CN101688274B

CN101688274B - 低碳硫快削钢

Info

Publication number: CN101688274B
Application number: CN2008800219952A
Authority: CN
Inventors: 松井直树; 长谷川达也
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: KR20090128559A; JP5092578B2; WO2009001667A1; TW200918677A; JP2009007591A; CN101688274A

Abstract

一种低碳硫快削钢，含有C：0.02％以上、低于0.20％；Si：超过0.10％、1.5％以下；Mn：0.8～2.2％；P：0.005～0.25％；S：超过0.40％、0.8％以下；O：＜0.010％；N≤0.025％；Ca：0.0003～0.005％，余量由Fe和杂质构成，杂质中的Al＜0.005％、Mg＜0.0003％、Ti≤0.002％、Zr≤0.002％、REM＜0.0003％，满足“2.0＜Mn/S＜4.0”和“0.0005≤10Ca×Si≤0.050”，在使用了超硬工具的精车削加工时，与现有的不添加Pb的低碳快削钢相比具有小的加工面粗糙度，并且切屑处理性也优异。该低碳硫快削钢也可以含有Te≤0.05％、Bi≤0.15％、Sn≤0.5％之中的1种以上和/或Cr≤2.0％、Mo≤0.5％、V≤0.3％、Nb≤0.3％之中的1种以上。

Description

低碳硫快削钢

技术领域

本发明涉及低碳硫快削钢，是涉及在进行使用了超硬工序的精车削加工时具有优异的被削性、特别是适于细径的打印机轴等的OA部件的用途的无Pb添加的低碳硫快削钢。

背景技术

历来，在软质的小零件，例如汽车部件的制动装置部分、OA部件的打印机轴和电气设备部件等的原材中，为了提高生产性而使用作为被削性优异的钢材的所谓“快削钢钢材”。

作为快削钢钢材，已知有JIS G 4804(1999)所规定的钢材，即大量添加S，利用MnS改善被削性的“硫快削钢钢材”(以下称为“S快削钢材”。)、添加有S和Pb两者的“硫复合快削钢钢材”(以下称为“S复合快削钢材”)或添加有Pb的“铅快削钢钢材”(以下称为“Pb快削钢材”)。

上述的快削钢材之中含有Pb的、即Pb快削钢材和S复合快削钢材，因为切屑容易被切断，所以具有所谓“切屑处理性”优异，还有工具寿命长，切削加工后的钢材表面的加工表面粗糙度优异这样的特性。

但是近年来，由于对地球环境问题的重视，从制品中排除Pb的运动增强，例如在欧洲，钢材中所含的Pb的含量以质量％计被限制在0.35％以下等，希望尽可能地使Pb的含量降低。

此外，因为Pb熔点低，向钢中的固溶度小，所以含有Pb的钢在轧制时容易产生裂纹等，在制造方面也存在问题。

因此，为了解决上述课题，例如在专利文献1～5中，作为涉及不含Pb的低碳快削钢的技术，提出有一种使S量增加，并且控制MnS等的硫化物系夹杂物(以下仅称为“MnS”。)的形态而使被削性提高的技术，和控制组织而使被削性提高的技术。

具体来说，在专利文献1中公开有一种涉及低碳的“高S快削钢”的技术，其在Mn/S比(质量比)为3.5以上的高S快削钢的制造方法中，使铸造之前的熔钢的游离氧浓度以质量％计为0.004％以上。

在专利文献2中公开有一种涉及“低碳硫系快削钢线材”的技术，其以质量％计，含有高达0.50％的S量和高达0.01～0.03％的O量，并且规定钢中所含的硫化物系夹杂物的宽度。

在专利文献3中公开有一种涉及“被削性优异的钢”技术，其以质量％计含有0.1～0.5％的S，并且使珠光体面积率为5％以下。

在专利文献4中公开有一种涉及“被削性优异的钢”技术，其以质量％计，含有0.5～1.0％的S，并且使珠光体面积率为5％以下。

在专利文献5中公开有一种涉及“被削性优异的钢”技术，其在0.1～1.0％的范围内含有S，以当量圆直径计0.1～0.5μm的MnS的存在密度为10000个/mm²以上。

【专利文献1】特开2005-23342号公报

【专利文献2】特开2003-253390号公报

【专利文献3】特开2004-176176号公报

【专利文献4】特开2004-169054号公报

【专利文献5】特开2004-169052号公报

但是，上述的技术涉及的是改善成形(forming)加工时的被削性，该成形加工利用以制动装置等汽车部件的加工为主要对象的高速钢工具(以下称“HSS工具”)进行。

被加工成制动装置等汽车部件时，大多是通过所谓的成形(切断)加工进行精加工，这样的方法作为加工机械使用自动板，主要使用HSS工具，沿着与被削材的回转轴垂直的方向按下工具并进给工具，从而将工具形状复制到被削材上并加工成部件形状。

在成形加工时，因为要用工具的刃口整体对部件的表面进行加工，所以在工具的刀头所形成的“积屑瘤”会严重影响加工表面粗糙度。于是，为了得到加工表面粗糙度小的部件，就必须使工具的刃口上所形成的积屑瘤小，并不会在切削加工中脱落，而且必须使其大小稳定。

而且，上述专利文献1～5所提出的快削钢钢材，均是通过控制化学成分和制造方法而在工具的刃口使上述这种小而稳定的切屑瘤形成，以改善成形加工中的加工表面粗糙度为目的。

另一方面，打印机轴行所谓“OA部件”是精密部件，因此要求的加工表面粗糙度比制动装置等的汽车部件更小。

这样的OA部件的情况下，为了得到更小的加工表面粗糙度，多会使用超硬工具或在表面实施了涂敷处理的超硬工具，在使用润滑油剂的湿式条件下，以0.07mm/rev以下的小的进给量，通过车削加工而进行精加工。而且，对于用于这种用途的钢材，在自动化的加工线中，要求在同一工具下、长时间的加工期间持续维持小的加工表面粗糙度。

上述的专利文献1～5所提出的技术，虽然均可以改善使用HSS工具的成形加工时的被削性，但是在使用这样的超硬工具进行精车削加工时，加工表面粗糙度未必充分。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种不添加Pb的低碳硫快削钢，其在进行使用超硬工具的精车削加工时，具有比现有的不添加Pb的低碳快削钢优异的被削性，而且加工表面粗糙度小，能够得到优异的表面性状。

本发明者们为了上述目的而反复锐意研究。

其结果首先得出(1)～(4)的发现。

(1)使用超硬工具进行车削加工时，因为被削材难以附着在工具上，所以很难在工具的刃口形成积屑瘤。因此，以超硬工具进行精车削加工时决定被削材的加工表面粗糙度的，不是以HSS工具进行的成形加工时的这种积屑瘤。

(2)作为用于对如打印机轴等要求有更小的加工表面粗糙度的OA部件进行精加工的车削加工条件，大多的情况是在湿式条件下，设定0.07mm/rev以下的小进给量，这种情况下，被削材的表面被工具的刀尖R部加工。

(3)在这种状态下进行长时间加工时，如图1模式化地显示，在与被削材的表面接触的超硬工具前端的刀尖R部，会产生与进给量同等间隔的数个槽状磨耗。

(4)如果是使用超硬工具进给量小的精车削加工，则在该工具侧产生的槽状磨耗被复制到被削材侧的表面，由此决定了被削材的加工表面的粗糙度，工具侧的槽状磨耗越大，被削材的加工表面粗糙度就越大。工具更换之后，即在新的工具开始使用的初期阶段，在工具前端几乎没有产生槽状磨耗，因此在得到的加工表面粗糙度上，不太能够确认到因被削材的材质造成的差异。然而，随着加工时间延长，工具前端的槽状磨耗发展，被削材的加工表面粗糙度逐渐变大。因此，为了在同一工具之下在长时间的加工期间维持更小的加工表面粗糙度，重要的是减小在工具前端产生的槽状磨耗且使之难以扩展，在用于这样的加工方法的快削钢中，其材料设计上也要求有这样的特性。

因此，本发明者们在利用超硬工具进行的进给量小的精车削加工中，对于快削钢的夹杂物形态和组成带给工具前端的槽状磨耗的影响进行研究。具体来说，首先，使被削材的MnS的形态发生各种变化，就MnS的分布形态对超硬工具的磨耗会带来怎样的影响进行详细地研究。

其结果得出下述(5)～(7)的全新发现。

(5)工具前端的槽状磨耗，在比较小的MnS下几乎不受影响，而受到粗大的MnS影响。以当量圆直径换算，超过10μm的MnS几乎不存在时，具体来说，钢材纵截面1mm²中观察到的MnS之中，以当量圆直径换算，超过10μm的MnS的总面积在10％以下时，能够抑制工具前端的槽状磨耗。

(6)为了尽可能抑制粗大的MnS的生成，有效的是尽可能降低钢中所含的O量。通过降低O的含量，在MnS中固溶的O量，即MnS中的O的固溶量变少，能够减少MnS的变形阻抗。

(7)在凝固后的铸片中，即使超过10μm的粗大的MnS存在，如果进行热加工，O的固溶量少而变形阻抗小的MnS也会延伸而细小地断裂，因此能够成为细小的MnS。

因此，本发明者们为了降低钢中所含的O量而变更各种脱氧元素，而进一步对氧化物进行研究。

其结果是得出下述(8)～(11)的发现。

(8)通过添加Al、Mg、Ti、Zr、REM(稀土类元素)这样与O的亲和力大的元素，能够降低O的含量，减少粗大的MnS，但是，因为这些元素均容易形成硬质的氧化物，所以不能抑制在工具前端产生的槽状磨耗。

(9)Si也是对O含量的降低有效的元素，但是作为脱氧元素单独使用时形成硬质的SiO₂。因此，对抑制工具前端的槽状磨耗无效。

(10)但是通过并用Si和Ca，调整各自的质量平衡，并且限制杂质中所含的Al、Mg、Ti、Zr和REM这样与O的亲和力大的元素的含量，作为氧化物的平均组成，能够形成CaO和SiO₂合计至少含有5质量％的Al₂O₃-MnO-SiO₂-CaO系的软质的复合氧化物组成，能够大幅地抑制工具前端的槽状磨耗。

(11)如前述，在快削钢中，通过减少粗大的MnS，成为软质的氧化物组成，能够提供一种不添加Pb的低碳硫快削钢，其在进行使用超硬工具的精车削加工时，具有比现有的不添加Pb的低碳快削钢优异的被削性，而且加工表面粗糙度小，能够得到优异的表面性状。

本发明基于上述发现完成，其要旨在于下述(1)～(3)所示的低碳硫快削钢。

(1)一种低碳硫快削钢，其中，以质量％计含有C：0.02％以上、低于0.20％；Si：大于0.10％但在1.5％以下；Mn：0.8～2.2％；P：0.005～0.25％；S：大于0.40％但在0.8％以下，O：低于0.010％；N：0.025％以下；Ca：0.0003～0.005％，余量由Fe和杂质构成，杂质中所含有的Al、Mg、Ti、Zr和REM分别为Al：低于0.005％、Mg：低于0.0003％、Ti：0.002％以下、Zr：0.002％以下和REM：低于0.0003％，并满足下式(1)和(2)。

2.0＜Mn/S＜4.0…(1)，

0.0005≤10Ca×Si≤0.050…(2)。

其中，(1)式和(2)式中的元素符号表示该元素以质量％计的钢中含量。

(2)根据上述(1)所述的低碳硫快削钢，替代Fe的一部分，以质量％计含有Te：0.05％以下、Bi：0.15％以下和Sn：0.5％以下之中的1种以上。

(3)根据上述(2)所述的低碳硫快削钢，替代Fe的一部分，以质量％计含有Cr：2.0％以下、Mo：0.5％以下、V：0.3％以下和Nb：0.3％以下之中的1种以上。

还有，本发明中所说的“REM”是Sc、Y和镧系元素的合计17种元素的总称，REM的含量是指上述元素的合计含量。

以下，分别将上述(1)～(3)的低碳硫快削钢称为“本发明(1)～本发明(3)”。另外，统称为“本发明”。

本发明的钢，尽管是不添加Pb的“对地球环境优异的快削钢”，但在进行使用超硬工具的精车削加工时，与现有的不添加Pb的低碳快削钢相比较，加工表面粗糙度小，能够得到优异的表面性状。此外，因为热加工性也优异，所以能够以工业的规模廉价地制造。因此，能够作为要求有比制动装置等的汽车部件更小的加工表面粗糙度的细径的打印机轴等的OA部件的原材利用。

附图说明

图1是模式化地说明与被削材的表面侧接触的超硬工具前端的刀尖R部所形成的与进给量同间隔的槽状磨耗的图。

具体实施方式

首先，阐述关于本发明的低碳硫快削钢的化学组成及其限定理由。还有，在以下的说明中，各元素的含量的“％”显示意思是“质量％”。

在本发明的低碳硫快削钢中，在精车削加工中，最被要求的一点是，在同一工具之下、在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度，为此需要抑制工具前端的槽状磨耗。

C：0.02％以上、低于0.20％

C是对被削性和强度有重大影响的元素。在使用超硬工具的精车削加工中，为了减小加工表面粗糙度，必须使C的含量低于0.20％。这是由于C的含量为0.20％以上时，钢的硬度变高，工具前端的槽状磨耗容易推进。另一方面，若C的含量低于0.02％，则除了制造成本增加以外，硬度变得过软，因此得不到良好的切屑处理性。因此，为了确保优异的切屑处理性，不得不多次反复拉丝加工这样的冷加工而使硬度上升，因此不为优选。因此，使C的含量为0.02％以上、低于0.20％。还有，优选的C含量的范围是0.03～0.18％。如果是0.05～0.12％则更优选。

Si：大于0.10％但在1.5％以下

本发明中的Si的比例很重要，必须充分考虑与后述的Ca的质量平衡之后再使之含有。但是，Si的含量在0.10％以下时，不能使O的含量降低到充分低的量，因此越过10μm的MnS大量存在，工具前端的槽状磨耗容易推进，得不到良好的表面加工粗糙度。另一方面，使Si含有超过1.5％时，Si在铁素体中固溶使钢的强度提高，因此槽状磨耗反而容易推进，得不到良好的表面加工粗糙度。因此，使Si的含量的范围超过0.10％但在1.5％以下。还有，如果考虑到与后述的Ca的质量平衡，因为Ca回收率差，所以与Ca相比更优选由Si获得脱氧效果，这种情况下优选含有Si超过0.15％，更优选使之含有超过0.20％。另一方面，如果硬度上升，则容易使工具前端的槽状磨耗推进，得不到良好的加工表面粗糙度，因此Si含量的上限优选为1.0％，更优选为0.5％以下。

还有，处于上述范围的Si的含量如后述，需要10Ca(％)×Si(％)的值也满足0.0005～0.050。

Mn：0.8～2.2％

Mn与S形成MnS，是对整个被削性，即加工表面粗糙度、切屑处理性和切削阻抗均产生重大影响的重要的元素。其含量低于0.8％时，作为MnS的绝对量不足，不能获得期望的良好的被削性。另外，连续铸造时在铸片内部发生裂纹，成为使热加工性劣化的要因。还有，因为Mn也有提高渗碳特性的作用，所以在想得到良好的渗碳特性时，提高Mn的含量即可。但是，含有超过2.2％的大量的Mn时，Mn固溶，硬度变高，槽状磨耗容易推进，得不到良好的表面加工粗糙度，另外，也带来冷加工性的降低。因此，Mn的含量为0.8～2.2％。Mn的含量优选为1.0～1.8％，如果是1.2～1.7％则更为优选。

还有，处于上述范围的Mn的含量，如后述需要使Mn/S的值满足超过2.0但低于4.0。

P：0.005～0.25％

P具有提高强度的作用，因此在C的含量低的本发明中，是在确保作为部件的强度，并且调整硬度以获得良好的加工表面粗糙度和切屑处理性上有效的元素。因此，使P含有0.005％以上即可。但是，若P的含量过剩，则硬度变得过高，槽状磨耗容易推进，作为结果是得不到良好的表面加工粗糙度。特别是若超过0.25％，则除了槽状磨耗显著以外，冷加工性和热加工性也降低。因此，P的含量的范围为0.005～0.25％。还有，P的含量优选为0.03～0.15％。

S：大于0.40％但在0.8％以下

S与Mn形成MnS，是用于确保整个被削性，即加工表面粗糙度、切屑处理性和切削阻抗所必须的元素。S的含量在0.40％以下时，不能生成充分量的MnS，不能获得期望的表面加工粗糙度和切屑处理性。另外，若S的含量变高，则连续铸造时在铸片内部发生裂纹，成为使热加工性劣化的要因，但通过使之与Mn的含量的平衡适当化，则不会引起内部裂纹和热加工性的劣化，能够确保期望的表面加工粗糙度和切屑处理性。但是，使S超过0.8％而含有时，需要大量含有与S含量相称的Mn，这种情况下会大量形成粗大的MnS，因此槽状磨耗容易推进，不能获得良好的表面加工粗糙度。另外，含量超过0.8％的过剩的S的添加会带来因回收率的恶化导致的成本上升。因此，使S的含量超过0.40％、在0.8％以下。

为了稳定获得更优异的被削性，优选含有S超过0.50％，其上限优选低于0.70％，如果在0.6％以下则更为优选。

还有，处于上述范围的S的含量，如后述，需要使Mn(％)/S(％)的值满足超过2.0、低于4.0。

O：低于0.010％

在本发明中，O(氧)是极其重要的元素。若O的含量高，则粗大的MnS大量形成。若粗大的MnS大量形成，则加快工具前端的槽状磨耗的进行，其结果是加工面粗糙度变大。因此，在精车削加工中，为了在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度，重要的是尽可能地降低粗大的MnS，具体来说，在钢材纵截面1mm²中观察到的MnS之中，降低以当量圆直径计超过10μm的MnS的总面积，为此需要尽可能地降低O的含量。如果O的含量低于0.010％，则在凝固后的铸片中，钢中即使存在粗大的MnS，也会在其后的热另工中延伸并细小地断裂，因此在钢材纵截面1mm²中观察到的MnS之中，以当量圆直径计超过10μm的MnS的总面积成为10％以下，在钢材中几乎观察不到宜大的MnS。因此能够确保小的加工表面粗糙度。但是，若O的含量增加而达到0.010％以上，则在MnS中固溶的O量也变多，MnS的变形阻抗变高，MnS难以断裂，以粗大的状态残存，因此加工表面粗糙度变大。因此，使O的含量低于0.010％。

还有，为了降低粗大的MnS而得到小的加工表面粗糙度，O的含量越低越优选，如果低于0.008％，则能够稳定地减少粗大的MnS的比例。如果O的含量低于0.005％，则能够得到更良好的被削性。

N：0.025％以下

N是作为杂质不可避免被含有的元素。另外在本发明中，因为实质上不含Al和Ti，所以N几乎不会形成硬质的Al和Ti的氮化物，而是以固溶在铁素体中的状态存在。积极地含有N时，固溶于铁素体的N具有提高强度的作用。此外，N还具有减小加工表面粗糙度的作用。但是，使N含有超过0.025％，不仅前述的效果饱和，而且招致冷加工性的降低，此外带造成制造成本的上升。因此，N的含量为0.025％以下。为了更有效地提高强度，减小加工表面粗糙度，使之具备良好的冷加工性，优选N的含量为0.005～0.015％。

Ca：0.0003～0.005％

Ca在本发明中是重要的元素，如果在充分考虑与Si的质量平衡后使之含有0.0003％以上，则可以使O的含量降低到充分低的量，并且能够抑制硬质的氧化物的形成，能够提高切屑处理性，并且飞跃性地减少表面加工粗糙度。但是，因为Ca添加回收率极低，所以为了使之含有超过0.005％，制造成本会变得过高，因此不为优选。因此，Ca的含量为0.0003～0.005％。还有，Ca的含量优选在0.0005％以上、低于0.0045％，如果是0.001％以上、低于0.0040％则更为优选。

还有，处于上述范围的Ca的含量，如后述，需要10Ca(％)×Si(％)的值也满足0.0005～0.050。

在本发明的低碳硫快削钢中，分别将杂质中的Al、Mg、Ti、Zr和REM的含量限定在如下范围：Al：低于0.005％、Mg：低于0.0003％、Ti：0.002％以下、Zr：0.002％以下和REM：低于0.0003％。

以下，对此进行说明。

Al：低于0.005％

Al是与O(氧)的亲和性强的脱氧元素，作为杂质使之含有0.005％以上时，即使上述的Si含量、Ca含量以10Ca(％)×Si(％)的值计满足0.0005～0.050，也会形成硬质的氧化物。因此不能抑制工具前端的槽状磨耗，所以在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。因此，杂质中所含的Al的含量需要低于0.005％。

还有，优选杂质中所含的Al的含量需要低于0.003％，如果低于0.002％则更优选。

Mg：低于0.0003％

Mg也是与O(氧)的亲和性强的脱氧元素，作为杂质使之含有0.0003％以上时，即使上述的Si含量、Ca含量以10Ca(％)×Si(％)的值计满足0.0005～0.050，也会形成硬质的Mg的氧化物。因此不能抑制工具前端的槽状磨耗，所以在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。因此，杂质中所含的Mg的含量需要低于0.0003％。

Ti：0.002％以下

Ti也是与O(氧)的亲和性强的脱氧元素，作为杂质超过0.002％时，即使上述的Si含量、Ca含量以10Ca(％)×Si(％)的值计满足0.0005～0.050，也会形成硬质的Ti的氧化物。因此，不能抑制工具前端的槽状磨耗，所以在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。因此，杂质中所含的Ti的含量需要在0.002％以下。杂质中所含的Ti的优选的含量为0.001％以下，如果在0.0005％以下则更优选。

Zr：0.002％以下

Zr也是与O(氧)的亲和性强的脱氧元素，作为杂质超过0.002％时，即使上述的Si含量、Ca含量以10Ca(％)×Si(％)的值计满足0.0005～0.050，也会形成硬质的Zr的氧化物。因此，不能抑制工具前端的槽状磨耗，所以在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。因此，杂质中所含的Ti的含量需要在0.002％以下。杂质中所含的Ti的优选的含量为0.001％以下，如果在0.0005％以下则更优选。

REM：低于0.0003％

REM也是与O(氧)的亲和性强的脱氧元素，作为杂质使之含有0.0003％以上时，即使上述的Si含量、Ca含量以10Ca(％)×Si(％)的值计满足0.0005～0.050，也会形成硬质的REM的氧化物。因此不能抑制工具前端的槽状磨耗，所以在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。因此，杂质中所含的Mg的含量需要低于0.0003％。

还有，如已经阐述过的，“REM”是Sc、Y和镧系元素的合计17种元素的总称，REM的含量是指上述元素的合计含量。

“Mn/S”的值：超过2.0、低于4.0

含有上述范围的C、Si、Mn、P、S、O、N、Ca，余量由Fe和杂质构成，杂质中所含的Al、Mg、Ti、Zr和REM分别为Al：低于0.005％、Mg：低于0.0003％、Ti：0.002％以下、Zr：0.002％以下和REM：低于0.0003％的钢，需要使其“Mn/S”的值超过2.0、低于4.0，即使满足前式(1)。

即，本发明含有超过0.40％的高含量的S。“Mn/S”的值低于2.0时，缺乏热轧性，因此连续铸造时容易在铸片内部产生裂纹。另外，即使在铸片内部没有产生裂纹，热加工性也欠缺。另一方面，“Mn/S”的值在4.0以上时，过剩的Mn被含有，因此固溶在基体中的Mn的量也过剩，不能抑制工具前端的槽状磨耗，因此在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。因此，需要使其“Mn/S”的值超过2.0、低于4.0，即使满足前式(1)。还有，(1)式中的“Mn/S”中的元素符号表示该元素以质量％计的钢中含量。

“Mn/S”的值优选为2.5以上、低于3.5，更优选为2.8以上、低于3.5。

“10Ca×Si”的值0.0005以上、0.050以下

含有前述范围的C、Si、Mn、P、S、O、N、Ca，余量由Fe和杂质构成，杂质中所含的Al、Mg、Ti、Zr和REM分别为Al：低于0.005％、Mg：低于0.0003％、Ti：0.002％以下、Zr：0.002％以下和REM：低于0.0003％的钢，还需要使其“10Ca×Si”的值在0.0005以上、0.050以下，即满足上式(2)。

如已经阐述过的，粗大的MnS使O大量固溶，在精车削加工时，容易推进工具前端的槽状磨耗。因此，需要通过热加工使减少固溶的O量而减小了变形阻抗的MnS微细，但除此之外，使氧化物组成适当时，具体来说就是作为氧化物的平均组成含有CaO和SiO₂合计至少5质量％的软质的氧化物时，在精车削加工中，可以在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。因此除了如上述，将作为与氧亲和性高的元素的、在杂质中所含的Al、Mg、Ti、Zr和REM分别限制为Al：低于0.005％、Mg：低于0.0003％、Ti：0.002％以下、Zr：0.002％以下和REM：低于0.0003％以外，还需要“10Ca×Si”的值在0.0005以上、0.050以下。

“10Ca×Si”的值低于0.0005时，降低O的含量困难。此外，即使能够降低O的含量，也不能成为作为氧化物的平均组成含有CaO和SiO₂合计至少5质量％的软质的氧化物，工具前端的槽状磨耗容易进行。另一方面，“10Ca×Si”的值超过0.050时，难以得到软质的氧化物，过剩的Si的含有过度提高了铁素体的硬度，因此还是容易推进工具前端的槽状磨耗。此外，若考虑Ca的添加回收率，则制造成本增加。因此，“10Ca×Si”的值为0.0005以上、0.050以下，即，需要满足前式(2)。还有，(2)式中的“10Ca×Si”中的元素符号表示该元素以质量％计的钢中含量。

还有，为了稳定获得小的加工表面粗糙度，“10Ca×Si”的值优选为0.001以上、0.030以下，如果是0.002以上、0.010以下则更优选。

根据上述的理由，本发明(1)的低碳硫快削钢规定为，在上述的范围含有C、Si、Mn、P、S、O、N、Ca，余量由Fe和杂质构成，杂质中所含的Al、Mg、Ti、Zr和REM分别处于上述的范围，而且满足前式(1)和式(2)。

在本发明的低碳硫快削钢中，根据需要能够含有如下至少1群的元素之中1种以上的元素，替代上述本发明(1)中的Fe的一部分：

第一群：Te：0.05％以下、Bi：0.15％以下和Sn：0.5％以下之中的1种以上；

第2群：Cr：2.0％以下、Mo：0.5％以下、V：0.3％以下和Nb：0.3％以下之中的1种以上。

即，为了得到更优异的特性，也可以含有所述第一群和第二群的至少一群的元素之中1种以上，来替代本发明(1)的低碳硫快削钢中的Fe的一部分。

以下，对于上述的元素进行说明。

第一群：Te：0.05％以下、Bi：0.15％以下和Sn：0.5％以下之中的1种以上替代Fe的一部分。

Te、Bi和Sn是具有改善被削性的作用的元素，要得到更优异的被削性时，可以在以下的范围含有。

Te：0.05％以下

Te与Mn、S一起生成Mn(S、Te)，使工具前端的槽状磨耗难以进行，具有改善加工表面粗糙度的作用，因此想要得到更小的加工表面粗糙度时，可以在上述范围内含有。但是，即使含有Te使之含有0.05％，该效果也是饱和，缺乏经济性，也使热加工性劣化。因此，添加时的Te的含量为0.05％以下。

为了确实地得到前述的Te的效果，优选使Te的含量为0.002％以上。因此，添加时的更优选的Te含量为0.002～0.05％。还有，Te含量的上限优选为0.03％。

Bi：0.15％以下

Bi作为与Pb一样的低熔点金属夹杂物，具有脆化作用，具有改善钢的所谓被削性，即加工表面粗糙度、切屑处理性和切削阻抗的效果。但是，使Bi含有超过0.15％，其效果也是饱和，成本增加，也使热加工性劣化。因此，添加时的Bi的含量为0.15％以下。

为了确实地得到前述的Bi的效果，优选使Bi的含量为0.01％以上。因此，添加时的更优选的Bi含量为0.01～0.15％。还有，Bi含量的上限优选为0.10％。

Sn：0.5％以下

Sn具有改善加工表面粗糙度和切屑处理性的作用。这被认为是由于Sn使基体脆化。但是，若含有Sn并使之超过0.5％，则其效果饱和，成本增加，也使热加工性劣化。因此，添加时的Sn的含量为0.5％以下。

为了确实地得到前述的Sn的效果，优选使Sn的含量为0.05％以上。因此，添加时的更优选的Sn含量为0.05～0.5％。还有，Bi含量的上限优选为0.3％。

上述的Te、Bi和Sn能够只含有任意1种，或者也可以复合含有2种以上。

第二群：Cr：2.0％以下、Mo：0.5％以下、V：0.3％以下和Nb：0.3％以下之中的1种以上

Cr、Mo、V和Nb均具有提高强度的作用。因此，在使用超硬工具的精车削加工所得到的部件中，特别是想要提高强度时，可以在以下范围内含有。

Cr：2.0％以下

Cr具有提高强度的作用。Cr还具有提高淬火性而改善渗碳特性的作用。但是，若Cr的含量变多，特别是超过2.0％，则工具前端的槽状磨耗容易进行，在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。而且，前述的效果饱和，因此成本也增加。因此，添加时的Cr的含量为2.0％以下。

为了确实地得到前述的Cr的效果，优选使Cr的含量为0.02％以上，如果是0.05％以上则更优选。因此，优选的Cr含量为0.02～2.0％。还有，Cr含量更优选为0.05～1.5％。

Mo：0.5％以下

Mo具有提高强度的作用。Mo还具有提高淬火性的作用。但是，若Mo的含量变多，特别是超过0.5％，则工具前端的槽状磨耗容易进行，在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。而且，前述的效果饱和，因此成本也增加。因此，添加时的Mo的含量为0.5％以下。

为了确实地得到前述的Mo的效果，优选使Mo的含量为0.02％以上。因此，添加时的更优选的Mo含量为0.02～0.5％。还有，Mo含量更优选为0.05～0.3％。

V：0.3％以下

V具有通过析出强度而提高强度的作用，而且使之含有也不会对MnS的形态造成大的影响。因此，除了确保被削性以外，其在提高强度上也是极其有效的元素。但是，若V的含量变多，特别是超过0.3％，则工具前端的槽状磨耗容易进行，在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。因此，添加时的V的含量为0.3％以下。

为了确实地得到前述的V的效果，优选使V的含量为0.02％以上。因此，添加时的优选的V含量为0.02～0.3％。还有，V含量更优选为0.05～0.2％。

Nb：0.3％以下

Nb具有通过析出强度而提高强度的作用，而且使之含有也不会对MnS的形态造成大的影响。因此，除了确保被削性以外，其在提高强度上也是极其有效的元素。但是，若Nb的含量变多，特别是超过0.3％，则工具前端的槽状磨耗容易进行，在精车削加工中，不能在同一工具之下在长时间的加工期间维持小的加工表面粗糙度。因此，添加时的Nb的含量为0.3％以下。

为了确实地得到前述的Nb的效果，优选使Nb的含量为0.02％以上。因此，添加时的优选的Nb含量为0.02～0.3％。还有，Nb含量更优选为0.05～0.2％。

上述的Cr、Mo、V和Nb能够只含有任意1种，或者也可以复合含有2种以上。

根据上述的理由，将本发明(2)的低碳硫快削钢的化学组成规定为，含有Te：0.05％以下、Bi：0.15％以下和Sn：0.5％以下之中的1种以上，替代本发明(1)的低碳硫快削网的Fe的一部分。

另外，将本发明(3)的低碳硫快削钢的化学组成规定为，含有Cr：2.0％以下、Mo：0.5％以下、V：0.3％以下和Nb：0.3％以下之中的1种以上，替代本发明(1)或本发明(2)的低碳硫快削网的Fe的一部分。

还有，Cu、Ni是有可能从原料碎屑混入的杂质元素，但从避免炼钢工序中的无益的成本上升，还有防止过剩含有带来的被削性的降低的观点出发，优选分别为0.3％以下。

以下，通过实施例更详细地说明本发明。

【实施例】

使用高频感应炉，熔炼具有表1和表2所示的各种化学组成的钢1～25，制作180kg的钢锭。钢锭为上侧直径250mm，下面直径210mm的有锥度的圆柱状。

表1中的钢1～14是化学组成处于本发明所规定的范围内的钢(以下称“本发明例的钢”)，钢15～25是化学组成脱离本发明所规定的要件的比较例的钢。比较例的钢之中，钢15和钢16是现有的不添加Pb的低碳快削钢。

接着，将这些钢锭加热至1200℃并保持2小时以上后，进行最终温度为1000℃以上的热锻，锻造后进行空冷，得到直径40mm的圆棒。

化学成分是从上述直径40mm的圆棒的D/4部(其中，“D”表示圆棒的直径)提取分析用试验片，通过化学分析求得。所述表1和表2所示的各钢的成分基于该化学分析结果。

还有，关于钢25，因为热加工性差，锻造时产生裂纹，所以只进行上述化学分析的调查，而不实施以后的调查。

另外，从上述直径40mm的圆棒的D/4部切下的显微观察用的试验片，将纵截面埋入树脂后，进行镜面研磨，调查MnS的分布形态和氧化物组成。

即，以可以进行拼凑(patchwork)的光学显微镜，将大约1.4mm²的区域分割成64分进行拍摄，根据获取的照片图像进行图像分析，测定MnS的分布形态。求得MnS的面积率时，针对显微观察试料内的同不区域至少进行2次上述的操作，换算成每1mm²的值。另外，作为测定对象的MnS，以根据其面积求得的当量圆直径换算超过1μm。

在钢材纵截面1mm²中观察到的MnS之中，以当量圆直径换算超过1μm的MnS的总面积设为[A]，在钢材纵截面1mm²中观察到的全部MnS的总面积设为[B]，根据[A]/[B]评价粗大的MnS的量。

另外，使用上述准备的显微观察用试验片，使用EPMA(电子探针微量分析仪)和EDS(能量色散X射线荧光分析装置)，通过进行定量分析，调查氧化物的组成。还有，对于随机观察到的10个以上的氧化物调查组成，以其算术平均作为氧化物的平均组成。

此外，对于经上述的热锻得到的直径40mm的各圆棒进行剥皮(peeling)加工，成为直径31mm的圆棒，对其进行冷拉丝加工而成为直径28mm的圆棒后，实施被削性试验。

被削性试验，使用实施过PVD涂敷处理的不重磨型(throwaway)的超硬工具(材质：相当于JIS K种，刀尖R：0.2mmR)，以下述的条件进行车削，调查加工表面粗糙度和切屑处理性。

·切削速度：100m/min，

·进给量：0.03mm/rev，

·切入深度：1.0mm，

·润滑：使用了非水溶性切削油的湿式润滑。

加工表面粗糙度是使用触针式的粗糙度仪，在上述条件下，以切削距离计进行了6000m切削后的表面和测定3点，根据平均加工表面粗糙度Ra的算术平均值进行评价。

另外，切屑处理性是提取在上述的条件下，以切削距离计进行了200m切削期间所排出的切屑，从长的切屑开始按顺序分别测定20个的质量，据此20个的合计质量进行评价。其质量为越小的值，能够判断切屑处理性越良好，因此，质量与现有的作为不添加Pb的低碳快削钢的钢15、钢16同等，为5.0g以下时，判断为切屑处理性良好。还有，切屑处理性差，长的切屑被排出，结果是不能提取20个切屑的，根据其个数和质量换算成每20个的质量。

在表3中一并显示上述各试验结果。

还有，在表3中的“氧化物的平均组成”一栏中，“○”表示CaO和SiO₂合计含有5质量％以上，“×”表示CaO和SiO₂的合计含量低于5质量％。无论哪种情况，以平均组成计SiO₂和CaO单独都不在90％以上。

此外，表3中的“切屑处理性”一栏的“○”表示，切屑的质量在5.0g以下，具有与作为现有的不添加Pb的低碳快削钢的钢15、钢16同等的切屑处理性，另外“×”表示切屑的质量高于5.0g，切屑处理性比上述作为现有的不添加Pb的低碳快削钢的钢15、钢16劣。

使用了表3中的钢25的试验编号25的“-”，表示因为热加工性差，所以锻造时产生裂纹，所以没有实施调查。

【表3】

由表3可知，试验编号1～14的本发明的低碳硫快削钢，使用超硬工具，在进给量小的条件之下进行精车削加工时，与现有的不添加Pb的低碳快削钢相比较，能够在同一工具下、在长时间的加工期间持续维持小的加工表面粗糙度，并且具有良好的切屑处理性。

相对于此，试验编号15～24的从本发明所规定的条件脱离的比较例的钢，与试验编号1～14的本发明的低碳硫快削钢相比，加工表面粗糙度均大，表面性状劣。上述之中试验编号17和试验编号18的钢，切屑处理性也差。

产业上的利用可能性

本发明的钢，尽管是不添加Pb的“对地球环境优异的快削钢”，但在进行使用超硬工具的精车削加工时，与现有的不添加Pb的低碳快削钢相比较，能够在同一工具下、在长时间的加工期间持续维持小的加工表面粗糙度，而且具有良好的切屑处理性。此外热加工性也优异，因此，能够作为要求有比制动装置等的汽车部件更小的加工表面粗糙度的细径的打印机轴等的OA部件的原材利用。

Claims

1.一种低碳硫快削钢，其特征在于，以质量％计含有C：0.02％以上、低于0.20％；Si：大于0.10％但在1.5％以下；Mn：0.8～2.2％；P：0.005～0.25％；S：大于0.40％但在0.8％以下，O：低于0.010％；N：0.025％以下；Ca：0.0003～0.005％，余量是Fe和杂质，杂质中所含有的Al、Mg、Ti、Zr和REM分别为Al：低于0.005％、Mg：低于0.0003％、Ti：0.002％以下、Zr：0.002％以下和REM：低于0.0003％，并满足下述(1)式和(2)式，

2.0＜Mn/S＜4.0…(1)，

0.0005≤10Ca×Si≤0.050…(2)

2.根据权利要求1所述的低碳硫快削钢，其特征在于，替代Fe的一部分，以质量％计含有Te：0.05％以下、Bi：0.15％以下和Sn：0.5％以下中的1种以上。

3.根据权利要求1或2所述的低碳硫快削钢，其特征在于，替代Fe的一部分，以质量％计含有Cr：2.0％以下、Mo：0.5％以下、V：0.3％以下和Nb：0.3％以下中的1种以上。