机械结构用不含铅的含硫易切削钢制造技术

本发明专利技术通过调整钢的化学成分获得机械结构用含硫易切削钢，以提供一种不含铅但具有与传统的含铅易切削钢相当的切削性和机械特性的含硫易切削钢。该种机械结构用含硫易切削钢，它含有按重量％：Ｃ：０．１０－０．５５％、Ｓｉ：０．０５－１．００％、Ｍｎ：０．３０－２．５０％、Ｐ：≤０．１５％、Ｓ：０．０５０－０．３５０％、Ａｌ：＞０．０１０％至≤０．０２０％、Ｎｂ：０．０１５－０．２００％、Ｏ：０．００１５－０．０１５０％、Ｎ：≤０．０２％；还含有按重量％：选自Ｖ：０．０３－０．５０％、Ｔｉ：０．０２－０．２０％和Ｚｒ：０．０１－０．２０％中的至少一种；其中：Ｓ含量和Ｏ含量的比Ｓ／Ｏ为１５－１２０，选自Ｎｂ的氧化物（参照图１）、碳化物、氮化物和碳氮化物中的至少一种作为ＭｎＳ型夹杂物的析出核。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用作产业机器和汽车部件等的原材料的具有优秀的切削性的机械结构用钢。
技术介绍
经机械加工而用于产业机器和汽车部件等的钢材需要具有优秀的切削性。作为具有优秀的切削性的机械结构用钢，JIS(日本工业标准)规定了含有至少一定水平的硫的含硫易切削钢(快削钢)和含有微量铅的含铅易切削钢。此外，还开发了含有例如Bi、Te、Se等性质与铅类似的元素的易切削钢，但是由于价格高等原因而没有实现工业普及。在切削性方面可期望的最确定的成果是含铅易切削钢，其最大的特色在于即使含有铅也不会使钢的机械性能发生劣化。但是，在含铅易切削钢的制造工艺(过程)和其钢材的切削和旋转切削工艺中，形成含铅烟雾(烟尘)散布在空气中，从而使工作环境恶化，此外，在处理这些工艺中所产生的炉渣和切屑等的工业废物时，由于含有铅而产生环境保护方面的问题。另一方面，对于作为易切削钢的具有最长历史的含硫易切削钢，由于工业制造的钢中的硫化物的形态和分布方面存在很大的差异，所以切削性方面的可靠性低。如果想使含硫量增加来提高切削性，就会在钢材的制造工艺中发生热脆性，从而造成很多次品。但是，与铅不同，硫在安全卫生和环境问题方面的问题较少，因此，期待开发一种不含铅但具有与传统的含铅易切削钢相当的切削性的含硫易切削钢。因此，本专利技术的目的在于提供具有优秀的切削性的机械结构用含硫易切削钢。
技术实现思路
专利技术人为开发一种不添加铅但具有与传统的含铅易切削钢相当的切削性的易切削钢对钢的化学成分进行了各种研究。结果发现，在含有S0.050-0.350重量％的含硫易切削钢中含有0.0015-0.0150重量％并优选地为0.0020-0.0100重量％的氧的情况下，当S含量与O含量的比S/O在15-120的范围时，钢的切削性确实地提高。也就是说，根据本专利技术的易切削钢是如下所示的机械结构用含硫易切削钢。(1)一种机械结构用含硫易切削钢，它含有按重量％C0.10-0.55％、Si0.05-1.00％、Mn0.30-2.50％、P≤0.15％、S0.050-0.350％、Al＞0.010％且≤0.020％、Nb0.015-0.200％、O0.0015-0.0150％、N≤0.02％；还含有按重量％选自V0.03-0.50％、Ti0.02-0.20％和Zr0.01-0.20％中的至少一种；其中S含量和O含量的比S/O为15-120，并且选自Nb的氧化物、碳化物、氮化物及碳氮化物中的至少一种作为MnS型夹杂物的析出核。(2)一种根据上述(1)所述的机械结构用含硫易切削钢，其特征在于所述易切削钢含有按重量％选自Sn0.020-0.100％和Sb0.015-0.100％中的至少一种。(3)一种根据上述(1)或(2)所述的机械结构用含硫易切削钢，其特征在于所述易切削钢含有按重量％选自Cr0.10-2.0％、Ni0.10-2.0％和Mo0.05-1.0％中的至少一种。(4)一种根据上述(1)至(3)中任一项所述的机械结构用含硫易切削钢，其特征在于所述易切削钢含有按重量％选自Ca0.0002-0.020％和Mg0.0002-0.020％中的至少一种。下面说明在本专利技术的机械结构用含硫易切削钢中限制组成元素的含量的原因。含量的以重量％(重量百分比)表示。C0.10-0.55％ 添加C以确保钢的强度，由于以中、高碳素钢程度的强度为目标，如果低于0.10％则不能获得必要的强度，超过0.55％则韧性会降低。因此，将下限定为0.10％，上限定为0.55％。Si0.05-1.00％添加Si作为脱氧剂，与Mn一起进行共同脱氧。添加约0.05％时表现出脱氧效果，但是如果超过1.00％钢的切削性会降低。因此，将下限定为0.05％，上限定为1.00％。Mn0.30-2.50％添加Mn作为脱氧剂，并且形成MnS从而提高钢的切削性。为形成该硫化物，需要含有至少0.30％的Mn；但是如果超过2.50％，则钢的硬度会增加而切削性会降低。因此，将下限定为0.30％，上限定为2.50％。Al＞(超过)0.010％且≤(不超过)0.020％Al是一种与钢中N结合形成AlN并具有使奥氏体晶粒微细化的效果的元素，通过该微细化有助于提高韧性。为了产生这种效果，需要添加超过0.010％。然而，添加过多会使得可切削性劣化。为了避免该劣化，需要将上限限定为0.020％。因此Al的添加量限定为超过0.010％但不超过0.020％。P≤(不超过)0.15％添加P以改善钢的可切削性特别是精加工面(成品表面)的性质。如果添加量超过0.15％则韧性降低。因此将0.15％作为上限。S0.050-0.350％S作为一种改善钢的可切削性的元素是众所周知的，S的含量越高则可切削性越好。添加量小于0.050％时不能获得优秀的可切削性。但是，即使是与Mn一起添加时，如果S的含量过高，则钢的热加工性降低。因此将0.350％作为上限。O0.0015-0.0150％当O的含量小于0.0015％时，则赋予好的可切削性的MnS型夹杂物的形成过少，当超过0.0150％时，则由于通过冷却时的脱氧而产生的二次脱氧生成物的量过多而使得可切削性劣化。将氧含量保持在0.0015-0.0150％的范围并且将S含量和O含量的比S/O保持在15-120的范围，对改善钢的可切削性是重要的。因此将O含量限定在0.0015-0.0150％的范围。N≤(不超过)0.02％如果N含量超过0.02％，则钢的延性会降低。因此将上限限定为0.02％。Cr0.10-2.00％Ni0.10-2.00％Mo0.05-1.00％添加从Cr、Ni和Mo中选出的至少一种。如果Cr、Ni和Mo各元素的含量小于上述各个范围的下限，则不能确保钢的淬硬性和韧性。如果这些元素的含量超过上述各个范围的上限，则钢的硬度变大，可切削性变差。因此将Cr、Ni和Mo的添加量分别限定为上述范围。Nb0.015-0.200％当Nb的含量在上述范围内时，Nb的氧化物、碳化物、氮化物及碳氮化物中的至少一种会在钢中适度地析出，并成为MnS型夹杂物的析出核，从而有助于所述夹杂物在钢中均匀的分散和析出。即，如果Nb的含量小于0.015％，则这种效果较小，而超过0.20％时会使得钢的可切削性变差。此外，适量的Nb会使得钢中的奥氏体晶粒粒度微细化，从而不会损害钢的韧性。V0.03-0.50％如果V的含量在上述范围内时，则V的碳氮化物在γ铁中适度地析出，起到提高钢的机械性能的作用。而且适量的V将使得钢中的奥氏体晶粒粒度微细化，从而不会损害钢的韧性。因此将V的添加量范围限定为0.03-0.50％。Ti0.02-0.20％Zr0.01-0.20％ 因为这些元素对氧具有较强的亲合力，容易生成氧化物，所以优选地在脱氧操作完成后将它们加入到钢水中。当Ti含量小于0.02％或Zr含量小于0.01％时其脱氧效果较小，而当Ti含量超过0.20％或Zr含量超过0.20％时，则会产生很多使得可切削性恶化的碳氮化物。而且适量的Ti会使得钢中的奥氏体晶粒粒度微细化，从而不会损害钢的韧性。因此将Ti和Zr的添加量限定为上述范围。Sn0.020-0.100％由于Sn在基体中固溶并使得钢变脆(脆化)，所以可以改善可切削性。为了产生该效果，需要添加至少0.020％的S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械结构用含硫易切削钢，它含有按重量％：Ｃ：０．１０－０．５５％、Ｓｉ：０．０５－１．００％、Ｍｎ：０．３０－２．５０％、Ｐ：≤０．１５％、Ｓ：０．０５０－０．３５０％、Ａｌ：＞０．０１０％至≤０．０２０％、Ｎｂ：０．０１５－０．２００％、Ｏ：０．００１５－０．０１５０％、Ｎ：≤０．０２％；还含有按重量％：选自Ｖ：０．０３－０．５０％、Ｔｉ：０．０２－０．２０％和Ｚｒ：０．０１－０．２０％中的至少一种；其中：Ｓ含量和Ｏ含量的比Ｓ／Ｏ为１５－１２０，选自Ｎｂ的氧化物、碳化物、氮化物及碳氮化物中的至少一种作为ＭｎＳ型夹杂物的析出核。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：福住达夫，渡边干，吉村恒夫，内堀胜之，
申请(专利权)人：三菱制钢株式会社，有限会社吉村技术事务所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]