CN1276985C - 易切钢 - Google Patents

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Abstract

通过以质量%计，含有C：0.02～0.15%、Mn：0.05～1.8%、S：0.20～0.49%、O：超过0.01～0.03%、Cr：0.3～2.3%，余分由Fe及不可避免的杂质组成，且Cr/S之比在2～6的范围内，获得低碳易切钢。

Description

易切钢
技术领域
本发明涉及易切钢，特别涉及适合作为以往的低碳硫复合易切钢的替代钢的未添加铅或铅的添加量从以往的0.15～0.35质量％有大幅度减少的低碳易切钢，以及可切削性优于以往的低碳硫复合易切钢，氧含量低于以往、表面瑕疵较少、可切削性优良的硫或硫复合易切钢。
背景技术
以往，作为低碳易切钢，众所周知的是通过添加作为易切元素的铅(Pb)及硫(S)而赋予易切削性的低碳硫复合易切钢。但是，这些元素中的Pb会造成地球环境问题，所以现在已经控制了它的使用。
作为与此对应的技术，日本专利特开平9-25539号公报(以下称为现有技术1)中揭示了通过添加Nd来促进MnS的微细分散析出的Pb未添加型易切非调质钢。此外，在日本专利特开2000-160284号公报(以下称为现有技术2)中揭示了通过大量添加S以增加硫化物量，同时利用氧对硫化物的形态进行控制的Pb未添加型易切钢。此外，日本专利特公平2-6824号公报(以下称为现有技术3)中揭示了通过添加比Mn更容易与S形成化合物的Cr，形成CrS替代MnS以提高切削性的易切钢。
但是，现有技术1中，作为对象物的钢种是含有C：0.2～0.6％的非调质钢，同时使用了作为特殊元素的Nd，所以不能够充分满足低成本化的要求。另外，现有技术2中，由于添加了大量S，所以热轧性可能会下降。此外，现有技术3中，高价的Cr的添加量为3.5～5.9％，不能够充分满足低成本化的要求，且该技术中生成了大量的CrS，所以材料熔炼的难度增加，不太理想。
但是，从节省加工成本考虑，希望能够进一步提高低碳硫复合易切钢的可切削性的期望很高。
对应于这种期望，日本专利特公平1-32302号公报(以下称为现有技术4)中揭示了通过添加较多的S来增加硫化物的量和通过Te对硫化物的形态进行控制，且将氧量限定在0.0030％以下，使氧化铝凝团数减少、使可切削性有所提高的易切钢。另外，日本专利特开平1-309946号公报(以下称为现有技术5)中揭示了通过添加较多的S增加硫化物量，添加作为易切元素的Pb使可切削性有所提高，为防止粗大氧化物造成地疵而将氧量限定在0.008％以下的易切钢。
但是，不论是现有技术4还是现有技术5，由于氧量较少，所以不能够说可完全控制对可切削性有效的硫化物的形态，而是存在伸长的硫化物，可切削性的提高效果不够充分。另外，上述现有技术2中，通过氧来控制大量硫化物的形态，所以可切削性虽然很好，但如上所述，由于添加了大量S，所以热轧性可能会下降。
另一方面，硫及硫复合易切钢中，为了对可切削性有效的硫化物的形态进行控制，一般都使其中含有大量的氧。但是，由于并非所有的氧都固溶于硫化物中，所以不可避免地会同时生成粗大氧化物，导致地疵的形成，这样就使加工产品产生重大缺陷。
针对这种情况，上述现有技术5中，为了避免产生这种地疵，将氧量控制在0.008％以下。此外，上述现有技术2中，增加S的添加量，使氧的必须量减少。另外，上述现有技术1中，作为易切削性元素使用了Nd，使氧的必须量有所减少。
但是，上述现有技术5中，虽然将氧量限定在0.008％以下，但仅仅是简单地减少氧量，所以如上所述，对硫化物的形态控制不够充分，存在伸长的硫化物，可切削性不够理想。另外，现有技术2如上所述，S可能会导致热轧性下降。现有技术1如上所述，存在难以低成本化的问题。
发明的揭示
本发明的目的1是提供不添加铅或铅的添加量比以往的低碳硫复合易切钢有大幅度减少、不影响到低成本化、且不会导致热轧性下降、与以往的低碳硫复合易切钢相比具有同等以上的可切削性的低碳易切钢。
本发明的目的2是提供与以往相比铅及硫的添加量不增加、但可切削性优于以往的低碳硫复合易切钢。
本发明的目的3是提供不影响到低成本化、且不会导致热轧性下降、氧量比以往少、与含有同等程度的量的硫及铅的以往的钢相比可切削性更好、同时通过实现低氧化使因铸造时产生气泡而造成的轧钢时的表面瑕疵减少的硫或硫复合易切钢。
本发明1提供了以质量％计，含有C：0.02～0.15％、Mn：0.05～1.8％、S：0.20～0.49％、O：超过0.01～0.03％、Cr：0.3～2.3％，余分由Fe及不可避免的杂质组成，且Cr/S之比在2～6的范围内的低碳易切钢。
本发明2提供了以质量％计，含有C：0.02～0.15％、Mn：0.05～1.00％、S：0.20～0.49％、O：超过0.008～0.030％、Pb：0.04～0.35％、Cr：0.3～2.3％，余分由Fe及不可避免的杂质组成，且Cr/S之比在2～6的范围内的可切削性优良的低碳硫复合易切钢。
本发明3提供了以质量％计，含有S：0.16～0.49％、O：0.002～0.010％，具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物中，长宽比在5以下的夹杂物占80％以上的表面瑕疵较少、可切削性优良的硫或硫复合易切钢。
本发明4提供了以质量％计，含有C：0.02～0.15％、Mn：0.05～1.8％、S：0.16～0.49％、O：0.002～0.010％、Cr：0.3～2.3％，余分由Fe及不可避免的杂质组成，且Cr/S之比在2～6的范围内的表面瑕疵较少、可切削性优良的硫或硫复合易切钢。
对附图的简单说明
图1为说明长宽比的图。
图2表示圆周铣削工具寿命和钻头工具寿命的关系。
实施发明的最佳方式
以下，对本发明进行详细说明。
1.第1易切钢
第1易切钢为上述本发明1的低碳易切钢，以质量％计，含有C：0.02～0.15％、Mn：0.05～1.8％、S：0.20～0.49％、O：超过0.01～0.03％、Cr：0.3～2.3％，余分由Fe及不可避免的杂质组成，且Cr/S之比在2～6的范围内。
此外，以质量％计，还可含有Si：0.1％以下，P：0.01～0.12％，Al：0.01％以下。
上述基本组成或还含有Si、P、Al的组成中，以质量％计，还可含有选自Ca：0.0001～0.0005％、Pb：0.01～0.03％、Se：0.02～0.30％、Te：0.1～0.15％、Bi：0.02～0.20％、Sn：0.003～0.020％、B：0.004～0.010％、N：0.005～0.015％、Cu：0.05～0.50％、Ti：0.003～0.090％、V：0.005～0.200％、Zr：0.005～0.090％、Mg：0.0005～0.0080％的至少1种。
上述组成的易切钢中，具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物最好占所有硫化物系夹杂物的90％以上。具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物中，长宽比在5以下的夹杂物最好占80％以上。此外，该易切钢最好具有铁素体·珠光体组织，旧奥氏体粒径超过粒度编号7。
本发明者为了实现上述目的1，进行认真研究后获得以下结果。
(i)通过Cr、Mn及S的适量添加及Cr/S之比的最优化，能够获得适量的S-Cr-Mn的复合系的硫化物系夹杂物，由于能够抑制该复合系组成的硫化物系夹杂物在加工时的伸长，所以能够使硫化物系夹杂物形成为大型的纺锤状。
(ii)以相同的S量进行比较的情况下，考虑到硫化物系夹杂物越大型、越接近纺锤状，可切削性越高这一以往周知的现象，如上所述，通过Cr、Mn及S的适量添加及Cr/S之比的最优化，形成大型且呈纺锤状的硫化物系夹杂物，这样能够提高包括切屑处理性、表面粗糙度在内的可切削性。
(iii)以往众所周知，可切削性随着S量的增加而提高，但从热加工性及机械性质的各向异性考虑，S量存在上限。对应于此，如上所述，如果通过Cr、Mn及S的适量添加及Cr/S之比的最优化，形成大型且呈纺锤状的硫化物系夹杂物，则可使该S量的上限值有所提高，其结果是，即使不添加Pb，或与以往相比添加量大幅度减少，包括切屑处理性和表面粗糙度在内的可切削性也会明显提高。
上述第1易切钢是基于上述研究结果获得的钢，依照此法未添加铅或铅的添加量比以往的低碳硫复合易切钢有大幅度减少，不影响到低成本化，且不会导致热轧性下降，能够获得与以往的低碳硫复合易切钢同等以上的可切削性。
以下，分别就上述规定的理由对第1易切钢进行说明。
(a)C：0.02～0.15质量％
C是对钢的强度及可切削性有很大影响的重要元素。但是，其含量如果未满0.02质量％，则不能够获得足够的强度。另一方面，如果其含量超过0.15质量％，则强度过高，可切削性劣化。因此，C的含量范围为0.02～0.15质量％，较好的范围是0.02～0.10质量％。
(b)Mn：0.05～1.8质量％
Mn是对可切削性来讲重要的硫化物形成元素。但是，其含量如果未满0.05质量％，则硫化物量过少，不能够获得足够的可切削性。另一方面，如果其含量超过1.8质量％，则硫化物伸长，可切削性下降。因此，Mn的含量范围为0.05～1.8质量％，较好的范围内是0.22质量％以上、未满0.60质量％。
(c)S：0.20～0.49质量％
S是形成对可切削性有效的硫化物的硫化物形成元素。但是，其含量如果未满0.20质量％，则硫化物量较少，对可切削性的效果较小。另一方面，如果其含量超过0.49质量％，则热加工性及延展性下降明显。因此，S含量范围为0.20～0.49质量％。
(d)O：超过0.01～0.03质量％
O是抑制轧钢等热加工时硫化物的伸长的有效的元素，也是通过该作用使可切削性有所提高的重要元素。但是，其含量如果在0.01质量％以下，则对硫化物伸长的抑制效果不充分，有伸长的硫化物残存，其效果未充分发挥。另一方面，如果超过0.03质量％，即使再添加，硫化物的伸长抑制效果也已饱和，此外，过多的添加不利于降低成本，同时会产生气泡等铸造缺陷。因此，O的含量范围是超过0.01～0.03质量％。
(e)Cr：0.3～2.3质量％
Cr是抑制轧钢等热加工时硫化物的伸长的有效的元素，也是通过该作用使可切削性有所提高的重要元素。但是，如果其含量未满0.3质量％，则抑制硫化物伸长的效果不充分，残存有伸长的硫化物，所以不能够获得充分的效果。另一方面，如果超过2.3质量％，即使再添加，硫化物的伸长抑制效果也已饱和，此外，过多的添加不利于降低成本。因此，Cr的含量范围是0.3～2.3质量％，较好的范围是0.3～1.5质量％。
(f)Cr/S之比：2～6
Cr/S之比是左右轧钢等热加工时硫化物的伸长程度的重要指数，通过将该比值作此规定，可获得能够使可切削性提高的具有所希望的伸长度的硫化物。但是，该比值如果未满2，则因Mn-S单一体系的硫化物的生成，伸长的硫化物变得明显，从而使可切削性劣化。另一方面，如果该比值超过6，则抑制硫化物伸长的效果趋于饱和。因此，Cr/S的比值的范围为2～6，较好的范围是2～4。
第1易切钢必须达到以上的要求，其它的要求如下所述。
(g)Si：0.1质量％以下
Si是脱氧元素，Si的氧化物起到硫化物的生成核的作用，促进硫化物的生成和硫化物的微细化，影响到切削工具的使用寿命，所以在希望延长工具寿命的情况下，Si的含量较好被限制在0.1质量％以下。更好的是在0.03质量％以下。
(h)P：0.01～0.12质量％
P是切削加工时通过抑制构成刀尖的生成而使形成的表面的粗糙度有所减小的有效元素。但是，其含量如果未满0.01质量％，则不能够获得充分的效果。另一方面，如果其含量超过0.12质量％，则上述效果达到饱和，同时热加工性及延展性的下降明显。因此，P的含量范围为0.01～0.12质量％，较好的范围是0.01～0.09质量％。
(i)Al：0.01质量％以下
Al与Si同样为脱氧元素，Al的氧化物起到硫化物的生成核的作用，促进硫化物的生成和硫化物的微细化，影响到切削工具的使用寿命，所以在希望延长工具寿命的情况下，Al的含量较好是在0.01质量％以下，更好是在0.003质量％以下。
(j)Ca：0.0001～0.0005质量％、Pb：0.01～0.03质量％、Se：0.02～0.30质量％、Te：0.1～0.15质量％、Bi：0.02～0.20质量％、Sn：0.003～0.020质量％、B：0.004～0.010质量％、N：0.005～0.015质量％、Cu：0.05～0.50质量％、Ti：0.003～0.090质量％、V：0.005～0.200质量％、Zr：0.005～0.090质量％、Mg：0.0005～0.0080质量％中的至少1种
Ca、Pb、Se、Te、Bi、Sn、B、N、Cu、Ti、V、Zr、Mg都是在可切削性受到重视的情况下添加的。但是，它们的添加量如果分别未满上述下限，则不能够获得充分的提高可切削性的效果。另一方面，它们的添加量如果分别超过上述上限，则即使再添加，可切削性的提高效果也已达到饱和，且不利于降低成本。因此，添加上述元素的情况下，其添加范围分别为Ca：0.0001～0.0005质量％、Pb：0.01～0.03质量％、Se：0.02～0.30质量％、Te：0.1～0.15质量％、Bi：0.02～0.20质量％、Sn：0.003～0.020质量％、B：0.004～0.010质量％、N：0.005～0.015质量％、Cu：0.05～0.50质量％、Ti：0.003～0.090质量％、V：0.005～0.200质量％、Zr：0.005～0.090质量％、Mg：0.0005～0.0080质量％。
(k)微观组织
第1易切钢的微观组织最好是以铁素体·珠光体为主体的组织。虽然旧奥氏体粒径较大的粒子有利于提高可切削性，但即使是细粒，也可维持良好的可切削性。从产品的机械性质考虑，最好是制成粒度编号超过7号(JIS G 0551的奥氏体粒度测定法测得的粒度)的细粒。
(l)硫化物系夹杂物的粒径
对可切削性而言，生成的硫化物系夹杂物较大更有利。因此，长径最好在10μm以上，且其量最好占硫化物系夹杂物中的90％以上。
(m)硫化物系夹杂物的长宽比
如图1所示，硫化物系夹杂物的长宽比在硫化物系夹杂物颗粒的长径为L、短径为d的情况下，以L/d表示。硫化物系夹杂物成形为纺锤状对可切削性有利。因此，长宽比最好在5以下，且具有该长宽比的硫化物系夹杂物的比例最好占长径在10μm以上的硫化物系夹杂物中的80％以上。
2.第2易切钢
第2易切钢为上述本发明2的低碳易切钢，以质量％计，含有C：0.02～0.15％、Mn：0.05～1.00％、S：0.20～0.49％、O：超过0.008～0.030％、Pb：0.04～0.35％、Cr：0.3～2.3％，余分由Fe及不可避免的杂质组成，且Cr/S之比在2～6的范围内。
此外，以质量％计，还可含有Si：0.1％以下，P：0.01～0.12％，Al：0.01％以下。
上述基本组成或还含有Si、P、Al的组成中，以质量％计，还可含有选自Ca：0.0001～0.0005％、Se：0.02～0.30％、Te：0.1～0.15％、Bi：0.02～0.20％、Sn：0.003～0.020％、B：0.004～0.010％、N：0.005～0.015％、Cu：0.05～0.50％、Ti：0.003～0.090％、V：0.005～0.200％、Zr：0.005～0.090％、Mg：0.0005～0.0080％的至少1种。
本发明者为了实现上述目的2，进行认真研究后获得以下结果。
(i)如上所述，通过Cr、Mn及S的适量添加及Cr/S之比的最优化，能够获得适量的S-Cr-Mn的复合系的硫化物系夹杂物，由于能够抑制该复合系组成的硫化物系夹杂物在加工时的伸长，所以通过使硫化物系夹杂物形成为大型的纺锤状，能够提高包括切屑处理性和表面粗糙度在内的可切削性。
(ii)如上所述，如果通过Cr、Mn及S的适量添加及Cr/S之比的最优化，形成大型且呈纺锤状的硫化物系夹杂物，则可使S量的上限值有所提高，其结果是，可提高包括切屑处理性、表面粗糙度在内的可切削性。
(iii)以上的效果和作为易切削性元素的Pb的效果的相辅相成，能够明显提高包括切屑处理性和表面粗糙度在内的可切削性。
上述第2易切钢是基于上述研究结果获得的钢，依照此法铅及硫的添加量与以往相比未增加，但能够发挥出优于以往的的可切削性。
以下，就上述规定的理由对第2易切钢进行说明。
(a)C：0.02～0.15质量％
与第1易切钢同样，C的含量如果未满0.02质量％，则不能够获得足够的强度，如果超过0.15质量％，则强度过高，可切削性劣化。因此，C的含量范围为0.02～0.15质量％，较好的范围是0.02～0.10质量％。
(b)Mn：0.05～1.00质量％
Mn是对可切削性来讲重要的硫化物形成元素。但是，其含量如果未满0.05质量％，则硫化物量过少，不能够获得足够的可切削性。另一方面，如果其含量超过1.00质量％，则硫化物伸长，可切削性下降。因此，Mn的含量范围为0.05～1.00质量％，较好的范围内是0.22质量％以上、未满0.60质量％。
(c)S：0.20～0.49质量％
与第1易切钢同样，S的含量如果未满0.20质量％，则硫化物量较少，对可切削性的效果不大。如果超过0.49质量％，则热加工性及延展性下降明显。因此，S含量范围为0.20～0.49质量％。
(d)O：超过0.008～0.030质量％
O是抑制轧钢等热加工时硫化物的伸长的有效的元素，也是通过该作用使可切削性有所提高的重要元素。但是，其含量如果在0.008质量％以下，则对硫化物伸长的抑制效果不充分，有伸长的硫化物残存，其效果未充分发挥。另一方面，如果超过0.030质量％，即使再添加，硫化物的伸长抑制效果也已饱和，此外，过多的添加不利于降低成本，同时会产生气泡等铸造缺陷。因此，O的含量范围是超过0.008～0.030质量％。
(e)Pb：0.04～0.35质量％
Pb是使可切削性提高的重要元素，其含量如果未满0.04质量％，则含量较少，所以对可切削性的效果不大。另一方面，如果超过0.35质量％，则即使再添加，可切削性的提高效果也已饱和，而且会使热加工性明显下降。因此，Pb的含量范围为0.04～0.35质量％。
(f)Cr：0.3～2.3质量％
与第1易切钢同样，Cr的含量如果未满0.3质量％，则抑制硫化物伸长的效果不充分，残存有伸长的硫化物，所以不能够获得充分的效果。如果超过2.3质量％，即使再添加，硫化物的伸长抑制效果也已饱和，过多的添加不利于降低成本。因此，Cr的含量范围是0.3～2.3质量％，较好的范围是0.3～1.4质量％。
(g)Cr/S之比：2～6
第2易切钢与第1易切钢同样，Cr/S之比很重要，该比值如果未满2，则因Mn-S单一体系的硫化物的生成，伸长的硫化物变得明显，所以可切削性劣化。如果该比值超过6，则抑制硫化物的伸长的效果趋于饱和。因此，Cr/S的范围为2～6，较好的范围是2～4。
第2易切钢必须达到以上的要求，其它的要求如下所述。
(h)Si：0.1质量％以下
如上所述，由于Si会使切削工具的使用寿命劣化，所以在希望延长工具的使用寿命的情况下，与第1易切钢同样，Si的含量较好被限制在0.1质量％以下。更好的是在0.03质量％以下。
(i)P：0.01～0.12质量％
与第1易切钢同样，P的含量如果未满0.01质量％，则减小加工表面的粗糙度的效果不能够充分发挥，如果其含量超过0.12质量％，则上述效果达到饱和，同时热加工性及延展性的下降明显。因此，P的含量范围为0.01～0.12质量％，较好的范围是0.01～0.09质量％。
(j)Al：0.01质量％以下
如上所述，由于Al会使切削工具的使用寿命劣化，所以在希望延长工具的使用寿命的情况下，Al的含量较好是在0.01质量％以下，更好是在0.003质量％以下。
(k)Ca：0.0001～0.0005质量％、Se：0.02～0.30质量％、Te：0.1～0.15质量％、Bi：0.02～0.20质量％、Sn：0.003～0.020质量％、B：0.004～0.010质量％、N：0.005～0.015质量％、Cu：0.05～0.50质量％、Ti：0.003～0.090质量％、V：0.005～0.200质量％、Zr：0.005～0.090质量％、Mg：0.0005～0.0080质量％中的至少1种
Ca、Se、Te、Bi、Sn、B、N、Cu、Ti、V、Zr、Mg都是在可切削性受到重视的情况下添加的。但是，它们的添加量如果分别未满上述下限，则不能够获得充分的提高可切削性的效果。另一方面，它们的添加量如果分别超过上述上限，则即使再添加，可切削性的提高效果也已达到饱和，且不利于降低成本。因此，添加上述元素的情况下，其添加范围分别为Ca：0.0001～0.0005质量％、Se：0.02～0.30质量％、Te：0.1～0.15质量％、Bi：0.02～0.20质量％、Sn：0.003～0.020质量％、B：0.004～0.010质量％、N：0.005～0.015质量％、Cu：0.05～0.50质量％、Ti：0.003～0.090质量％、V：0.005～0.200质量％、Zr：0.005～0.090质量％、Mg：0.0005～0.0080质量％。
(1)微观组织
第2易切钢的微观组织与第1易切钢同样，最好是以铁素体·珠光体为主体的组织。旧奥氏体粒径较大的粒子有利于提高可切削性，即使是细粒，也维持了良好的可切削性。从产品的机械性质考虑，与第1易切钢同样，最好是超过粒度编号7号的细粒。
3.第3易切钢
第3易切钢为上述本发明3的硫或硫复合易切钢，以质量％计，含有S：0.16～0.49％、O：0.002～0.010％，具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物中，长宽比在5以下的夹杂物占80％以上。
既获得上述硫化物系夹杂物、同时规定了对可切削性产生影响的C的具体组成如上述本发明4的硫或硫复合易切钢所示，以质量％计，含有C：0.02～0.15％、Mn：0.05～1.8％、S；0.16～0.49％、O：0.002～0.010％、Cr：0.3～2.3％，余分由Fe及不可避免的杂质组成，且Cr/S之比在2～6的范围内。
此外，以质量％计，还可含有Si：0.1％以下，P：0.04～0.12％，Al：0.01％以下。
上述基本组成或还含有Si、P、Al的组成中，以质量％计，还可含有选自Ca：0.0001～0.0090％、Pb：0.01～0.40％、Se：0.02～0.30％、Te：0.03～0.15％、Bi：0.02～0.20％、Sn：0.003～0.020％、B：0.004～0.010％、N：0.005～0.015％、Cu：0.05～0.50％、Ti：0.003～0.090％、V：0.005～0.200％、Zr：0.005～0.090％、Mg：0.0005～0.0080％的至少1种。
本发明者为了实现上述目的3，进行认真研究后获得以下结果。
(i)使具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物中的长宽比在5以下的夹杂物占80％以上，通过将硫化物系夹杂物形成为大型的纺锤状，即使与以往的钢相比减少氧量，也可获得与以往的钢同等以上的包括切屑处理性和表面粗糙度在内的可切削性。
(ii)如上所述，通过Cr、Mn及S的适量添加及Cr/S之比的最优化，能够获得适量的S-Cr-Mn的复合系的硫化物系夹杂物，由于能够抑制该复合系组成的硫化物系夹杂物在热加工时的伸长，所以能够获得(i)所示的大型的纺锤状硫化物系夹杂物。
(iii)由于与以往的钢相比，氧量可减少，所以与以往的钢相比，可减少铸造时产生的气泡。气泡的减少可抑制以此为起点的轧钢时的表面瑕疵的产生，所以可减少轧钢材料的表面瑕疵。
(iv)众所周知，S量提高的同时可切削性也有所提高，但从热加工性及机械性质的各向异性考虑，S量存在上限。对应于此，如果形成上述的大型纺锤状硫化物系夹杂物，则可提高S量的上限值，其结果是，包括切屑处理性、表面粗糙度在内的可切削性明显提高。
上述第3易切钢是基于上述研究结果获得的钢，依照此法不会影响到低成本化，且不会导致热轧性的下降，氧量少于以往，与含有同等程度的量的硫及铅的以往的钢相比，可切削性良好，通过实现低氧化，能够减少铸造时产生的气泡引起的轧钢时的表面瑕疵。
以下，就上述规定的理由对第3易切钢进行说明。
(a)S：0.16～0.49质量％
S是形成对可切削性有效的硫化物的硫化物形成元素，其含量如果未满0.16质量％，则硫化物量较少，所以对可切削性的效果不大。另一方面，其含量如果超过0.49质量％，则热加工性及延展性下降明显。因此，S的含量范围为0.16～0.49质量％。
(b)O：0.002～0.010质量％
O是抑制轧钢等热加工时硫化物的伸长的有效的元素，也是通过该作用使可切削性有所提高的重要元素。但是，其含量如果在0.002质量％以下，则对硫化物伸长的抑制效果不充分，有伸长的硫化物残存，其效果未充分发挥。另一方面，O在铸造时使气泡产生，并以此为起点在轧钢时产生表面瑕疵，所以含量过多将有害。O含量如果超过0.010质量％，则产生大量该气泡，轧钢时的表面瑕疵增多的倾向，且抑制硫化物伸长的效果提高较少。因此，O含量的范围为0.002～0.010质量％。
(c)具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物中长宽比在5以下的夹杂物占80％以上
硫化物系夹杂物成形为大型的纺锤状对可切削性有利。因此，长径在10μm以上这样的大型硫化物系夹杂物中长宽比在5以下的夹杂物占80％以上是必要条件。
为了获得这种硫化物系夹杂物，除了S和O，C、Mn、Cr及Cr/S之比如上述规定。
(d)C：0.02～0.15质量％
与第1易切钢同样，C含量如果未满0.02质量％，则不能够获得足够的强度，如果超过0.15质量％，则强度过高，会使可切削性劣化。因此，C含量范围为0.02～0.15质量％，较好的范围是0.02～0.10质量％。
(e)Mn：0.05～1.8质量％
与第1易切钢同样，Mn的含量如果未满0.05质量％，则硫化物量过少，不能够获得足够的可切削性。如果其含量超过1.8质量％，则硫化物过度伸长，可切削性下降。因此，Mn的含量范围为0.05～1.8质量％，较好的范围内是0.22质量％以上、未满0.60质量％。
(f)Cr：0.3～2.3质量％
与第1易切钢同样，Cr的含量如果未满0.3质量％，则抑制硫化物伸长的效果不充分，残存有伸长的硫化物，所以不能够获得充分的效果。如果超过2.3质量％，即使再添加，硫化物的伸长抑制效果也已饱和，过多的添加不利于降低成本。因此，Cr的含量范围是0.3～2.3质量％，较好的范围是0.3～1.5质量％。
(g)Cr/S之比：2～6
第3易切钢与第1及第2易切钢同样，Cr/S之比很重要，该比值如果未满2，则因Mn-S单一体系的硫化物的生成，伸长的硫化物变得明显，所以可切削性劣化。如果该比值超过6，则抑制硫化物的伸长的效果趋于饱和。因此，Cr/S的范围为2～6，较好的范围是2～4。
第3易切钢的其它条件如下所述。
(h)Si：0.1质量％以下
如上所述，由于Si会使切削工具的使用寿命劣化，所以在希望延长工具的使用寿命的情况下，与第1及第2易切钢同样，Si的含量较好被限制在0.1质量％以下。更好的是在0.03质量％以下。
(i)P：0.04～0.12质量％
P的含量如果未满0.04质量％，则可有效发挥P的抑制切削加工时构成刀尖的生成的效果，但使形成的表面的粗糙度减小的效果不能够有效发挥。如果其含量超过0.12质量％，则上述效果达到饱和，同时热加工性及延展性的下降明显。因此，P的含量范围为0.04～0.12质量％。
(j)Al：0.01质量％以下
如上所述，由于Al会使切削工具的使用寿命劣化，所以在希望延长工具的使用寿命的情况下，Al的含量较好是在0.01质量％以下，更好是在0.003质量％以下。
(k)Ca：0.0001～0.0090质量％、Pb：0.01～0.40质量％、Se：0.02～0.30质量％、Te：0.03～0.15质量％、Bi：0.02～0.20质量％、Sn：0.003～0.020质量％、B：0.004～0.010质量％、N：0.005～0.015质量％、Cu：0.05～0.50质量％、Ti：0.003～0.090质量％、V：0.005～0.200质量％、Zr：0.005～0.090质量％、Mg：0.0005～0.0080质量％中的至少1种
Ca、Pb、Se、Te、Bi、Sn、B、N、Cu、Ti、V、Zr、Mg都是在可切削性受到重视的情况下添加的。但是，它们的添加量如果分别未满上述下限，则不能够获得充分的提高可切削性的效果。另一方面，它们的添加量如果分别超过上述上限，则即使再添加，可切削性的提高效果也已经达到饱和，且不利于降低成本。因此，添加上述元素的情况下，其添加范围分别为Ca：0.0001～0.0090质量％、Pb：0.01～0.40质量％、Se：0.02～0.30质量％、Te：0.03～0.15质量％、Bi：0.02～0.20质量％、Sn：0.003～0.020质量％、B：0.004～0.010质量％、N：0.005～0.015质量％、Cu：0.05～0.50质量％、Ti：0.003～0.090质量％、V：0.005～0.200质量％、Zr：0.005～0.090质量％、Mg：0.0005～0.0080质量％。
(l)微观组织
第3易切钢的微观组织与第1及第2易切钢同样，最好是以铁素体·珠光体为主体的组织。虽然旧奥氏体粒径较大的粒子有利于提高可切削性，但即使是细粒，也可维持良好的可切削性。从产品的机械性质考虑，与第1及第2易切钢同样，最好是超过粒度编号7号的细粒。
对以上的第1～第3易切钢的制造方法无特别限定，可在常规的条件下铸造和热轧。对其后的热处理也无特别限定，例如，可采用通常的退火法。
(实施例)
以下对本发明的实施例进行说明。
实施例1
这里所述的是第1易切钢的实施例。
分别熔制具有表1所示的第1易切钢的范围内的化学成分组成的钢(以下称为本发明例)的No.1～6、具有第1易切钢的范围之外的化学成分组成的钢(以下称为比较例)No.7～11，以及作为参考例的No.12的低碳硫复合易切钢，将其铸造成铸造截面为400mm×300mm的铸块后，进行热轧获得80mm直径的棒钢。然后采用在925℃加热1小时后自然冷却至室温的方法进行退火处理。
对以上制得的各成分组成的棒钢进行硫化物系夹杂物的形态测定，然后进行可切削性试验。
硫化物系夹杂物的形态测定是利用图像解析装置，测定所有存在于棒钢的中间部分的5.5mm×11mm的区域的硫化物系夹杂物的长径L(轧钢方向的长度)和短径d(厚度，轧钢直角方向的长度)，求出长径在10μm以上的硫化物系夹杂物所占的比例，以及长径在10μm以上的硫化物系夹杂物中长宽比L/d在5以下的夹杂物所占的比例。此外，可切削性试验按照表2所示条件实施。
表1
  No.   区分                                                   化学成分(质量％)   Cr/S
  C   Si   Mn   P   S   Cr   Al   N   O   Bi   Pb
  1   本发明例   0.06   tr   0.51   0.077   0.402   1.23   tr   0.0055   0.0044   tr   tr   3.06
  2   本发明例   0.06   tr   0.22   0.075   0.304   0.75   0.01   0.0068   0.0028   tr   tr   2.47
  3   本发明例   0.02   0.01   0.51   0.077   0.403   1.35   tr   0.0095   0.0055   tr   tr   3.35
  4   本发明例   0.13   tr   0.52   0.014   0.404   1.12   tr   0.0121   0.0051   tr   tr   2.77
  5   本发明例   0.07   0.08   1.32   0.078   0.455   2.09   tr   0.0198   0.0198   tr   tr   4.59
  6   本发明例   0.08   tr   1.53   0.074   0.301   0.63   0.008   0.0054   0.0044   0.05   0.02   2.09
  7   比较例   0.06   0.01   2.52   0.077   0.403   1.12   tr   0.0081   0.0061   tr   tr   2.78
8 比较例 0.08 tr 0.53 0.074 0.177 0.88 tr 0.0073 0.0053 tr tr 4.97
9 比较例 0.07 tr 0.54 0.078 0.431 0.23 tr 0.0055 0.0045 tr tr 0.53
  10   比较例   0.06   tr   1.49   0.077   0.399   1.51   0.001   0.0104   0.0014   tr   tr   3.78
  11   比较例   0.06   tr   0.52   0.079   0.402   0.52   0.001   0.0122   0.0052   tr   tr   1.29
  12   参考例   0.07   tr   1.22   0.071   0.319   0.05   tr   0.0102   0.0152   tr   0.21   0.16
表2
  项目   工具材质   切削条件   评价方法
  送入mm/rev   切入mm   切削速度m/min   切削时间min   润滑剂
外周旋削   P20   0.20   2.0   150   无   寿命：使前后隙面的磨耗量VB＝0.2mm时的切削时间
  0.100.200.30 2.0   30，50100，150200 1 无   评价切屑形状(合计15个切削条件)1个切屑长度未满30mm为1分1个切屑长度在30mm以上为3分
  0.20   2.0   150   1   无   最大表面粗糙度Rmax
  SKH4   0.20   2.0   100   无   寿命：到不能切削为止
  钻头开孔   SKH51(φ10)   0.35   20～80   使用水溶性切削油   寿命：以1000mm的开孔总长度到不能切削为止的切削速度
表3所示为试验结果。此外，图2表示作为代表特性值的圆周铣削工具寿命(SKH4)和钻头工具寿命的关系。
如表3可明显地确认No.1～6的本发明例中的任一例与No.12的参考例的低碳硫复合易切钢相比，具有良好的特性。
与此相反，由于比较例No.7的Mn量超过上限值，比较例No.9的Cr量未满下限值，比较例No.10的O量较少，比较例No.11的Cr/S比值未满下限值，所以任一例的硫化物的长宽比都较大，可切削性比本发明例差。此外，由于比较例No.8的S量未满下限值，所以对可切削性有效的硫化物系夹杂物的总量不足，可切削性也比本发明例差。
表3
  No.   区分   硫化物形态   切削工具寿命   切屑处理性   表面粗糙度   微观组织   旧γ粒度
  长径10μm以上的比例(％)   长宽比≤5的比例(％)   圆周铣削P20寿命(min)   圆周铣削SKH4寿命(min)   钻头寿命(m/min)   切屑评分(分)   Rmax(μm)
  1   本发明例   98   88   48   46   66   15   14   铁素体·珠光体   8
  2   本发明例   96   86   44   43   53   15   15   铁素体·珠光体   8
  3   本发明例   95   85   50   49   71   15   14   铁素体·珠光体   7
  4   本发明例   97   83   46   45   59   15   22   铁素体·珠光体   7
  5   本发明例   98   84   47   46   62   15   16   铁素体·珠光体   8
  6   本发明例   96   82   50   49   70   15   15   铁素体·珠光体   8
  7   比较例   74   41   23   33   36   33   35   铁素体·珠光体   7
  8   比较例   65   38   24   35   37   37   37   铁素体·珠光体   7
  9   比较例   63   46   24   31   33   36   36   铁素体·珠光体   8
  10   比较例   55   41   22   30   32   32   35   铁素体·珠光体   8
  11   比较例   61   39   21   29   31   31   36   铁素体·珠光体   8
  12   参考例   73   42   41   40   44   21   17   铁素体·珠光体   8
实施例2
以下所示为第2易切钢的实施例。
按照与实施例1相同的条件，对具有表4所示的第2易切钢的范围内的化学成分组成的钢(以下称为本发明例)No.21～26，具有第2易切钢的范围外的化学成分组成的钢(以下称为比较例)No.27～31，以及作为参考例的No.32的低碳硫复合易切钢进行铸造及热轧，然后在与实施例1同样的条件下进行退火处理。
对以上制得的各成分组成的棒钢进行与实施例1同样的硫化物系夹杂物的形态测定及可切削性试验。
表4
  No.   区分                                              化学成分(质量％)   Cr/S
  C   Si   Mn   P   S   Cr   Al   N   O   Zr   Pb
  21   本发明例   0.06   tr   0.53   0.075   0.401   1.21   0.001   0.0071   0.0081   tr   0.25   3.02
  22   本发明例   0.05   tr   0.21   0.074   0.303   0.74   0.001   0.0068   0.0088   tr   0.23   2.44
  23   本发明例   0.02   0.08   0.51   0.077   0.401   1.39   tr   0.0107   0.0105   tr   0.24   3.32
  24   本发明例   0.13   0.01   0.52   0.013   0.402   1.11   tr   0.0112   0.0152   tr   0.22   2.76
  25   本发明例   0.06   tr   1.35   0.076   0.458   2.09   tr   0.0139   0.0239   tr   0.25   4.56
  26   本发明例   0.09   tr   1.51   0.073   0.303   0.64   0.008   0.0055   0.0145   0.05   0.24   2.11
  27   比较例   0.06   0.01   2.55   0.076   0.405   1.15   tr   0.0086   0.0096   tr   0.25   2.84
  28   比较例   0.07   0.01   0.53   0.072   0.175   0.84   tr   0.0076   0.0086   tr   0.23   4.80
  29   比较例   0.08   tr   0.52   0.075   0.434   0.23   0.001   0.0111   0.0101   tr   0.24   0.53
  30   比较例   0.07   tr   0.52   0.077   0.403   0.53   0.001   0.0141   0.0151   tr   0.24   1.32
  31   比较例   0.12   0.07   1.13   0.074   0.345   1.51   tr   0.0099   0.0019   0.08   0.09   4.38
  32   参考例   0.06   tr   1.23   0.072   0.315   0.04   tr   0.0102   0.0152   tr   0.22   0.13
表5所示为试验结果。从表3可明显地确认No.21～26的本发明例中的任一例与No.32的参考例的低碳硫复合易切钢相比，具有良好的特性。
与此相反，由于比较例No.27的Mn量超过上限值，比较例No.29的Cr量未满下限值，比较例No.30的Cr/S比值未满下限值，比较例No.31的O量较少，所以任一例的硫化物的长宽比都较大，可切削性比本发明例差。此外，由于比较例No.28的S量未满下限值，所以对可切削性有效的硫化物系夹杂物的总量不足，可切削性也比本发明例差。
表5
  No.   区分   硫化物长宽比   切削工具寿命   切屑处理性   表面粗糙度
  平均值(-)   最大值(-)   圆周铣削P20寿命(min)   圆周铣削SKH4寿命(min)   钻头寿命(m/min)   切屑评分(分)   Rmax(μm)
  21   本发明例   3.5   15   47   45   66   15   14
  22   本发明例   3.6   16   45   44   62   15   15
  23   本发明例   3.7   15   49   48   71   15   15
  24   本发明例   3.5   16   46   45   59   15   21
  25   本发明例   2.9   11   60   55   80   15   12
  26   本发明例   3.7   16   49   49   70   15   15
  27   比较例   6.3   43   22   31   35   35   36
  28   比较例   3.6   16   23   34   36   36   38
  29   比较例   6.7   46   24   33   32   36   36
  30   比较例   9.7   71   22   30   31   32   37
  31   比较例   6.5   44   21   29   31   32   36
  32   参考例   6.2   41   41   40   44   21   17
实施例3
以下所示为第3易切钢的实施例。
按照与实施例1相同的条件，对具有表6所示的第3易切钢的范围内的化学成分组成的钢(以下称为本发明例)No.41～46，具有第3易切钢的范围外的化学成分组成的钢(以下称为比较例)No.47～51，以及作为参考例的No.52的JISSUM23L进行铸造及热轧，然后在与实施例1同样的条件下进行退火处理。
对以上制得的各成分组成的棒钢进行与实施例1同样的硫化物系夹杂物的形态测定及可切削性试验。
表6
  No.   区分                                     化学成分(质量％)   Cr/S
  C   Si   Mn   P   S   Cr   Al   O   N   Pb
  41   本发明例   0.05   0.01   0.52   0.076   0.403   1.22   tr   0.0038   0.0084   tr   3.03
  42   本发明例   0.13   tr   0.23   0.014   0.404   1.13   0.008   0.0051   0.0075   tr   2.80
  43   本发明例   0.08   0.01   1.34   0.078   G.457   2.08   tr   0.0098   0.0078   tr   4.55
  44   本发明例   0.02   0.08   1.53   0.074   0.301   0.63   0.001   0.0035   0.0121   0.06   2.09
  45   本发明例   0.06   tr   0.51   0.072   0.318   0.79   tr   0.0075   0.0082   tr   2.48
  46   本发明例   0.06   tr   0.52   0.071   0.315   0.78   tr   0.0089   0.0080   tr   2.48
  47   比较例   0.08   tr   2.54   0.077   0.402   1.13   0.001   0.0061   0.0071   tr   2.81
  48   比较例   0.06   tr   0.54   0.073   0.105   0.85   tr   0.0066   0.0065   tr   8.10
  49   比较例   0.07   0.01   0.54   0.076   0.433   0.22   tr   0.0052   0.0082   tr   0.51
  50   比较例   0.06   tr   1.49   0.077   0.399   1.51   0.001   0.0009   0.0091   tr   3.78
  51   比较例   0.07   tr   0.51   0.079   0.402   0.51   0.001   0.0069   0.0061   tr   1.27
  52   参考例   0.06   tr   1.22   0.071   0.319   0.05   tr   0.0152   0.0082   0.21   0.16
表7所示为试验结果。从表中可明显地确认本发明例中的No.41～44的任一例与No.52的参考例的JIS SUM23L相比，具有良好的特性。此外，No.45与作为JIS SUM23L的参考例No.52相比是S量相同、O量为1/2的例子，但与参考例No.52的JIS SUM23L具有几乎同等的可切削性，而且几乎未见表面瑕疵。No.46与作为JIS SUM23L的参考例No.52的S量相同，O量比No.52少，但比No.45多，与No.52相比其可切削性良好。
与此相反，由于比较例No.47的Mn量超过上限值，比较例No.49的Cr量未满下限值，比较例No.51的Cr/S比值未满下限值，所以任一例的硫化物的长宽比都较大，可切削性比本发明例差。此外，由于比较例No.48的S量未满下限值，所以对可切削性有效的硫化物系夹杂物的总量不足，可切削性也比本发明例差。由于比较例No.50的O量未满下限值，所以其可切削性比本发明差。
表7
  No.   区分 长径在10μm以上的硫化物中长宽比≤5的硫化物的比例(-)   切削工具寿命   切屑处理性   表面粗糙度   表面瑕疵
  圆周铣削P20寿命(min)   圆周铣削SKH4寿命(min)   钻头寿命(m/min)   切屑评分(分)   Rmax(μm)   总长度(cm)
  41   本发明例   86   47   46   66   15   14   0
  42   本发明例   85   46   44   59   15   22   0
  43   本发明例   85   47   46   63   15   16   5
  44   本发明例   87   50   49   70   15   15   0
  45   本发明例   86   41   41   45   19   16   2.5
  46   本发明例   87   49   49   71   15   15   5.5
  47   比较例   53   22   32   36   34   36   0
  48   比较例   63   23   35   36   36   38   7.5
  49   比较例   46   24   32   32   36   36   0
  50   比较例   45   22   30   32   32   35   0
  51   比较例   65   21   29   31   31   36   0
  52   参考例   63   41   40   44   21   17   2.5

Claims (8)

1.低碳易切钢，其特征在于，以质量％计，含有C：0.02～0.15％、Mn：0.05～1.8％、S：0.20～0.49％、O：超过0.01～0.03％、Cr：0.3～2.3％、Si：0.1％以下，P：0.01～0.12％，Al：0.01％以下，余分由Fe及不可避免的杂质组成，且Cr/S之比在2～6的范围内。
2.如权利要求1所述的低碳易切钢，其特征还在于，以质量％计，还含有选自Ca：0.0001～0.0005％、Pb：0.01～0.03％、Se：0.02～0.30％、Te：0.1～0.15％、Bi：0.02～0.20％、Sn：0.003～0.020％、B：0.004～0.010％、N：0.005～0.015％、Cu：0.05～0.50％、Ti：0.003～0.090％、V：0.005～0.200％、Zr：0.005～0.090％、Mg：0.0005～0.0080％的至少1种。
3.如权利要求1所述的低碳易切钢，其特征还在于，具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物占所有硫化物系夹杂物的90％以上。
4.如权利要求1所述的低碳易切钢，其特征还在于，具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物中，长宽比在5以下的夹杂物占80％以上。
5.如权利要求1所述的低碳易切钢，其特征还在于，具有铁素体·珠光体组织，旧奥氏体粒径超过JIS G 0551的奥氏体粒度测定法中的粒度编号7。
6.如权利要求2所述的低碳易切钢，其特征还在于，具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物占所有硫化物系夹杂物的90％以上。
7.如权利要求2所述的低碳易切钢，其特征还在于，具有长径在10μm以上的粒径的硫化物系夹杂物中，长宽比在5以下的夹杂物占80％以上。
8.如权利要求2所述的低碳易切钢，其特征还在于，具有铁素体·珠光体组织，旧奥氏体粒径超过JIS G 0551的奥氏体粒度测定法中的粒度编号7。
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