具体实施方式
以下,对实施本发明的最佳方式进行详细说明。
本发明的切削性和冲击值优异的热加工钢材,为了解决上述的课题,钢的化学成分组成中的Al和N的添加量调整为Al:0.06~1.0%、N:0.016%以下的范围内,圆相当径超过200nm的AlN的合计体积调整为全部AlN的总体积的20%以下。
由此,通过确保适量的具有基体脆化效果的固溶Al量,来改善切削性,与以往的易切削加工性元素S、Pb不同,不降低冲击特性就得到切削性改善效果。
在圆相当径超过200nm的AlN的合计体积,超过全部AlN的总体积的20%而存在的场合,由粗大的AlN导致的切削工具的机械磨损变得显著,看不到切削性改善效果。
首先,对本发明的热加工钢材中的各化学成分的含量(质量%)进行说明。
C:0.06~0.85%
C是对钢材的基本强度造成较大影响的元素。然而,C含量不到0.06%时,得不到充分的强度,不得不更大量地投入其他的合金元素。另一方面,C含量超过0.85%时,接近于过共析,析出较多的硬质的碳化物,切削性显著降低。因此,在本发明中,为了得到充分的强度,C含量确定为0.06~0.85%。
Si:0.01~1.5%
Si一般作为脱氧元素而添加,但也有铁素体的强化以及赋予回火软化抗力的效果。然而,Si含量不到0.01%时,得不到充分的脱氧效果。另一方面,Si含量超过1.5%时,发生脆化等而使材料特性降低,而且切削性也劣化。因此Si含量确定为0.01~1.5%。
Mn:0.05~2.0%
Mn是在使钢中S以MnS形式固定·分散的同时,固溶于基体中提高淬硬性和确保淬火后的强度所必需的元素。然而,Mn含量不到0.05%时,钢中的S与Fe结合变成FeS,钢变脆。另一方面,Mn含量增加时,具体地讲,Mn含量超过2.0%时,在基体的硬度增大,冷加工性降低的同时,对强度和淬硬性的影响也饱和。因此,Mn含量确定为0.05%~2.0%。
P:0.005~0.2%
P具有使切削性良好的效果,但P含量不到0.005%时,得不到该效果。另外,P含量增加时,具体地讲,P含量超过0.2%时,在钢中,基体的硬度增大,不仅冷加工性降低,热加工性以及铸造特性也降低。因此P含量确定为0.005~0.2%。
S:0.001~0.35%
S与Mn结合,以MnS夹杂物形式存在。MnS具有提高切削性的效果,但为了显著地得到该效果,需要添加0.001%以上的S。另一方面,S含量超过0.35%时,该效果饱和,而且显著促进强度降低。因此,通过添加S来谋求切削性提高时,S含量确定为0.001~0.35%。
Al:0.06~1.0%
Al除了形成氧化物以外,还析出对调整晶粒有效的微细AlN,而且成为固溶Al,具有提高切削性的效果。为了充分地生成对该切削性有效的固溶Al,需要添加0.06%以上。Al含量超过1.0%时,在大大改变热处理特性的同时,增加材料硬度,切削性开始降低。因此,Al含量确定为0.06%以上1.0%以下。优选的下限为大于0.1%。
N:0.016%以下
N与Al等的氮化物生成元素结合,形成为氮化物,或者以固溶N形式存在。但是,超过0.016%时,会使氮化物粗大化,或提高固溶N而使切削性劣化,而且轧制时发生缺陷等问题,因此上限确定为0.016%。优选的上限为0.010%。
另外,在本发明的热加工钢材中,除了上述各成分,还可以含有Ca。
Ca:0.0003~0.0015%
Ca是脱氧元素,生成氧化物。总Al含量超过0.05%且在0.3%以下的本发明的热加工钢材,虽然形成铝酸钙(CaOAl2O3),但该CaOAl2O3与Al2O3相比,为低熔点氧化物,因此在高速切削时成为工具保护膜,提高切削性。然而,Ca含量不到0.0003%时,得不到该切削性提高效果,另外,Ca含量超过0.0015%时,钢中会生成CaS,切削性反倒降低。因此,添加Ca的情况下,其含量确定为0.0003~0.0015%。
进而,在本发明的热加工钢材中,在需要形成碳氮化物来高强度化的情况下,除了上述各成分,还可以含有选自Ti:0.001~0.1%、Nb:0.005~0.2%、W:0.01~1.0%、V:0.01~1.0%之中的一种或两种以上的元素。
Ti:0.001~0.1%
Ti是形成碳氮化物,抑制奥氏体晶粒生长和有助于强化的元素,在需要高强度化的钢以及要求低应变的钢中,作为用于防止粗大晶粒的调整晶粒的元素使用。另外,Ti也是脱氧元素,通过形成软质氧化物,也有提高切削性的效果。然而,Ti含量不到0.001%时,看不到其效果,另外,Ti含量超过0.1%时,会析出成为热裂纹的原因的未固溶的粗大碳氮化物,机械性质反倒受损。因此添加Ti的情况下,其含量确定为0.001~0.1%。
Nb:0.005~0.2%
Nb也是形成碳氮化物,通过二次析出固化来进行钢的强化、抑制奥氏体晶粒生长以及有助于强化的元素,在需要高强度化的钢以及要求低应变的钢中,作为用于防止粗大晶粒的调整晶粒的元素使用。然而,Nb含量不到0.005%时,得不到高强度化的效果,另外,超过0.2%地添加Nb时,会析出成为热裂纹的原因的未固溶的粗大碳氮化物,机械性质反倒受损。因此添加Nb的情况下,其含量确定为0.005~0.2%。
W:0.01~1.0%
W也是形成碳氮化物,可通过二次析出固化来强化钢的元素。然而,W含量不到0.01%时,得不到高强度化的效果,另外,超过1.0%地添加W时,会析出成为热裂纹的原因的未固溶的粗大碳氮化物,机械性质反倒受损。因此,添加W的情况下,其含量确定为0.01~1.0%。
V:0.01~1.0%
V也是形成碳氮化物,可通过二次析出固化来强化钢的元素。在需要高强度化的钢中可适当添加。然而,V含量不到0.01%时,得不到高强度化的效果,另外,超过1.0%地添加V时,会析出成为热裂纹的原因的未固溶的粗大碳氮化物,机械性质反倒受损。因此,添加V的情况下,其含量确定为0.01%~1.0%。
进而,在本发明的热轧钢材和热锻用钢中,在通过进行脱氧调整来进行硫化物形态控制的场合,除了上述各成分,还可添加选自Mg:0.0001~0.0040%、Zr:0.0003~0.01%以及Rem:0.0001~0.015%之中的一种或两种以上的元素。
Mg:0.0001~0.0040%
Mg是脱氧元素,在钢中生成氧化物。并且,在以Al脱氧为前提的情况下,将对切削性有害的Al2O3改质为比较软质、且微细地分散的MgO或Al2O3·MgO。另外还有其氧化物容易成为MnS的核、使MnS微细分散的效果。然而,Mg含量不到0.0001%时,看不到这些效果。另外,Mg生成与MnS的复合硫化物,将MnS球化,但若过剩地添加Mg,具体地讲,若Mg含量超过0.0040%,则促进单独的MgS生成,使切削性劣化。因此添加Mg的情况下,其含量确定为0.0001~0.0040%。
Zr:0.0003~0.01%
Zr是脱氧元素,在钢中生成氧化物。其氧化物可认为是ZrO2,但由于该ZrO2成为MnS的析出核,因此具有使MnS的析出区域增加,使MnS均匀分散的效果。另外,Zr固溶于MnS,生成复合硫化物,使其变形能力降低,具有在轧制以及热锻时抑制MnS形状的伸延的作用。这样,Zr是对各向异性的降低有效的元素。然而,Zr含量不到0.0003%时,关于这些效果,得不到显著的效果。另一方面,即使添加Zr超过0.01%,不仅有效利用率极端差,而且ZrO2和ZrS等的硬质化合物大量生成,切削性、冲击值以及疲劳特性等的机械性质反倒降低。因此,添加Zr的情况下,其含量确定为0.0003~0.01%。
Rem:0.0001~0.015%
Rem(稀土类元素)是脱氧元素,生成低熔点氧化物,不仅铸造时抑制喷口堵塞,而且固溶于MnS或与其结合,使其变形能力降低,具有在轧制以及热锻时抑制MnS形状的伸延的作用。这样,Rem是对各向异性的降低有效的元素。然而,Rem含量按总量计不到0.0001%时,其效果不显著,另外,超过0.015%地添加Rem时,会大量地生成Rem的硫化物,切削性恶化。因此,添加Rem的情况下,其含量确定为0.0001~0.015%。
进而,在本发明的热加工钢材中,在使切削性提高的情况下,除了上述各成分,还可添加选自Sb:0.0005%以上且不到0.0150%、Sn:0.005~2.0%、Zn:0.0005~0.5%、B:0.0005~0.015%、Te:0.0003~0.2%、Bi:0.005~0.5%以及Pb:0.005~0.5%之中的一种或两种以上的元素。
Sb:0.0005%以上且不到0.0150%
Sb将铁素体适度地脆化,使切削性提高。该效果特别是在固溶Al量较多时是显著的,当Sb含量不到0.0005%时看不到该效果。另外,Sb含量增加时,具体地讲,超过0.0150%时,Sb的宏观偏析过多,会大大降低冲击值。因此,Sb含量确定为0.0005%以上且不到0.0150%。
Sn:0.005~2.0%
Sn具有在使铁素体脆化、延长工具寿命的同时,提高表面光洁度的效果。然而,Sn含量不到0.005%时,看不到该效果,另外,超过2.0%地添加Sn时,其效果饱和。因此,添加Sn的情况下,其含量确定为0.005~2.0%。
Zn:0.0005~0.5%
Zn具有在使铁素体脆化、延长工具寿命的同时,提高表面光洁度的效果。然而,Zn含量不到0.0005%时,看不到该效果,另外,超过0.5%地添加Zn时,其效果饱和。因此,添加Zn的情况下,其含量确定为0.0005~0.5%。
B:0.0005~0.015%
B在固溶的场合在晶界强化以及淬硬性上具有效果,在析出的场合由于以BN形式析出,因此在切削性的提高上具有效果。这些效果在B含量不到0.0005%时并不显著。另一方面,超过0.015%地添加时,其效果饱和,并且BN过于较多地析出,因此钢的机械性质反倒受损。因此,添加B的情况下,其含量确定为0.0005~0.015%。
Te:0.0003~0.2%
Te是切削性提高元素。另外,通过生成MnTe、或与MnS共存,而使MnS的变形能力降低,具有抑制MnS形状的伸延的作用。这样,Te是对各向异性的降低有效的元素。然而,Te含量不到0.0003%时,看不到这些效果,另外,Te含量超过0.2%时,不仅其效果饱和,而且热延性降低,容易成为缺陷的原因。因此,添加Te的情况下,其含量确定为0.0003~0.2%。
Bi:0.005~0.5%
Bi是切削性提高元素。然而,Bi含量不到0.005%时得不到该效果,另外,超过0.5%地添加Bi时,不仅切削性提高效果饱和,而且热延性降低,容易成为缺陷的原因。因此,添加Bi的情况下,其含量确定为0.005%~0.5%。
Pb:0.005~0.5%
Pb是切削性提高元素。然而,Pb含量不到0.005%时,看不到该效果,另外,超过0.5%地添加Pb时,不仅切削性提高效果饱和,而且热延性降低,容易成为缺陷的原因。因此,添加Pb的情况下,其含量确定为0.005~0.5%。
进而,在本发明的热轧钢材和热锻用钢中,在提高淬硬性、提高回火软化抗力、对钢材进行强度的赋予的场合,除了上述成分,还可以添加Cr:0.01~2.0%、Mo:0.05~1.0%中的一种或两种。
Cr:0.01~2.0%
Cr是在提高淬硬性的同时,赋予回火软化抗力的元素,在需要高强度化的钢中可添加。然而,在Cr含量不到0.01%时,得不到这些效果,另外,若大量地添加Cr,具体地讲,若Cr含量超过2.0%,则生成Cr碳化物,钢发生脆化。因此,添加Cr的情况下,其含量确定为0.01~2.0%。
Mo:0.01~1.0%
Mo是在赋予回火软化抗力的同时,提高淬硬性的元素,在需要高强度化的钢中可添加。然而,Mo含量不到0.01%时,得不到这些效果,另外,超过1.0%地添加Mo时,其效果饱和。因此,添加Mo的情况下,其含量确定为0.01~1.0%。
进而,在本发明的机械结构用钢中,在使铁素体强化的场合,除了上述各成分,还可添加Ni:0.05~2.0%、Cu:0.01~2.0%中的一种或两种。
Ni:0.05~2.0%
Ni是在强化铁素体、提高延性的同时,对淬硬性提高以及耐蚀性提高也有效的元素。然而,Ni含量不到0.05%时,看不到该效果,另外,超过2.0%地添加Ni时,在机械性质方面效果饱和,切削性降低。因此,添加Ni的情况下,其含量确定为0.05~2.0%。
Cu:0.01~2.0%
Cu是在强化铁素体的同时,对淬硬性提高以及耐蚀性提高也有效的元素。然而,Cu含量不到0.01%时,看不到该效果,另外,超过2.0%地添加Cu时,在机械性质方面效果饱和。因此添加Cu的情况下,其含量确定为0.01~2.0%。再者,Cu特别地使热延性降低,容易成为轧制时的缺陷的原因,因此优选と与Ni同时地添加。
接着,对使圆相当径超过200nm的AlN的合计体积为全部AlN的总体积的20%以下的原因进行说明。
在圆相当径超过200nm的AlN的合计体积超过全部AlN总体积的20%而存在的场合,由粗大的AlN引起的切削工具的机械磨损变得显著,看不到由固溶Al的确保所带来的切削性改善效果,因此将圆相当径超过200nm的AlN的合计体积确定为全部AlN的总体积的20%以下,优选为15%以下,更优选为10%以下。
该AlN的体积比率,例如通过透射型电子显微镜的复型法,利用倍率40000左右的接续照片,将1000μm2的视场随机地以10nm以上的AlN为对象观察20个视场以上,求出圆相当径超过200nm的AlN的合计体积和全部AlN的总体积,通过[(圆相当径超过200nm的AlN的合计体积/全部AlN的总体积)×100]来求得。
为了使圆相当径超过200nm的AlN的合计体积为全部AlN的总体积率的20%以下,必须调整热轧前或热锻前的加热温度使得AlN充分地固溶化,固溶残留充分地少。
本发明者们想到AlN的固溶残留与钢材的Al和N的含量的积和热加工前的加热温度关联,进行了以下的实验。
熔炼化学成分为C:0.44~0.46%、Si:0.23~0.26%、Mn:0.78~0.82%、P:0.013~0.016%、S:0.02~0.06%、Al:0.06~0.8%、N:0.0020~0.020,其余量为Fe和不可避免的杂质,改变Al与N的积的钢材10种,然后锻造成Φ65,在1210℃下加热后,进行了AlN的观察调查。AlN的观察通过透射型电子显微镜的复型法进行,AlN的体积率采用与上述同样的方法求得。
圆相当径超过200nm的AlN的合计体积为全部AlN的总体积的20%以下的情况判定为○,超过20%的情况判定为×。
其结果示于图11。由该结果可知,通过满足下述(1)式,并使加热温度为1210℃以上,可使圆相当径超过200nm的粗大AlN相对于全部AlN的体积率为20%以下。
(%Al)×(%N)×105≤96…(1)
在此,%Al、%N分别为钢材的Al和N的含量(质量%)。
即,通过满足(1)式,并使加热温度为1210℃以上、优选为1230℃以上、更优选为1250℃以上,可使圆相当径超过200nm的AlN的合计体积为全部AlN的总体积的20%以下、优选为15%以下、更优选为10%以下。
象上述那样,在本发明的热加工钢材(热轧钢材和热锻钢材)中,增加对切削性有效的固溶Al量,并抑制粗大的AlN的生成,因此与以往的热轧钢材、热锻钢材相比,不会损害冲击特性并能够提高切削性。另外,一般地,冲击特性良好的钢其热轧和热锻时的裂纹发生率也低,因此本发明钢作为确保热轧、热锻时的制造性,并改善切削性的钢也有效。
实施例
接着,举出实施例以及比较例对本发明的效果具体地说明。
本发明钢材,不论热轧后或热锻后的热处理如何都能够广泛地适用,例如可用于冷锻造用钢、非调质钢、调质钢等。因此,对于基本成分系或热处理大大不同、基本强度、热处理组织不同的5个钢种,关于应用本发明的情况下的效果进行具体说明。
但是,切削性、冲击特性在基本强度、热处理组织不同的情况下大大受到其影响,因此实施例也分为7个来说明。
(实施例1)
在实施例1中,关于中碳碳素钢的钢材,对正火后的切削性、正火和油淬火回火后的冲击值进行了调查。在本实施例中,用真空熔炼炉熔炼表1-1所示的组成的钢150Kg后,在表1-3所示的加热温度下热锻,锻伸成直径为65mm的圆柱状。然后,关于该实施例的钢材,用下述所示的方法进行切削性试验、夏比冲击试验、AlN的观察,评价其特性。
切削性试验
切削性试验,是对于锻伸后的实施例的各钢材,在850℃的温度条件下保持1小时后进行空冷,从而实施正火热处理,将硬度调整为以Hv10计为160~170的范围。然后,从热处理后的各钢材切取切削性评价用试验片,在下述表1-2所示的切削条件下进行钻头穿孔试验,评价实施例以及比较例的各钢材的切削性。
此时,作为评价指标,采用在钻头穿孔试验中能切削到累积孔深度1000mm的最大切削速度VL1000。
表1-2
切削条件 |
钻头 |
其他 |
切削速度 1-150m/min进给量 0.25mm/rev切削油剂 水溶性切削油 |
钻头径Φ3mmNACHI普通钻头越程45mm |
孔深度 9mm工具寿命 直到折损 |
NACHI普通钻头是(株)不二越公司制的型号SD3.0的钻头(以下相同)。
夏比冲击试验
图1是表示夏比冲击试验用试验片的切取部位的图。在夏比冲击试验中,首先,如图1所示,从在与前面所述的切削性试验同样的方法以及条件下热处理后的各钢材1,以中心轴与钢材1的锻伸方向垂直的方式切取直径为25mm的圆柱材2。接着,对于各圆柱材2,进行在850℃的温度条件下保持1小时后,冷却到60℃的油淬火,进而进行在550℃的温度条件下保持30分钟后水冷的回火,将硬度调整为以Hv10计为255~265的范围。然后,机械加工各圆柱材2,制作JIS Z 2202所规定的夏比试验片3,采用JIS Z 2242所规定的方法实施室温下的夏比冲击试验。此时,作为评价指标,采用每单位面积的吸收功(J/cm2)。
AlN的观察
AlN的观察,是对于从采用与切削性试验评价用试验片同样的方法制作的钢材的Q部切取的试样,利用透射型电子显微镜的复型法来实施观察。
将1000μm2的视场随机地实施20个视场的观察,评价圆相当径超过200nm的AlN的合计体积相对于全部AlN的总体积的比例(%)。
以上试验的结果汇总示于表1-3。
表1-3
|
No. |
Al*N*100000 |
加热温度℃ |
AlN分率(%) |
VL1000m/min |
冲击值J/cm2 |
发明例 |
1 |
91 |
1250 |
17.3 |
70 |
33 |
发明例 |
2 |
90 |
1250 |
16.9 |
67 |
35 |
发明例 |
3 |
72 |
1250 |
9.9 |
81 |
26 |
发明例 |
4 |
91 |
1250 |
17.3 |
80 |
26 |
发明例 |
5 |
53 |
1250 |
5.8 |
96 |
24 |
发明例 |
6 |
69 |
1250 |
9.8 |
95 |
23 |
发明例 |
7 |
95 |
1250 |
18.6 |
130 |
19 |
发明例 |
8 |
53 |
1250 |
5.7 |
113 |
17 |
发明例 |
9 |
53 |
1250 |
5.4 |
125 |
15 |
发明例 |
10 |
68 |
1250 |
9.6 |
82 |
27 |
发明例 |
11 |
47 |
1250 |
4.1 |
83 |
28 |
发明例 |
12 |
85 |
1250 |
15.0 |
80 |
27 |
发明例 |
13 |
48 |
1250 |
4.9 |
81 |
26 |
发明例 |
14 |
55 |
1250 |
5.6 |
95 |
27 |
发明例 |
15 |
36 |
1210 |
4.8 |
95 |
23 |
比较例 |
16 |
13 |
1250 |
0.4 |
47 |
35 |
比较例 |
17 |
107 |
1250 |
23.9 |
53 |
30 |
比较例 |
18 |
95 |
1200 |
27.1 |
47 |
33 |
比较例 |
19 |
10 |
1250 |
0.2 |
57 |
27 |
比较例 |
20 |
107 |
1250 |
23.7 |
55 |
26 |
比较例 |
21 |
88 |
1200 |
22.3 |
59 |
29 |
比较例 |
22 |
23 |
1250 |
1.1 |
64 |
20 |
比较例 |
23 |
140 |
1250 |
40.9 |
64 |
24 |
比较例 |
24 |
95 |
1200 |
28.0 |
64 |
23 |
比较例 |
25 |
16 |
1250 |
0.5 |
76 |
15 |
比较例 |
26 |
113 |
1250 |
26.5 |
74 |
19 |
比较例 |
27 |
91 |
1200 |
27.5 |
73 |
19 |
比较例 |
28 |
4 |
1250 |
0.0 |
81 |
13 |
比较例 |
29 |
132 |
1250 |
36.4 |
82 |
13 |
比较例 |
30 |
84 |
1200 |
21.1 |
86 |
14 |
上述表1-1以及表1-3所示的No.1~15为发明例,No.16~30为比较例。
如上述表1-3所示,实施例No.1~15的钢材,评价指标VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性(Balance)良好,但比较例的No.16~30的钢材,这些评价指标中的至少1个以上的特性比实施例的钢材差,因此VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性差。(参照图4)
具体地讲,No.16、19、22、25、28由于Al含量低于本发明规定,因此切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.17、20、23、26、29由于Al或N的添加量多,比满足上述式(1)的范围的Al×N高,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.18、21、24、27,30由于加热温度为1200℃,加热温度低,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
(实施例2)
在实施例2中,对于中碳碳素钢的钢材,关于正火和水淬火回火后的切削性和冲击值进行了调查。在实施例中,用真空熔炼炉熔炼下述表2-1所示的组成的钢150Kg后,在表2-3所示的加热温度下热锻,锻伸成直径为65mm的圆柱状。然后,关于该实施例的钢材,用下述所示的方法进行切削性试验、夏比冲击试验、AlN的观察,评价其特性。
表2-1
化学成分(质量%)
|
No. |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
N |
发明例 |
31 |
0.48 |
0.21 |
0.71 |
0.010 |
0.012 |
0.085 |
0.0107 |
发明例 |
32 |
0.45 |
0.23 |
0.78 |
0.013 |
0.023 |
0.093 |
0.0088 |
发明例 |
33 |
0.48 |
0.23 |
0.78 |
0.010 |
0.058 |
0.125 |
0.0073 |
发明例 |
34 |
0.46 |
0.23 |
0.77 |
0.011 |
0.097 |
0.180 |
0.0050 |
发明例 |
35 |
0.47 |
0.20 |
0.75 |
0.013 |
0.130 |
0.101 |
0.0091 |
发明例 |
36 |
0.46 |
0.23 |
0.75 |
0.012 |
0.120 |
0.102 |
0.0055 |
比较例 |
37 |
0.48 |
0.19 |
0.71 |
0.010 |
0.013 |
0.021 |
0.0138 |
比较例 |
38 |
0.46 |
0.24 |
0.79 |
0.013 |
0.023 |
0.211 |
0.0096 |
比较例 |
39 |
0.46 |
0.24 |
0.70 |
0.012 |
0.044 |
0.121 |
0.0069 |
比较例 |
40 |
0.45 |
0.23 |
0.76 |
0.010 |
0.101 |
0.039 |
0.0099 |
比较例 |
41 |
0.44 |
0.23 |
0.74 |
0.014 |
0.144 |
0.246 |
0.0051 |
切削性试验
切削性试验,是将锻伸后的实施例的各钢材在850℃的温度条件下保持1小时后进行空冷,从而实施正火热处理后,以11mm厚度切成圆片,将其在850℃的温度条件下保持1小时后进行水淬火,然后,实施在500℃的温度条件下的热处理,将硬度调整为以Hv10计为300~310的范围。然后,从热处理后的各钢材切取切削性评价用试验片,在下述表2-2所示的切削条件进行钻头穿孔试验,评价实施例以及比较例的各钢材的切削性。
此时,作为评价指标,采用在钻头穿孔试验中能切削到累积孔深度1000mm的最大切削速度VL1000。
表2-2
切削条件 |
钻头 |
其他 |
切削速度 1-150m/min进给量 0.1mm/rev切削油剂 水溶性切削油 |
钻头径Φ3mmNACHI普通钻头越程45mm |
孔深度 9mm工具寿命 直到折损 |
夏比冲击试验
图2是表示夏比冲击试验用试验片的切取部位的图。在夏比冲击试验中,首先,如图2所示,将锻伸后的各钢材在850℃的温度条件下保持1小时后进行空冷,从而实施正火热处理后,从各钢材4以中心轴与钢材4的锻伸方向垂直的方式切取单侧比夏比试验片大1mm的长方体的试验片5。接着,对于各长方体材5,进行在850℃的温度条件下保持1小时后水冷的水淬火,进而进行在500℃的温度条件下保持30分钟后水冷的回火。然后,将各长方体材5机械加工,制作JIS Z 2202所规定的夏比试验片3,采用JIS Z 2242所规定的方法实施室温下的夏比冲击试验。此时,作为评价指标,采用每单位面积的吸收功(J/cm2)。
AlN的观察
AlN的观察,是对于从采用与切削性试验评价用试验片同样的方法制作的钢材的Q部切取的试样,通过透射型电子显微镜的复型法来实施观察。
将1000μm2的视场随机地实施20个视场的观察,评价圆相当径超过200nm的AlN的合计体积相对于全部AlN的总体积的比例(%)。
以上试验的结果汇总示于表2-3。
表2-3
|
No. |
Al*N*100000 |
加热温度℃ |
AlN分率(%) |
VL1000m/min |
冲击值J/cm2 |
发明例 |
31 |
91 |
1250 |
17.2 |
35 |
34 |
发明例 |
32 |
82 |
1250 |
14.0 |
45 |
29 |
发明例 |
33 |
91 |
1250 |
17.3 |
56 |
23 |
发明例 |
34 |
90 |
1250 |
16.9 |
60 |
19 |
发明例 |
35 |
92 |
1250 |
17.3 |
67 |
17 |
发明例 |
36 |
56 |
1250 |
5.8 |
68 |
16 |
比较例 |
37 |
29 |
1200 |
2.9 |
14 |
36 |
比较例 |
38 |
203 |
1250 |
85.5 |
15 |
29 |
比较例 |
39 |
83 |
1200 |
26.5 |
27 |
26 |
比较例 |
40 |
39 |
1250 |
3.1 |
32 |
21 |
比较例 |
41 |
125 |
1250 |
32.8 |
40 |
18 |
上述表2-1以及表2-3所示的No.31~36为发明例,No.37~41为比较例。
如上述表2-3所示,实施例No.31~36的钢材,评价指标VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性良好,但比较例的No.37~41的钢材,这些评价指标中的至少一个以上的特性比实施例的钢材差,因此VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性差。(参照图5)
具体地讲,No.37、40由于Al含量低于本发明的规定,因此切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.38、41由于Al或N的添加量多,比满足上述式(1)的范围的Al×N高,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.39由于加热温度为1200℃,加热温度低,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
(实施例3)
在实施例3中,对于低碳碳素钢的钢材,对正火后的切削性和冲击值进行了调查。在本实施例中,用真空熔炼炉熔炼下述表3-1所示的组成的钢150Kg后,在表3-3所示的加热温度下热锻或热轧,形成为直径为65mm的圆柱状。然后,对于该实施例的钢材,采用下述所示的方法进行切削性试验、夏比冲击试验、AlN的观察,评价其特性。
表3-1
化学成分(质量%)
|
No. |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
N |
发明例 |
42 |
0.09 |
0.22 |
0.46 |
0.013 |
0.012 |
0.110 |
0.0055 |
发明例 |
43 |
0.10 |
0.24 |
0.52 |
0.012 |
0.030 |
0.089 |
0.0072 |
发明例 |
44 |
0.08 |
0.24 |
0.46 |
0.015 |
0.054 |
0.125 |
0.0068 |
发明例 |
45 |
0.09 |
0.23 |
0.47 |
0.010 |
0.133 |
0.114 |
0.0063 |
比较例 |
46 |
0.08 |
0.24 |
0.46 |
0.013 |
0.014 |
0.020 |
0.0052 |
比较例 |
47 |
0.10 |
0.24 |
0.54 |
0.015 |
0.022 |
0.211 |
0.0059 |
比较例 |
48 |
0.10 |
0.22 |
0.47 |
0.013 |
0.054 |
0.131 |
0.0072 |
比较例 |
49 |
0.08 |
0.20 |
0.47 |
0.015 |
0.100 |
0.034 |
0.0034 |
比较例 |
50 |
0.11 |
0.19 |
0.54 |
0.015 |
0.150 |
0.200 |
0.0058 |
切削性试验
切削性试验,是将锻伸后的实施例的各钢材在920℃的温度条件下保持1小时后进行空冷,从而实施正火热处理,将硬度调整为以Hv10计为115~120的范围。然后,从热处理后的各钢材切取切削性评价用试验片,在下述表3-2所示的切削条件进行钻头穿孔试验,评价实施例以及比较例的各钢材的切削性。
此时,作为评价指标,采用在钻头穿孔试验中能切削到累积孔深度1000mm的最大切削速度VL1000。
表3-2
切削条件 |
钻头 |
其他 |
切削速度 1-150m/min进给量 0.25mm/rev切削油剂 水溶性切削油 |
钻头径Φ3mmNACHI普通钻头越程45mm |
孔深度 9mm工具寿命 直到折损 |
夏比冲击试验
图3是表示夏比冲击试验用试验片的切取部位的图。在夏比冲击试验中,首先,如图3所示,从采用与前面所述的切削性试验同样的方法以及条件热处理后的各钢材7,以中心轴与钢材7的锻伸方向垂直的方式,通过机械加工来制作JIS Z 2202所规定的夏比试验片8,采用JIS Z 2242所规定的方法实施室温下的夏比冲击试验。此时,作为评价指标,采用每单位面积的吸收功(J/cm2)。
AlN的观察
AlN的观察,是对于从采用与切削性试验评价用试验片同样的方法制作的钢材的Q部切取的试样,通过透射型电子显微镜的复型法来实施观察。
将1000μm2的视场随机地实施20个视场的观察,评价圆相当径超过200nm的AlN的合计体积相对于全部AlN的总体积的比例(%)。
以上试验的结果汇总示于表3-3。
表3-3
|
No. |
Al*N*100000 |
加热温度℃ |
AlN分率(%) |
VL1000m/min |
冲击值J/cm2 |
发明例 |
42 |
61 |
1250 |
7.6 |
83 |
66 |
发明例 |
43 |
64 |
1250 |
8.6 |
98 |
62 |
发明例 |
44 |
85 |
1250 |
14.7 |
113 |
56 |
发明例 |
45 |
72 |
1250 |
10.7 |
140 |
52 |
比较例 |
46 |
10 |
1250 |
0.2 |
48 |
68 |
比较例 |
47 |
124 |
1250 |
32.3 |
50 |
65 |
比较例 |
48 |
94 |
1150 |
32.1 |
57 |
57 |
比较例 |
49 |
12 |
1250 |
0.3 |
66 |
54 |
比较例 |
50 |
116 |
1250 |
28.0 |
71 |
51 |
上述表3-1以及表3-3所示的No.42~45为发明例,No.46~50为比较例。
如上述表3-3所示,实施例No.42~45的钢材,评价指标VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性良好,但比较例的No.46~50的钢材,这些评价指标中的一个以上的特性比实施例的钢材差,因此VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性差。(参照图6)
具体地讲,No.46、49由于Al含量低于本发明的规定,因此切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.47、50由于Al或N的添加量多,比满足上述式(1)的范围的Al×N高,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.48由于加热温度为1150℃,加热温度低,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
(实施例4)
在实施例4中,对于中碳碳素钢的钢材,关于热锻后空冷(非调质)后的切削性和冲击值进行了调查。在本实施例中,采用真空熔炼炉熔炼下述表4-1所示的组成的钢150Kg后,在表4-3所示的加热温度下热锻,锻伸成直径为65mm的圆柱状后,进行空冷,将硬度调整为以Hv10计为210~230的范围。然后,对于该实施例的钢材,采用下述所示的方法进行切削性试验、夏比冲击试验、AlN的观察,评价其特性。
表4-1
化学成分(质量%)
|
No. |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
N |
发明例 |
51 |
0.39 |
0.59 |
1.44 |
0.012 |
0.015 |
0.109 |
0.0055 |
发明例 |
52 |
0.38 |
0.55 |
1.45 |
0.014 |
0.020 |
0.098 |
0.0072 |
发明例 |
53 |
0.37 |
0.56 |
1.53 |
0.010 |
0.048 |
0.119 |
0.0068 |
发明例 |
54 |
0.36 |
0.18 |
1.80 |
0.011 |
0.095 |
0.102 |
0.0049 |
发明例 |
55 |
0.39 |
0.59 |
1.46 |
0.010 |
0.140 |
0.111 |
0.0063 |
比较例 |
56 |
0.39 |
0.59 |
1.40 |
0.015 |
0.010 |
0.023 |
0.0052 |
比较例 |
57 |
0.38 |
0.59 |
1.50 |
0.010 |
0.021 |
0.209 |
0.0059 |
比较例 |
58 |
0.39 |
0.54 |
1.40 |
0.014 |
0.040 |
0.135 |
0.0072 |
比较例 |
59 |
0.39 |
0.53 |
1.54 |
0.015 |
0.102 |
0.039 |
0.0034 |
比较例 |
60 |
0.39 |
0.57 |
1.43 |
0.011 |
0.132 |
0.320 |
0.0058 |
切削性试验
切削性试验是从锻伸后的实施例的各钢材切取切削性评价用试验片,在下述表4-2所示的切削条件下进行钻头穿孔试验,评价实施例以及比较例的各钢材的切削性。
此时,作为评价指标,采用在钻头穿孔试验中能切削到累积孔深度1000mm的最大切削速度VL1000。
表4-2
切削速度 1-150m/min进给量 0.25mm/rev切削油剂 水溶性切削油 |
钻头径Φ3mmNACHI普通钻头越程45mm |
孔深度 9mm工具寿命 直到折损 |
夏比冲击试验
图3是表示夏比冲击试验用试验片的切取部位的图。在夏比冲击试验中,首先,如图3所示,从锻伸后的各钢材7,以中心轴与钢材7的锻伸方向垂直的方式,通过机械加工来制作JIS Z 2202所规定的夏比试验片8,采用JIS Z 2242所规定的方法实施室温下的夏比冲击试验。此时,作为评价指标,采用每单位面积的吸收功(J/cm2)。
AlN的观察
AlN的观察,是对于从采用与切削性试验评价用试验片同样的方法制作的钢材的Q部切取的试样,通过透射型电子显微镜的复型法来实施观察。
将1000μm2的视场随机地实施20个视场的观察,评价圆相当径超过200nm的AlN的合计体积相对于全部AlN的总体积的比例(%)。
以上试验的结果汇总示于表4-3。
表4-3
|
No. |
Al*N*100000 |
加热温度℃ |
AlN分率(%) |
VL1000m/min |
冲击值J/cm2 |
发明例 |
51 |
60 |
1250 |
7.5 |
40 |
15 |
发明例 |
52 |
71 |
1250 |
9.7 |
52 |
14 |
发明例 |
53 |
81 |
1250 |
13.6 |
61 |
10 |
发明例 |
54 |
50 |
1250 |
5.0 |
72 |
8 |
发明例 |
55 |
70 |
1250 |
9.8 |
77 |
6 |
发明例 |
56 |
12 |
1250 |
0.3 |
25 |
17 |
比较例 |
57 |
123 |
1250 |
31.7 |
36 |
12 |
比较例 |
58 |
97 |
1200 |
30.1 |
40 |
11 |
比较例 |
59 |
13 |
1250 |
0.4 |
47 |
8 |
比较例 |
60 |
186 |
1250 |
71.8 |
55 |
6 |
上述表4-1以及表4-3所示的No.51~55为发明例,No.56~60为比较例。
如上述表4-3所示,实施例No.51~55的钢材,评价指标VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性良好,但比较例的No.56~60的钢材,这些评价指标中的至少一个以上的特性比实施例的钢材差,因此VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性差。(参照图7)
具体地讲,No.56,59由于Al含量低于本发明的规定,因此切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.57、60由于Al或N的添加量多,比满足上述式(1)的范围的Al×N高,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.58由于Al或N的添加量多,比满足上述式(1)的范围的Al×N高,而且加热温度低,为1200℃,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
(实施例5)
在实施例5中,对于添加了合金元素Cr、V的低碳合金钢的钢材,关于热锻后空冷(非调质)后的切削性和冲击值进行了调查。在本实施例中,用真空熔炼炉熔炼下述表5-1所示的组成的钢150Kg后,在表5-3所示的加热温度下热锻,锻伸成直径为65mm的圆柱状后,进行空冷,将硬度调整为以Hv10计为200~220的范围。然后,对于该实施例的钢材,采用下述所示的方法进行切削性试验、夏比冲击试验、AlN的观察,评价其特性。
表5-1
化学成分(质量%)
|
No. |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
N |
V |
Cr |
发明例 |
61 |
0.23 |
0.30 |
0.88 |
0.026 |
0.014 |
0.091 |
0.0101 |
0.23 |
0.13 |
发明例 |
62 |
0.23 |
0.30 |
0.90 |
0.025 |
0.015 |
0.101 |
0.0053 |
0.23 |
0.13 |
发明例 |
63 |
0.23 |
0.29 |
0.90 |
0.026 |
0.025 |
0.098 |
0.0085 |
0.25 |
0.15 |
发明例 |
64 |
0.23 |
0.30 |
0.91 |
0.026 |
0.040 |
0.119 |
0.0078 |
0.23 |
0.15 |
发明例 |
65 |
0.23 |
0.28 |
0.92 |
0.024 |
0.099 |
0.180 |
0.0052 |
0.25 |
0.13 |
发明例 |
66 |
0.20 |
0.32 |
0.92 |
0.024 |
0.150 |
0.101 |
0.0093 |
0.25 |
0.17 |
比较例 |
67 |
0.22 |
0.28 |
0.92 |
0.025 |
0.011 |
0.023 |
0.0102 |
0.25 |
0.15 |
比较例 |
68 |
0.22 |
0.32 |
0.90 |
0.024 |
0.024 |
0.209 |
0.0098 |
0.24 |
0.16 |
比较例 |
69 |
0.21 |
0.31 |
0.91 |
0.025 |
0.044 |
0.130 |
0.0073 |
0.25 |
0.13 |
比较例 |
70 |
0.20 |
0.31 |
0.89 |
0.027 |
0.095 |
0.033 |
0.0085 |
0.23 |
0.16 |
比较例 |
71 |
0.23 |
0.31 |
0.90 |
0.023 |
0.140 |
0.320 |
0.0099 |
0.24 |
0.15 |
切削性试验
切削性试验是从锻伸后的实施例的各钢材切取切削性评价用试验片,在下述表5-2所示的切削条件下进行钻头穿孔试验,评价实施例以及比较例的各钢材的切削性。
此时,作为评价指标,采用在钻头穿孔试验中能切削到累积孔深度1000mm的最大切削速度VL1000。
表5-2
切削条件 |
钻头 |
其他 |
切削速度 1-150m/min进给量 0.25mm/rev切削油剂 水溶性切削油 |
钻头径Φ3mmNACHI普通钻头越程45mm |
孔深度 9mm工具寿命 直到折损 |
夏比冲击试验
图3是表示夏比冲击试验用试验片的切取部位的图。在夏比冲击试验中,首先,如图3所示,从锻伸后的各钢材7,以中心轴与钢材7的锻伸方向垂直的方式,通过机械加工来制作JIS Z 2202所规定的夏比试验片8,采用JIS Z 2242所规定的方法实施室温下的夏比冲击试验。此时,作为评价指标,采用每单位面积的吸收功(J/cm2)。
AlN的观察
AlN的观察,是对于从采用与切削性试验评价用试验片同样的方法制作的钢材的Q部切取的试样,通过透射型电子显微镜的复型法来实施观察。
将1000μm2的视场随机地实施20个视场的观察,评价圆相当径超过200nm的AlN的合计体积相对于全部AlN的总体积的比例(%)。
以上试验的结果汇总示于表5-3。
表5-3
|
No. |
Al*N*100000 |
加热温度℃ |
AlN分率(%) |
VL1000m/min |
冲击值J/cm2 |
发明例 |
61 |
92 |
1250 |
17.6 |
40 |
15 |
发明例 |
62 |
54 |
1250 |
6.0 |
42 |
16 |
发明例 |
63 |
83 |
1250 |
14.5 |
51 |
12 |
发明例 |
64 |
93 |
1250 |
17.9 |
61 |
10 |
发明例 |
65 |
94 |
1250 |
18.3 |
73 |
9 |
发明例 |
66 |
94 |
1250 |
18.4 |
75 |
5 |
比较例 |
67 |
23 |
1250 |
1.1 |
25 |
16 |
比较例 |
68 |
205 |
1250 |
87.4 |
34 |
12 |
比较例 |
69 |
95 |
1200 |
29.5 |
42 |
11 |
比较例 |
70 |
28 |
1250 |
1.6 |
49 |
9 |
比较例 |
71 |
317 |
1250 |
98.0 |
55 |
5 |
上述表5-1以及表5-3所示的No.61~66为发明例,No.67~71为比较例。
如上述表5-3所示,实施例No.61~66的钢材,评价指标VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性良好,但比较例的No.67~71的钢材,这些评价指标中的至少一个以上的特性比实施例的钢材差,因此VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性差。(参照图8)
具体地讲,No.67、70由于Al含量低于本发明的规定,因此切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.68、71由于Al或N的添加量多,比满足上述式(1)的范围的Al×N高,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.69由于加热温度为1200℃,加热温度低,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
(实施例6)
在实施例6中,对于添加了合金元素Cr、V,并添加了高Si的中碳合金钢的钢材,关于热锻后空冷(非调质)后的切削性和冲击值进行了调查。在本实施例中,采用真空熔炼炉熔炼下述表6-1所示的组成的钢150Kg后,在表6-3所示的加热温度下热锻,锻伸成直径为65mm的圆柱状后,进行空冷,将硬度调整为以Hv10计为280~300的范围。然后,对于该实施例的钢材,采用下述所示的方法进行切削性试验、夏比冲击试验、AlN的观察,评价其特性。
表6-1
化学成分(质量%)
|
No. |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
N |
V |
Cr |
发明例 |
72 |
0.30 |
1.31 |
1.48 |
0.024 |
0.010 |
0.084 |
0.0105 |
0.09 |
0.35 |
发明例 |
73 |
0.30 |
1.30 |
1.48 |
0.025 |
0.010 |
0.099 |
0.0055 |
0.09 |
0.35 |
发明例 |
74 |
0.29 |
1.31 |
1.48 |
0.027 |
0.024 |
0.097 |
0.0089 |
0.10 |
0.34 |
发明例 |
75 |
0.31 |
1.29 |
1.48 |
0.023 |
0.044 |
0.121 |
0.0076 |
0.10 |
0.34 |
发明例 |
76 |
0.30 |
1.31 |
1.48 |
0.025 |
0.096 |
0.182 |
0.0049 |
0.10 |
0.35 |
发明例 |
77 |
0.31 |
1.29 |
1.48 |
0.023 |
0.146 |
0.102 |
0.0090 |
0.11 |
0.35 |
比较例 |
78 |
0.30 |
1.31 |
1.52 |
0.026 |
0.014 |
0.023 |
0.0134 |
0.09 |
0.34 |
比较例 |
79 |
0.31 |
1.28 |
1.48 |
0.026 |
0.022 |
0.209 |
0.0099 |
0.10 |
0.35 |
比较例 |
80 |
0.30 |
1.31 |
1.51 |
0.027 |
0.047 |
0.132 |
0.0065 |
0.11 |
0.36 |
比较例 |
81 |
0.30 |
1.32 |
1.51 |
0.026 |
0.100 |
0.035 |
0.0089 |
0.10 |
0.36 |
比较例 |
82 |
0.29 |
1.30 |
1.49 |
0.025 |
0.147 |
0.220 |
0.0093 |
0.11 |
0.34 |
切削性试验
切削性试验是从锻伸后的实施例的各钢材切取切削性评价用试验片,在下述表6-2所示的切削条件下进行钻头穿孔试验,评价实施例以及比较例的各钢材的切削性。
此时,作为评价指标,采用在钻头穿孔试验中能切削到累积孔深度1000mm的最大切削速度VL1000。
表6-2
切削条件 |
钻头 |
其他 |
切削速度 1-150m/min进给量 0.25mm/rev切削油剂 水溶性切削油 |
钻头径Φ3mmNACHI普通钻头越程45mm |
孔深度 9mm工具寿命 直到折损 |
夏比冲击试验
图3是表示夏比冲击试验用试验片的切取部位的图。在夏比冲击试验中,首先,如图3所示,从锻伸后的各钢材7,以中心轴与钢材7的锻伸方向垂直的方式,通过机械加工来制作JIS Z 2202所规定的夏比试验片8,采用JIS Z 2242所规定的方法实施室温下的夏比冲击试验。此时,作为评价指标,采用每单位面积的吸收功(J/cm2)。
AlN的观察
AlN的观察,是对于从采用与切削性试验评价用试验片同样的方法制作的钢材的Q部切取的试样,通过透射型电子显微镜的复型法来实施观察。
将1000μm2的视场随机地实施20个视场的观察,评价圆相当径超过200nm的AlN的合计体积相对于全部AlN的总体积的比例(%)。
以上试验的结果汇总示于表6-3。
表6-3
|
No. |
Al*N*100000 |
加热温度℃ |
AlN分率(%) |
VL1000m/min |
冲击值J/cm2 |
发明例 |
72 |
88 |
1250 |
16.2 |
10 |
14 |
发明例 |
73 |
54 |
1250 |
6.2 |
12 |
15 |
发明例 |
74 |
86 |
1250 |
14.8 |
15 |
12 |
发明例 |
75 |
92 |
1250 |
17.6 |
32 |
9 |
发明例 |
76 |
89 |
1250 |
16.6 |
47 |
7 |
发明例 |
77 |
92 |
1250 |
17.6 |
59 |
4 |
比较例 |
78 |
31 |
1250 |
2.0 |
3 |
13 |
比较例 |
79 |
207 |
1250 |
89.2 |
5 |
10 |
比较例 |
80 |
86 |
1200 |
22.7 |
15 |
8 |
比较例 |
81 |
31 |
1250 |
2.0 |
17 |
8 |
比较例 |
82 |
205 |
1250 |
87.2 |
28 |
6 |
上述表6-1以及表6-3所示的No.72~77为发明例,No.78~82为比较例。
如上述表6-3所示,实施例No.72~77的钢材,评价指标VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性良好,但比较例的No.78~82的钢材,这些评价指标中的至少一个以上的特性比实施例的钢材差,因此VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性差。(参照图9)
具体地讲,No.78、81由于Al含量低于本发明的规定,因此切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.79、82由于Al或N的添加量多,比满足上述式(1)的范围的Al×N高,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.80由于加热温度为1200℃,加热温度低,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
(实施例7)
在实施例7中,对于添加合金元素Cr、V、添加低Si的中碳合金钢的钢材,关于热锻后空冷(非调质)后的切削性和冲击值进行了调查。在本实施例中,采用真空熔炼炉熔炼下述表7-1所示的组成的钢150Kg后,在表7-3所示的加热温度下热锻,锻伸成直径为65mm的圆柱状后,进行空冷,将硬度调整为以Hv10计为240~260的范围。然后,对于该实施例的钢材,采用下述所示的方法进行切削性试验、夏比冲击试验、AlN的观察,评价其特性。
表7-1
化学成分(质量%)
|
No. |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Al |
N |
V |
Cr |
发明例 |
83 |
0.47 |
0.27 |
0.98 |
0.015 |
0.013 |
0.083 |
0.0107 |
0.11 |
0.10 |
发明例 |
84 |
0.47 |
0.29 |
0.96 |
0.013 |
0.021 |
0.091 |
0.0088 |
0.11 |
0.12 |
发明例 |
85 |
0.45 |
0.30 |
0.98 |
0.015 |
0.050 |
0.123 |
0.0073 |
0.11 |
0.10 |
发明例 |
86 |
0.48 |
0.28 |
0.99 |
0.010 |
0.097 |
0.160 |
0.0050 |
0.11 |
0.11 |
发明例 |
87 |
0.46 |
0.26 |
0.99 |
0.015 |
0.145 |
0.098 |
0.0091 |
0.11 |
0.10 |
发明例 |
88 |
0.46 |
0.26 |
0.97 |
0.014 |
0.021 |
0.097 |
0.0038 |
0.12 |
0.12 |
发明例 |
89 |
0.45 |
0.25 |
0.98 |
0.015 |
0.024 |
0.103 |
0.0047 |
0.10 |
0.13 |
比较例 |
90 |
0.47 |
0.26 |
0.97 |
0.012 |
0.010 |
0.019 |
0.0138 |
0.13 |
0.10 |
比较例 |
91 |
0.48 |
0.27 |
0.96 |
0.014 |
0.027 |
0.215 |
0.0096 |
0.10 |
0.12 |
比较例 |
92 |
0.45 |
0.30 |
0.97 |
0.011 |
0.049 |
0.126 |
0.0069 |
0.12 |
0.11 |
比较例 |
93 |
0.47 |
0.26 |
0.98 |
0.013 |
0.090 |
0.029 |
0.0099 |
0.13 |
0.13 |
比较例 |
94 |
0.47 |
0.26 |
0.98 |
0.013 |
0.143 |
0.242 |
0.0051 |
0.11 |
0.13 |
切削性试验
切削性试验是从锻伸后的实施例的各钢材切取切削性评价用试验片,在下述表7-2所示的切削条件下进行钻头穿孔试验,评价实施例以及比较例的各钢材的切削性。
此时,作为评价指标,采用在钻头穿孔试验中能切削到累积孔深度1000mm的最大切削速度VL1000。
表7-2
切削条件 |
钻头 |
其他 |
切削速度 1-150m/min进给量 0.25mm/rev切削油剂 水溶性切削油 |
钻头径Φ3mmNACHI普通钻头越程45mm |
孔深度 9mm工具寿命 直到折损 |
夏比冲击试验
图3是表示夏比冲击试验用试验片的切取部位的图。在夏比冲击试验中,首先,如图3所示,从锻伸后的各钢材7,以中心轴与钢材7的锻伸方向垂直的方式,通过机械加工来制作JIS Z 2202所规定的夏比试验片8,采用JIS Z 2242所规定的方法实施室温下的夏比冲击试验。此时,作为评价指标,采用每单位面积的吸收功(J/cm2)。
AlN的观察
AlN的观察,是对于从采用与切削性试验评价用试验片同样的方法制作的钢材的Q部切取的试样,通过透射型电子显微镜的复型法来实施观察。
将1000μm2的视场随机地实施20个视场的观察,评价圆相当径超过200nm的AlN的合计体积相对于全部AlN的总体积的比例(%)。
以上试验的结果汇总示于表7-3。
表7-3
|
No. |
Al*N*100000 |
加热温度℃ |
AlN分率(%) |
VL1000m/min |
冲击值J/cm2 |
发明例 |
83 |
89 |
1250 |
16.4 |
25 |
17 |
发明例 |
84 |
80 |
1250 |
13.4 |
36 |
12 |
发明例 |
85 |
90 |
1250 |
16.8 |
54 |
10 |
发明例 |
86 |
80 |
1250 |
13.3 |
65 |
8 |
发明例 |
87 |
89 |
1250 |
16.6 |
66 |
7 |
发明例 |
88 |
37 |
1210 |
3.6 |
37 |
13 |
发明例 |
89 |
48 |
1230 |
5.3 |
48 |
11 |
比较例 |
90 |
26 |
1200 |
2.4 |
13 |
17 |
比较例 |
91 |
206 |
1250 |
88.8 |
20 |
14 |
比较例 |
92 |
87 |
1200 |
24.5 |
35 |
11 |
比较例 |
93 |
29 |
1250 |
1.7 |
50 |
9 |
比较例 |
94 |
123 |
1250 |
31.7 |
54 |
5 |
上述表7-1以及表7-3所示的No.83~89为发明例,No.90~94为比较例。
如上述表7-3所示,实施例No.83~89的钢材,评价指标VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性良好,但比较例的No.90~94的钢材,这些评价指标中的至少一个以上的特性比实施例的钢材差,因此VL1000、冲击值(吸收功)的均衡性差。(参照图10)
具体地讲,No.90、93由于Al含量低于本发明的规定,因此切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.91、94由于Al或N的添加量多,比满足上述式(1)的范围的Al×N高,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。
No.92由于加热温度为1200℃,加热温度低,因此生成粗大的AlN,切削性的指标即VL1000比具有相同程度的S含量的发明钢差。