冷锻用钢及其制造方法技术

一种冷锻用钢，具有规定的化学组成，满足d+3σ≤10.0和SA/SB＜0.30，在金属组织中包含1200个/mm

Cold Forging Steel and Its Manufacturing Method

A cold forging steel with prescribed chemical composition, meeting the requirements of d+3 < 10.0 and SA/SB < 0.30, and containing 1200/mm in the metal structure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冷锻用钢及其制造方法
本专利技术涉及冷锻用钢及其制造方法。
技术介绍
机械结构用钢被用于产业用机械、建设用机械以及以汽车为代表的输送用机械等的机械部件中。机械结构用钢通常通过热锻被粗加工后，被切削加工而精加工成为具有规定形状的机械部件。因此，对机械结构用钢要求加工性和切削性。冷锻与热锻相比尺寸精度高，因此具有能够降低锻造后的切削加工量等优点。因此，近年来，在上述的粗加工中，利用冷锻来进行粗成形的部件变多。然而，若进行冷锻，则与进行热锻的情况相比，钢材容易发生裂纹。因此，对被用于冷锻的冷锻用钢在要求切削性的同时，要求在冷锻时难以产生裂纹的特性(以下称为冷锻性)。在利用冷锻将钢材进行粗成形的情况下，为了降低锻造中的变形抗力而使冷锻性提高，大多在锻造前实施球化退火。然而，若对钢进行球化退火，则存在冷锻后的切削加工时的切削性降低的问题。若使钢中含有硫(S)，则S与钢中的锰(Mn)结合而形成以硫化物为主体的硫化物系夹杂物(以下称为硫化物)。众所周知的是该硫化物使切削性提高。因此，为了提高切削性，可以考虑提高S含量。然而，若提高S含量，则会大量地生成粗大的硫化物(MnS、CaS等)，冷锻性降低。因此，以往，难以兼备冷锻性和切削性。以往的冷锻用钢通过降低S含量来抑制冷锻性和疲劳强度的降低，其结果切削性低。在专利文献1及专利文献2中提出了通过硫化物的形态控制等来提高钢材的切削性的技术。例如，在专利文献1中公开了一种表面硬化钢，其为了抑制硫化物的粗大化而控制铸造时的凝固速度，使硫化物微细地分散，由此使切削性提高。另外，在专利文献2中公开了一种表面硬化钢，其通过使亚微米水平的硫化物分散而使切削性提高。然而，在专利文献1和专利文献2中，虽然对热锻后的切削性进行了研究，但是丝毫没有考虑进行球化退火及冷锻后的切削性。另外，在专利文献2中也未考虑冷锻性。在专利文献3和专利文献4中公开了一种易切削加工钢，其通过减小硫化物系夹杂物的粒子间距离从而使切屑处理性提高。然而，在专利文献3和专利文献4所公开的技术中，在存在粗大的硫化物的情况下，若粒子间距离小，则反而容易发生冷锻时的裂纹，有可能冷锻性降低。另外，在专利文献3中，虽然对热锻后的切削性进行了研究，但是丝毫未考虑球化退火及冷锻后的切削性。如上述那样，以往得不到不损害冷锻性而提高了切削性的冷锻用钢。在先技术文献专利文献专利文献1：日本国专利第5114689号公报专利文献2：日本国专利第5114753号公报专利文献3：日本国特开2000-282171号公报专利文献4：日本国专利第4924422号公报
技术实现思路
本专利技术鉴于上述现状而完成。本专利技术的目的是提供冷锻性和切削性优异的冷锻用钢及其制造方法。本专利技术人进行了关于冷锻用钢的研究和探讨，得到了以下见解。(a)冷锻前的退火(球化退火)对提高钢材的冷锻性有效。然而，若进行退火，则钢材的延展性提高，因此切削时的切屑变长，切屑处理性变差。另外，切削后的钢材的表面粗糙度也变大。(b)切削是分离切屑的破坏现象，为了促进切削，使基体(母材)脆化是有效的。通过使硫化物微细分散，能够容易地进行破坏从而提高切屑处理性。而且，若硫化物间的粒子间距离短，则切屑的分断性提高。另一方面，若硫化物大且少数地分散，则成为切屑分离的起点的硫化物的间隔变长，结果使切屑容易变长。(c)本专利技术人对硫化物的当量圆直径(等效圆直径)与切屑处理性的关系进行了各种实验。其结果得到了以下见解：当平均当量圆直径为1.0μm以上的硫化物之中的、平均当量圆直径小于3.0μm的硫化物的个数分率超过30％时，切屑处理性降低。即，发现：通过减少极微细的硫化物，能够以更少的硫化物总量得到优异的切削性。认为这是由于：平均当量圆直径小于3.0μm的微细的硫化物难以作为切屑分离时的应力集中源有效地发挥作用。(d)成为冷锻性的指标的冷锻时的裂纹被推测为以如下的机理产生。即，在粗大的硫化物与基体(母相)的边界形成有空隙，通过多个空隙连结，形成龟裂。该龟裂随着塑性变形的进展而生长。而且，通过龟裂彼此连结而发生裂纹。因此，为了提高冷锻性，降低粗大的硫化物是重要的。(e)进而，本专利技术人对最大硫化物尺寸与冷锻性的关系进行了各种实验。其结果得到了以下见解：当所观察的硫化物的最大当量圆直径超过10.0μm时，冷锻性降低。(f)钢材中的硫化物在凝固前(钢液中)或凝固时结晶析出的情况多，硫化物的大小较大地受凝固时的冷却速度的影响。另外，连铸铸坯的凝固组织通常呈枝晶形态，该枝晶起因于凝固过程中的溶质元素的扩散而形成，溶质元素在枝晶的树间部浓化。即，Mn在枝晶的树间部浓化，Mn硫化物在树间结晶析出。(g)要使Mn硫化物微细地分散的话，需要缩短枝晶的树间的间隔。一直以来进行着关于枝晶的一次臂间距的研究，根据下述的非专利文献，能够用下述(A)式表示。λ∝(D×σ×ΔT)0.25…(A)在此，λ：枝晶的一次臂间距(μm)，D：扩散系数(m2/s)，σ：固液界面能(J/m2)，ΔT：凝固温度范围(℃)。非专利文献：W.KurzandD.J.Fisher著，“FundamentalsofSolidification”，TransTechPublicationsLtd.,(Switzerland)，1998年，p.256由该(A)式可知：枝晶的一次臂间距λ依赖于固液界面能σ，如果能够降低该σ，则λ减少。如果能够使λ减少，则能够降低在枝晶树间结晶析出的Mn硫化物尺寸。本专利技术人最新发现：通过使钢中微量含有Bi，能够使固液界面能降低，能够将硫化物的尺寸微细化。本专利技术是基于上述的见解完成的，其要旨如下述(1)～(5)所示。(1)本专利技术的一个技术方案涉及的冷锻用钢，化学成分以质量％计含有C：0.05～0.30％、Si：0.05～0.45％、Mn：0.40～2.00％、S：0.008％以上且小于0.040％、Cr：0.01～3.00％、Al：0.010～0.100％、Bi：0.0001～0.0050％、Mo：0～1.00％、Ni：0～1.00％、V：0～0.30％、B：0～0.0200％、Mg：0～0.0035％、Ti：0～0.060％、和Nb：0～0.080％，并且，余量包含Fe和杂质，上述杂质中所包含的N、P和O为N：0.0250％以下、P：0.050％以下、O：0.0020％以下；满足下述式(1)和下述式(2)，在金属组织中包含1200个/mm2以上的当量圆直径为1.0～10.0μm的硫化物，上述硫化物彼此的平均距离小于30.0μm。d+3σ≤10.0…(1)SA/SB＜0.30…(2)式(1)中的d是当量圆直径为1.0μm以上的硫化物的当量圆直径的平均值，σ是上述当量圆直径为1.0μm以上的硫化物的上述当量圆直径的标准偏差，式(2)中的SA是当量圆直径为1.0μm以上且小于3.0μm的硫化物的个数，SB是上述当量圆直径为1.0μm以上的上述硫化物的个数。(2)根据上述(1)所述的冷锻用钢，上述化学成分以质量％计可以含有选自Mo：0.02～1.00％、Ni：0.10～1.00％、V：0.03～0.30％、B：0.0005～0.0200％、和Mg：0.0001～0.0035％之中的1种或两种以上。(3)根据上述(1)或(2)所述的冷锻用钢，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷锻用钢，其特征在于，化学成分以质量％计含有C：0.05～0.30％、Si：0.05～0.45％、Mn：0.40～2.00％、S：0.008％以上且小于0.040％、Cr：0.01～3.00％、Al：0.010～0.100％、Bi：0.0001～0.0050％、Mo：0～1.00％、Ni：0～1.00％、V：0～0.30％、B：0～0.0200％、Mg：0～0.0035％、Ti：0～0.060％、和Nb：0～0.080％，并且，余量包含Fe和杂质，所述杂质中所含的N、P和O为N：0.0250％以下、P：0.050％以下、O：0.0020％以下；满足下述式(1)和下述式(2)，d+3σ≤10.0…(1)SA/SB＜0.30…(2)式(1)中的d是当量圆直径为1.0μm以上的硫化物的当量圆直径的平均值，σ是所述当量圆直径为1.0μm以上的硫化物的所述当量圆直径的标准偏差，式(2)中的SA是当量圆直径为1.0μm以上且小于3.0μm的硫化物的个数，SB是所述当量圆直径为1.0μm以上的所述硫化物的个数；在金属组织中包含1200个/mm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种冷锻用钢，其特征在于，化学成分以质量％计含有C：0.05～0.30％、Si：0.05～0.45％、Mn：0.40～2.00％、S：0.008％以上且小于0.040％、Cr：0.01～3.00％、Al：0.010～0.100％、Bi：0.0001～0.0050％、Mo：0～1.00％、Ni：0～1.00％、V：0～0.30％、B：0～0.0200％、Mg：0～0.0035％、Ti：0～0.060％、和Nb：0～0.080％，并且，余量包含Fe和杂质，所述杂质中所含的N、P和O为N：0.0250％以下、P：0.050％以下、O：0.0020％以下；满足下述式(1)和下述式(2)，d+3σ≤10.0…(1)SA/SB＜0.30…(2)式(1)中的d是当量圆直径为1.0μm以上的硫化物的当量圆直径的平均值，σ是所述当量圆直径为1.0μm以上的硫化物的所述当量圆直径的标准偏差，式(2)中的SA是当量圆直径为1.0μm以上且小于3.0μm的硫化物的个数，SB是所述当量圆直径为1.0μm以上的所述硫化物的个数；在金属组织中包含1200个/mm2以上的当量...

【专利技术属性】
技术研发人员：志贺聪，久保田学，长谷川一，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP