PL194646B1 - Stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszyn - Google Patents
Stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszynInfo
- Publication number
- PL194646B1 PL194646B1 PL349382A PL34938201A PL194646B1 PL 194646 B1 PL194646 B1 PL 194646B1 PL 349382 A PL349382 A PL 349382A PL 34938201 A PL34938201 A PL 34938201A PL 194646 B1 PL194646 B1 PL 194646B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- amount
- sulfide
- less
- inclusions
- type
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000003754 machining Methods 0.000 title abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 65
- 229910000915 Free machining steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 14
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 241000283283 Orcinus orca Species 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 12
- 229910018505 Ni—Mg Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018474 Ni—Mg—Ca Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910007981 Si-Mg Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910008316 Si—Mg Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010053567 Coagulopathies Diseases 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002551 Fe-Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017082 Fe-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017133 Fe—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 MnS Chemical class 0.000 description 1
- 229910000796 S alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035602 clotting Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
Abstract
1. Stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszyn, zawierajaca wtracenia typu siarczkowego, znamienna tym, ze zawiera, w procentach wagowych, C w ilosci 0,01-0,7%, Si w ilosci 0,01-2,5%, Mn w ilosci 0,1-3%, S w ilosci 0,01-0,2%, P w ilosci 0,05% lub mniejszej, do 0% wlacznie, Al w ilosci 0,1% lub mniejszej, do 0% wlacznie, N w ilosci 0,002-0,02%, i opcjonalnie co najmniej jeden z pierwiastków wybranych z grupy obejmujacej: Ti w ilosci 0,002-0,2%, Ca w ilosci 0,0005-0,02%, pierwiastek ziem rzadkich, lacznie w ilosci 0,0002-0,2%, Bi w ilosci 0,3% lub mniejszej, do 0% wlacznie, oraz Cr w ilosci 0,14% lub mniejszej, zas reszte stanowi Fe i nieuchronne zanieczyszczenia, w której wspólczynnik rozproszenia F1 czastek wtracen typu siarczkowego, definiowany przez równanie (1), wynosi 0,4-0,65: F1 = X 1/(A/n) 1/2 (1) gdzie X 1 oznacza srednia wartosc (µm) otrzymana przez rzeczywisty pomiar odleglosci pomiedzy kazda z czastek wtracen typu siarczkowego w obserwowanym polu widzenia a inna najblizsza czastka ze wszystkich czastek wystepujacych w obserwowa- nych polach widzenia, przy czym mierzy sie odleglosc w pieciu polach widzenia i usrednia sie wyniki, A oznacza pole powierzchni obserwacji (mm 2 ), a n oznacza liczbe wtracen typu siarczkowego widocznych w obserwowanym polu widzenia. PL PL PL
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszyn, przeznaczona do obrabiania części składowych maszyn przemysłowych, samochodów i wyrobów elektrycznych. W szczególności, przedmiotem wynalazku jest stal automatowa zasadniczo niezawierająca ołowiu, jako składnika polepszającego skrawalność, lecz posiadająca podwyższone właściwości mechaniczne, zwłaszcza posiadająca skrawalność tak zwanej ołowiowej stali automatowej.
Od materiałów na części składowe maszyn przemysłowych, samochodów i wyrobów elektrycznych wymagana jest dobra skrawalność, ponieważ części takie są wytwarzane przez obróbkę materiałów skrawaniem. W związku z powyższym jako materiały do stosowania w konstrukcjach maszyn stosowane są zwykle stale automatowe, często zawierające Pb lub S jako składnik polepszający skrawalność. Wiadomo zwłaszcza, że ołów dodany w niewielkiej ilości zapewnia doskonałą skrawalność.
Japońska publikacja JP-A-205453/1984 proponuje przykładowo stal automatową o małej zawartości węgla i siarki ze stosowanymi razem dodatkami Te, Pb i Bi, przy czym wtrącenia typu MnS, których większa średnica i mniejsza średnica są większe niż uprzednio określony wymiar i które mają stosunek większej średnicy do mniejszej średnicy wynoszący 5 lub mniej, występują w ilości 50% lub większej wszystkich wtrąceń MnS, a zawartość AI2O3 we wtrąceniach tlenkowych wynosi 15% lub mniej.
Ponadto JP-A-23970/1987 proponuje technikę polepszenia skrawalności niskowęglowej stali automatowej z siarką i ołowiem przez sposób ciągłego odlewania, w którym określona jest zawartość każdego ze składników C, Mn, P, S, Pb, O, Si i Al, a przeciętna wielkość wtrąceń typu MnS i stosunek wtrąceń typu siarczkowego niezwiązanych z tlenkami są określone, aby poprawić przez to obrabialność.
Każdy ze sposobów opisanych powyżej dotyczy stali automatowej z łącznym dodatkiem Pb i S. Gdy na znaczeniu zyskał problem skażenia środowiska ołowiem, pojawiła się tendencja do ograniczania zawartości ołowiu w materiałach żelaznych i stalowych i do badania sposobu polepszania obrabialności w stanie pozbawionym ołowiu.
Ze względu na tę sytuację badania nad polepszaniem obrabialności przez kontrolowanie postaci, np. wielkości lub kształtu wtrąceń typu siarczkowego, takich jak MnS zyskało dominujące znaczenie w zawierającej siarkę stali automatowej, ale żadna stal automatowa nie może zapewnić obrabialności porównywalnej z osiąganą przez stal automatową zawierającą ołów. Ponadto badania nad polepszaniem obrabialności przez kontrolowanie postaci wtrąceń typu siarczkowego wykazały również istnienie problemu polegającego na tym, że wtrącenia siarczkowe, takie jak MnS, są odkształcane wzdłużnie wraz z odkształcaniem plastycznym metalu podstawowego na skutek walcowania lub kucia stali, co powoduje anizotropowość właściwości mechanicznych oraz odporność na uderzenia w pewnym kierunku.
Obrabialność jest oceniana przez czynniki takie jak (1) składowa obwodowa siły skrawania, (2) żywotność noża, (3) chropowatość gotowej powierzchni i (4) usuwanie wiórów. Wśród tych czynników wagę przywiązywano dotychczas do żywotności noża i do chropowatości gotowej powierzchni, ale usuwanie wióra stało się również tematem, którego nie można pominąć, ze względu na wydajność obróbki i bezpieczeństwo przy występującej ostatnio tendencji w obróbce skrawaniem do automatyzacji lub obróbki bezobsługowej. Usuwanie wióra jest zatem właściwością charakterystyczną dla oceny łamania wiórów na krótkie segmenty podczas obróbki. Jeżeli właściwość ta ulega pogorszeniu, wióry przebiegają spiralnie powodując kłopoty z okręcaniem się wokół narzędzia skrawającego, przez co utrudniają bezpieczne skrawanie. Istniejące stale z dodatkiem Pb mogą zapewniać stosunkowo dobrą obrabialność również z punktu widzenia usuwania wióra, ale w stalach pozbawionych ołowiu nie osiągnięto jeszcze korzystnych właściwości.
Celem wynalazku jest opracowanie stali automatowej do stosowania w konstrukcjach maszyn, pozwalającej na wyeliminowanie wskazanych powyżej wad.
Według wynalazku, stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszyn, zawierająca wtrącenia typu siarczkowego, charakteryzuje się tym, że zawiera, w procentach wagowych,
C w ilości 0,01-0,7%,
Si w ilości 0,01-2,5%,
Mn w ilości 0,1-3%,
S w ilości 0,01-0,2%,
P w ilości 0,05% lub mniejszej, do 0% włącznie,
Al w ilości 0,1% lub mniejszej, do 0% włącznie,
N w ilości 0,002-0,02%, i opcjonalnie, co najmniej jeden z pierwiastków wybranych z grupy obejmującej:
PL 194 646 B1
Ti w ilości 0,002-0,2%,
Ca w ilości 0,0005-0,02%, pierwiastek ziem rzadkich, łącznie w ilości 0,0002-0,2%,
Bi w ilości 0,3% lub mniejszej, do 0% włącznie, oraz
Cr w ilości 0,14% lub mniejszej, zaś resztę stanowi Fe i nieuchronne zanieczyszczenia, w której współczynnik rozproszenia F1 cząstek wtrąceń typu siarczkowego, definiowany przez równanie (1), wynosi 0,4-0,65:
F1 = Xi/(A/n)1/2 (1) gdzie
Χ1 oznacza średnią wartość (mm) otrzymaną przez rzeczywisty pomiar odległości pomiędzy każdą z cząstek wtrąceń typu siarczkowego w obserwowanym polu widzenia a inną najbliższą cząstką ze wszystkich cząstek występujących w obserwowanych polach widzenia, przy czym mierzy się odległość w pięciu polach widzenia i uśrednia się wyniki,
A oznacza pole powierzchni obserwacji (mm2), a n oznacza liczbę wtrąceń typu siarczkowego widocznych w obserwowanym polu widzenia.
Ponadto, stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszyn, zawierająca wtrącenia typu siarczkowego, według wynalazku charakteryzuje tym, że zawiera, w procentach wagowych,
C w ilości 0,01-0,7%,
Si w ilości 0,01-2,5%,
Mn w ilości 0,1-3%,
S w ilości 0,01-0,2%,
P w ilości 0,05% lub mniejszej, do 0% włącznie,
Al w ilości 0,1% lub mniejszej, do 0% włącznie,
N w ilości 0,002-0,02%, i opcjonalnie, co najmniej jeden z pierwiastków wybranych z grupy obejmującej:
Ti w ilości 0,002-0,2%,
Ca w ilości 0,0005-0,02%, pierwiastek ziem rzadkich, łącznie w ilości 0,0002-0,2%,
Bi w ilości 0,3% lub mniejszej, do 0% włącznie, oraz
Cr w ilości 0,14% lub mniejszej, zaś resztę stanowi Fe i nieuchronne zanieczyszczenia, w której współczynnik rozproszenia F2 cząstek wtrąceń typu siarczkowego, definiowany przez równanie (2), wynosi 1-2,5:
F2 = σ/Χ (2) gdzie s oznacza standardowe odchylenie liczby cząstek wtrąceń typu siarczkowego na jednostkę pola powierzchni, a
Χ2 oznacza średnią wartość liczby cząstek wtrąceń na jednostkę pola powierzchni.
Korzystnie, w obu powyższych stalach według wynalazku, stosunek większej średnicy L1 do mniejszej średnicy L2 (L1/L2) dla wtrąceń typu siarczkowego wynosi 1,5-5.
Nieoczekiwanie stwierdzono, że stal według wynalazku może stabilnie i niezawodnie zapewniać, w stanie pozbawionym ołowiu, doskonałą obrabialność (zwłaszcza usuwanie wiórów i żywotność narzędzia) oraz właściwości mechaniczne (wiązkość w kierunku poprzecznym), które są porównywalne z analogicznymi właściwościami istniejących stali z dodatkiem ołowiu.
W stali według wynalazku, stan rozmieszczenia wtrąceń typu siarczkowego jest kontrolowany, aby przez to polepszyć właściwości mechaniczne.
Spełnienie warunku, że stosunek większej średnicy L1 do mniejszej średnicy L2 (L1/L2) wtrąceń typu siarczkowego wynosi 1,5-5, powoduje, iż jest możliwe polepszenie właściwości mechanicznych (wiązkość w kierunku poprzecznym) oraz obrabialności (zwłaszcza usuwanie wióra i żywotność narzędzia).
Dla wytworzenia stali według wynalazku zbadano zależność pomiędzy usuwaniem wióra a wtrąceniami siarczkowymi w stali automatowej z różnych punktów widzenia. W rezultacie stwierdzono, że nie tylko wielkość i kształt wtrąceń typu siarczkowego, takich jak MnS, ale również stan rozproszenia wtrąceń typu siarczkowego jest blisko związany z usuwaniem wióra. W wyniku dalszych badań stwierdzono, że stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszyn posiadająca przy braku Pb
PL 194 646 B1 doskonałe właściwości mechaniczne (wiązkość w kierunku poprzecznym) i usuwanie wióra, jak również doskonałą żywotność narzędzia może być uzyskana przez kontrolowanie stanu rozproszenia wtrąceń typu siarczkowego i przez wprowadzenie Mg w ilości 0,0005-0,02%.
Znaczenie poszczególnych składników stali omówiono poniżej.
Mg: 0,0005 - 0,2%
Kiedy do stali automatowej dodaje się Mg, wówczas tlenki zawierające Mg tworzą zarodki dla wtrąceń typu siarczkowego, by kontrolować kształt wtrąceń i zmniejszać duże wtrącenia typu siarczkowego, przez co można uzyskać stal automatową do stosowania w konstrukcjach maszyn doskonałą pod względem właściwości mechanicznych (wiązkość w kierunku poprzecznym) i pod względem usuwania wióra. Ponadto przy dodawaniu Mg kompozycja tlenkowa zwykle występująca jako twardy tlenek glinowy, jest przetwarzana w tlenek zawierający Mg, by zmniejszyć twardość tlenku typu twardego tlenku glinowego. Niedogodność powodowaną przez twardy tlenek zawierający Mg można zmniejszyć przez to, że tlenek zawierający Mg jest otaczany siarczkiem, co doprowadza do polepszenia żywotności narzędzia. Jednakże jeśli zawartość Mg jest mniejsza niż 0,0005%, rozpuszczona w roztworze stałym ilość Mg w siarczku nie jest wystarczająca i nie można skutecznie kontrolować kształtu wtrąceń typu siarczkowego. Ponadto, jeżeli zawartość ta przewyższa 0,02%, siarczki są nadmiernie twarde, pogarszając obrabialność (usuwanie wióra).
Jak opisano powyżej, pożądane jest odłączanie wiórów w postaci drobnych segmentów, co jest jednym z elementów oceny obrabialności podczas zautomatyzowanej obróbki. Wynalazcy potwierdzili, że odłączanie wiórów jest powodowane przez występowanie pęknięć na skutek skupienia naprężeń w sąsiedztwie wtrąceń występujących w stali. Ponadto, kiedy występujące wtrącenia przebiegają w stali wzdłużnie, można osiągnąć korzystne usuwanie wiórów podczas obróbki skrawaniem na pewnym kierunku, ale usuwanie wiórów gwałtownie pogarsza się, kiedy obróbkę przeprowadza się w innych kierunkach. Z drugiej strony w przypadku wtrąceń kulistych, chociaż nie ma anizotropii polegającej na tym, że zmiany obrabialności są zależne od kierunku obróbki, usuwanie wiórów nie zawsze jest zadowalające.
Kiedy wynalazcy przeprowadzali różne badania dotyczące środków oceny stanu rozproszenia cząstek wtrąceń typu siarczkowego na podstawie analizy podczas obróbki skrawaniem, jak opisano powyżej, stwierdzono, że powyższy cel można osiągnąć skutecznie przy zawartości Mg 0,0005-0,02% i przy współczynniku rozproszenia F1 lub F2 cząstek wtrąceń typu siarczkowego określonym przez równanie (1) lub (2) powyżej uprzednio określonego zakresu. Poniżej zostaną objaśnione współczynniki rozproszenia F1, F2 cząstek wtrąceń typu siarczkowego.
Po pierwsze współczynnik rozproszenia F1 cząstek wtrąceń typu siarczkowego oznacza wartość stosunku: [(X1/(A/n) ], gdzie X1 oznacza średnią wartość otrzymaną przy mierzeniu odległości pomiędzy każdą z cząstek wtrąceń typu siarczkowego a inną cząstką usytuowaną najbliżej niej w obserwowanym polu widzenia dla wszystkich cząstek występujących w obserwowanym polu widzenia,
1/2 przy czym odległość tę mierzy się w odniesieniu do pięciu pól widzenia i wyniki uśrednia się, a (A/n) oznacza odległość pomiędzy cząstkami, kiedy wszystkie obserwowane cząstki są rozmieszczone równomiernie w punktach siatki (gdzie A oznacza pole powierzchni obserwowanego obszaru (mm2) a n oznacza liczbę cząstek wtrąceń typu siarczkowego widocznych w obserwowanym obszarze (N).
Przykładowo trzeba wyjaśnić przypadek, gdzie w obserwowanym polu widzenia na fig. 1 istnieje dwanaście cząstek wtrąceń typu siarczkowego. W aktualnym polu widzenia cząstki wtrąceń typu siarczkowego są rozmieszczone, jak pokazano na fig. 1A, a przyjmując X1 - X12 jako najbliższą odległość każdego z wtrąceń typu siarczkowego wartość średnia X1 jest:
X1 = (X1 + X2 +................:122) /12
Przyjmując, że cząstki wtrąceń typu siarczkowego są rozmieszczone równomiernie, jak pokazano na fig. 1B, najbliższa odległość dla każdej z cząstek wtrąceń typu siarczkowego wynosi:
X1 = Χ2 =.................= X12
Przyjmując obserwowany obszar jako A, najbliższą odległość X2 można wyrazić jako:
X2 = (X1+ X2 + ..............X2)) 12 =(A/ 12)1/2
Stosunek X1 do X2 jest definiowany jako współczynnik rozproszenia F1 cząstek wtrąceń typu siarczkowego.
Współczynnik rozproszenia F1 cząstek wtrąceń typu siarczkowego zdefiniowany jak opisano powyżej ma wartość bliską jedności, kiedy rozmieszczenie cząstek siarczkowych jest całkowicie równomierne,
PL 194 646 B1 ale odchyla się od jedności i przyjmuje wartość mniejszą niż 1, kiedy rozmieszczenie nie jest równomierne. Według badań wynalazców w stali automatowej według wynalazku, zawierającej 0,0005-0,02% Mg kształt i stan równowagi rozmieszczenia cząstek wtrąceń typu siarczkowego są polepszone i zarówno usuwanie wióra jak i wiązkość w kierunku poprzecznym są korzystne, gdy wartość F1 jest w zakresie 0,4-0,65. Z drugiej strony, jeżeli wartość ta przewyższa 0,65, chociaż cząstki wtrąceń typu siarczkowego są rozmieszczone równomiernie, usuwanie wióra nie może być uznane za korzystne. Ponadto, jeśli wartość współczynnika F1 jest mniejsza niż 0,4, cząstki wtrąceń typu siarczkowego ulegają aglomeracji i rozciąganiu wzdłużnemu podczas walcowania lub kucia, przez co nie uzyskuje się stali automatowej doskonałej zarówno pod wzglądem właściwości usuwania wióra jak i pod wzglądem wiązkości w kierunku poprzecznym.
Z drugiej strony współczynnik rozproszenia F2 cząstek wtrąceń typu siarczkowego oznacza wartość otrzymaną przez podzielenie pola obserwacji pewnego obszaru na kratki i normalizacją standardowego odchylenia σ dla liczby wtrąceń typu siarczkowego występującej w każdej z jednostkowych kratek przy średniej wartości Χ2 dla liczby cząstek wtrąceń typu siarczkowego w obszarze jednostkowym. W takim wypadku, kiedy wtrącenia typu siarczkowego są rozmieszczone całkowicie równomiernie, wartość F2 zbliża się do zera. W stali automatowej według wynalazku, zawierającej 0,0005-0,02% Mg stwierdzono wtedy, że kiedy wartość F2 jest w zakresie 1-2,5, kształt i stan rozmieszczenia cząstek wtrąceń typu siarczkowego są korzystne i uzyskuje się zadowalające oddzielanie wióra, jak również zadowalającą wiązkość w kierunku bocznym. Z drugiej strony, jeżeli wartość ta jest mniejsza niż 1, cząstki wtrąceń typu siarczkowego są rozmieszczone równomiernie, co szkodzi usuwaniu wióra. Ponadto, kiedy wartość F2 przekracza 2,5, cząstki wtrąceń typu siarczkowego podlegają aglomeracji i rozciąganiu wzdłużnemu przez walcowanie lub kucie, na skutek czego nie uzyskuje się zadowalającej wiązkości w kierunku poprzecznym.
Ponadto w stali automatowej do stosowania w konstrukcjach maszyn według wynalazku stosunek większej średnicy L1 do mniejszej średnicy L2 (L1/L2: współczynnik kształtu) dla wtrąceń typu siarczkowego jest korzystnie kontrolowany w zakresie 1,5-5, co może zapewnić ponadto doskonałe usuwanie wióra i wiązkość w kierunku poprzecznym. To znaczy wtrącenia typu siarczkowego są odkształcane w pewnym stopniu przez walcowanie lub kucie. Kiedy współczynnik kształtu wtrąceń typu siarczkowego jest mniejszy niż 1,5, średnio po cięciu próbki równolegle i obserwacji, usuwanie wióra ulega pogorszeniu. Z drugiej strony, jeżeli wartość ta jest zbyt duża i przewyższa 5, zmniejsza się wiązkość w kierunku poprzecznym.
Nie ma żadnych szczególnych ograniczeń co do rodzaju stali, ale by uzyskać właściwości żądane od stali automatowej do stosowania w konstrukcji mechanicznej, stal ta korzystnie powinna zawierać oprócz Mg 0,01-0,7% C, 0,01-2,5% Si, 0,1-3% Mn, 0,01-0,2% S oraz 0,05% lub mniej (0% włącznie) P, 0,1% lub mniej (0% włącznie) Al i 0,002-0,02% N. Kiedy składniki chemiczne są kontrolowane jak opisano powyżej, można uzyskać dobre właściwości utrzymując żądaną wytrzymałość na rozrywanie stali automatowej przeznaczonej do konstrukcji maszyn, a rozproszenie i kształt wtrąceń typu siarczkowego są również lepsze, przez co uzyskuje się doskonalszą obrabialność i właściwości mechaniczne. Po niżej opisano działanie każdego ze składników.
C : 0,01 - 0,7%
C jest najważniejszym pierwiastkiem dla zapewnienia wytrzymałości wyrobu końcowego, a zawartość C wynosi korzystnie 0,01% lub więcej z przyczyn opisanych powyżej. Jednakże jeśli zawartość C staje się nadmierna, ponieważ pogarsza się wiązkość i powstaje niepożądane oddziaływanie również na obrabialność, np. na żywotność narzędzia, zawartość ta wynosi korzystnie 0,7 lub mniej. Ponadto korzystniejsza granica dolna zawartości C wynosi 0,05%, korzystniej granica górna wynosi 0,5%.
Si: 0,01 - 2,5%
Si działa jako pierwiastek odtleniający, a ponadto przyczynia się również do polepszenia wytrzymałości części konstrukcji mechanicznej przez wzmocnienie roztworu stałego. W celu uzyskania takiego oddziaływania zawartość krzemu wynosi korzystnie 0,01%, korzystniej 0,1% lub więcej. Ponieważ jednak nadmierna zawartość ma niekorzystny wpływ na obrabialność, wynosi ona korzystnie 2,5% lub mniej, korzystniej 2% lub mniej.
Mn : 0,1 - 3%
Mn jest pierwiastkiem przyczyniającym się nie tylko do polepszenia utwardzalności stali, by zwiększyć wytrzymałość, ale również do tworzenia wtrąceń typu siarczkowego, które polepszają usuwanie wióra. Aby sprawnie osiągnąć to oddziaływanie, zawartość Mn wynosi korzystnie 0,1% lub więcej.
PL 194 646 B1
Ponieważ jednak nadmierna zawartość raczej pogarsza obrabialność, wynosi ona korzystnie 3% lub mniej, a korzystniej 2% lub mniej.
S : 0,01 - 0,2%
S jest pierwiastkiem skutecznie wpływającym na powstawanie wtrąceń typu siarczkowego, by polepszyć obrabialność. Aby uzyskać takie oddziaływanie zawartość S wynosi korzystnie 0,01% lub więcej, a korzystniej 0,03% lub więcej. Jednakże ponieważ nadmierna zawartość S powoduje tendencję do powstawania pęknięć zaczynających się od siarczków, takich jak MnS, zawartość ta korzystnie wynosi 0,2% lub mniej, korzystniej 0,12% lub mniej.
P : 0,5% lub mniej (0% włącznie)
Ponieważ P powoduje tendencję do segregacji na granicy ziaren, pogarszając przez to udarność, zawartość P powinna być 0,05% lub mniej, a korzystniej 0,02% lub mniej.
Al: 0,1% lub mniej (0% włącznie)
Al jest ważnym pierwiastkiem odtleniającym po wytopieniu stali, a ponadto skutecznie powoduje powstawanie azotków w celu rozdrobnienia ziaren kryształów austenitycznych. Ponieważ jednak nadmierna zawartość powoduje raczej wzrost wielkości ziaren krystalicznych, co ma niepożądany wpływ na wiązkość, zawartość ta jest korzystnie 0,1% lub mniej, a korzystniej 0,05% lub mniej.
N : 0,002 - 0,02%
N tworzy wraz z Al lub Ti drobnoziarniste azotki przyczyniające się do polepszenia rozdrobnienia ziaren i zwiększenia siły tekstury. Aby to osiągnąć zawartość N wynosi 0,002% lub więcej. Jednakże ponieważ nadmierna zawartość może ewentualnie powodować powstawanie dużych ziaren azotków, powinna ona wynosić 0,02% lub mniej.
Korzystne składniki chemiczne stali automatowej do stosowania w konstrukcjach maszyn według wynalazku zostały opisane powyżej, a resztę stanowi zasadniczo żelazo i nieuchronne zanieczyszczenia. Ponieważ cechą techniczną wynalazku jest definiowanie stanu rozproszenia wtrąceń typu siarczkowego w stali automatowej zawierającej 0,0005-0,02% Mg, jak opisano powyżej, inne składniki chemiczne niż Mg nie ograniczają wynalazku, ale skład może odchylać się nieco od korzystnego składu chemicznego opisanego powyżej w zależności od za stosowania i od żądanych właściwości stali automatowej przeznaczonej do konstrukcji maszyn. Ponadto mogą być ewentualnie zawarte następujące pierwiastki.
Jeden lub więcej pierwiastków wybranych z grupy złożonej z: Ti: 0,002 - 0,2%, Ca : 0,0005-0,02% i pierwiastek ziem rzadkich: 0,0002 -0,2% łącznie
Kiedy stal wytwarzana jest przez wytapianie, stan rozproszenia cząstek wtrąceń typu siarczkowego zmienia się przez dodawanie Ti, Ca lub pierwiastka ziem rzadkich, i można uzyskać lepsze właściwości w porównaniu z brakiem takich dodatków. Jeżeli jednak zawartość Ti jest mniejsza niż 0,002%, działanie takiego dodatku jest niewystarczające. Z drugiej strony, jeżeli zawartość Ti jest znacznie powyżej 0,2%, wówczas znacznie pogarsza się udarność. Ponadto wynik dodania Ca jest niewystarczający, jeżeli zawartość Ca jest mniejsza niż 0,0005%, natomiast nadmierny dodatek około 0,02% lub więcej powoduje zmniejszenie udarności jak w przypadku Ti. Ponadto przy dodawaniu pierwiastka ziem rzadkich, takiego jak Ce, La, Pr lub Nd wpływ takiego dodatku jest niewystarczający, jeżeli zawartość jest mniejsza niż 0,002% łącznie, natomiast udarność zmniejsza się podobnie jak w wypadku Ti lub Ca, jeżeli zawartość przewyższa 0,2%. Pierwiastki takie jak Ti, Ca lub pierwiastek ziem rzadkich mogą być dodawane albo oddzielnie, albo po dwa lub więcej równocześnie. Ponieważ wiązkość w kierunku poprzecznym pogarsza się, jeżeli całkowita zawartość jest większa niż 0,22%, górna granica jest wyznaczona jako 0,22%.
Bi: 0,3% lub mniej (z wyłączeniem 0%)
Bi jest pierwiastkiem polepszającym obrabialność, ale nadmierna zawartość Bi nie tylko powoduje nasycenie tego oddziaływania, ale również pogarsza kowalność na gorąco, pogarszając właściwości mechaniczne, tak że zawartość Bi powinna wynosić 0,3% lub mniej.
Ponadto w dodatku do Ti, Ca i pierwiastków ziem rzadkich, opisanych powyżej, mogą być również wprowadzane Ni, Cr, Mo, Cu, V, Nb, Zr lub B, aby otrzymać stal automatową do stosowania w konstrukcjach maszyn zdolną do spełniania warunków niniejszego wynalazku.
Kiedy stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszyn według wynalazku jest wytwarzana sposobem wytopowym, ważne jest wybranie rodzaju stopów Mg użytych do dodawania Mg i kontrolowanie rozpuszczonej ilości tlenu po dodaniu stopu Mg, czasu od dodania stopu Mg do rozpoczęcia odlewania oraz średniej prędkości krzepnięcia (prędkości chłodzenia) po rozpoczęciu odlewania, aż do zakrzepnięcia w sposób dobrze zrównoważony. Przy kontrolowaniu tych parametrów
PL 194 646 B1 w dobrej równowadze możliwe jest wprowadzenie Mg w ilości 0,0005-0,02% i kontrolowanie współczynników rozproszenia F1, F2 cząstek wtrąceń siarczkowych, zdefiniowanych przez wzory (1) lub (2) w zakresie według wynalazku. W szczególności ilość rozpuszczonego tlenu po dodaniu stopu Mg jest ważna dla zapewnienia oddziaływania Mg, a ilość rozpuszczonego tlenu ustawia się przez opcjonalne kontrolowanie ilości dodawanego Al przed dodaniem stopu Mg w przykładach opisanych poniżej. Ponadto nie ma szczególnego ograniczenia, jeśli chodzi o rodzaj wtrąceń typu siarczkowego i mogą to być siarczki Mn, Ca, Zr, Ti, Mg i innych pierwiastków, ich złożone siarczki, węglo-siarczki lub kwaso-siarczki, jeżeli tylko stan rozproszenia tych wtrąceń może spełnić warunki zdefiniowane w równaniu (1) lub (2).
Wynalazek jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1A i 1B przedstawiają sposób obliczania współczynnika rozproszenia F1 cząstek wtrąceń siarczkowych, fig. 2A i 2B - objaśnienie sposobu zliczania wtrąceń typu siarczkowego widocznych w obserwowanym polu widzenia, fig. 3A, 3b i 3B - wykresy liczby wiórów, żywotności narzędzia i wiązkości w kierunku poprzecznym w funkcji wartości F1, a fig. 4A, 4B i 4C przedstawiają wykresy liczby wiórów, żywotności narzędzia i wiązkości w kierunku poprzecznym w funkcji wartości F2.
Wynalazek zostanie opisany dokładniej na podstawie przykładów, które jednakże nie ograniczają wynalazku, a wszelkie modyfikacje zgodne z opisanym powyżej celem i z celami opisanymi dalej objęte są technicznym zakresem niniejszego wynalazku.
Przykład
Wytworzono różne rodzaje stali przez wytopienie, jak podano poniżej, do badań porównawczych stanu rozproszenia cząstek wtrąceń typu siarczkowego przy zmienianiu ich w stalach automatowych.
Przy wytopie prowadzonym w wysokoczęstotliwościowym piecu indukcyjnym do roztopionej stali najpierw dodano C, a następnie kolejno stop Fe-Mn, stop Fe-Si, a ponadto stop Fe-Cr i stop Fe-S. Następnie dodano Al i Mg. W celu dodania Mg dodano jeden z bryłowych stopów Ni-Mg, Si-Mg i Ni-Mg-Ca. Zawartość rozpuszczonego tlenu w roztopionej stali po dodaniu stopu Mg regulowano przez kontrolowanie ilości dodawanego Al przed dodaniem stopu Mg. Następnie odlewano wlewki średnicy 140 mm zmieniając czas od dodania stopu Mg do odlewania średnią prędkość koagulacji po odlaniu. W tabeli 1 przedstawiono składy chemiczne każdej próbki, a w tabeli 2 przedstawiono ilość rozpuszczonego tlenu, rodzaje dodanych stopów, czas do odlewania oraz średnią prędkość krzepnięcia.
T a b e l a 1
| Nr | Skład chemiczny (% mas,) | |||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Al | N | Mg | Bi | O | Inne | |
| 1 | 0,30 | 0,013 | 0,85 | 0,01 | 0,060 | 0,13 | 0,020 | 0,006 | 0,0023 | - | 0,0011 | |
| 2 | 0,29 | 0,014 | 0,85 | 0,01 | 0,060 | 0,13 | 0,022 | 0,005 | 0,0022 | - | 0,0008 | |
| 3 | 0,31 | 0,014 | 0,86 | 0,01 | 0,056 | 0,13 | 0,021 | 0,006 | 0,0025 | - | 0,0022 | |
| 4 | 0,30 | 0,014 | 0,87 | 0,01 | 0,058 | 0,13 | 0,022 | 0,006 | 0,0004 | - | 0,0011 | |
| 5 | 0,30 | 0,013 | 0,88 | 0,02 | 0,059 | 0,13 | 0,023 | 0,006 | 0,0023 | - | 0,0010 | |
| 6 | 0,29 | 0,012 | 0,86 | 0,02 | 0,095 | 0,12 | 0,025 | 0,005 | 0,0026 | - | 0,0013 | |
| 7 | 0,31 | 0,015 | 0,64 | 0,01 | 0,095 | 0,13 | 0,028 | 0,005 | 0,0058 | - | 0,0014 | |
| 8 | 0,30 | 0,014 | 0,85 | 0,01 | 0,096 | 0,13 | 0,024 | 0,006 | 0,0004 | - | 0,0018 | |
| 9 | 0,45 | 0,022 | 1,01 | 0,02 | 0,055 | 0,12 | 0,025 | 0,005 | 0,0025 | - | 0,0012 | |
| 10 | 0,30 | 0,012 | 0,84 | 0,02 | 0,057 | 0,12 | 0,025 | 0,005 | 0,0032 | - | 0,0013 | Ca: 0,0017 |
| 11 | 0,31 | 0,017 | 0,85 | 0,02 | 0,06 | 0,13 | 0,022 | 0,004 | 0,0025 | - | 0,0014 | Ti: 0,015 |
| 12 | 0,29 | 0,016 | 0,86 | 0,02 | 0,055 | 0,14 | 0,024 | 0,006 | 0,0026 | - | 0,0015 | REM: 0,006 |
| 13 | 0,30 | 0,014 | 0,36 | 0,02 | 0,056 | 0,13 | 0,028 | 0,006 | 0,0022 | 0,02 | 0,0017 | |
| 14 | 0,30 | 0,0008 | 0,79 | 0,02 | 0,055 | 0,12 | 0,001 | 0,005 | - | - | 0,0042 |
REM suma = %Ce + %La + %Pr + %Nd
PL 194 646 B1
T a b e l a 2
| Nr | Ilość rozpuszczonego tlenu (ppm) | Rodzaje dodanego stopu | Czas do odlewania (min) | Średnia prędkość krzepnięcia |
| 1 | 9,0 | Ni-Mg | 6,5 | 32 |
| 2 | 4,9 | Ni-Mg | 6,5 | 32 |
| 3 | 13,2 | Ni -Mg | 7 | 32 |
| 4 | 8,2 | Si-Mg | 7 | 32 |
| 5 | 8,0 | Ni-Mg | 6,5 | 10 |
| 6 | 7,9 | Ni-Mg | 7,5 | 32 |
| 7 | 7,8 | Ni-Mg | 7 | 32 |
| 8 | 8,5 | Ni-Mg | 15 | 32 |
| 9 | 8,5 | Ni-Mg | 7 | 32 |
| 10 | 9,1 | Ni-Mg-Ca | 6,5 | 32 |
| 11 | 7,7 | Ni-Mg | 6,5 | 32 |
| 12 | 10,2 | Ni-Mg | 6 | 32 |
| 13 | 7,9 | Ni-Mg | 7,5 | 32 |
| 14 | - | - | 4 | 32 |
Wlewki otrzymane przez odlewanie opisane powyżej ogrzano do około 1200°C, kuto na gorąco do średnicy 80 mm, cięto na odpowiedni wymiar i poddawano hartowaniu z odpuszczaniem, by uzyskać równomierną twardość według Vickersa 270±10. Następnie przeprowadzono próbę obróbki skrawaniem, pomiar żywotności narzędzia i badanie udarności oraz zmierzono kształt cząstek wtrąceń typu siarczkowego.
W próbie obróbki skrawaniem próbkę ciętą w kierunku prostopadłym do kierunku wydłużenia przez kucie tak, że próbka jest obrabiana w kierunku równoległym do kierunku rozciągnięcia przez kucie. Zastosowano wiertło proste ze stali szybko tnącej (średnica 10 mm) i zliczano liczbę wiórów z dwóch otworów. Ponadto przeprowadzono obróbkę skrawaniem na sucho w warunkach skrawania przy prędkości 20 m/min, prędkości posuwu 0,2 mm/obr i głębokości otworu 10 mm. Przy mierzeniu żywotności narzędzia zastosowano warunki takie same jak przy próbie obróbki skrawaniem oprócz zwiększenia prędkości do 50 m/min.
Ponadto na próbce wyciętej prostopadle do kierunku wydłużenia przy kuciu przeprowadzono próbę udarności Charpy'ego, by określić wiązkość w kierunku poprzecznym.
Z drugiej strony, by zmierzyć kształt siarczków zastosowano próbkę ciętą równolegle do kierunku wydłużenia przy kuciu. Pomiar przeprowadzono na każdym ze 100 pól obserwacji o polu powierzchni 0,5 mm x 0,5 mm każde, stosując mikroskop optyczny o powiększeniu x100, a kształt i stan rozproszenia wtrąceń typu siarczkowego analizowano na podstawie obrazu, jak przedstawiono poniżej.
W celu zbadania kształtu cząstek wtrąceń typu siarczkowego zmierzono większą średnicą, mniejszą średnicę oraz pole powierzchni i liczbę wtrąceń typu siarczkowego w każdym z obserwowanych stu pól widzenia, każde o polu powierzchni 1,0 mm2 lub większym. Tam, gdzie cząstki wtrąceń rozciągały się poprzez dwa obserwowane pola widzenia, cząstek wtrąceń przecinających dwa boki spośród czterech boków pól widzenia stykających się z sąsiednimi obrazami nie zliczano, aby nie zliczać cząstek pokrywających się. To znaczy, jak pokazano na fig. 2A, cząstki wtrąceń stykające się z prawym bokiem i z dolnym bokiem nie były zliczane, ale były one zliczane jako wtrącenia w następnym obserwowanym polu obserwacji. W szczególności, jak pokazano na fig. 2B, w polu widzenia zliczano cząstki wtrąceń typu siarczkowego.
Stan rozproszenia cząstek wtrąceń typu siarczkowego oceniano poprzez współczynnik rozproszenia F1 lub F2 dla cząstek wtrąceń typu siarczkowego, jak podano poniżej.
F1
Dla każdego pola widzenia o polu powierzchni 0,5 x 0,5 mm określono środek ciężkości dla cząstek wtrąceń typu siarczkowego z polem powierzchni 1,0 lutt lub większym, dla każdej z cząstek
PL 194 646 B1 wtrąceń siarczkowych zmierzono odległość pomiędzy środkami ciężkości względem innej cząstki wtrąceń typu siarczkowego i dla każdej cząstki określono odległość od najbliższej cząstki. Następnie określono stosunek średniej wartości X-i dla aktualnie mierzonej wartości odległości pomiędzy najbliższymi cząstkami w każdym z pól widzenia do odległości pomiędzy najbliższą cząstką, gdzie taka sama liczba cząstek wtrąceń typu siarczkowego była równomiernie rozproszona w takim samym polu powierzchni w układzie kratkowym [(A/n) ], to znaczy określono stosunek
[Xi/(A/n)1/2] i zdefiniowano jako współczynnik rozproszenia F1 cząstek wtrąceń typu siarczkowego.
Współczynnik ten mierzono dla pięciu pól widzenia i określono wartość średnią. Pole powierzchni docelowego siarczku określono jako 1,0 mm lub więcej, ponieważ przy kontrolowaniu siarczków o mniejszej wielkości nie obserwowano żadnego istotnego oddziaływania.
F2
Każde pole widzenia o polu powierzchni 0,5 x 0,5 mm podzielono na 25 kratek każda o wymiarach 0,1 mm x 0,1 mm (równomiernie po dzielone na pięć w obu kierunkach wzdłużnym i bocznym), zmierzono liczbę cząstek, których środki ciężkości zawarte były w każdej kratce, obliczono odchylenie liczby pomiędzy każdą z 25 kratek jako standardowe odchylenie σ, a wartość otrzymaną przy normalizacji standardowego odchylenia s przy średniej wartości Χ2 dla liczby (średnia wartość liczby cząstek siarczkowych na jednostkę pola powierzchni) (s/X2) zdefiniowano jako współczynnik rozproszenia F2 dla cząstek wtrąceń typu siarczkowego. Współczynnik ten mierzono dla pięciu pól widzenia i określono wartość średnią. Tabela 3 przedstawia współczynnik rozproszenia oraz kształt (współczynnik kształtu) cząstek wtrąceń typu siarczkowego oraz wyniki próby obróbki skrawaniem, pomiaru żywotności narzędzia i badania udarności.
Tabela 3
| Nr | Współczynnik rozproszenia cząstek siarczkowych | Współczynnik kształtu | Liczba wiórów (N/g) | Żywotność narzędzia (cm) | Wiązkość w kierunku poprzecznym (J/cm2) | Uwagi | |
| Fl | F2 | ||||||
| 1 | 0,55 | 1,23 | 2,5 | 26 | 45 | 26,5 | Przykład roboczy |
| 2 | 0,39 | 2,71 | 3,8 | 36 | 28 | 17,7 | Przykłady porównawcze |
| 3 | 0,38 | 2,65 | 3,7 | 33 | 28 | 16,6 | |
| 4 | 0,35 | 2,74 | 3,9 | 36 | 29 | 16,7 | |
| 5 | 0,38 | 2,58 | 4,0 | 35 | 28 | 16,7 | |
| 6 | 0,48 | 1,57 | 2,8 | 32 | 56 | 24,5 | Przykłady robocze |
| 7 | 0,54 | 1,26 | 2,6 | 30 | 62 | 25,5 | |
| 8 | 0,37 | 2,65 | 3,5 | 35 | 29 | 17,7 | Przykład porównawczy |
| 9 | 0,54 | 1,25 | 2,6 | 28 | 34 | 21,6 | Przykłady robocze |
| 10 | 0,62 | 1,19 | 2,2 | 25 | 72 | 28,4 | |
| 11 | 0,43 | 2,03 | 3,2 | 33 | 40 | 24,5 | |
| 12 | 0,45 | 1,89 | 2,9 | 34 | 39 | 24,5 | |
| 13 | 0,54 | 1,24 | 2,6 | 42 | 113 | 26,5 | |
| 14 | 0,67 | 0,95 | 1,4 | 16 | 22 | 27,5 | Przykład porównawczy |
Na figurze 3 wykreślono w funkcji współczynnika rozproszenia F1 liczbę wiórów (3A), żywotność narzędzia (3B) oraz wiązkość w kierunku poprzecznym (3C) dla cząstek wtrąceń typu siarczkowego, a na fig. 4 wykreślono w funkcji F2 liczbę wiórów (4A), żywotność narzędzia (4B) oraz wiązkość
PL 194 646 B1 w kierunku poprzecznym (4C). Przykłady wynalazku spełniające F1 lub F2 zaznaczono przez ·, a przykłady porównawcze zaznaczono przez O.
Na podstawie wyników wyprowadzono następujące wnioski. Numery 1,6, 7 i 9 - 13 są przykładami wynalazku, które są stalami automatowymi o dobrze zrównoważonych warunkach wytwarzania i nadającymi się do spełnienia F1, F2 i współczynnika kształtu, a ponadto zarówno usuwanie wiórów jak i właściwości mechaniczne (wiązkość w kierunku poprzecznym) były korzystne. Jak wynika z fig. 1B lub fig. 2B przykładem wynalazku są stale automatowe do stosowania w konstrukcjach maszyn, zwłaszcza zapewniające doskonałą żywotność narzędzia.
Z drugiej strony numery 2-5 oraz 8 są przykładami porównawczymi, w których warunki wytwarzania stali automatowej nie były zrównoważone i chociaż mogły one spełniać warunek współczynnika kształtu, żadna z nich nie spełniała warunku ani F1, ani F2. To znaczy były to stale automatowe o dobrym usuwaniu wióra, ale niedoskonałe pod względem właściwości mechanicznych (wiązkość w kierunku poprzecznym) i żywotności narzędzia. W szczególności w przypadku numeru 8 zawartość mg również nie spełniała warunków niniejszego wynalazku.
Ponadto również numer 14 jest przykładem porównawczym, który w ogóle nie zawierał Mg. Numer 14 nie spełniał warunków wynalazku w odniesieniu do F1, F2 oraz współczynnika kształtu, a chociaż właściwości mechaniczne (wiązkość w kierunku poprzecznym) były zasadniczo takie same jak w przykładach realizacji wynalazku, usuwanie wióra i żywotność narzędzia były niezwykle słabe.
Opisany powyżej wynalazek przedstawia stal automatową zawierającą mg i posiadającą właściwości mechaniczne (wiązkość w kierunku poprzecznym) oraz usuwanie wióra porównywalne, nawet w stanie pozbawionym Pb, z analogicznymi właściwościami istniejącej stali z dodatkiem Pb, a ponadto zdolne do stabilnego i niezawodnego zapewniania doskonałej żywotności narzędzia.
Claims (4)
1. Stalautomatowaddstosowaniaw konstrukcjaahmaszzn,zzwierająccwtrąccniatyyusiarczkowego, znamienna tym, że zawiera, w procentach wagowych,
C w ilości 0,01-0,7%,
Si w ilości 0,01-2,5%,
Mn w ilości 0,1-3%,
S w ilości 0,01-0,2%,
P w ilości 0,05% lub mniejszej, do 0% włącznie,
Al w ilości 0,1% lub mniejszej, do 0% włącznie,
N w ilości 0,002-0,02%, i opcjonalnie, co najmniej jeden z pierwiastków wybranych z grupy obejmującej:
Ti w ilości 0,002-0,2%,
Ca w ilości 0,0005-0,02%, pierwiastek ziem rzadkich, łącznie w ilości 0,0002-0,2%,
Bi w ilości 0,3% lub mniejszej, do 0% włącznie, oraz
Cr w ilości 0,14% lub mniejszej, zaś resztę stanowi Fe i nieuchronne zanieczyszczenia, w której współczynnik rozproszenia F1 cząstek wtrąceń typu siarczkowego, definiowany przez równanie (1), wynosi 0,4-0,65:
F1 = Xi/(A/n)1/2 (1) gdzie χ1 oznacza średnią wartość (mm) otrzymaną przez rzeczywisty pomiar odległości pomiędzy każdą z cząstek wtrąceń typu siarczkowego w obserwowanym polu widzenia a inną najbliższą cząstką ze wszystkich cząstek występujących w obserwowanych polach widzenia, przy czym mierzy się odległość w pięciu polach widzenia i uśrednia się wyniki,
A oznacza pole powierzchni obserwacji (mm2), a n oznacza liczbę wtrąceń typu siarczkowego widocznych w obserwowanym polu widzenia.
2. Stal automatowa waełuk zzas-z. 2, zznmieenn tym, żż stonousn większe śreenicc L1 do mniejszej średnicy L2 (L1/L2) dla wtrąceń typu siarczkowego wynosi 1,5-5.
PL 194 646 B1
3. Stalautomatowadostosowaniaw konstrukcjachmaszyn,zawierającawtrąceniatypusiarczkowego, znamienna tym, żn acwinrc, w urnanstczh wcgnwpzh,
C w ilośai 0,01-0,7%,
Si w ilośai 0,01-2,5%,
Ms w ilośai 0,1-3%,
S w ilośai 0,01-0,2%,
P w ilośai 0,05% lub msiejoaej, Oo 0% włcaasie,
Al w ilośai 0,1% ltb msiejoaej, Oo 0% włcaasie,
N w ilośai 0,002-0,02%, i ouajosclsie ao scjmsiej jeOes a pierwicotków wpbrcspah a grupp obejmujcaej:
Ti w ilośai 0,002-0,2%,
Cc w ilośai 0,0005-0,02%, pierwicotek aiem racOkiah, łcaasie w ilośai 0,0002-0,2%,
Bi w ilośai 0,3% lub msiejoaej, Oo 0% włcaasie, orca
Cr w ilośai 0,14% lub msiejoaej, acś reoatę otcsowi Fe i siekahrosse acsieaapoaaaesic, w której wouółaapssik roaurooaesic F2 aacotek wtrcaeń tppu oicraakowego, Oefisiowcsp uraea rówscsie (2), wpsooi 1-2,5:
F2 = o/X 2 2) gOaie o oascaac otcsOcrOowe oOahplesie liaabp aacotek wtrcaeń tppu oicraakowego sc jeOsootkę polc uowieraahsi, c
Χ2 oascaac śreOsic wcrtość liaabp aacotek wtrcaeń sc jeOsootkę polc uowieraahsi.
4. Stal automatowa wweOLJk zastrz. 3, zznmieenn tym, żż stonzksn więękzar śreeOica L1 dO msiejoaej śreOsiap L2 (L1/L2) Olc wtrcaeń tppu oicraakowego wpsooi 1,5-5.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000263998A JP3524479B2 (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | 機械的特性に優れた機械構造用快削鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL349382A1 PL349382A1 (en) | 2002-03-11 |
| PL194646B1 true PL194646B1 (pl) | 2007-06-29 |
Family
ID=18751473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL349382A PL194646B1 (pl) | 2000-08-31 | 2001-08-29 | Stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszyn |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6579385B2 (pl) |
| EP (1) | EP1184477B1 (pl) |
| JP (1) | JP3524479B2 (pl) |
| KR (1) | KR100443341B1 (pl) |
| CN (1) | CN1138015C (pl) |
| BR (1) | BR0105134A (pl) |
| CA (1) | CA2355588C (pl) |
| DE (1) | DE60114333T2 (pl) |
| ES (1) | ES2250273T3 (pl) |
| PL (1) | PL194646B1 (pl) |
| TW (1) | TW538128B (pl) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4032915B2 (ja) * | 2002-05-31 | 2008-01-16 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 機械構造用線または機械構造用棒鋼およびその製造方法 |
| KR100708430B1 (ko) * | 2002-11-15 | 2007-04-18 | 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 | 피삭성이 우수한 강과 그 제조 방법 |
| JP2004332078A (ja) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | Sanyo Special Steel Co Ltd | 切屑処理性に優れた機械構造用快削鋼 |
| US20080026241A1 (en) * | 2006-07-25 | 2008-01-31 | Algoma Tubes, Inc. | Steel tubing with enhanced slot-ability characteristics for warm temperature service in casing liner applications and method of manufacturing the same |
| KR100825566B1 (ko) * | 2006-12-28 | 2008-04-25 | 주식회사 포스코 | 피삭성 및 열간압연성이 우수한 환경친화형 무연 쾌삭강 |
| JP4193998B1 (ja) * | 2007-06-28 | 2008-12-10 | 株式会社神戸製鋼所 | 被削性に優れた機械構造用鋼およびその製造方法 |
| JP2009174033A (ja) * | 2008-01-28 | 2009-08-06 | Kobe Steel Ltd | 被削性に優れた機械構造用鋼 |
| CN102925806B (zh) * | 2012-12-01 | 2014-12-31 | 新余钢铁集团有限公司 | 一种y55牌号易切削钢板及其制造方法 |
| JP2015040335A (ja) | 2013-08-22 | 2015-03-02 | 株式会社神戸製鋼所 | 被削性に優れた機械構造用鋼 |
| KR101676144B1 (ko) | 2014-12-26 | 2016-11-15 | 주식회사 포스코 | 열간압연성이 우수한 중탄소 쾌삭강 및 그 제조방법 |
| US10400320B2 (en) | 2015-05-15 | 2019-09-03 | Nucor Corporation | Lead free steel and method of manufacturing |
| WO2017090731A1 (ja) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | 新日鐵住金株式会社 | 鋼、浸炭鋼部品、及び浸炭鋼部品の製造方法 |
| KR102099767B1 (ko) * | 2015-11-27 | 2020-04-10 | 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 | 강, 침탄강 부품 및 침탄강 부품의 제조 방법 |
| CN105779907A (zh) * | 2016-03-19 | 2016-07-20 | 上海大学 | 一种含镁钙的易切削钢及生产工艺 |
| CN109790604B (zh) | 2016-09-30 | 2021-09-10 | 日本制铁株式会社 | 冷锻用钢及其制造方法 |
| CN108342664B (zh) * | 2018-02-11 | 2019-08-09 | 唐山中厚板材有限公司 | 一种高碳硫系易切削钢及其生产方法 |
| CN110117694B (zh) * | 2019-04-09 | 2021-06-04 | 上海大学 | 含镁易切削钢的镁添加工艺方法 |
| CN110791709B (zh) * | 2019-11-11 | 2020-12-04 | 广东韶钢松山股份有限公司 | 结构钢线材、改善结构钢线材切削性能的方法 |
| CN112063916A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-12-11 | 上海大学 | 镁系的高硫易切削钢的制备方法 |
| CN112899567B (zh) * | 2021-01-18 | 2022-05-31 | 中国科学院金属研究所 | 一种高纯净、高强韧稀土易切削钢 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2287521A1 (fr) * | 1974-10-11 | 1976-05-07 | Ugine Aciers | Acier de decolletage |
| US4806304A (en) * | 1983-05-09 | 1989-02-21 | Daido Tokushuko Kabushiki Kaisha | Free cutting steel |
| JPS59205453A (ja) | 1983-05-09 | 1984-11-21 | Daido Steel Co Ltd | 快削鋼とその製造方法 |
| JPS6223970A (ja) | 1985-07-24 | 1987-01-31 | Nippon Steel Corp | 連続鋳造による低炭素硫黄−鉛快削鋼 |
| JPH089728B2 (ja) | 1991-11-28 | 1996-01-31 | 新日本製鐵株式会社 | 溶鋼中Ａｌ２Ｏ３の凝集防止方法 |
| JP2684307B2 (ja) | 1992-01-30 | 1997-12-03 | 新日本製鐵株式会社 | 溶鋼中Ａｌ２ Ｏ３ の高効率凝集防止方法 |
| JPH07188853A (ja) | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Nippon Steel Corp | 歯車用浸炭用鋼 |
| JP3391537B2 (ja) * | 1994-02-25 | 2003-03-31 | 新日本製鐵株式会社 | 高性能熱間鍛造用非調質鋼 |
| JP3391536B2 (ja) | 1994-02-25 | 2003-03-31 | 新日本製鐵株式会社 | 高強度歯車用浸炭用鋼 |
| JPH0892687A (ja) * | 1994-09-22 | 1996-04-09 | Kobe Steel Ltd | 熱間鍛造用高強度高靭性非調質鋼とその製造方法 |
| JPH08225822A (ja) | 1995-02-17 | 1996-09-03 | Nippon Steel Corp | 溶鋼中アルミナ系介在物の改質方法 |
| JP3262687B2 (ja) * | 1995-04-19 | 2002-03-04 | 新日本製鐵株式会社 | 靱性に優れる冷間加工用微細黒鉛均一分散鋼 |
| JP3172075B2 (ja) * | 1995-12-04 | 2001-06-04 | 新日本製鐵株式会社 | 靭性に優れた黒鉛均一分散鋼及びその製造方法 |
| JPH10324947A (ja) * | 1997-05-26 | 1998-12-08 | Nippon Steel Corp | 黒鉛均一分散用鋼材 |
| JP3872595B2 (ja) * | 1998-05-08 | 2007-01-24 | 新日本製鐵株式会社 | 面内異方性が小さく成形性に優れた冷延鋼板 |
| JP3558889B2 (ja) * | 1998-09-04 | 2004-08-25 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 被削性に優れる熱間鍛造のまま使用される機械構造用鋼 |
| JP3954751B2 (ja) * | 1999-04-02 | 2007-08-08 | 新日本製鐵株式会社 | 鍛造性と被削性に優れる鋼 |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000263998A patent/JP3524479B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-08-08 KR KR10-2001-0047665A patent/KR100443341B1/ko active IP Right Grant
- 2001-08-10 DE DE60114333T patent/DE60114333T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-08-10 EP EP01118829A patent/EP1184477B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-08-10 ES ES01118829T patent/ES2250273T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2001-08-17 CA CA002355588A patent/CA2355588C/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-08-17 US US09/931,093 patent/US6579385B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-08-21 CN CNB011242639A patent/CN1138015C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2001-08-23 TW TW090120751A patent/TW538128B/zh not_active IP Right Cessation
- 2001-08-29 PL PL349382A patent/PL194646B1/pl unknown
- 2001-08-31 BR BR0105134-2A patent/BR0105134A/pt not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2355588A1 (en) | 2002-02-28 |
| DE60114333D1 (de) | 2005-12-01 |
| CA2355588C (en) | 2004-12-21 |
| CN1341769A (zh) | 2002-03-27 |
| ES2250273T3 (es) | 2006-04-16 |
| JP2002069569A (ja) | 2002-03-08 |
| DE60114333T2 (de) | 2006-07-13 |
| PL349382A1 (en) | 2002-03-11 |
| TW538128B (en) | 2003-06-21 |
| EP1184477A1 (en) | 2002-03-06 |
| KR100443341B1 (ko) | 2004-08-23 |
| KR20020017960A (ko) | 2002-03-07 |
| JP3524479B2 (ja) | 2004-05-10 |
| EP1184477B1 (en) | 2005-10-26 |
| BR0105134A (pt) | 2002-06-11 |
| US6579385B2 (en) | 2003-06-17 |
| US20020044878A1 (en) | 2002-04-18 |
| CN1138015C (zh) | 2004-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| PL194646B1 (pl) | Stal automatowa do stosowania w konstrukcjach maszyn | |
| JP3468239B2 (ja) | 機械構造用鋼及びその製造方法 | |
| KR20200124294A (ko) | 마르텐사이트계 s쾌삭 스테인리스강 | |
| KR101044176B1 (ko) | 저탄소 유황 쾌삭강재 | |
| KR100554429B1 (ko) | 유황함유 쾌삭강 | |
| WO2014125770A1 (ja) | 鉛快削鋼 | |
| JP5092578B2 (ja) | 低炭素硫黄快削鋼 | |
| JP4041413B2 (ja) | 切り屑処理性に優れた機械構造用鋼、およびその製造方法 | |
| JP2000034538A (ja) | 旋削加工性に優れた機械構造用鋼 | |
| AU2006241390B2 (en) | Free-cutting steel having excellent high temperature ductility | |
| JP2019183257A (ja) | フェライト系ｓ快削ステンレス鋼 | |
| JP6652021B2 (ja) | 熱間鍛造用鋼及び熱間鍛造品 | |
| CN101072891A (zh) | 低碳快削钢 | |
| JP5583986B2 (ja) | 鍛造性に優れるオーステナイト系ステンレス快削鋼棒線 | |
| JP2011184717A (ja) | 鍛造性に優れるフェライト系ステンレス快削鋼棒線 | |
| JP2001152279A (ja) | 快削鋼 | |
| JP2008126273A (ja) | Ｂ含有低炭非鉛快削鋼の製造方法 | |
| JP4041274B2 (ja) | 機械的特性及び切り屑分断性に優れた機械構造用快削鋼 | |
| JP3740042B2 (ja) | 硫化物系介在物の形態制御方法 | |
| TWI747777B (zh) | 易切削鋼及其製造方法 | |
| TWI779544B (zh) | 易切削鋼及其製造方法 | |
| JP6927444B1 (ja) | 快削鋼およびその製造方法 | |
| WO2024019013A1 (ja) | 鋼材 | |
| JP6766531B2 (ja) | 冷間鍛造用鋼およびその製造方法 | |
| JP2000282171A (ja) | 切り屑分断性および機械的特性に優れた機械構造用鋼 |