CN101589168B

CN101589168B - 无铅易切削钢及其用途

Info

Publication number: CN101589168B
Application number: CN2008800032255A
Authority: CN
Inventors: 马蒂亚斯·桑德斯特伦; 亚尔瓦·特罗根; 拉尔斯·卡尔松
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sap Precision Metals Sweden Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2028-01-24
Also published as: US20130294961A1; ES2411382T3; EP2126151B1; TWI434941B; EP2126151A4; SE0700192L; CN101589168A; JP2010516898A; JP5307729B2; US20100143179A1; US8540934B2; US9238856B2; HK1139188A1; SE531889C2; TW200840876A; EP2126151A1; WO2008091214A1

Abstract

描述了一种无铅易切削钢，其具有按重量百分比计的以下组分：C0.85-1.2、Si 0.1-0.6、Mn 0.4-1.2、P最大0.05、S 0.04-0.3、Cr最大2、Ni最大1、Mo最大0.5、Cu最大2、Al最大0.1、B最大0.008、Bi+Se+Te最大0.005、Ti+Nb+Zr+V最大0.2、余量的Fe和通常出现的杂质。所述钢主要用于小/细尺寸和/或在由所述钢形成的产品的制造过程中的低切削速度。

Description

无铅易切削钢及其用途

技术领域

本发明涉及无铅钢及其用途。更具体地说，本发明涉及无铅且具有良好的硬化性、机加工性和耐磨性的易切削钢(free-cutting steel)。

背景技术

易切削钢有许多不同的应用。应用的例子是在测量探针和仪器中，如汽车零件(如ABS制动器的精密阀和燃料喷射系统)和手表零件，所有应用的例子由线和/或使用线制造。提到的应用全都利用小尺寸的线或杆。由于所使用的加工设备的限制，这可能也导致在制造部件的过程中必须使用低切削速度。在本文中，小尺寸被认为是小于15mm的线直径。上述提到的应用通常需要同时使机加工性、硬化性和耐磨性性能最优。在一些情况下，还有在钢部件的储存和/或制造过程中的腐蚀性(即铁锈形成的趋势)可能是重要的。

目前普遍使用的易切削钢通常包含铅，铅是提供期望的机加工性的有效元素。但是，铅是对环境危险的元素，因此环境立法的发展指出铅可能被禁止或限制作为钢中的合金材料。在本文中，环境友好被认为是指在制造，具体是在部件的热加工、机加工过程中，使用过程中和循环过程中对自然或与材料非常接近的个人没有危险。

包含铅的易切削钢的一个例子是Sandvik 20AP，该钢具有按重量计1％的C、按重量计0.2％的Si、按重量计0.4％的Mn、按重量计0.05％的S和按重量计0.2％的Pb的标称组分。该钢具有非常好的机加工性、耐磨性和硬化性以及在热处理后极佳的尺寸稳定性。由于这些性能，该钢非常适合于长的窄部件，如测量仪器的杆以及精密阀，尤其是在汽车工业中的精密阀。该钢还能用于其它应用，如手表部件、测量探针和精密工具。但是，因为该材料包含铅，所以其不被认为是环境友好的。

无铅易切削钢的例子能在US2003/0113223A1、EP1270757A和US5,648,044A中发现，其全部是用于机械结构用途。但是，这些钢不提供对于小尺寸令人满意的性能，且因此不能构成合适的组分。

因此，本发明的目的是提供一种替代性的钢，该钢可用作线，尤其是小尺寸的线，且该钢对环境无害。

发明内容

该目的由根据权利要求1的钢来实现。该钢无铅且因此对环境几乎无害。此外，该钢具有高的硬化性、良好的机加工性和高的耐磨性。对比现有技术，如含铅的钢Sandvik 20AP，该钢还具有类似或略微更好的腐蚀性。

根据本发明的无铅易切削钢非常适合用于如测量探针和仪器、汽车零件，如ABS制动器的精密阀和燃料喷射系统的应用。该钢还非常适合用于手表。

虽然开发该钢以用于小尺寸，如主要是在上述应用中，但是该钢还可以用于其它要求硬化性和机加工性的应用，且对于这些应用，易切削钢被认为是适当的材料选择。

附图说明

图1a示出一些试验样品的作为冷却速度的函数的一些试验组分的维氏硬度(HV1)。

图1b示出图1a一部分的放大图。图1a中标记的部分表示被放大的区域。

图2示出当使用15m/分钟的切削速度时作为切削时间的函数的一些试验组分的机加工性(如切削刃上的侧面磨损)。

图3示出当使用30m/分钟的切削速度时作为切削时间的函数的一些试验组分的机加工性(如切削刃上的侧面磨损)。

图4示出当切削刀片上的侧面磨损为0.1mm时分别对于15m/分钟和30m/分钟的一些试验组分的加工体积。

图5示出在800℃下对于一些组分的奥氏体中碳含量和残余渗碳体摩尔分数的理论计算结果。

图6示出当使用20m/分钟的切削速度时作为加工零件的函数的一些试验组分的机加工性(如直径的变化)。

图7示出当使用30m/分钟的切削速度时作为加工零件的函数的一些试验组分的机加工性(如直径的变化)。

图8示出当使用20m/分钟的切削速度时作为加工零件的函数的一些试验组分的机加工性(如表面粗糙度)。

图9示出当使用30m/分钟的切削速度时作为加工零件的函数的一些试验组分的机加工性(如表面粗糙度)。

具体实施方式

下面描述了不同元素的含量和影响，其中涉及含量的所有数字按重量百分比(wt％)计。

C 0.85-1.2wt％

碳通过增加马氏体硬度和增加碳化物的分数来提高钢的硬度。但是，太高的碳量可能使机加工性变坏。因此，该钢中碳的上限应为1.2wt％以避免机加工性降低。为了实现所制造的钢部件的合适的硬度和耐磨性以用于期望应用，碳的下限应为0.85wt％。

低碳含量对机加工性是有益的，但是对其它性能具有不利影响。这些不利影响能通过增加替代性的元素的量来中和。减小的碳含量可能会降低硬化性，但是能通过增加如锰、铬、铜和镍的元素来补偿，所述元素提高硬化性，即：延迟到珠光体/贝氏体的转变。减小的碳含量还导致碳化物的分数减小，这能通过增加形成碳化物的元素(主要是铬)来补偿。但是，提高的铬含量必须相对于碳含量和硬化温度相平衡，以获得材料硬度和耐磨性的最佳组合。根据优选实施方式，碳含量应为0.9-1.1wt％。

Si 0.1-0.6wt％

硅具有固溶硬化效果。硅还增加回火过程中碳的活性。此外，由于对氧的高亲和性，硅常常用于在制造过程中对钢进行去氧，以提高材料的纯度。在硅含量低于0.1wt％时不能获得这些效果。在高的硅含量下，热成型加工性能恶化。因此，硅含量不应超过0.6wt％的硅，优选最大0.4wt％。根据优选实施方式，硅含量为0.15-0.3wt％，更优选为0.2-0.3wt％。

Mn 0.4-1.2wt％

锰影响硫化物的形态并导致硫化锰的形成，这提高钢的机加工性。锰还导致增加的加工硬化的趋势以及更高的硬化性。但是，易切削钢中大量的锰能降低抗腐蚀性。低于0.4wt％的锰含量导致硫化物量不足，而锰含量过多，超过1.2wt％，则导致加工硬化趋势增加，这又导致降低的机加工性。优选地，Mn含量为0.5-1.1wt％，更优选为0.5-0.7wt％。

P 最大0.05wt％

磷由于脆化危险通常对钢是有害的。因此磷含量超过0.2wt％是不利的。在这种情况下，磷的量被设定为最大0.05wt％，以使机加工过程中产生的废料再循环成为可能。优选地，钢应具有最大0.03wt％的磷含量。

S 0.04-0.3wt％

硫由于形成硫化物(例如硫化锰)而增加钢的机加工性。这些硫化物在滚轧、锻造或冷拉过程中容易产生塑性变形，且机加工过程中刀具磨损显著减小。实现改善机加工性所需要的硫含量为0.04wt％或更多，优选为至少0.05wt％，更优选为至少0.08wt％。但是，高的硫含量可在热成型过程中可能产生问题。腐蚀性能和表面质量也会受到不利地影响。先前的研究结果表明，硫的最大含量约为0.3wt％。对比具有低于0.3wt％的硫含量的材料，具有超过该极限的硫含量的钢的机加工性受到增加的硫含量的不利影响。因此，硫含量应为最大0.3wt％，优选最大0.25wt％，更优选最大0.15wt％。

Cr 最大2wt％

高含量的铬将导致形成不锈钢。较低的量的铬将提高腐蚀性能。铬还是提高硬化性的元素，且如果锰的含量太低的话，将形成硫化铬。在本发明中，铬含量应为最大2wt％以避免对材料性能有任何不利的影响。较高的铬含量导致碳化物的分数急剧增加以及基体中的碳含量减小，这导致较低的马氏体硬度。渗碳体碳化物结构的改变也在较高的铬含量下被预期。优选地，铬含量应为0.1-0.8wt％，更优选为0.1-0.5wt％。

Ni 最大1wt％

添加少量的镍对机加工性、腐蚀性或硬化性没有显著的影响。较高的镍量使奥氏体相稳定并增加硬化之后残余奥氏体的量，虽然这可使硬化性和韧性得到提高，但降低了硬度。由于镍合金的成本高，因此镍含量应低于1wt％，优选最大0.5wt％，更优选最大0.4wt％。

Mo 最大0.5wt％

钼增加硬化性。但是，高的钼含量可能损害钢的热加工性。因此，这种情况下钼的上限应为0.5wt％。由于所使用的原材料，钼通常以杂质水平存在，即等于约0.1wt％。

Cu 最大2wt％

就刀具寿命而言，例如车削时的刀具寿命，铜可对机加工性有正面的影响。还报告铜提高腐蚀性能，具体是铜降低一般腐蚀的速率。但是，如果以太高的含量添加，铜可能会降低材料的热塑性并恶化形成尽可能小的切屑的能力。因此，铜能够以等于2wt％的量添加。优选地，铜含量为0.02-1.8wt％，更优选为0.3-1.7wt％。根据一个实施方式，合金可包含0.3-1.0wt％的Cu。

Al 最大0.1wt％

一般来说，铝作为去氧剂而添加到材料中，以提高钢的纯度。但是，大的铝量对机加工性会有不利的影响，这又增加刀具磨损，这是由于钢中硬且脆的氧化铝的量提高了的原因。因此，在本发明中，铝含量应尽可能低，＜0.1wt％，以避免降低机加工性。因为由钢中氧化铝引起的对刀具寿命的负面影响，所以在根据本发明的钢的制造过程中，硅应优选地用作去氧剂。

B 最大0.008wt％

硼提高钢的硬化性且小含量时还改善热加工性。但是，有时氮化硼的形成被认为引起刀具磨损增加，这是由于所形成的夹杂物的硬度相对较高的缘故。过量的硼通常也被认为导致材料的热塑性差。因此，钢中硼含量应最大0.008wt％，优选最大0.005wt％。根据一实施方式，钢中没有添加硼。

Bi+Se+Te 最大0.005wt％

铋提高机加工性。但是，与铋合金化相当昂贵。硒和碲也是提高机加工性的元素。但是，硒和碲的量应尽可能低，主要是由于成本和环境因素。铋、硒和碲总共可被添加到最大0.005wt％。根据优选实施方式，钢不包含任何铋、硒或碲的添加。

Ti+Nb+Zr+V 最大0.2wt％

钛含量应尽可能低以避免形成碳氮化钛夹杂物。这些夹杂物非常硬且会导致刀具磨损增加。因此，钛含量应尽可能低。

一般来说，铌对防止高温下钢中晶粒的粗化有用，但是内生形成的氮化铌对机加工性会有不利的影响。因此，铌含量应保持尽可能的低。

在不是特别用于要求机加工的应用的材料中，有时添加锆以防止加工过程中晶粒生长并用以降低钢的脆性。但是，锆可形成碳化物和/或氮化物，这增加刀具磨损。因此，锆含量应尽可能的低。

钒与氮和碳相结合形成碳氮化物，其防止钢中晶粒生长。但是，碳氮化钒与碳氮化钛对刀具磨损具有相同的影响，这意味着钒含量应尽可能的低。

因此，为了避免对机加工性的不利影响，钛、铌、锆和钒的添加总量应为最大0.2wt％。根据一实施方式，钢没有添加钛、铌、锆和钒。但是，应注意，由于原材料的选择，这些元素可能会作为杂质存在。

杂质

钢还可能包含由于所使用的原材料和/或所选择的制造方法而通常出现的杂质。然而，这些杂质的含量应被控制成使得所制造的钢的性能没有显著受到这些杂质的存在的影响。这样的杂质的一个例子是被适当地保持低于0.08wt％的氮。其它例子是上文已经描述过的磷和铝，且其的量应被小心地监控。

根据本发明的钢能通过常规的熔化工艺如高频炉熔化或AOD来制造。该钢可在750℃-950℃的均热温度下得到适当的硬化。

根据优选实施方式，钢具有以下的近似组分(以重量百分比计)：

C 1

Si 0.2

Mn 0.5

P 最大0.02

S 0.1

Cr 0.2

Ni 最大0.4

Cu 1.5

余量的Fe和通常出现的杂质。

根据另一优选实施方式，钢具有以下的近似组分(以重量百分比计)：

C 1

Si 0.3

Mn 1

P 最大0.02

S 0.1

Cr 0.2

Ni 0.05

Cu 0.03

余量的Fe和通常出现的杂质。

根据第三优选实施方式，钢具有以下的近似组分(以重量百分比计)：

C 1

Si 0.2

Mn 0.5

P 最大0.02

S 0.1

Cr 0.5

Ni 0.4

Cu 0.4

余量的Fe和通常出现的杂质。

根据第四优选实施方式，钢具有以下的近似组分(以重量百分比计)：

C 0.9

Si 0.2

Mn 0.5

P 最大0.02

S 0.1

Cr 1.5

Ni 最大0.1

Cu 0.4

余量的Fe和通常出现的杂质。

根据本发明的钢当在约800℃下硬化如淬火时通常具有至少850HV1的硬度，且在300℃下回火30分钟后具有至少600HV1的硬度。该钢还具有机加工性，就达到刀片磨损标准之前的切削时间而言，其机加工性至少与相应的含铅合金钢的机加工性一样好。当使用可转位硬金属刀片和近似15m/分钟的切削速度时，能达到至少10小时的切削时间。

实例1-组分

通过高频炉熔化，然后铸造成270kg的钢锭来制造根据本发明的合金的十二种不同的试验样品(trial heat)。为了防止裂纹，允许钢锭在重新加热并锻造成φ45mm的圆棒之前在隔热环境中从约1550℃缓慢冷却至室温，持续时间为一周。进行所有测试之前，对材料在约750℃下进行约4小时的软退火，之后在约10℃/h的速率下控制冷却。

表1给出了试验样品和包含铅的参照材料(REF1)的化学组分，其中所有数字按重量百分比给出。参照材料借助于大规模熔化、二次精炼和连续铸造制造。

表1

样品	C	Si	Mn	S	Cr	Ni	Cu	其它
									-68	0,97	0,24	0,50	0,046	0,17	0,07	0,025
-69	0,93	0,22	0,54	0,091	0,17	0,06	0,026
									-70	0,96	0,27	1,10	0,097	0,18	0,06	0,026
-71	1,00	0,22	0,89	0,24	0,16	0,06	0,025
									-72	1,01	0,23	0,57	0,12	0,17	0,06	0,026	B 41ppm
-73	0,99	0,21	0,52	0,094	0,17	0,37	0,026
									-74	1,01	0,23	0,53	0,11	0,52	0,35	0,36
-75	1,01	0,22	0,52	0,11	0,17	0,36	0,51
									-76	1,01	0,20	0,51	0,088	0,17	0,06	1,65
-77	0,91	0,22	0,53	0,091	0,17	0,33	1,50
									-79	1,02	0,20	0,48	0,057	0,18	0,06	0,028	Bi0,047％
-99	1,00	0,26	0,65	0,067	0,18	0,07	0,023	Ca 33ppm

试验样品的所有组分包含最大0.03％的P、最大0.02％的N、最大0.05％的Mo、最大0.05％的Al和最大0.03％的V，其被认为是试验样品中的杂质。但是，在某些情况下，Mo能被添加到材料中，以便提高抗腐蚀性。

实例2-硬化性

实例1中样品-68至-77、-79和-99的试样为外径4.9mm、内径4.1mm和长度12.5mm的空心样品形式，通过以25℃/s的速率从室温加热到800℃来硬化。将试样在800℃下保持5分钟。此后，利用控制冷却速率对试样的冷却通过用氦冲洗样品来实现。通过使用淬火膨胀计测试样品的硬化性以实现控制冷却速率。低的冷却速率可导致不期望的奥氏体相的相转变，如转变到贝氏体或珠光体，而不是马氏体，这导致材料的硬度降低。

热处理之后，研究样品的维氏硬度(HV1)和微观结构。在图1a和图1b中，示出作为将材料从800℃冷却到700℃所需要的时间(秒数)的函数的硬化之后的试验材料的硬度。冷却速率从约30℃/秒变化到400℃/秒。图1a和图1b所示的试验结果也列在表2中。

能够看出，三种材料，样品-70、-74和-77具有比其它材料更高的硬化性，这由即使在较低冷却速率下的硬化之后的高硬度示出。众所周知的是，较低的冷却速率同时仍获得令人满意的硬度表明材料能够更易于制造，这是因为淬火速度不太关键。样品-70具有高的锰含量(按重量计1.1％)，而样品-74具有相对较高的铬、镍和铜含量(0.53％的Cr、0.35％的Ni和0.36％的Cu)，且样品-77具有相对较高的镍含量(0.34％)和高的铜含量(1.50％)。对于其它试验材料，硬化性的差别不太明显。

表2

硬化之后的微观结构研究表明，即使在较低冷却速率之后样品-70、-74和-77的较高的硬度是由于较高量的马氏体而不是由于形成贝氏体。

试验结果表明，锰和铬以及高含量的铜对硬化性具有有益的影响，而较低量的铜(样品-75中约0.5％)以及镍、硫、硼、铋和钙的添加对硬化性没有影响或只有有限的影响。因此，硬化性的增加被认为主要取决于元素锰和铬，其中增加每一种的量都提高材料的硬化性。

实例3-硬化之后回火

除了在实例2中的硬化性试验外，还使用一些样品研究硬化之后回火后的材料硬度。表3示出在约800℃下硬化约5分钟且之后在四种不同温度100℃、200℃、300℃和500℃下回火30分钟之后材料的硬度(HV1)。结果显示，在硬化和回火后硬度的差别小。能够看出，不同样品之间硬度的最大差别在回火之前，即硬化之后，或者在低于300℃的温度下回火之后。

表3

清楚的是，硬化和回火之后硬度的差别在所研究的合金中很小。低于300℃的回火温度提供了合金中硬度和残余奥氏体含量的最高差别。

实例4-机加工性

测试了实例1给出的所有组分的机加工性。试样具有约为φ40mm的直径，且表面被提前车削，以使表面缺陷的影响最小。

对于所有的机加工试验，操作为纵向车削操作，且切削深度在0.5mm和1.5mm之间连续改变。切削速度为15m/分钟。另外，一些材料还在30m/分钟的切削速度下进行试验。所有试验的切削进给约为0.05mm/转。利用Coromant Corocut XS 3010类型、GC 1025等级的涂层可转位硬金属刀片进行机加工试验。通过测量作为切削时间函数的刀片磨损进行评估。结果在图2和图3中示出为作为按分钟计的切削时间的函数的切削刃的侧面磨损。

结果显示，除了一个(样品-77)之外的所有试验材料组分均提供与含铅的参照材料REF 1范围相同的刀具磨损率，或低于REF 1的刀具磨损率。

较高的硫和/或锰量提供关于刀具磨损率更好的机加工性，可能是由于材料中硫化锰的含量较高的缘故。硼似乎对机加工性存在有利的影响(样品-72)。高的铜量(在样品-76和-77中约1.5％)似乎损害关于刀具磨损的机加工性。如等于约0.5％(样品-74和-75)的少量铜似乎对刀具磨损没有任何显著的影响。

还在30m/分钟的切削速度下测试了实例1中的一些试验材料的机加工性。作为时间的函数，对于试验材料，刀具磨损按与含铅的参照材料(REF1)相同的速率或低于该参照材料(REF1)的速率增加。图3示出利用30m/分钟的切削速度的试验的结果。根据利用15m/分钟的切削速度的试验，较高的硫和/或硼量提供关于刀具磨损的较好的机加工性。对比利用较低的切削速度的试验的结果，锰的积极影响被降低。

图4示出当侧面磨损为0.1mm时在不同的切削速度(15m/分钟和30m/分钟)下一些试验材料的加工体积。样品-70的结果为外推结果，这是因为试验在达到侧面磨损标准以前停止。对比较低的切削速度，较高的切削速度通常提供作为加工体积的函数的较高的刀具磨损量。样品-68和铋合金化的材料(即样品-79)例外。

实例5-耐磨性

材料的耐滑动磨损性取决于许多材料参数和应用参数。但是，对于在试验材料技术领域内的许多应用，可能影响耐磨性的两个主要材料参数是基体硬度和材料中硬颗粒的量。

假定硬化材料的基体硬度与在硬化温度下溶解在奥氏体中的碳量成比例，并假定材料中硬颗粒的量由在硬化温度下没有分解的渗碳体的量给出，得出实施1中试验材料之间的理论对比。

使用Thermo-Calc(版本Q，数据库CCTSS)得出理论计算结果。应注意，这些计算结果呈现平衡且因此应仅作为实际上可能预期的指导。800℃被认为是硬化根据本发明的合金的合适的温度，800℃温度下的结果显示在图5中。

结果显示，试验材料之间的差别相当小。样品-74中，在硬化温度下高的渗碳体量和较低的碳含量可能是由于较高的铬含量，其使渗碳体稳定。利用较高的硬化温度，样品-74中，更多的渗碳体能被溶解，从而给出基体中较高的碳量。另一方面，基体中较高的碳含量提高了当对材料淬火时残余奥氏体形成的趋势。高的残余奥氏体量降低硬度并且还可能损害材料的耐磨性。

对于样品-77，较低的碳含量给出了在硬化温度下较少的溶解在奥氏体中的碳以及较少的残留渗碳体量。

实例6-腐蚀

除了样品-99之外的根据实例1的样品的抗腐蚀性在人工气候室中进行测试。湿度水平根据一个循环程序改变，以模拟钢可能经历的真实环境条件。主循环建立在以下给出的循环1的重复的基础上。

循环1

步骤1.7小时35℃和90％的相对湿度(RH)的不变条件。

步骤2.在1.5小时的时段，线性地降低到45％的相对湿度(RH)。

步骤3.2小时35℃和45％的相对湿度(RH)的不变条件。

步骤4.在1.5小时线性地增加到90％的相对湿度(RH)。

每种材料的三个试样被准备为φ40mm×10mm。对样品的包络面进行车削并对端面进行研磨。开始之前，所有样品被浸入氯化钠溶液(1％NaCl)中1小时，并让过量的流体流掉约5分钟，以加速腐蚀速率。对于第一循环，步骤1用步骤5代替。

步骤5.6小时35℃和90％的相对湿度(RH)的不变条件。

在暴露到上面给定的循环8、24、48和96小时后检查样品。在每次检查时，关于每种样品的腐蚀区域对腐蚀量分类。使用以下标示：

A＝样品没有腐蚀

B＝小于20％的表面被腐蚀

C＝20％和70％之间的表面被腐蚀

D＝超过70％的表面被腐蚀

表4中给出的结果显示，当硫和锰的含量高到形成硫化锰时，抗腐蚀性且尤其是开始一般腐蚀的时刻减少。这能够在例如样品-71和样品-70中看到，其显示出已经在24小时后的根据分类D的腐蚀攻击。其它元素似乎没有显著影响。

合金之间仅存在微小的差别。类似于参照材料(REF1)，如果材料没有进行防腐蚀保护，所有合金随时间流逝而腐蚀。对于预期的应用，腐蚀不是问题。但是，对于操作过程，必须证实材料没有长期时间不受保护。本发明中描述的几种合金显示比参照材料更高的长时间抗腐蚀性。

表4

实例7-大规模熔化

通过高频炉熔化，然后铸造成10吨的钢锭来制造根据本发明的合金的三种不同的试验样品。为了防止裂纹，允许材料在重新加热到约1100℃之前缓慢冷却到950℃。此后，将材料热轧成105×105mm的方坯。在进行线材轧制之前对坯的所有表面进行研磨。随后进行在软退火情况下的拉丝，直到最终尺寸在φ3mm之上，之后矫直，并研磨到φ3mm。软退火在约750℃下进行约5小时，之后在近似10℃/小时的速率下控制冷却到650℃。

试验样品和含铅的参照材料(REF2)的化学组分在表5中给出，其中所有数字按重量百分比给出。参照材料通过大规模熔化之后二次精炼和连续铸造制造。

表5

样品	C	Si	Mn	S	Cr	Ni	Cu	其它
									-307	0,86	0,38	0,58	0,081	1,53	0,05	0,37
-309	1,07	0,21	0,49	0,10	0,45	0,06	0,41
									-311	1,06	0,25	0,81	0,098	0,14	0,04	0,08
REF2	0,96	0,16	0,47	0,050	0,12	0,02	0,01	Pb 0,17％

试验样品的所有组分包含最大0.03％的P、最大0.02％的N、最大0.05％的Mo、最大0.05％的Al和最大0.03％的V，其被认为是试验样品中的杂质。

对表5给出的所有组分的机加工性进行了测试。对于所有机加工试验，操作为全面进刀操作(plunge cutting operation)，其中切削深度在0.15mm、0.80mm和1.0mm之间变化。切削速度为20m/分钟或30m/分钟。所有试验的切削进给为0.015mm/转。机加工试验利用BIMU 065L3.5类型、Bi40等级的涂层可转位硬金属刀片进行。通过测量作为切削时间的函数的尺寸和表面粗糙度进行评估。结果在图6和图7中示出为作为加工零件的数量的函数的尺寸变化，在图8和图9中示出为作为加工零件的数量的函数的表面粗糙度。

结果显示，除一个(样品-307)之外，所有试验组分给出与参照材料REF2在同一水平的尺寸变化和表面粗糙度。对于在20m/分钟的切削速度下的样品-307，尺寸变化显示出不同于其它样品的模式，参见图6。对于30m/分钟的切削速度，样品-307不能进行测试，这是因为形成了过长的切屑且难以对切屑进行评估。

较高的硫量提供了关于尺寸变化的较好的机加工性，这可能是由于材料中硫化锰含量较高。铬似乎对机加工性具有不利的影响(样品-307)。

除了上面描述的机加工性外，使用φ3mm尺寸的试样研究硬化之后回火后的材料硬度。表6示出在约800℃下硬化分别约4、10分钟，且之后在两个不同温度250℃和400℃下回火30分钟之后材料的硬度(HV5)。

表6

结果显示，除了样品-307之外，硬化和回火后硬度的差别小。能够看出，不同样品之间的最大硬度差别在回火之前即硬化之后，或者在250℃的温度下的回火之后。影响样品-307对比其它样品的硬度差别的可能是，由于样品-307中较高的铬含量，在加热过程中奥氏体相中溶解较少的碳化物以及然后的碳含量的降低。

Claims

1.无铅钢，其具有按重量百分比(wt％)计的以下组分：

余量的Fe和通常出现的杂质。

2.如权利要求1所述的钢，其包括0.9-1.1wt％的C。

3.如权利要求1或2所述的钢，其包括0.15-0.3wt％的Si。

4.如权利要求1-2中任一项所述的钢，其包括0.5-1.1wt％的Mn。

5.如权利要求1-2的任一项所述的钢，其包括0.1-0.8wt％的Cr。

6.如权利要求1-2的任一项所述的钢，其包括最大0.5wt％的Ni。

7.如权利要求1所述的钢，其包括0.3-1.0wt％的Cu。

8.如权利要求1-2的任一项所述的钢，其包括最大0.005wt％的B。

9.如权利要求1-2的任一项所述的钢，其没有添加B。

10.如权利要求1-2的任一项所述的钢，其没有添加Bi、Se和Te。

11.如权利要求1-2的任一项所述的钢，其没有添加Ti、Zr、Nb和V。

12.如权利要求1-2的任一项所述的钢，所述钢为线的形式。

13.如权利要求3所述的钢，其包括0.2-0.3wt％的Si。

14.如权利要求4所述的钢，其包括0.5-0.7wt％的Mn。

15.如权利要求5所述的钢，其包括0.1-0.5wt％的Cr。

16.如权利要求6所述的钢，其包括最大0.4wt％的Ni。

17.根据权利要求1-16中的任一项的钢的用途，用于精密阀。

18.根据权利要求17的用途，用于汽车工业中的精密阀。

19.根据权利要求1-16中的任一项的钢的用途，用于表。

20.根据权利要求1-16中的任一项的钢的用途，用于测量探针。

21.根据权利要求1-16中的任一项的钢的用途，用于精密工具。