(zhì)量％)/S(質(zhì)量％)”調(diào)整到小于1，不會形成以Ti硫化物和Ti碳硫化物為主要的硫化物，形成的硫化物會以MnS為主體。這時，如上述，在形成Ti硫化物和Ti碳硫化物為主要硫化物時，不會再產(chǎn)生切削阻抗升高等不良現(xiàn)象，從而可提高工具壽命和切屑處理性。
Mn和S的原子比必須滿足(2)式的理由如下。
S是熱煅造時誘發(fā)裂痕的元素，以原子比，保持Mn/S≥1的組成，S會以Mn硫化物結(jié)晶析出，對熱加工性不會造成惡烈影響。
即使Mn/S小于1，若將Ti和S的含量調(diào)整到不滿足上述(1)式，仍能生成Ti系硫化物，以改善熱加工性。然而，此時，如上述，會產(chǎn)生增大切削阻抗、縮短工具壽命等不良現(xiàn)象。進而，Mn/S小于1，在沒有超過S含量的范圍下含有Ti時，即，形成滿足上述(1)式，不滿足(2)式的組成時，內(nèi)在物的主體是在MnS和TiS中固溶了大量FeS的硫化物。這些硫化物由于固溶了大量的FeS，所以導(dǎo)致鋼的熱加工性惡化，利用連續(xù)鑄造法等制造時，很難控制操作條件。
表2

**表示超出本發(fā)明中規(guī)定范圍的條件
(1)內(nèi)在物的組成形態(tài)研究從上述煅造延伸材料的Df/4(Df為煅造延伸材料的直徑)相應(yīng)的部分縱向斷面切割出微觀觀察用試驗片，研磨后，利用EPMA和EDX進行表面分析和定量分析。其結(jié)果，對從No.1到No.29的鋼，確認存在平均10個以上/mm2內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS。
(2)被切削性的研究將利用煅造得到的圓棒從外切削到Φ60mm后，供切削試驗用。因為熱加工性很差，因煅造而產(chǎn)生裂痕的，在產(chǎn)生裂痕時刻，原狀在950℃下保持1小時，進行正火，空冷(AC)后，利用外切削達到Φ60mm，作供試材料用。
被切削性試驗，使用未實施TiN涂敷處理的JIS P種超硬工具進行。切削以干式(無潤滑油)旋轉(zhuǎn)切削，其條件，切削速度150m/min，送進量0.10mm/rev，切削量2.0mm。
在上述條件下，旋轉(zhuǎn)切削30分鐘后，測定切削工具的平均空刀面磨損量(VB)。對30分鐘內(nèi)平均空刀面磨損量達到200μm以上的供試材料，測定其達到時間和此時的平均空刀面磨損量(VB)。另外，將平均空刀面磨損量(VB)達到100μm的時間，作為工具壽命的標準，進行評價。對于試驗過程中耐磨損性優(yōu)良的，因為磨損速度極小，供試材料不足，從旋轉(zhuǎn)切削時間—工具磨損量的曲線上，利用回歸法，計算出平均空刀面磨損量(VB)達到100μm的時間。評價切屑處理性，從排出的切屑中采取200個以上的代表性樣品，測定其重量，計算出每單位重量的個數(shù)。
(3)熱加工性的評價按如下進行熱加工性評價。即，為了模擬利用連續(xù)鑄造設(shè)備的制造條件，和上述一樣到作150kg的鋼塊，將靠近表面部分的Di/8(Di為鋼塊直徑)的位置作為中心，從鋼塊高度方向上采取直徑10mm，長度130mm的高溫拉伸試驗棒。將固定間距取為110mm，對其直接通電加熱到1250℃，保持5分鐘后，以10℃/秒的冷卻速度冷卻到1100℃，再保持10秒鐘后，以10-3/秒的應(yīng)變速度進行拉伸試驗。測定此時斷裂部分的斷面收縮率，評價熱加工性。
以上的試驗結(jié)果示于表3和表4。圖2示出了切屑處理性和工具壽命的關(guān)系，圖3示出了熱拉伸試驗的斷面收縮值和工具壽命的關(guān)系。
表3

*因供試料不足，從工具磨損曲線上用回歸法計算出的表4

表2中鋼No.30和31是復(fù)合易切鋼、No.32是硫易切鋼，是目前被切削性最優(yōu)良的鋼(相當于JIS SUM23L或SUM23的材料)。從表3、表4和圖2可知，即使與這些比較，本發(fā)明的鋼具有更優(yōu)良的抑制工具磨損的效果。進而，鋼No.1-29的本發(fā)明鋼，煅造時完全不會引起裂痕，模擬和用連續(xù)鑄造設(shè)備等的實用制造，由高溫拉伸試驗形成的斷面收縮率，如表3所示，與復(fù)合易切鋼和硫易切鋼相同，實用上無任何問題。
而，鋼No.30-47，即使是本發(fā)明中規(guī)定的條件之一，但只要超出之外的，其熱壓延性、工具壽命一切屑處理性中的至少一個特性，都劣于本發(fā)明鋼。鋼No.4和42，由于Mn和S不滿足上述(2)式，熱加工性變得惡化。
本發(fā)明的易切鋼，盡管不含有Pb，但具有勝過以往的鉛易切鋼和復(fù)合易切鋼任何一種鋼的被切削性。這種鋼，熱加工性優(yōu)良，可利用連續(xù)鑄造法廉價制造，因此，最適宜用作各種機械部件的材料。
權(quán)利要求
1.一種低碳硫易切鋼，其特征是以質(zhì)量％計，含有C0.05-0.19％、Mn0.4-2.0％、S0.21-1.0％、Ti0.03-0.30％、Si1.0以下、P0.001-0.3％、Al0.2％以下、O0.0010-0.050％和N0.0001-0.0200％，其余為Fe和雜質(zhì)，Ti和S的含量滿足下述(1)式，Mn/S的原子比滿足下述(2)式，而且，鋼中含有內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS，Ti(質(zhì)量％)/S(質(zhì)量％)＜1………………(1)Mn/S≥1………………(2)。
2.一種低碳硫易切鋼，其特征是以質(zhì)量％計，含有C0.05-0.19％、Mn0.4-2.0％、S0.21-1.0％、Ti0.03-0.30％、Si1.0以下、P0.001-0.3％、Al0.2％以下、O0.0010-0.050％和N0.0001-0.0200％，及Se0.001-0.01％、Te0.001-0.01％、Bi0.005-0.3％、Sn0.005-0.3％、Ca0.0005-0.01％、Mg0.0005-0.01％和稀土類元素0.0005-0.01％中的1種或2種以上，其余部分為Fe和雜質(zhì)，Ti和S的含量滿足下述(1)式，Mn和S的原子比滿足下述(2)式，而且，含有內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS，Ti(質(zhì)量％)/S(質(zhì)量％)＜1………………(1)Mn/S≥1………………(2)。
3.一種低碳硫易切鋼，其特征是以質(zhì)量％計，含有C0.05-0.19％、Mn0.4-2.0％、S0.21-1.0％、Ti0.03-0.30％、Si1.0以下、P0.001-0.3％、Al0.2％以下、O0.0010-0.050％和N0.0001-0.0200％，以及Cu0.01-1.0％、Ni0.01-2.0％、Cr0.01-2.5％、Mo0.01-1.0％、V0.005-0.5％、和Nb0.005-0.1％中的1種或2種以上，其余為Fe和雜質(zhì)，Ti和S的含量滿足下述(1)式，Mn和S的原子比滿足下述(2)式，而且含有內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS，Ti(質(zhì)量％)/S(質(zhì)量％)＜1………………(1)Mn/S≥1………………(2)。
4.一種低碳硫易切鋼，其特征是以質(zhì)量％計，含有C0.05-0.19％、Mn0.4-2.0％、S0.21-1.0％、Ti0.03-0.30％、Si1.0以下、P0.001-0.3％、Al0.2％以下、O0.0010-0.050％和N0.0001-0.0200％，及Se0.001-0.01％、Te0.001-0.01％、Bi0.005-0.3％、Sn0.005-0.3％、Ca0.0005-0.01％、Mg0.0005-0.01％和稀土類元素0.0005-0.01％，中的1種或2種以上，和Cu0.01-1.0％、Ni0.01-2.0％、Cr0.01-2.5％、Mo0.01-1.0％、V0.005-0.5％和Nb0.005-0.1％中的1種或2種以上，其余部分為Fe和雜質(zhì)，Ti和S的含量滿足下述(1)式，Mn和S的原子比滿足下述(2)式，而且含有內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS，Ti(質(zhì)量％)/S(質(zhì)量％)＜1………………(1)Mn/S≥1………………(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項中記載的低碳硫易切鋼，其中Si含量小于0.1質(zhì)量％。
全文摘要
提供一種不含有鉛的低碳硫易切鋼，含有以質(zhì)量％計，C0.05－0.19％、Mn0.4－2.0％、S0.21－1.0％、Ti0.03－0.30％、Si1.0以下、P0.001－0.3％、Al0.2％以下、O0.0010－0.050％和N0.0001－0.0200％，其余部分為Fe和雜質(zhì)，Ti和S的含量滿足下述(1)式，Mn/S的原子比滿足下述(2)式，而且，鋼中含有內(nèi)部存在Ti硫化物和/或Ti碳硫化物的MnS，Ti(質(zhì)量％)/S(質(zhì)量％)＜1 (1),Mn/S≥1 (2),除上述成分外，還可含有以下二組元素中的1種以上成分。Se、Te、Bi、Sn、Zr、Ca、Mg和稀土類元素組，和Cu、Ni、Cr、Mo、V、和Nb組。
文檔編號C22C38/60GK1436875SQ0310345
公開日2003年8月20日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月4日
發(fā)明者松井直樹, 岡田康孝, 渡里宏二 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社