CN100404717C

CN100404717C - 易切削钢和采用这种钢的燃料喷射系统元件

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Publication number: CN100404717C
Application number: CNB2004100921421A
Authority: CN
Inventors: 狩野隆; 迫间保弘; 朝冈纯也; 清水真树; 森克巳; 远藤久志
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: JP4141405B2; US7338630B2; US20050089437A1; EP1528114A1; JP2005154886A; DE602004017397D1; CN1611626A; EP1528114B1

Abstract

本发明提供一种易切削钢，其能抑制粗糙夹杂物的生成，同时具有高疲劳强度和理想的切削性能。此易切削钢旨在解决上述的问题，其主要由以下物质组成：以质量百分比计，C：0.1—0.5%，Si：0.05—2.5%，Mn：0.1—3.5%，S：0.0005—0.004%，Al：0.01—0.06%，Ti：0.003—0.01%，O：最高达0.0015%，N：0.003—0.01%，Bi：0.015—0.025%，余量为铁和不可避免的杂质，且要满足下面的公式(1)：-4.8≤log(([N]-0.0015)×[Ti]^0.98)≤-4.3公式(1)

Description

易切削钢和采用这种钢的燃料喷射系统元件

技术领域

本发明涉及一种易切削钢和采用这种钢的燃料喷射系统元件。

背景技术

在需要极好的易切削性材料的领域，含铅的易切削性钢被广泛使用。然而，从新近环境保护的观点，这种具有高毒性的，能改善切削性能的元素如铅，被更加严格的控制使用，因此，寻找一种替代钢变得更加迫切。铋是一种已知的能有效改善切削性能的铅的替代元素。另外一种已知的替代材料举例来说是以硫为其主要成分的能改善切削性能的材料。采用这种材料的目的是为了能生产一种主要包含MnS基化合物的夹杂物，通过增强在形成切屑的过程中夹杂物上的应力集中以及机床和切屑间的润滑作用，从而提高其切削性能和磨削性能。

另一方面，在新近趋势中，在降低重量，减少尺寸和提高机械结构和如车辆工具部件的各种元件的性能方面，对具有高疲劳强度的钢存在迫切的需要。在疲劳环境中，当疲劳应力加在钢上时，任何缺陷如在组织中的夹杂物都会导致疲劳应力集中，由此缺陷引起的内部疲劳损坏将会发生。因此，需要控制组织中的夹杂物的尺寸和含量，这在日本公开的专利文件No.2003-64412中已经描述了。

在获得理想的切削性能方面，易切削钢中加入夹杂物是有益的，但是在获得高疲劳强度方面，高疲劳强度钢中加入夹杂物是无益的，因而在是否采用夹杂物的观点上两者是相互矛盾的。因此，要实现易切削钢具有高疲劳强度是极端困难的。

此应用的一个特殊的领域如燃料喷射系统元件。对于燃料系统来说，由于排放法规逐年的越来越严格，需要不断的提高燃料喷射压力。因而，此系统中的任何组件都将会遭受更大的反复的压力作用。因此组件需要具有高的疲劳强度，同时就减少加工费用来说，也需要具有理想的切削性能。

因此，本发明的一个目的是提供一种能抑制粗糙夹杂物的生成，且具有高疲劳强度和理想的切削性能的易切削钢，同时，也提供采用这种易切削钢的燃料喷射系统。

发明内容

本发明的旨在解决上述问题的易切削钢的基本成份及其质量百分比为：C：0.1-0.5％，Si：0.05-2.5％，Mn：0.1-3.5％，S：0.0005-0.004％，Al：0.01-0.06％，Ti：0.003-0.01％，O：最高达0.0015％，N：0.003-0.01％，Bi：0.015-0.025％，以及其余为铁和不可避免的杂质，且要满足下面的公式(1)：

-4.8≤log(([N]-0.0015)×[Ti]^0.98)≤-4.3 公式(1)

在高疲劳强度钢中(特别是硬度为300Hv或者以上)，在钢组织的所有夹杂物中，具有极值尺寸(extreme size)的夹杂物容易作为疲劳断裂初始点。当疲劳强度变得较大时，甚至较小的夹杂物也可以成为疲劳断裂初始点。因此，减少具有极值尺寸的夹杂物的尺寸是很必要的，因为这种夹杂物可能会阻碍钢的高疲劳强度的实现。如上面所描述的，极值尺寸杂物的尺寸与数量(可产生夹杂物的元素)相比更重要。为了同时实现高疲劳强度和高切削性能，要尽可能的减少粗糙夹杂物的产生，同时要尽可能提高细小夹杂物的形成。

本发明中的易切削钢加入Bi和S作为可产生夹杂物的元素。在钢组织中Bi聚集形成Bi金属夹杂物，S主要与Mn结合形成硫化物基夹杂物。在钢组织仅仅加入作为可产生夹杂物的元素的Bi将会在这里以聚集的形式产生粗糙的Bi金属夹杂物，这样就会造成疲劳强度的降低。另一方面，已知S可作为可产生夹杂物的元素和Bi一起加入，这样就会在硫化物基夹杂物的周围使Bi聚集，本发明者发现硫化物基夹杂物分散到一个相对于Bi含量的合适的数量，能够有效的防止聚集在硫化物基夹杂物周围的Bi形成粗糙的颗粒，同时也能够抑制以单个实体存在的粗糙Bi金属夹杂物的产生。换句话来说，本发明者发现通过控制硫化物基夹杂物的分散抑制Bi的聚集，从而使Bi金属夹杂物能够减到最小。

图5A和5B分别表示本发明的易切削钢和仅仅加入Bi作为可产生夹杂物的元素的钢的SEM图。从图中可以看出，图5B中表示以聚集方式形成的粗糙的Bi金属夹杂物，在图5A中表示的本发明的易切削钢生成了一种由硫化物基夹杂物和Bi金属夹杂物杂合而成的复合夹杂物(更进一步细说，复合夹杂物包括硫化物基夹杂物和聚集在其边界的Bi)，其中，硫化物基夹杂物是单个实体，同样Bi金属化合物也作为单个实体，所有这些都有很小的尺寸。

如前面段落所述，硫化基夹杂物能对抑制Bi的聚集产生一定的作用，然而硫化基夹杂物自身容易形成大的颗粒。在本发明中，为了使硫化物基夹杂物微粒化而限制了S的添加量，同时，添加微量的Ti。本发明者提出了能引起我们的关注的硫化物基夹杂物的生成机理，从而达到控制尺寸使尺寸更小的目的，此生成机理是通过先固化熔化的钢，然后使MnS沉淀在晶核的周围从而生成通常由如TiN组成的细微的晶核。这样粗糙的硫化物基夹杂物就几乎不可能生成，同时可能在钢组织中生成大量的细微的硫化物基夹杂物。因为硫化物基夹杂物也能使Bi金属夹杂物变得细微，所以存在于钢组织中的所有的夹杂物都变得细微。

下面的段落将会描述本发明中钢成份限制的理由。

C(碳)：0.1-0.5％

加入C的目的是为了提高钢的强度。当C的含量小于0.1％时可能会导致钢的强度不够。另一方面，当C的含量超过0.5％时可能会导致钢的硬度过分增加，从而会对切削性能产生不良的影响。C含量更优选的范围是0.1-0.4％。当在强度更重要的情况下，C的含量优选0.32-0.39％。另一方面，当抗拉强度更重要的情况下，C的含量优选0.12-0.18％。

Si(硅)：0.05-2.5％

含有的Si作为还原剂，这也是一种作为固溶强化的元素以有效提高钢的强度的元素，为了达到此效果，其含量必须是0.05％，含量过多将会增加钢的硬度和降低切削性能。因此，Si的添加量优选0.15％或者更高。因为在本发明中还原反应主要由Al控制，所以从提高切削性能方面来考虑，Si含量优选2.5％或者更少。Si的含量更优选1.0％或者更少，还更优选0.35％或者更少。

Mn(锰)：0.1-3.5％

Mn和S化合生成硫化物基夹杂物，从而对提高切削性能有益。Mn含量小于0.1％或者更少时可能会导致FeS的形成，从而会降低热加工性能。Mn的添加量更优选0.55％或者更高。但是，当含量超过3.5％将会增加钢的硬度，从而降低切削性能。Mn的添加量更优选2.0％或者更少，还更优选0.90％或者更少。

S(硫)：0.0005-0.004％

S和Mn化合生成硫化物基夹杂物，从而对提高切削性能有益。如上面所述，硫化物基夹杂物能对抑制Bi的聚集和粗糙颗粒的生成产生较好效果。生成的Bi金属夹杂物的量和硫化物基夹杂物的量之间的平衡是取得上述效果的主要因素，其中在本发明中S的含量必须是0.0005％或者更高。另一方面，为了使在钢组织中生成的硫化物基夹杂物微粒化，有必要控制S的含量使之低到0.004％或者更低。添加剂S的含量优选0.003％或者更少，在后面将会对夹杂物进行更加详细的描述。

Al(铝)：0.01-0.06％

含有的Al作为还原剂。为了消除以Al₂O₃形式存在的任何氧化物基夹杂物，添加的Al的含量为0.01％或者更多。然而，Al的含量过多将会导致二级脱氧产品的增加，所以Al含量的上限优选0.06％。

Ti(钛)：0.003-0.01％

Ti能生成TiN。TiN能作为硫化物基夹杂物中非均匀晶核的生成地点，因而TiN的微分散对硫化物基夹杂物的微分散是有益的，进而会阻止Bi的聚集和粗糙化。为了实现上述效果，Ti的含量必须为0.003％或者更高，更优选0.005或者更高。但是，含量过多将会导致TiN的粗糙化，进而降低疲劳强度，因此含量的上限优选0.01％。Ti含量的范围更优选0.005-0.008％。

O(氧)：最高达0.0015％

O包含在熔化的钢中，因而不可避免的存在于钢中。过高的氧含量可能会增加氧化物基夹杂物的数量，因此含量的上限是0.0015％。、

N(氮)：0.003％至0.01％

N能生成TiN和AlN。在上面已经描述，TiN对于硫化物基夹杂物的微粒化是必要的，AlN对于防止在渗碳作用中晶粒粒径的粗糙化是必要的。为了达到上述效果，加入的N的含量为0.003％或者更多。N的含量过多将会使TiN和AlN粗糙化，从而降低疲劳强度，因此N的含量的上限优选0.01％。N含量的范围更优选0.004％-0.008％。

Bi(铋)：0.015％-0.025％

Bi的加入是为了提高切削性能，为了提高钻削性能，添加的Bi的含量为0.015％或者更多。过多的含量将会导致Bi金属夹杂物的粗糙化，从而降低疲劳强度，因此Bi含量的上限优选0.025％。

-4.8≤log(([N]-0.0015)×[Ti]^0.98)≤-4.3 公式(1)

※见图1

本发明采用TiN作为晶核以生成细微的硫化物基夹杂物。公式(1)详细说明了能够产生作为硫化物基夹杂物的晶核的细微TiN的[Ti]和[N]。在这里说明的是，[]表示给出的元素的含量(质量百分比)。同样也要说明的是基于生成[TiN]的经验规律，[Ti]和[N]被分别修正为([N]-0.0015)和[Ti]^0.98。

为了生成能产生硫化物基夹杂物的晶核的量的TiN，log(([N]-0.0015)×[Ti]^0.98)的值必须是-4.8或者更高。当此值小于-4.8时将会以溶解的方式稳定Ti和N，可能会导致不能生成TiN。另一方面，log(([N]-0.0015)×[Ti]^0.98)的值太大可能会使得到的TiN粗糙化，从而可能降低疲劳强度。因此，此值的上限值是-4.3。这样就可能抑制粗糙TiN的生成。

在图1中以带状形式表示的区域能满足上述的公式(1)，在这个带状区域中(集中环境)，生成的TiN为合适的尺寸。因此，在TiN晶核周围生成的硫化物基夹杂物被微粒化，从而使Bi金属夹杂物也微粒化。

在本发明的易切削钢中，优选的是在钢组织中存在的这些夹杂物中，复合夹杂物，其中硫化物基夹杂物和Bi金属夹杂物相互杂合，它的最大尺寸通过极值统计法(extreme value statistics)估计为25微米或者更小，以及

以单实体形式存在的硫化物基夹杂物的最大直径

通过极值统计法估计为20微米或者更小。

以单实体形式存在的Bi金属夹杂物中的最大直径

通过极值统计法估计为20微米或者更小。

极值统计法是一种估计存在于随机区域中最大夹杂物的尺寸

的方法。这种方法是通过在一定数量的测试片中，测量位于某些单元区域中的最大夹杂物的尺寸，然后在极值总体表中绘出测量的值。如上面所述，本发明中易切削钢的钢组织中主要存在三种夹杂物；它们是以单实体形存在的硫化物基夹杂物，以单实体形式存在的Bi金属基夹杂物和这些夹杂物的复合夹杂物；疲劳强度取决于这些极值尺寸夹杂物的尺寸大小。因此，理想的疲劳强度能够通过以下方式实现，即将单个极值尺寸夹杂物的尺寸

规定为：

为25微米或者更小，

的值为20微米或者更小，

的值为20微米或者更小。

本发明中的易切削钢可进一步含有量最高为3.5％的Cr和含量最高为2％的Mo中的一种或者两种。这些元素能适当的脆化钢基体组织，在切削过程中中止切屑的产生，同时能抑制鸟巢状连续切屑的形成。当这些元素的添加量超过各自的上限值时将会过度硬化钢基体组织，同时会不理想地降低切削性能。Cr的添加量更优选2.0％或者更少，特别优选1.25％或者更少。Mo的添加量更优选1.0％或者更少，特别优选0.35％或者更少。另一方面，当刻意添加这些元素时，Cr的添加量优选调整到0.85％或者以上，Mo的添加量优选调整到0.15％或以上。

为了制造上述的易切削钢，本发明采用了制造这种易切削钢的以下方法，这种方法按顺序实施添加Ti的Ti添加步骤和添加Bi的Bi添加步骤，同时使熔融钢中的N浓度保持在100ppm或者更低。更具体地说，在溶融钢中的N浓度保持在100ppm或者更低的同时，添加Ti的步骤的实施可能生成由TiN或者类似物组成的细微晶核，同时允许细微的硫化物基夹杂物沉积在晶核的周围。接下来添加Bi的步骤，在细微硫化物夹杂物已经生成的状态时实施，也能成功地使Bi金属夹杂物微粒化。如上面所述，这样就可能控制硫化物基夹杂物和Bi金属夹杂物尺寸的减少。在熔融金属中的N浓度更优选调节为80ppm或者更低。

Bi添加步骤优选这样实施，添加Bi的速度为每分钟每吨熔融钢0.05千克至每分钟每吨熔融钢0.20千克，且包括两个边界速度。Bi悬浮在熔融金属上而不是溶解于其中，所以Bi优选在精炼过程的最后阶段加入。因为Bi的悬浮或蒸发，过低的添加速度可能会使Bi的产率降低。因此Bi的下限添加速度为每吨溶融钢每分钟0.05千克，更优选每吨熔融钢每分钟0.07千克。另一方法，过快的添加速度可能会导致Bi和在底部由难熔物质形成的盘反应或者导致Bi的滞留，从而再一次降低Bi地产率，因此上限优选每吨熔融钢每分钟0.20千克，更优选每吨熔融钢每分钟0.18千克。

上面描述的本发明的易切削钢优选使用在燃料喷射系统元件中。上述本发明中的易切削钢既具有高的疲劳强度，同时能达到理想的切削性能，能抵抗反复施加的强的应力，能减少切削加工成本，还能优选应用到燃料喷射系统的元件上。被施加极高应力的燃料喷射系统的例子包括柴油机共轨的轨道压力累积器的主单元，泵缸，喷射器下部，喷油嘴孔和喷射器嘴体(后面详述)。

本发明的易切削钢特别优选使用在具有接合孔的燃料喷射系统中，许多的燃料喷射系统具有接合孔，然而在接合孔附近的部分在反复施加高应力作用下将会导致疲劳损坏。由于其高的疲劳强度，本发明的易切削钢优选应用到具有引起高疲劳损坏的接合孔的燃料喷射系统元件中。

因为使用Bi作为改善切削性能的元素，本发明的易切削钢也使对需要狭长孔的燃料喷射系统元件的切削变得顺利。切削过程中通常使用切削油来改善切削边缘的润滑性能，其中在加工狭长孔时可能不顺利，因为润滑油不能达到孔深处的切削边缘。但是，具有相对较低低的熔点(283℃)的Bi能在切削温度下迷熔化，在切削边缘变成液体，所以溶融的Bi甚至在润滑油不能到达的孔的深处部分也能改善润滑性能，从而使切削变得顺利。

附图说明

图1表示取决于Ti和N的浓度的硫化物基夹杂物的微粒化曲线图；

图2表示硫化物基夹杂物的最大直径[

]与S的浓度的关系曲线图；

图3表示Bi金属夹杂物的最大直径[]与Bi的浓度的关系曲线图；

图4表示Bi金属夹杂物的最大直径[

]与S的浓度的关系曲线图；

图5A和5B是表示夹杂物观察结果的照片；

图6表示切削性能评估结果的曲线图；

图7表示采用本发明的易切削钢的燃料喷射系统元件(喷射器)的剖视图；

图8表示采用本发明的易切削钢的燃料喷射系统元件(共轨)的示意图；

具体实施方式

接下来的段落将会参照附图对本发明的实施例进行描述。

本发明中的燃料喷射系统元件，或者采用本发明的易切削钢的燃料喷射系统元件，可以配置在共轨型燃料喷射系统中，这种共轨型燃料喷射系统是公众熟知的使用在柴油机上的一种燃料喷射系统。共轨型燃料喷射系统是这样配置的，由图中未示出的燃料泵供应的高压燃料在共轨3中聚积(见图7)，分别流入到发动机各个气缸上的喷射器2(典型的电磁燃料喷射阀：见图8)中，然后各气缸喷射器的高压燃料按照预定的时刻喷入到发动机的各个气缸中。

如图7所示的共轨3的泵侧管连接部分32与通向燃料泵的高压油管相连。共轨的喷射器侧管连接部分31与通向喷射器2的高压油管(见图8)相连，其中每个连接部分31，32都具有狭长的通孔34。共轨3主单元的中空部分和各个通孔34相互交叉形成连接孔C。

如图8所示的喷射器2且有通孔如孔21和喷嘴23，来自共轨3(见图7)的高压燃料通过孔21加入，燃料通过喷嘴23喷射，其中所述通孔分别形成连接孔C。

这样配置的共轨3和喷射器2连续的被施加高压作用，这里的高压与燃料喷射压力相等，因而需要高的疲劳强度来抵抗这些高压作用。这些元件中分别具有大量的连接孔C，在这些连接孔C的周围部分非常容易导致疲劳损坏，因此需要具有特别高的疲劳强度。

此外，就形成复杂几何结构的狭长的通孔而言，也需要具有理想的切削性能。

本发明中的易切削钢同时具有高疲劳强度和理想的切削性能，因而是作为这些元件很好的的原材料。

本发明中的易切削钢不仅仅能运用到共轨3和喷射器2中，还能运用到共轨喷射系统的其它元件上。例如，图中未示出的燃料泵具有压力应用装置如供应燃料的汽缸，其中本发明中的易切削钢可优选应用到这样的部分。压力应用装置如汽缸具有在这里形成的连接孔，这样支持了本发明的易切削钢的适合性。

为了证明本发明的这些效果进行了下面的试验。

首先，将以表1中的成分(质量百分比)混合配料而得到的每个150千克的钢锭在高频感应电炉中熔融，然后是在适当的温度1,100℃-1,250℃下加热以进行热煅，从而形成外径为55毫米的圆柱(锻造率：大约为8)。圆柱进一步在950℃下加热一小时，然后空气冷却(标准化热处理)，对之进行单个测试。其次，将以表2中的成分(质量百分比)混合配料而得到的每个5吨的钢锭，在电炉中迷熔融，然后是在适当的温度1,100℃-1,250℃下进行热轧，从而形成外径为32毫米的圆柱(锻造率：大约为8)。圆柱进一步在950℃下加热一小时，然后空气冷却(标准化热处理)，对之进行单个测式。

(以对钢组织观察和极值统计法为基础对最大夹杂物的尺寸

进行估计)

磨光垂直于轴线的圆柱形试件的截面部分使之成为镜面表面，各自的面积为0.1mm²的10个视野随意的设在位于中轴线上的磨光截面上，利用光学显微镜(放大倍数：大约为×400)在各个视野中对钢组织进行观察。对在每个视野中观察到的图像进行分析，对最大夹杂物的尺寸进行测量，同时将得到的值绘制在极值总体表中，从而在采取预定的面积为30000mm²内估计最大夹杂物的尺寸值

。需要解释的是经过EMPA和X射线的衍射测量，这里的夹杂物初始确定是MnS基和/或Bi基的化合物。结果表示在表1和表2中。

从表1和表2中能清楚的了解到，具有本发明的必要的特性(更具体的是为25μm或者更少，

为20μm或者更少，

为20μm或者更少)改善后的钢1-12中，钢组织中的所有夹杂物都被微粒化。

图1表示取决于Ti和N的浓度的硫化物基夹杂物的微粒化，Ti和N形成的TiN作为硫化物基夹杂物的晶核。从图中可知，其成分落在能满足公式(1)的带状成分范围内的试样能使硫化物基夹杂物微粒化。同样也能得出，在相对带状成分范围向左下方偏移的的成分范围内不能生成TiN，在相对带状成分范围向右上方偏移的的成分范围内生成粗糙的TiN颗粒。

基于上面已经描述的各自的原因，Ti的浓度和N的浓度都限制在一定范围内(如图1中的正方形成分范围，其中内部正方形表示更优选的成分范围)，所以本发明所保护的范围落在正方形成分范围和带状成分范围重叠的部分。如图2示出硫化物基夹杂物的最大直径[

]与S的浓度的关系。通过生成TiN使硫化物基夹杂物微分散的实施例能够顺利的得到在S的质量浓度为0.008％或者更小或者附近的范围内微分散的效果。另外，对微分散没有进行测试的对比例中显示出在S浓度和

存在近似正比的关系。从实施例可以看出，在S的质量浓度为0.008％附近时，

的值突然增长，在随后的较高的S浓度范围与表示对比例的直线重叠。这可能是因为过多的S含量使没有使用TiN晶核的粗糙的硫化物基夹杂物开始产生。

实施例和对比例两者相比较可以发现，当

的上限为20μm时，对比例中含有的硫的质量百分比仅仅为0.0024％，但是，实施例中的硫的质量百分比几乎是上述的两倍，达到0.0046％。从上述中明显可以得知，通过生成TiN使硫化物基夹杂物微分散的实施例中，在保持微粒状的硫化物基夹杂物的同时还能进一步使S的浓度增加，因此会使其切削性能提高。

此外，图3表示Bi金属夹杂物的最大直径[

]与Bi的浓度的关系。与图2中相似，实施例和对比例两者相比较可以发现，当

值的上限为20μm时，对比例中含有的Bi的质量百分比仅仅为0.020％，但是，实施例中的Bi的质量百分比可以达到0.025％。从上述可知，硫化基夹杂物的在TiN的帮助下的微分散有助于Bi金属夹杂物的微分散。从上述中明显可知，通过生成TiN使硫化物基夹杂物微分散的实施例中，在保持微粒状的硫化物基夹杂物的同时还能进一步使Bi的浓度增加，从而使其切削性能提高。

图4表示Bi金属夹杂物的最大直径[

]与S的含量的关系，S的含量在这里固定为0.02％。可以发现在较低S含量侧两个试样的

含量都增加。Bi金属夹杂物倾向于在硫化物基夹杂物附近生成，当两者分离开时被微粒化。较低S含量侧

的增加，可能是因为硫化物基夹杂物减少的加快，同时使以单实体形式存在的粗糙的Bi金属夹杂物产品增多。通过生成TiN使硫化物基夹杂物微分散的实施例，在S含量较低侧的

值开始增加的区域与对比例相比S的含量更低。这表明了硫化物基夹杂物的微粒化有助于Bi金属夹杂物的微粒化。从上文可知通过控制硫化物基夹杂物的数量和尺寸可以控制Bi金属夹杂物的最大直径

接下来，对上述试样的切削性能进行评价。

切削试验采用由高速工具钢(JIS：SKH51)制成的钻头作为切削工具，同时采用立式切削机床，在下述的条件下实施：

.刀具的几何形状：标称直径为5mm；

.切削速度：30m/min；

.每转的进刀量：0.1mm；

.孔的深度：15mm；

.切削油：可溶于水的油。

评价的指标是在刀尖磨损的平均值达到100μm时的切削距离。

图6表示的是切削性能的评估结果。从曲线可知，当Bi的质量百分比含量小于0.015％或更低时，不能达到理想的切削性能，但是，当Bi的质量百分比含量大于等于0.015％时，切削性能得到很快的改善。然而，切削性能的改善效果很快变得饱和，从而要考虑上述的夹杂物的最大直径来确定Bi含量的上限。现在返回来参见图3所示的Bi含量与

的曲线，当

值为20μm时，相应的Bi的质量百分比含量为0.025％，因此，这个值被采用作为Bi含量的上限值。

接下来，四种型号的改良钢(a)至(d)通过采用变化的Bi添加速度来制造。制造的方法与上述相同。制造完成后，对每个改良钢的Bi的含量进行检测。结果表示在表3中。

表3

从表三中可知，当Bi的添加速度在每吨熔融钢每分钟0.05kg到每吨熔融钢每分钟0.20kg范围内时，包括两边界速度，与上述范围外的速度相比，Bi的产率是令人满意的。

从上述可知，本发明能够得到既能抑制粗糙夹杂物生成，又同时具有高疲劳强度和理想的切削性能的易切削钢。

Claims

1.一种易切削钢，其主要由以下物质组成：以质量百分比计，C：0.1-0.5％，Si：0.05-2.5％，Mn：0.1-3.5％，S：0.0005-0.004％，Al：0.01-0.06％，Ti：0.003-0.01％，O：最高达0.0015％，N：0.003-0.01％，Bi：0.015-0.025％，以及余量为铁和不可避免的杂质，且满足下面的公式(1)：

-4.8≤log(([N]-0.0015)×[Ti]^0.98)≤-4.3 公式(1)。

2.如权利要求1所述的易切削钢，在位于钢组织中的这些夹杂物中：

通过极值统计法估计，由硫化物基夹杂物和Bi金属夹杂物杂合而成的复合夹杂物的最大直径

为25μm或更小；

通过极值统计法估计，以单实体形式存在的硫化物基夹杂物的最大直径为20μm或更小；和

通过极值统计法估计，以单实体形式存在的Bi金属夹杂物的最大直径

为20μm或更小。

3.如权利要求1所述的易切削钢，其中该钢还包含Cr和Mo的一种或者两种，其中Cr的含量最高达3.5％，Mo的含量最高达2％。

4.一种制造如权利要求1所述的易切削钢的方法，该方法以这样的顺序实施，先进行添加Ti的Ti添加步骤，然后进行添加Bi的Bi添加步骤，同时使在熔融钢中的N浓度保持在100ppm或者更低。

5.一种制造如权利要求2所述的易切削钢的方法，该方法以这样的顺序实施，先进行添加Ti的Ti添加步骤，然后进行添加Bi的Bi添加步骤，同时使在熔融钢中的N浓度保持在100ppm或者更低。

6.一种制造如权利要求3所述的易切削钢的方法，该方法以这样的顺序实施，先进行添加Ti的Ti添加步骤，然后再进行添加Bi的Bi添加步骤，同时使在熔融钢中的N浓度保持在100ppm或者更低。

7.如权利要求4所述的制造易切削钢的方法，Bi的添加步骤以每吨熔融钢每分钟0.05kg到每吨熔融钢每分钟0.20kg的添加速度实施，且包括两边界值。

8.如权利要求5所述的制造易切削钢的方法，Bi的添加步骤以每吨熔融钢每分钟0.05kg到每吨熔融钢每分钟0.20kg的添加速度实施，且包括两边界值。

9.如权利要求6所述的制造易切削钢的方法，Bi的添加步骤以每吨熔融钢每分钟0.05kg到每吨熔融钢每分钟0.20kg的添加速度实施，且包括两边界值。

10.一种燃料喷射系统元件，其由如权利要求1所述的易切削钢构成。

11.一种燃料喷射系统元件，其由如权利要求2所述的易切削钢构成。

12.一种燃料喷射系统元件，其由如权利要求3所述的易切削钢构成。

13.一种燃料喷射系统元件，其由如权利要求1所述的易切削钢构成，且具有连接孔。

14.一种燃料喷射系统元件，其由如权利要求2所述的易切削钢构成，且具有连接孔。

15.一种燃料喷射系统元件，由如权利要求3所述的易切削钢构成，且具有连接孔。