CN100355927C - 切削性优异的钢 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种切削性优良的钢，该切削性优良的钢的特征在于，以质量%计，含有C：0.001～1.5%、Si：3%或3%以下、Mn：0.01～3%、P：0.001～0.2%、S：0.0001～1.2%、Zn：0.001～0.5%、N：0.0001～0.02%、O：0.0005～0.05%。根据需要，还可以含有作为切削性元素的Sn：0.002～0.5%和/或B：0.0005～0.05%。

Description

切削性优异的钢
技术领域
本发明涉及用于汽车或一般机械等的部件中的钢，特别是涉及切削时的工具寿命、切削表面光洁度和切屑处理性等的切削性优异的钢。
背景技术
一般机械或汽车是组合多种部件而制造的，但是从要求精度和制造效率出发，这些部件在多数场合下要经过切削工序而制造。这时就要求降低成本和提高生产率，对于钢也就要求提高切削性。
C的添加量低于0.2％的被称为低碳易切削钢的SUM23和SUM24L重视切削性而被开发。至今众所周知，为了提高切削性，添加S、Pb等的提高切削性的元素是有效的。但是，近年的趋势是Pb成为环境的负担而要避免使用，降低其使用量成为方向。
至今为止，在不添加Pb的场合，一直使用在如S那样的MnS那样的切削环境下形成成为软质的夹杂物而提高切削性的方法。而且，在所谓低碳铅易切削钢SUM24L中添加与低碳含硫易切削钢SUM23同量的S。因此，为了提高切削性必须添加与以往等量或更多量的S。但是，在多量添加S时，只是单纯地使MnS变得粗大，不仅对于对提高切削性有效的MnS分布没有贡献，而且在轧制、锻造等中成为破坏起点，引起很多轧制缺陷等的制造上的问题。进而，在以SUM23作为基础的含硫易切削钢中，容易粘着积屑瘤，伴随积屑瘤的脱落和切屑分离的现象，在切削表面上产生凹凸，表面光洁度劣化。因此，从切削性的观点出发，也就存在由表面光洁度劣化造成的精度降低的问题。在切屑处理性方面，由于只是添加S会使基体的延展性增大，所以不能够充分地截断，对于使切屑短容易截断这方面更加良好，也就没有大的改善。
除S以外，Te、Bi、P等作为提高切削性的元素也是已知的，但是，由于虽然能够某种程度的提高切削性，但在轧制和热锻时却容易产生裂纹，所以是希望尽量少用。
另外，在含有0.2％或0.2％以上的C的钢中，大量含有C、Cr、Mo等的合金元素具有比较高的强度。这样的结构用钢，由于生成积屑瘤和由其产生的切削表面的凹凸(粗糙度)的问题小，且本来就是硬的材料，所以表面光洁度比较良好。但是，因基本强度高而多量添加切削性提高元素S时，生成的MnS在轧制或锻造中发生延伸，机械性能产生各向异性，所以在部件的适用上受到很大的制约。另外，对于高强度钢，大部分的情况是不添加用于提高切削性的S而牺牲切削性。
发明的公开
鉴于上述情况，本发明涉及避免轧制或锻造以及制品性能上的不合适且C含有量低于0.15％的所谓低碳素钢，目的在于提供工具寿命和表面光洁度两者都改善了的具有优异的切削性的钢。另外，其目的还在于，在含有C为0.15％或其以上的结构用钢、高强度钢的场合下，提供兼具机械性能(包括各向异性)和切削性的钢。
切削是分离切屑的破坏现象，促进其成为一个关注点。但是，如前所述，只是单纯地使S增量是有限度的。
因此，本发明人反复深入研究的结果发现，通过不仅使S增量、而且作为基本成分含有Zn，由此可以使基体脆化、容易破坏而延长工具寿命，同时可以抑制切削表面的凹凸。
基于以上的见解，完成了本发明，其要旨如下所述。
(1)一种切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，含有：
C：0.001～1.5％、
Si：3％或3％以下、
Mn：0.01～3％、
P：0.001～0.2％、
S：0.0001～1.2％、
Zn：0.001～0.5％、
N：0.0001～0.02％、
O：0.0005～0.05％。
(2)上述(1)所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有Sn：0.002～0.5％。
(3)上述(1)或(2)所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有B：0.0005～0.05％。
(4)上述(1)～(3)中的任一项所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有Cr：0.01～7％、Mo：0.01～3％、V：0.01～3％、Nb：0.001～0.2％、Ti：0.001～0.5％、W：0.01～3％中的1种或者2种或其以上。
(5)上述(1)～(4)中的任一项所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有Ni：0.05～7％、Cu：0.02～3％中的1种或者2种，同时在含有0.3％或其以上的Cu的场合，满足Ni％≥Cu％。
(6)上述(1)～(5)中的任一项所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有Al：0.001～2％、Ca：0.0002～0.01％、Zr：0.0003～0.5％、Mg：0.0002～0.02％中的1种或者2种或其以上。
(7)上述(1)～(6)中的任一项所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有Te：0.001～0.5％、Pb：0.01～0.7％、Bi：0.01～0.7％中的1种或者2种或其以上。
附图的简单说明
图1是表示切入式切削试验的概要的图，(a)是表示切入式切削试验方法的图，(b)是表示工具的移动的图。
图2是表示带缺口的小野式旋转弯曲试验片的图。
图3是表示渗碳条件的模式图，(a)是表示渗碳淬火的模式图，(b)是表示正火的条件的模式图。
实施发明的最佳方式
本发明的基本思想在于，通过除S以外还含有Zn作为钢的必须成分，可以不损害机械性能而提高切削性。
即，Zn是本发明特别重要的元素。Zn有使钢脆化的效果，具有提高切削性的效果，特别是有改善切削表面光洁度的效果。另外，由于不形成历来公知的MnS那样粗大的夹杂物的形态存在于基体中，所以机械性能的劣化可以抑制为最低限度。特别是作为各向异性，可以显著地看到该效果。相反，即使具有相同程度的机械性能，在添加Zn的场合下，也可以得到良好的切削性。这可以认为是由于因切削热而使温度上升时Zn的脆化效果显著。另外，可以认为，切削中在工具/被切削材料的界面上产生了润滑效果。Zn低于0.001％时，其效果小。另一方面，由于Zn在熔炼时非常容易气化，为了使Zn残留在钢液中，即使在凝固后也能维持超过0.5％的Zn量，就必须投入多量的Zn，但由于从成本这点出发在工业上不能成立，所以将0.5％取为上限。因此，将本发明钢的Zn成分的范围限定在0.001～0.5％。
除Zn以外，还可以含有Sn、B、Te等的切削性提高元素，但是单独加Sn不能提高切削性，通过与Zn相互作用可以提高切削性。
以下说明限定Zn以外的钢成分的理由。
C：0.001～1.5％
由于C与钢材的基本强度和钢中的氧含量有关，所以对切削性给予很大的影响。C添加多时，提高强度而降低切削性，因而将其上限取为1.5％。另一方面，为了防止降低切削性的硬质氧化物生成、同时抑制在凝固过程中微细气孔等在高温下固溶氧的弊害，必须适量地控制氧含量。单纯用吹炼，不仅会过分降低C量和增大成本，而且钢中氧含量会大量残留，引起微细气孔等不适宜。因此，将能够容易地防止微细气孔等的不适宜的C量0.001％取为下限。
Si：3％或其以下
Si的过度添加会降低热轧性，轧制等变得困难，但是适度的添加可以赋予机械性能或者使氧化物软质化，提高切削性。其上限是3％，在其以上时，热轧性降低，轧制等变得困难，难以工业生产。另外，会发生生成硬质氧化物、降低切削性等的弊害。
Mn：0.01～3.0％
Mn是作为脱氧元素，是用于使钢中的硫作为MnS被固定·分散的必要元素。另外是用于使钢中氧化物软质化、氧化物无害化的必要元素。其效果也依存于添加的S量，但在低于0.01％时，添加的S不能作为MnS被充分地固定，S形成FeS而变脆。Mn含量大时，质地的硬度增大，切削性和冷加工性降低，因而将3.0％作为上限。
P：0.001～0.2％
P在钢中使质地的硬度增大，不仅冷加工性而且热加工性和铸造特性也降低，所以必须将其上限取为0.2％。另一方面，因脆化使切削容易，是对切削性提高有效的元素，因而将其下限值取为0.001％。
S：0.0001～1.2％
S与Mn结合作为MnS夹杂物而存在。MnS可以提高切削性，但是延伸的MnS是锻造时发生各向异性的原因之一。应该避免大的MnS出现，但是从提高切削性的观点出发优选多量添加。因此，优选使MnS微细分散。为了提高切削性，添加0.0001％或0.0001％以上是必要的，优选0.001％或0.001％以上的添加。另一方面，超过1.2％时，不仅不能避免粗大的MnS的生成，而且因由FeS等造成的铸造特性、热变形特性的劣化在制造中会产生裂纹，所以将1.2％取为上限。
N：0.0001～0.02％
N在固溶N的场合下使钢硬化。特别是在切削时因动应变时效在刃尖附近硬化，使工具的寿命降低，但是有改善切削表面光洁度的效果。另外，与B结合时生成BN，可以提高切削性。N含量低于0.0001％时，看不到由固溶氮产生的表面光洁度提高的效果或由BN产生的切削性改善的效果，因而将0.0001％取为下限。另外，N含量超过0.02％时，因固溶氮多量存在，反而使工具寿命降低。另外，在铸造途中生成气泡，成为缺陷等的原因。因此，在本发明中，将其的弊害变得显著的0.02％取为上限。
O：0.0005～0.05％
O以自由状态存在的场合在冷却时形成气泡，成为微细气孔的原因。另外，为了使氧化物软质化、抑制对切削性有害的硬质氧化物也必须进行控制。另外，在MnS微细分散时作为析出核可以利用氧化物。O含量低于0.0005％时，不能使MnS充分地微细分散，生成粗大的MnS，给予机械性能以差的影响。因此，将0.0005％取为下限。另外，O含量超过0.05％时，在铸造中形成气泡而成为微细气孔，所以设定为0.05％或0.05％以下。
Sn：0.002～0.5％
Sn是软质金属，在钢中分布于晶界等中使钢脆化，由此可以提高切削性。在0.002％或0.002％以下时，看不到其效果，而超过0.5％时，因使钢脆化，铸造和轧制困难。因此将其范围取为0.002～0.5％。
B：0.0005～0.05％
B有提高切削性的效果。该效果在不足0.0005％时不显著，而即使超过0.05％添加，其效果也饱和，因热滞后BN过度多析出时，反而因铸造特性、热变形特性劣化在制造中产生裂纹。因此，以0.0005～0.05％作为其范围。
Cr：0.01～7％
Cr是提高淬透性、赋予抗回火软化性的元素。另外，多量添加时，可以得到耐腐蚀性。因此对于必须高强度化的钢要添加。该场合，必须添加0.01％或0.01％以上。但是多量添加时，生成Cr碳化物而脆化，所以以7％作为其上限。
Mo：0.01～3％
Mo是赋予抗回火软化性同时提高淬透性的元素。低于0.01％时，看不到其效果，由于即使超过3％添加，其效果也饱和，所以将0.01～3％作为其添加范围。
V：0.01～3.0％
V形成碳氮化物，可以通过二次析出硬化使钢强化。低于0.01％时，对高强度化没有效果，超过3％添加时，析出大量碳氮化物，反而损害机械性能，因而将3％作为上限。
Nb：0.001～0.2％
Nb也形成碳氮化物，可以通过二次析出硬化使钢强化。低于0.001％时，对高强度化没有效果，超过0.2％添加时，析出大量碳氮化物，反而损害机械性能，因而将0.2％作为上限。
Ti：0.001～0.5％
Ti也形成碳氮化物，使钢强化。另外，也是脱氧元素，因而可通过形成软质氧化物，提高切削性。低于0.001％时，看不到其效果，即使超过0.5％添加，其效果也饱和。另外，Ti在高温下形成氮化物，可以抑制奥氏体晶粒的长大。因此将其上限取为0.5％。
W：0.01～3％
W形成碳氮化物，可以通过二次析出硬化使钢强化。低于0.01％时，对高强度化没有效果，超过3％添加时，析出粗大的碳氮化物，反而损害机械性能，因而将3％作为上限。
Ni：0.05～7％
Ni可以强化铁素体，提高延展性，同时对提高淬透性、提高耐腐蚀性也是有效的。低于0.05％时，看不到其效果，超过7％添加时，由于在机械性能方面效果饱和，所以将7％作为上限。
Cu：0.02～3％
Cu可以强化铁素体，提高延展性，同时对提高淬透性、提高耐腐蚀性也是有效的。低于0.02％时，看不到其效果，超过3％添加时，由于在机械性能方面效果饱和，所以将其作为上限。另外，单独添加Cu时，会极端地降低热延性。成为裂纹等的铸造、轧制中故障的原因。其添加量超过0.3％的场合，为了使其避免制造上的故障，优选使Ni的添加量按照成为Ni％≥Cu％那样添加。
Al：0.001～2％
Al是脱氧元素，在钢中形成Al2O3或AlN。藉此，可以防止淬火时奥氏体晶粒的粗大化，对进一步提高韧性是有效的。但是低于0.001％时，看不到其效果，超过2％时，生成粗大的夹杂物，反而使机械性能降低。另外，由于Al2O3是硬质的，所以成为切削时工具损伤的原因，有时促进磨损。因此，将奥氏体晶粒粗大化效果饱和、Al2O3的弊害成为显著的2％作为上限。特别是在优先考虑切削性的场合下，优选取为不大量生成Al2O3的0.01 5％或0.01 5％以下，另外，在优先考虑氧化物软质化的场合下，优选在0.005％或0.005％以下。
Ca：0.0002～0.01％
Ca是脱氧元素，生成软质氧化物，不仅可以提高切削性，而且可以固溶于MnS中，降低它的变形能，在轧制和热锻中有抑制MnS形状延伸的作用。因此，是对降低各向异性有效的元素。低于0.0002％时，其效果不显著，超过0.01％添加时，不仅合格率极端地变差，而且大量地生成硬质的CaO、CaS等，反而使切削性降低。因此，将其成分范围规定为0.0002～0.01％。
Zr：0.0003～0.5％
Zr是脱氧元素，生成氧化物。氧化物可以成为MnS的析出核，对MnS的微细均匀分散有效果。另外，可以固溶于MnS中，降低它的变形能，在轧制和热锻中有抑制MnS形状延伸的作用。因此，是对降低各向异性有效的元素。低于0.0003％时，效果不显著，超过0.5％添加时，不仅合格率极端地变差，而且大量地生成硬质的ZrO2和ZrS等，反而使切削性降低。因此，将其成分范围规定为0.0003～0.5％。
Mg：0.0002～0.02％
Mg是脱氧元素，生成氧化物。氧化物可以成为MnS的析出核，对MnS的微细均匀分散有效果。因此，是对降低各向异性有效的元素。低于0.0002％时，效果不显著，超过0.02％添加时，不仅合格率极端地变差，而且效果饱和。因此，将其成分范围规定为0.0002～0.02％。
Te：0.001～0.5％
Te是提高切削性的元素。另外，生成MnTe或者与MnS共存，可以降低MnS的变形能，有抑制MnS形状延伸的作用。因此，是对降低各向异性有效的元素。该效果在低于0.001％时看不出来，超过0.5％时，效果饱和。
Pb、Bi：0.01～0.7％
Pb和Bi是对提高切削性有效的元素。该效果在低于0.01％时看不出来，超过0.7％添加时，不仅提高切削性的效果饱和，而且热锻特性降低，容易成为缺陷的原因。因此，分别将其含有量取为0.01～0.7％。
(实施例)
下面通过实施例说明本发明的效果。具有表1所示的化学成分的供试验材料的一部分用270t转炉熔炼后，初轧成方坯，再轧制成φ50mm的棒钢。其它部分用2t的真空熔炼炉熔炼、轧制。表2的实施例1～40所示的材料的切削性评价用钻头穿孔试验，表3中示出切削条件。以可切削至累积孔深1000mm的最高切削速度(所谓VL1000)来评价切削性。
另外，用切断工具复制工具形状，通过所谓切入式切削评价表面光洁度。图1显示了该试验方法的概要。即，如图1(a)所示，用工具3切削以切削方向1旋转的试验材料2，如图1(b)所示，移动工具3形成表面光洁度测定面4。另外，表4显示了切削条件。在试验中，测定加工200个沟的场合的表面光洁度(10点表面光洁度Rzμm)。这里，关于表2所示的切屑处理性，将切屑呈卷曲形状，但卷曲在5卷或5卷以下时切屑断开，生成短的切屑的场合标记为“○”，将超过5卷还不断开的生成长的切屑的场合表记为“×”。
表1
  实施例     化学成分(质量％)
    No. 区分 C  Si  Mn  P  S  Zn     Sn     B     Te     Pb     Bi     N  0
    1 发明例 0.009  0.007  1.540  0.071  0.502  0.0098  - - 0.0167  0.0178
    2 发明例 0.018  0.012  1.512  0.078  0.494  0.0063  0.014 - 0.0176  0.0190
    3 发明例 0.008  0.008  1.090  0.090  0.530  0.0075  0.016 - 0.0099  0.0179
    4 发明例 0.014  0.015  1.688  0.080  0.550  0.0039  0.009 0.0020 0.0083  0.0179
    5 比较例 0.011  0.013  1.410  0.074  0.458  -  - - 0.0111  0.0165
    6 比较例 0.019  0.013  1.430  0.071  0.468  -  0.029 - 0.0131  0.0159
    7 发明例 0.051  0.013  1.606  0.079  0.526  0.0064  - - 0.0091  0.0173
    8 发明例 0.024  0.004  1.429  0.077  0.467  0.1181  - - 0.0143  0.0198
    9 发明例 0.036  0.005  1.471  0.082  0.481  0.4462  - - 0.0083  0.0201
    10 发明例 0.057  0.007  0.919  0.081  0.452  0.0054  - 0.0030 0.0094  0.0183
    11 发明例 0.057  0.011  1.651  0.079  0.540  0.0058  0.013 - 0.0126  0.0191
    12 发明例 0.023  0.010  0.988  0.076  0.476  0.0070  0.015 - 0.0165  0.0183
    13 发明例 0.050  0.005  1.409  0.081  0.459  0.0067  0.015 0.0024 0.0126  0.0196
    14 比较例 0.024  0.009  1.424  0.082  0.464  -  - - 0.0132  0.0150
    15 发明例 0.076  0.010  0.983  0.074  0.322  0.0051  - - 0.0103  0.0197
    16 发明例 0.071  0.003  0.897  0.077  0.299  0.0034  0.007 - 0.0117  0.0198
    17 发明例 0.073  0.003  0.909  0.077  0.300  0.0049  0.011 0.0034 0.0098  0.0200
    18 发明例 0.083  0.007  0.861  0.088  0.287  0.0059  - - 0.275 0.0137  0.0151
    19 发明例 0.072  0.004  0.907  0.071  0.297  0.0092  0.020 - 0.271 0.0143  0.0177
    20 发明例 0.084  0.014  1.002  0.071  0.331  0.0085  0.019 0.0027 0.186 0.0142  0.0186
    21 发明例 0.078  0.013  0.889  0.085  0.292  0.0049  - - 0.113 0.0084  0.0199
    22 比较例 0.079  0 014  1.068  0.089  0.348  -  - - 0.0145  0.0202
    23 比较例 0.080  0.003  1.065  0.075  0.347  -  - - 0.279 0.0119  0.0186
    24 比较例 0.071  0.010  0.909  0.072  0.299  -  - - 0.177 0.0178  0.0157
    25 比较例 0.071  0.002  0.911  0.089  0.300  -  - - 0.119 0.0120  0.0208
    26 比较例 0.076  0.004  1.459  0.084  0.479  -  0.057 - 0.0099  0.0171
    27 发明例 0.073  0.012  1.533  0.073  0.503  0.0039  - - 0.0104  0.0197
    28 发明例 0.073  0.008  1.426  0.086  0.465  0.0079  0.009 - 0.0131  0.0182
    29 发明例 0.073  0.005  1.013  0.085  0.491  0.0070  0.017 - 0.0119  0.0200
    30 发明例 0.079  0.007  1.589  0.072  0.521  0.0066  0.017 0.0028 0.0130  0.0194
    31 比较例 0.087  0.015  1.624  0.082  0.530  -  - - 0.0176  0.0165
    32 发明例 0.080  0.002  2.204  0.079  0.720  0.0046  - - 0.0146  0.0152
    33 发明例 0.079  0.011  2.188  0.082  0.712  0.0060  - - 0.0090  0.0202
    34 发明例 0.088  0.002  2.147  0.084  0.699  0.0088  0.010 - 0.0105  0. 0155
    35 发明例 0.081  0.014  2.203  0.078  0.717  0.0035  0.019 0.0018 0.0140  0.0204
    36 比较例 0.077  0.003  2.056  0.077  0.672  -  - - 0.0141  0.0189
    37 发明例 0.075  0.012  0.332  0.083  0.087  0.0043  - - 0.0142  0.0206
    38 发明例 0.081  0.002  0.346  0.089  0.088  0.0095  0.020 - 0.0163  0.0169
    39 发明例 0.078  0 006  0.384  0.087  0.096  0.0056  0.012 0.0017 0.0129  0.0177
    40 比较例 0.071  0.012  0.326  0.090  0.083  -  - - 0.0178  0.0174
表2
    实施例     评价
    No. 区分     VL1000  表面光洁度     切屑处理性
    1 发明例     138     11.3     ○
    2 发明例     133     11.4     ○
    3 发明例     138     10.2     ○
    4 发明例     137     9.9     ○
    5 比较例     91     19.5     ○
    6 比较例     93     24.3     ○
    7 发明例     133     9.3     ○
    8 发明例     139     9.6     ○
    9 发明例     133     9.1     ○
    10 发明例     139     9.7     ○
    11 发明例     139     10.6     ○
    12 发明例     136     9.8     ○
    13 发明例     138     10.2     ○
    14 比较例     104     20.6     ○
    15 发明例     124     11.2     ○
    16 发明例     138     10.6     ○
    17 发明例     136     9.5     ○
    18 发明例     173     11.8     ○
    19 发明例     173     10.1     ○
    20 发明例     176     9.4     ○
    21 发明例     137     10.4     ○
    22 比较例     79     22.2     ×
    23 比较例     154     9.5     ○
    24 比较例     153     11.5     ○
    25 比较例     97     22.2     ○
    26 比较例     72     19.7     ×
    27 发明例     127     11.1     ○
    28 发明例     125     10.9     ○
    29 发明例     131     11.0     ○
    30 发明例     131     9.1     ○
    31 比较例     86     23.6     ○
    32 发明例     138     9.4     ○
    33 发明例     134     10.9     ○
    34 发明例     134     11.7     ○
    35 发明例     136     11.5     ○
    36 比较例     93     21.9     ○
    37 发明例     93     11.3     ○
    38 发明例     92     10.9     ○
    39 发明例     98     9.3     ○
    40 比较例     71     19.2     ×
表3
切削条件  钻头 其它
切削速度    10～200m/min进给量      0.33mm/rev非水溶性切削油 φ5mmNACHI普通钻头外伸量65mm 孔深      15mm工具寿命  直至折损
表4
切削条件 工具 其它
切削速度  80m/min进给量    0.05mm/rev非水溶性切削油 相SKH51前角15°后角6° 外伸评价计时    200循环
发明例相对于任一个比较例其钻头工具寿命都优良，同时在切入式切削中的表面光洁度良好。尽管它们的C、S等的添加量不同，但其等级没有改变，添加Zn、Sn、B等的元素的场合，与相同C、S等的比较钢相比，工具寿命和表面光洁度优良。S量多者有切削性良好的倾向，但即使是S量比较少的场合，也可以看到对切屑处理性的改善。
另一方面，即使在按照实施例中的比较例6和26那样添加Sn的场合，只要不添加Zn，切削性就不能提高。
另外，即使是含有历来周知的Te、Pb、Bi等的切削性提高元素的场合，添加Zn的一方显示出更优良的切削性。
同样，将评价以结构用碳素钢作为基础的钢的切削性、机械性能的试样的化学成分示于表5，评价结果示于表6。分别的供试验材料的一部分用270t转炉熔炼后，初轧成方坯，再轧制成φ65mm的棒钢。其它部分用2t的真空熔炼炉熔炼、轧制。
冲击值(J/cm2)根据JIS制成深度2mm的U型缺口试验片进行评价。
关于含有0.1％左右的C的实施例41～43的切削性评价用钻头穿孔试验，表3示出切削条件。以可切削至累积孔深1000mm的最高切削速度(所谓VL1000)来评价切削性。
另外，用切断工具复制工具形状，通过所谓切入式切削评价表面光洁度。在试验中，测定加工200个沟的场合的表面光洁度。由表4表示的切入式切削评价表面光洁度。
由于涉及含有约0.3％的C的实施例44～46和超过它们的C量的实施例47～77重视机械性能，所以显示了冲击值和其各向异性。这里，在显示从钢棒的横断面方向切出的试样的冲击值(“C方向”栏)的同时，作为各向异性显示了(横断面方向试样的冲击值)/(长度方向试样的冲击值)(“各向异性”栏)。该值越大，表示各向异性越小。
另外，实施例47～77的切削性评价用钻头穿孔特性VL1000进行，用表7示出的切削条件进行评价。该场合不评价切削表面光洁度。
表5
Figure C0381344400171
表6
实施例     切削性     硬度HV     冲击值
No. 区分 VL1000 表面光洁度 C方向 各向异性
    41     发明例     65     20.3     128     -     -
    42     发明例     65     21.2     132     -     -
    43     比较例     45     33.5     132     -     -
    44     发明例     52     -     167     53.4     0.55
    45     发明例     57     -     165     53.4     0.53
    46     比较例     43     -     174     52.1     0.55
    47     发明例     47     -     194     41.6     0.52
    48     发明例     50     -     184     38.1     0.55
    49     比较例     37     -     196     38.0     0.59
    50     发明例     44     -     206     36.2     0.45
    51     发明例     36     -     215     35.3     0.46
    52     比较例     25     -     203     35.9     0.48
    53     比较例     46     -     199     18.9     0.29
    54     发明例     45     -     210     35.4     0.44
    55     发明例     37     -     202     37.3     0.58
    56     比较例     26     -     208     36.9     0.53
    57     发明例     43     -     206     36.6     0.54
    58     发明例     44     -     212     35.9     0.51
    59     比较例     26     -     212     37.7     0.51
    60     发明例     38     -     201     37.3     0.51
    61     发明例     42     -     205     35.9     0.46
    62     比较例     25     -     202     36.4     0.51
    63     发明例     45     -     198     41.4     0.63
    64     发明例     50     -     192     39.8     0.52
    65     比较例     34     -     193     41.4     0.54
    66     发明例     50     -     202     41.5     0.66
    67     发明例     50     -     192     39.0     0.53
    68     比较例     35     -     196     41.2     0.54
    69     发明例     46     -     205     38.5     0.51
    70     发明例     48     -     204     40.0     0.64
    71     比较例     31     -     201     39.6     0.55
    72     发明例     48     -     206     40.4     0.59
    73     发明例     48     -     192     38.7     0.50
    74     比较例     31     -     208     38.6     0.48
    75     发明例     47     -     193     38.9     0.59
    76     发明例     48     -     205     41.2     0.52
    77     比较例     35     -     203     40.4     0.64
表7
切削条件 钻头 其它
切削速度    1～200m/min进给量      0.25mm/rev非水溶性切削油 φ3mmNACHI普通钻头外伸量45mm 孔深      9mm工具寿命  直至折损
在实施例41～43的比较中，发明例在VL1000和表面光洁度方面更胜过比较例。另外，关于实施例44～77，可以明显看出，尽管发明例相对于含有大体同等的C和其它合金元素的比较例、其硬度HV、横断面方向试样的冲击值和(横断面方向试样的冲击值)/(长度方向试样的冲击值)是大体同等的，但发明例的一方其VL1000却良好，切削性优异。
另外，在如比较例53那样使S增量提高切削性的场合，由于冲击值的各向异性降低，可以认为，作为结构用钢，其性能比发明例47、48差。
表8中示出以多量添加合金元素、提高淬透性的钢作为基础的实施例。供试验材料的一部分用270t转炉熔炼后，初轧成方坯，再轧制成φ50mm。其它部分用2t的真空熔炼炉熔炼、轧制。
实施例78～82涉及以SCr420作为基础的钢，实施回火(920℃×1hr→空冷)后，供于切削试验。切削性评价用钻头穿孔试验，切削条件与表5相同，评价项目是可切削至累积孔深1000mm的最高切削速度(所谓VL1000)。该VL1000的单位是m/min，越大越良好，工具寿命越优良。另外，测定硬度，同时制成如图2所示的在φ9mm的试样上形成R1.16mm的缺口的带缺口的小野式旋转弯曲试验片，在图3(a)及(b)所示的条件下渗碳后评价疲劳特性。
其结果，尽管图3(b)所示的回火后的硬度几乎是相同的，而VL1000仍然是开发钢一方优良。可以明显看出，渗碳后的疲劳特性几乎是相同的，尽管本发明技术提高了切削性，但是其后的齿轮性能却没有降低。
表8
  实施例     化学成分(质量％) 切削性VL1000 硬度HV 疲劳极限MPa
  No.   区分   C   Si   Mn     P     S     Zn     Sn     B     Cr     Al     N     O
  78   发明例   0.21   0.19   0.71   0.016   0.013   0.0075   -   -   1.05   0.032   0.0056   0.0021     66   157   499
  79   发明例   0.20   0.19   0.70   0.018   0.017   0.0032   -   0.0027   0.94   0.034   0.0050   0.0059     70   153   505
  80   发明例   0.18   0.19   0.72   0.014   0.013   0.0078   0.0163   -   1.09   0.032   0.0045   0.0056     72   149   496
  81   比较例   0.21   0.19   0.79   0.020   0.013   -   -   -   0.94   0.026   0.0056   0.0052     54   150   502
  82   比较例   0.19   0.19   0.71   0.016   0.046   -   -   -   0.91   0.018   0.0060   0.0042     73   149   485
表9中示出以多量添加合金元素、提高淬透性的钢作为基础的实施例。供试验材料的一部分用270t转炉熔炼后，初轧成方坯，再轧制成φ50mm。其它部分用2t的真空熔炼炉熔炼、轧制。切削性评价用钻头穿孔试验，切削条件与表7相同，评价项目是可切削至累积孔深1000mm的最高切削速度(所谓VL1000)。
实施例83～88以SCM440作为基础钢，通过淬火、回火处理使其硬度与HV310左右相符，切削性评价以VL1000进行。另外，作为机械性能以冲击值进行了评价。从棒钢的长度方向切出试样，由JIS3号试验片(2mmU型缺口试验片)测定冲击值。其结果，尽管发明例相对于比较例具有大体相同的硬度、冲击值(J/cm2)，可是切削性VL1000却比比较例更大、更优良。
另外，实施例89～94以轴承钢作为基础，通过球化退火处理700℃×20hr保温而软质化，测定切削性VL1000。其结果，尽管发明例与比较例相比具有大体同等的硬度，可是其切削性VL1000却大，比比较例优良。
表9
  实施例     化学成分(质量％) 切削性VLl000 硬度HV 冲击值长度方向
  No.   区分   C   Si   Mn   P   S     Zn     Sn     B   Cr   Mo    W     Ni     Cu     Al     N     0
  83   发明例   0.39   0.19   0.75   0.013   0.017   0.0067   -   -   1.02   0.17   0.026   0.0053   0.0013     13  315     61.8
  84   发明例   0.40   0.20   0.74   0.013   0.017   0.0065   0.0148   -   0.97   0.22   0.031   0.0064   0.0015     10  309     77.3
  85   比较例   0.43   0.19   0.74   0.013   0.016   -   -   -   0.91   0.28   0.018   0.0046   0.0017     7  308     64.9
  86   发明例   0.39   0.21   0.72   0.013   0.019   0.0094   -   -   1.10   -   0.33   0.033   0.0060   0.0016     13  307     75.3
  87   发明例   0.42   0.21   0.71   0.014   0.018   0.0098   0.0207   -   1.07   -   0.29   0.021   0.0055   0.0014     12  317     69.5
  88   比较例   0.39   0.19   0.79   0.013   0.018   -   -   -   0.95   -   0.2l   0.016   0.0052   0.0014     8  305     70.9
  89   发明例   0.22   0.22   0.59   0.018   0.020   0.0034   -   -   0.48   0.17 1.82   0.030   0.0055   0.0036     34  266     107.4
  90   发明例   0.19   0.19   0.55   0.017   0.014   0.0062   -   0.0024   0.47   0.24 1.76   0.10   0.021   0.0050   0.0030     35  273     101.5
  91   比较例   0.20   0.18   0.57   0.017   0.016   -   -   -   0.46   0.25 1.83   0.09   0.026   0.0056   0.0051     29  275     105.9
  92   发明例   0.98   0.30   0.51   0.028   0.027   0.0058   -   -   1.50   0.029   0.0065   0.0009     24  276     -
  93   发明例   0.98   0.33   0.53   0.018   0.020   0.0099   0.0213   -   1.44   0.034   0.0056   0.0009     23  272     -
  94   比较例   0.99   0.2l   0.52   0.017   0.024   -   -   -   1.49   0.019   0.0045   0.0011     15  271     -
产业上的可利用性
根据本发明，可以促进钢中基体的断裂，对于低于0.15％C含量的所谓低碳易切削钢，可以改善其工具寿命和切削表面光洁度，即使在不含有Pb的场合，也能够得到良好的工具寿命和切削表面光洁度，另外，即使对于含有0.15％或0.15％以上C的结构用钢，也可以提高其切削性，同时可将机械性能的劣化、特别是各向异性抑制为最低限度。或者说，与具有相同程度机械性能的钢相比，本发明钢可以得到更良好的切削性。

Claims (7)

1.一种切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，含有：
C：0.001～1.5％、
Si：3％或其以下、
Mn：0.01～3％、
P：0.001～0.2％、
S：0.0001～1.2％、
Zn：0.001～0.5％、
N：0.0001～0.02％、
O：0.0005～0.05％，
所述钢不含钙。
2.根据权利要求1所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有Sn：0.002～0.5％。
3.根据权利要求1或2所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有B：0.0005～0.05％。
4.根据权利要求1所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有：
Cr：0.01～7％、
Mo：0.01～3％、
V：0.01～3％、
Nb：0.001～0.2％、
Ti：0.001～0.5％、
W：0.01～3％中的1种或者2种或其以上，
以质量％计，还含有Ni：0.05～7％、Cu：0.02～3％中的1种或者2种，同时在含有0.3％或0.3％以上Cu的场合，满足Ni％≥Cu％，
以质量％计，还含有：
Al：0.001～2％、
Zr：0.0003～0.5％、
Mg：0.0002～0.02％
中的1种或者2种或2种以上，
以质量％计，还含有：
Te：0.001～0.5％、
Pb：0.01～0.7％、
Bi：0.01～0.7％中的1种或者2种或2种以上。
5.根据权利要求4所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有Sn：0.002～0.5％。
6.根据权利要求4所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有B：0.0005～0.05％。
7.根据权利要求4所述的切削性优异的钢，其特征在于，以质量％计，还含有Sn：0.002～0.5％，B：0.0005～0.05％。
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