低碳易切削钢制造技术

一种低碳易切削钢，以质量％计含有Ｃ：０．０５％－０．２０％不到、Ｍｎ：０．４－２．０％、Ｓ：０．２１－１．０％、Ｔｉ：０．００２－０．１０％、Ｐ：０．００１－０．３０％、Ａｌ：０．２％以下、Ｏ（氧）：０．００１－０．０３％、Ｎ：０．０００５－０．０２％，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质，钢中的夹杂物满足下列（１）式和（２）式，（Ａ＋Ｂ）／Ｃ≥０．８……（１）；Ｎ↓［Ａ］≥５……（２）式中，Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｎ↓［Ａ］的含义如下：在平行于轧制方向的断面上１ｍｍ↑［２］内、当量圆直径１μｍ以上的夹杂物中，Ａ：内部存在Ｔｉ碳化物或／和Ｔｉ碳氮化物的实质的ＭｎＳ所占的总面积；Ｂ：内部不存在Ｔｉ碳化物和Ｔｉ碳氮化物的实质的ＭｎＳ所占的总面积；Ｃ：所有夹杂物所占的总面积；Ｎ↓［Ａ］：内部存在Ｔｉ碳化物或／和Ｔｉ碳氮化物的实质的ＭｎＳ的个数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于不含有铅(Pb)的低碳易切削钢，特别是关于虽然不含有铅，但与以往的铅易切削钢以及同时含有铅和其它改善异切削性能的元素的复合易切削钢相比，在使用硬质合金刀具进行切削时，具有良好的切削性能、热加工性能和切削后加工表面性状良好并且生产成本低的低碳易切削钢。另外，本专利技术还涉及除了上述各种性能外还具有良好的渗碳性能的低碳易切削钢。
技术介绍
以往，对于不特别要求强度的软质的小零部件，为了提高生产率，往往使用切削性能良好的钢材，即所谓的易切削钢。人们最熟悉的易切削钢有含有大量S、利用MnS改善切削性能的硫易切削钢；添加Pb的铅易切削钢；以及含有S和Pb两者的复合易切削钢。尤其是含有Pb的易切削钢，具有延长刀具的寿命、切屑的易断裂性良好、而且加工后的钢材表面的加工表面粗糙度也良好的特性。此外，还有为了改善切削性能而含有Te(碲)和Bi(铋)等的易切削钢。这些钢大量地用于汽车的制动零件等小零部件以及个人电脑的外部设备部件等电子机器部件和模具等各种机械部件。另一方面，近年来由于切削机械性能的提高，可以进行高速切削，伴随这一趋势，对于构成上述部件的原材料的钢材，迫切希望提高高速切削加工时的切削性能。此外，上述部件经过切削加工加工成为规定的形状后，为了确保其表面的强度，有时需要进行渗碳处理。因此，对于这些部件所使用的钢材料，除了要求具有高的切削性能外，还希望具有良好的渗碳性能。对于上述部件的原料来使用的钢材，要求良好的切削性能，所述的切削性能，不仅要延长刀具的寿命，而且还特别强调切屑细碎断裂的性质即“切屑处理性”。这种切屑处理性，是实现加工生产线自动化所不可缺少的条件，也是提高生产率所必须的。另外，除了刀具寿命和切屑处理性外，从加工精度的角度考虑，还希望切削之后的钢材加工表面的状态良好，即加工表面的粗糙度比较小。在上述易切削钢中，铅易切削钢和含有Pb及其它改善切削性能的元素的复合易切削钢，这些性能都很好，在现有的钢材中切削性能最佳。近年来，随着人们对环境问题的关注程度不断提高，迫切希望研制出不含有Pb的易切削钢。这是因为，含有对人体和地球环境有害的Pb的钢材，不仅在其制造过程中需要规模很大的排气设备，而且从环境保护的角度考虑，限制使用Pb的呼声越来越高。为了适应上述要求，作为铅易切削钢的替代产品，人们提出了许多种关于不含Pb的低碳硫易切削钢的技术方案。但是，迄今为止还没有研制出能够全部满足含Pb的易切削钢性能要求即有助于延长刀具寿命、切屑处理性良好、加工表面粗糙度较小的易切削钢。专利文献1(特开2003-49240号公报)中公开了一种存在Ti或/和Zr的碳硫化物系夹杂物、切削性能得到改善的易切削钢。在该易切削钢中，由于与MnS一起分散存在有Ti碳硫化物或Zr碳硫化物，因而难以获得MnS的拟润滑效果，刀具与被切削材料之间的磨擦力升高。结果，切削抗力提高，在刀具的刀刃上容易形成刀瘤。一旦形成刀瘤，精切削后的加工表面粗糙度增大，部件的加工精度受到损害。在专利文献1中，没有见到Ti含量为0.1％以下的实施例。这表明，专利文献1的专利技术目的在于通过含有大量的Ti而生成Ti碳硫化物，实际上该文献中记载了，与MnS一起在基体内分散有粒状的Ti碳硫化物系夹杂物。这种情况不能满足上述部件所使用的钢材要求的刀具寿命、切屑处理性、加工表面粗糙度等性能。专利文献2(特开2003-49241)中公开了一种易切削钢，该钢含有Ti或/和Zr，(Ti+0.52Zr)/S＜2，作为夹杂物含有Ti或Zr的碳硫化物，提高了车削加工和钻削加工时的刀具寿命。在该专利文献2的专利技术中，使钢中生成Ti碳硫化物，以改善车削加工时的刀具寿命。采用这种技术，在一定程度上确实可以改善刀具的寿命，但由于Ti或Zr的碳硫化物存在，难以获得MnS的润滑效果，刀具与被切削材料之间的磨擦力增大。结果，切削抗力升高，在刀具的刀刃上容易形成刀瘤。一但形成刀瘤，切削后的加工表面粗糙度增大，导致加工精度恶化。在专利文献2中，未见到下述本专利技术中规定的含有S0.21％以上、Ti0.1％以下的易切削钢的实施例。由此可知，专利文献2的专利技术不是以改善加工表面粗糙度、提高切屑处理性作为目标的专利技术。即，在专利文献2的专利技术中，在基体内与MnS一起分散有Ti或Zr的碳硫化物，因而不能得到所希望的加工表面粗糙度和切屑处理性。专利文献3(特平2000-319753号公报)中，公开了含有S超过0.4％、增加MnS含量的不添加Pb的低碳硫易切削钢。但是，这种钢改善硬质合金刀具寿命的效果不大。另外，这种钢没有改善与刀具寿命同样受到重视的切屑处理性，没有明显地改善以往的硫易切削钢的性能。专利文献4(特开平09-53147号公报)中公开了一种关于易切削钢的专利技术，该钢含有C0.01-0.2％、Si0.10-0.60％、Mn0.5-1.75％、P0.005-0.15％、S；0.15-0.40％、O(氧)0.001-0.010％、Ti0.0005-0.020％、N0.003-0.03％，对于硬质合金刀具具有良好的切削性能特别是刀具寿命。在该专利技术中，所述的钢必须含有Ti以及0.1-0.6％Si，以改善硬质合金刀具的寿命。另外，该专利技术不像本专利技术那样不含硅，通过使钢材中含有“内部存在Ti碳化物或/和Ti碳氮化物的实质的MnS”，不仅提高刀具的寿命，而且还改善切屑处理性和加工表面粗糙度。专利文献5(特许第3390988号公报)中公开了一种低碳硫易切削钢的专利技术，该钢含有C0.02-0.15％、Mn0.3-1.8％、S0.225-0.5％、Ti0.1-0.6％、Zr0.1-0.6％，并且满足Ti+Zr0.3-0.6％，(Ti+Zr)/S比1.1-1.5，改善了机械性能的各向异性。该专利技术通过上述成分组成，生成热加工时的变形抗力高的Ti和Zr的硫化物，改善了钢材的机械性能各向异性和切削性能。但是，由于存在这些变形抗力高的硫化物，切削时难以获得硫化物所产生的润滑效果，因而切削抗力增大，刀具的寿命劣化，并且加工表面的粗糙度也恶化。专利文献1特开2003-49240号公报专利文献2特开2003-49241号公报专利文献3特开2000-319753号公报专利文献4特开平09-53147号公报专利文献5特许第3390988号公报
技术实现思路
本专利技术的任务是，提供一种低碳易切削钢，不含有对环境有害的Pb，与以往的Pb易切削钢以及同时含有Pb和其它赋予切削性的元素的复合易切削钢相比，尤其是在使用硬质合金刀具进行切削的场合，显示出优异的切削性能，热加工性能良好，切削后的表面性状也良好，能以低的生产成本制造。另外，本专利技术的任务还在于，提供除了上述各种性能外还具有良好的渗碳性能的低碳易切削钢。众所周知，硫化物等夹杂物的状态对于钢的切削性能影响很大。在含有C、Ti、S、N、O的钢中观察到的夹杂物有各种各样，例如Ti硫化物、Ti碳硫化物、Ti碳化物、Ti碳氮化物、Ti氮化物、Ti氧化物。此外，如果还含有Mn的话，钢中还存在由化学式“MnS”表示的Mn硫化物。除了这些夹杂物之外，如果钢中含有Al和Si，那么还存在这些元素的氧化物。这些夹杂物存在的形态多种多样，夹杂物的组成和存在形态对于钢的切削性能和其它机械性能等影响很大。在此之前，本专利技术人等曾经就本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低碳易切削钢，其特征在于，以质量％计含有Ｃ：０．０５％至０．２０％不到、Ｍｎ：０．４－２．０％、Ｓ：０．２１－１．０％、Ｔｉ：０．００２－０．１０％、Ｐ：０．００１－０．３０％、Ａｌ：０．２％以下、Ｏ（氧）：０．００１－０．０３％以及Ｎ：０．０００５－０．０２％，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质，钢中所含的夹杂物满足下列（１）式和（２）式，（Ａ＋Ｂ）／Ｃ≥０．８....（１）Ｎ↓［Ａ］≥５....（２）式中，Ａ、Ｂ、Ｃ和Ｎ↓［Ａ］的含义如下：Ａ： 在平行于轧制方向的断面上１ｍｍ↑［２］内、在当量圆直径１μｍ以上的夹杂物中，内部存在Ｔｉ碳化物或／和Ｔｉ碳氮化物的实质的ＭｎＳ所占的总面积；Ｂ：在平行于轧制方向的断面上１ｍｍ↑［２］内、在当量圆直径１μｍ以上的夹杂物中，内部不存在Ｔ ｉ碳化物和Ｔｉ碳氮化物的实质的ＭｎＳ所占的总面积；Ｃ：在平行于轧制方向的断面上１ｍｍ↑［２］内、当量圆直径１μｍ以上的所有夹杂物所占的总面积；Ｎ↓［Ａ］：在平行于轧制方向的断面上１ｍｍ↑［２］内、在当量圆直径１μｍ以上的夹杂 物中，内部存在Ｔｉ碳化物或／和Ｔｉ碳氮化物的实质的ＭｎＳ的个数。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松井直树，西隆之，加藤彻，渡里宏二，长谷川达也，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]