切削性优良的高强度高韧性非调质钢制造技术

提供在加工后不进行特别的处理，能原样不动地供加工使用的高强度、高韧性、而且切削性优良的非调质钢。作为成分组成，以达到Ｃ０．０５重量％以下、Ｓｉ０．００５～２．０重量％、Ｍｎ０．５～５．０重量％、Ｎｉ０．１～１０．０重量％、Ｃｕ１．０以上～４．０重量％、Ａｌ０．０００２～１．０重量％、Ｓ０．００５～０．５０重量％和Ｎ０．００１０～０．０２００重量％，得到高强度、高韧性而且切削性优良的非调质钢。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于热轧后，根据需要进行热加工或冷加工后，适合于进行终切削加工而使用的机械结构用钢，在热轧后切削加工前即使不进行调质处理，就具有高强度而且高韧性、并且显示优良的切削性的非调质处理钢。
技术介绍
以往，对以高强度而且高韧性作为必要的机械结构部件或者汽车部件来说，使用按照JIS G4105规定的机械结构用合金钢SCM435或SCM440。通常，顺序地进行①轧制并根据需要利用热加工或冷加工进行成形，②用于赋予强度和韧性的淬火回火等调质处理，③切削加工而形成部件。就上述机械结构用合金钢来说，②的调质处理是为了满足所要求的强度和韧性所必要的工序。在此，调质处理，即热处理工序需要时间和费用。因此，如果能省去调质处理，就能大幅度地降低成本，也能达到节能，为此已提出各种建议。例如，已提出在C0.3～0.5重量％的中碳系含Mn钢中，添加0.10重量％左右的V的铁素体-珠光体型非调质钢。在热轧的冷却过程中析出V碳氮化物，在强化铁素体基体的同时，利用珠光体的强度使钢整体强度提高。另外，关于热锻造用钢，在特公平6-63025和特开平4-371547中已公开在C0.05～0.3重量％的低碳系钢中添加Mn、Cr或V等的贝氏体型和马氏体型的非调质钢。但是，前者的铁素体-珠光体型非调质钢，难以同时获得抗拉强度和韧性。这是因为作为珠光体中的渗碳体，所存在的0.3～0.5重量％的C使强度提高，而使韧性降低的缘故。另外，为了谋求在铁素体-珠光体组织中析出V碳氮化物而提高强度，要限制得到稳定性能的冷却速度范围。因此，在轧制后或者热加工后，必须控制冷却速度，而使制造工序复杂化。再者，由于进行冷锻造等冷加工，即使碳浓度不增加，也能够确保强度，但存在得不到与调质钢同等的韧性的问题。另一方面，在后者的特公平6-63025中提出的贝氏体型非调质钢在原样的热锻造状态，屈服强度也比调质钢低。因此，为了提高屈服强度，必须在热锻造后进行200～600℃的时效处理，然后进行空冷。因此，不能达到是非调质钢的优点之一的节能效果。另外，在特开平4-37154中提出的高强度、高韧性非调质钢的制造方法，也必须进行回火处理，因此也达不到节能效果。进而，在用这种钢制造小部件时，能够使热锻造后的冷却速度快，所以容易确保足够的韧性。但是在制造大部件时，如果不将热锻造后的冷却速度控制成快的冷却速度，就不能稳定地确保足够的韧性。再有，在特开平8-144019和特开平9-111336中，各自公开了在冷却速度慢的场合，也能确保韧性的低C-Cu-B添加钢。但是，对机械结构部件来说，如上所述，往往在轧制和锻造等各种加工及调质处理后，再进行切削加工。因此，为了作为工业上的有用材料，不仅必须具有是高强度和高韧性，而且切削性也优良是非常重要的。可是，低C-Cu-B添加钢是非调质钢，以达到高韧性作为目的，因此作为机械部件没有考虑实用上必要程度的切削性。再者，在特开昭60-92450中公开了通过Cu的析出强化达到提高强度的钢。该钢是在氮化用钢中添加0.5～2重量％的Cu，在氮化处理时使Cu析出，以此谋求高强度化。但是，该钢也没有考虑切削性。并且因为含碳量是0.05～0.3重量％，所以在用于冷却速度慢的大直径材料和大部件的场合，取决于质量效果，抗拉强度大大降低也成为问题。因此，本专利技术提供能供热加工或者冷加工原样使用的、即使对大部件也是高强度、高韧性、而且切削性优良的非调质钢。专利技术的公开本专利技术人对不控制热轧或者热加工后的冷却速度以及不进行时效处理等，即使对大部件也确保足够的抗拉强度、屈服强度和韧性，进而具有优良的切削性的非调质钢的组成进行了调查，从而达到完成本专利技术。即，发现以下所述的手段和效果。有以下的新认识 ①由极低碳化产生的韧性提高，②由Cu的析出和Ni的固溶强化引起的钢的强度提高，③利用Mn及根据需要添加Nb或B等确保高强度和高韧性，④通过同时使用Cu和S确保提高切削性和疲劳强度，尤其是如②和④所示，添加Cu，有称作与以往相反性能的高强度和高切削性同时存在的效果。本专利技术是以含有下述成分组成为特征的非调质钢C0.05重量％以下、Si0.005～2.0重量％、Mn0.5～5.0重量％、Ni0.1～10.0重量％、Cu1.0以上～4.0重量％、Al0.0002～1.0重量％、S0.005～0.50重量％和N0.0010～0.0200重量％。进而，也可以含有以下所示的组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的元素的1种或2种以上及其组合。Ⅰ．W0.5重量％以下、V0.5重量％以下和Ti0.1重量％以下，Ⅱ．Cr3.0重量％以下、Mo1.0重量％以下、Nb0.15重量％和B0.03重量％以下，Ⅲ．Zr0.1重量％以下、Mg0.02重量％以下、Hf0.1重量％以下和REM0.02重量％以下，Ⅳ．P0.10重量％以下、Pb0.30重量％以下、Co0.10重量％以下、Ca0.02重量％以下、Te0.05重量％以下、Se0.10重量％以下、Sb0.05重量％以下和Bi0.30重量％以下。接着，说明本专利技术的各化学成分的限定理由。C0.05重量％以下C含量若达到0.05重量％以上，取决于热轧或热加工后的冷却速度而析出珠光体相，有损于韧性。因此有必要限制在0.05重量％以下，最好0.03重量％以下。Si0.005～2.0重量％为了确保脱氧和固溶强化，Si必须至少达到0.005重量％，另一方面，若过剩的含有，则降低韧性。因此上限规定为2.0重量％。Mn0.5～5.0重量％为了提高淬透性并确保强度，Mn必须是0.5重量％以上，另一方面，若超过5.0重量％，切削性就低劣。因此限定在0.5～5.0重量％的范围。Ni0.1～10.0重量％ Ni是用于提高强度和韧性的有效成分，并且在含有Cu的场合，对于防止轧制时的热脆性是有效的，但它是高价的，而且即使过剩的含有，其效果也达到包含。因此限定在0.1～10.0重量％的范围。Cu1.0以上～4.0重量％Cu是为了析出强化和与S复合添加而提高切削性而添加的，为了发挥其效果，需要含有超过1.0重量％，最好添加1.5重量％以上。另一方面，超过4.0重量％，韧性急剧降低。因此规定1.0以上～4.0重量％的范围。S0.005～0.50重量％S是尤其与Cu复合添加而提高切削性的成分，为了发挥其效果，需要超过0.005重量％以上，最好以超过0.010重量％的添加。但是过剩地添加，导致纯净度和韧性降低。因此，上限规定为0.50重量％。在此，详细叙述调查Cu和S对切削性影响的实验结果。即，利用连续铸造制造数个表1所示的各种成分的钢方坯，通过热轧将各方坯轧成φ100mm的棒钢，然后以0.001～80℃/s的冷却速度进行800～400℃温度范围的冷却。在如此得到的棒钢之中，关于以0.1℃/s冷却得到的棒钢的切削性的评价结果示于附图说明图1中。而且，切削性，以使用超硬工具的外圆切削，以切削速度200m/min、切削量2mm和进刀量0.25mm/rev(转)的条件进行无润滑的试验，以工具的后隙面磨耗量达到0.2mm的累积切削时间作为工具寿命。通常使用良好的机械结构用钢SCM435QT按照JISG4105，工具寿命是500s左右。另外，观察以该外圆切削试验形成的切屑形状，评价结果示于图2中。在图2中，以◎本文档来自技高网...

【技术保护点】
非调质钢，其特征在于，含有Ｃ ０．０５重量％以下、Ｓｉ ０．００５～２．０重量％、Ｍｎ ０．５～５．０重量％、Ｎｉ ０．１～１０．０重量％、Ｃｕ １．０以上～４．０重量％、Ａｌ ０．０００２～１．０重量％、Ｓ ０．００５～０．５０重量％和Ｎ ０．００１０～０．０２００重量％的成分组成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长谷和邦，岩本隆，大森靖浩，星野俊幸，林透，天野虔一，藤田利夫，
申请(专利权)人：川崎制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]