TW200916590A - Steel with excellent machinability for mechanical structure - Google Patents

Description

200916590 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於，爲了製造機械零件而實施切削加工的 機械結構用鋼。詳而言之，本發明係關於一種機械結構用 鋼，其在車削等的連續切削及滾齒加工等的斷續切削兩方 面都具有優異的被切削性，即使在實施滲碳處理或滲碳氮 化處理等的表面硬化處理後仍不會造成強度降低。 【先前技術】 運用於包含汽車用變速器及差動裝置等的各種齒輪傳 動裝置之齒輪、軸、皮帶輪、等速接頭等，以及曲柄軸、 連接桿等的機械結構用零件，一般是在實施锻造等的加工 後，再實施切削加工以精加工成最終形狀。該切削加工的 成本佔製作成本的比例很大，因此要求構成上述機械結構 用零件的鋼材具有良好的被切削性。 另一方面，在上述機械結構用零件，在成爲最終形狀 後’爲了確保既定的強度，須實施滲碳或滲碳氮化處理（ 包含大氣壓、低壓、真空、電漿氣氛）等的表面硬化處理 ’按照需要再實施淬火-回火、高頻淬火等處理，但在實 施這些處理時可能會發生強度降低。特別是，在與鋼材的 壓延方向垂直的方向（一般稱「橫目」）容易發生強度降 低。 能以不降低機械結構用鋼的強度的方式來改善被切削 性的元素，已知有鉛（Pb )，該Pb是能有效改善被切削 -5- 200916590 性的元素。然而，Pb被指出對人體有害，又在熔製時會 發生鉛的煙氣且其切削屑的處理有困難，因此近年來是要 求’在不添加Pb (無鉛）下能發揮良好的被切削性。 關於不須添加Pb而能確保良好的被切削性的技術， 已知的是將S含量增高至0.0 6%左右的鋼材。然而，在該 技術中’存在著機械特性（韌性、疲勞強度）降低的問題 ’因此讓s含量增加的效果有限。其理由在於，硫化物（ MnS )會朝壓延方向伸展，而造成橫目的韌性變差。特別 是在要求高強度化的零件，必須儘量減低S含量。因此， 必須確立一種技術，其不須積極地添加Pb、S即可提昇被 切削性。 在這背景下，爲了在不用積極地添加Pb、S下發揮良 好的被切削性，已有各種技術被提出，且特別對鋼中夾雜 物和被切削性的關係進行探討（例如非專利文獻1 )。此 外’也有許多控制夾雜物的技術被提出。 例如在專利文獻1揭示的技術，係在一定的氧及Ti 含量下添加C a，讓有助於被切削性的C a系硫化物和C a 系氧化物共存，以提昇Ti添加高強度鋼的被切削性。又 在專利文獻2揭示一種機械結構用鋼，係藉由調整Ca/Al 比來控制C a系硫化物或氧化物，以抑制工具壽命的不均 一而獲得穩定的被切削性。 專利文獻3或4都是揭示可抑制被切削性的不均一的 技術’是在含C a的硫化物系夾雜物中確保既定値以上的 C a含量0.3〜4 0 %的硫化物的面積率，或是確保既定値以 200916590 上的Ca含量0.1〜10%的硫化物的個數。又專 6揭示可提昇機械結構用鋼的被切削性的技術 種二次構造夾雜物，其芯部爲含有Ca的氧化 含有Ca的硫化物。 專利文獻7揭示可提昇被切削性（特別是 及工具壽命）的技術’係藉由添加C a來謀求 熔點化，並抑制製鋼條件來抑制C a在硫化物 特別是MnS )中的固熔，以將硫化物系夾雜物 非專利文獻1 : 「夾雜物控制」，第i 82 山記念技術講座’社團法人日本鋼鐵協會編， 月22日東京及2004年11月12日神戶，p_18] 專利文獻1:日本專利特開2005-272903 專利文獻2:日本專利特開2〇〇5_273〇〇〇 專利文獻3:日本專利特開2000 — 34538 專利文獻4:日本專利特開2〇〇〇_219936 專利文獻5:日本專利特開2003 — 55735 專利文獻6:日本專利特開2004-91886 專利文獻7.日本專利特開2003 — 213368 【發明內容】 例如在機械結構用零件之齒輪的製程，一 結構用鋼（材料）鍛造後，藉由滾齒加工進行 由刮齒加工進行精加工後，實施滲碳等的熱處 度進行硏磨加工（搪光加工）。然而，由於在 利文獻5及 ，係使用一 物，周圍爲 切屑處理性 氧化物的低 系夾雜物（ 微細化。 、1 8 3 回西 2004 年 1〇 :-226 般是將機械 粗切削，藉 理，然後再 這個製程會 200916590 發生很大的熱處理變形，無法單純藉由硏磨加工來修復。 可能造成零件的尺寸精度變差。近年來，從使用齒輪時的 靜音觀點，係要求良好的尺寸精度，作爲其對策，可在上 述硏磨加工之前，先實施磨削加工（hard finish )。 但不管是採用那個製程，都需要非常多的步驟，而造 成切削和磨削的成本增加，因此期望能降低製程全體的成 本。如此期望提出一種能使整體製程的成本降低的鋼材。 特別是在兩個製程共通的滾齒加工中，由於其工具費用極 高，期待提出一種可延長工具壽命的技術。 上述滾齒加工相當於斷續切削，該滾齒加工使用的工 具’目HL[的主流是在高速度工具鋼被覆AlTiN等而構成者 (以下也簡稱「高速鋼工具」）。相對於此，在超硬合金 被覆AlTiN等而構成者（以下也簡稱「超硬工具」），由 於在應用於常化處理材時容易發生「缺口」的問題，因此 大多應用於車削等的「連續切削」。 上述斷續切削和連續切削，由於切削機構不同，必須 選擇對應於各自的切削的工具，作爲被切削材的機械結構 用鋼也是’期望在各切削中都能發揮良好的被切削性。然 而’使用高速鋼工具藉由滾齒加工（斷續切削）進行切齒 時’比起使用超硬工具進行車削加工（連續加工）的情形 ’有在低溫、低速下工具更容易氧化、磨耗的問題。因此 ’應用於滾齒加工等的斷續切削之機械結構用鋼，在被切 削性中’特別是要求工具壽命的延長。 本發明是有鑑於前述事情而構成者，其目的是提供一 200916590 種機械結構用鋼，其可降低S含量並維持強度等的機械特 性，且在高速鋼工具之斷續切削（例如滾齒加工）以及超 硬工具的連續切削（例如車削）兩方面都能發揮優異的被 切削性（特別是工具壽命）。 爲了達成上述目的，本發明的機械結構用鋼，其特徵 在於：存在於鋼中之氧化物系夾雜物，當該氧化物系夾雜 物的平均組成合計爲1 0 0 % (「質量％」，以下同）時， 係含有：CaO : 15〜60%、Si〇2 : 20%以下（不包括〇% ) 、A12 Ο 3 : 2 0 〜8 0 % ' M g Ο : 4 0 % 以下（不包括 〇 % )，且 選自Li20、Na20、K20、BaO、SrO及Ti氧化物所構成群 中的1種以上的合計含量爲0 5〜2 0 %。又在本發明中， 「Ti氧化物」是包括Ti305、Ti2〇3及Ti〇2中的1種以上 〇 本發明的機械結構用鋼之前述氧化物系夾雜物的平均 組成較佳爲，含有：CaO : 30〜60%、Si〇2 : 15%以下（不 包括 〇% ) 、Al2〇3 : 35〜60%、MgO : 1 5%以下（不包括 0% )，且選自 Li2〇、Na20、K20、Ba〇、Sr〇 及 Ti 氧化 物所構成群中的1種以上的合計含量爲]〜6%。 關於本發明的機械結構用鋼之化學成分組成，只要是 機械結構用鋼即可並沒有特別的限定，但較佳爲例如含有 :C : 0 · 1 〜1 · 2 〇/〇、s i : 0 · 0 3 〜2 %、Μη : 〇 · 3 〜i 8 %、p : 0.03 %以下（不包括〇%) 、3:0.03 5%以下（不包括〇%) 、Cr : 0.3 〜3%、Al : 0.01〜1%、Ca : 〇 〇〇〇5〜〇 〇〇5%、

Mg : 0.000 1 〜0.005 %、N : 〇 〇〇9%以下（不包括 )以 200916590 及Ο: 0.005 %以下（不包括〇%)，且含有選自Li、Na、 K、Ba、Sr、Ti及Nb所構成群中之l種以上的元素，Li 、Na、K、Ba、5]：的合計含量爲〇.〇〇〇〇1〜0.0050%，1^、 Nb的合計含量爲0.01〜0.5%。 在上述較佳的化學成分組成中，按照需要，若進一步 含有（a ) : Bi : 0.1%以下（不包括 〇% ) 、 ( b ) Cu ： 〇·5%以下（不包括0% ) 、（ c ) Ni : 4%以下（不包括0% )、（d ) Mo : 1 %以下（不包括0% )以及/或B : 0.005 % 以下（不包括〇 % ) 、 ( e )選自Z r : 0 · 0 2 %以下（不包括 〇 % ) 、V : 0 _ 5 %以下（不包括0 % )以及 W : 1.0 %以下（ 不包括0 % )所構成群中之至少1種等，則更爲有效。鋼 材的特性，可按照所含元素的種類而更進一步的改善。又 上述成分以外（剩餘部）爲鐵及不可避免的雜質。 依據本發明，藉由降低S含量而獲得優異的強度，並 藉由適當調整氧化物系夾雜物的各成分而使夾雜物全體成 爲低熔點而容易變形。藉此可獲得，在高速鋼工具之斷續 切削以及超硬工具的連續切削兩方面都能發揮優異的被切 削性（特別是工具壽命）之機械結構用鋼。 【實施方式】 依據本發明，將S含量抑制在0.03 5 %以下爲特徵之1 。藉由降低S含量，可確保鋼的強度等的機械特性。然而 ’當S含量降低時，有助於被切削性提昇的硫化物系夾雜 物也會減少。於是本發明的重點在於：爲了彌補隨著s含 -10- 200916590 量降低之硫化物系夾雜物的減少’利用氧化物系夾雜物來 提昇鋼的被切削性（特別是工具壽命）。 本發明的鋼，不是利用MnS等的硫化物系夾雜物， 而主要是藉由氧化物系夾雜物的組成控制來提昇鋼的被切 削性（特別是工具壽命）。本發明的鋼中所含的氧化物系 夾雜物被施以低熔點化，因此切削時的熱會讓其熔融，而 在工具表面形成保護生成物（belag )的膜，藉此可抑制 工具磨耗。爲了達成鋼中所含的氧化物系夾雜物的低熔點 化，是將氧化物系夾雜物的平均組成調整成：當該平均組 成的合計爲 1 〇〇%時，含有：CaO : 15〜60%、Si02 : 20% 以下（不包括 〇% ) 、Al2〇3 : 20〜80%、MgO : 40%以下 (不包括 〇% )，且選自 Li20、Na20、K20、BaO、SrO 及 Ti氧化物所構成群中的1種以上的合計含量爲0.5〜20% 。規定這些組成的理由所下所述。又氧化物系夾雜物的平 均組成，係藉由後述實施例所記載的方法來測定。 〔CaO : 1 5 〜60%〕

CaO的效果在於，能使氧化物系夾雜物成爲最佳的複 合組織而謀求低熔點化，能以保護膜的狀態附著於切削時 的工具表面，以抑制工具磨耗。爲了發揮其效果，CaO含 量必須爲氧化物系夾雜物全體（以下，其他成分也是同樣 的）的I5%以上。然而，若CaO含量超過60%而變得過 多，會生成CaO結晶而使鋼材變硬，會造成切削時的工 具壽命縮短。又CaO含量的較佳下限爲30%。 -11 - 200916590 〔S i Ο 2 : 2 0 %以下（不包括0 % )〕 若Si02的含量過高，會生成硬質的Si02結晶 鋼材變硬，而造成切削時的工具壽命縮短。因此， 必須爲20%以下，又Si02含量的較佳上限爲15%。 〔A12 0 3 : 2 0 〜8 0 %〕

Al2〇3和CaO同樣的，能使氧化物系夾雜物成 的複合組織，乃謀求低熔點化之必須成分。又在夾 的CaO等的濃度變高時，其具有抑制結晶化的效 些效果，在其含量爲20 %以上能有效發揮，但超過 過剩時，會在夾雜物中生成A12 Ο 3結晶，而使連續 的被切削性（工具壽命）變差。又ai2o3含量的較 爲3 5 %，較佳上限爲6 0 %。 〔MgO : 40%以下（不包括〇% )〕

MgO的效果在於，能使氧化物系夾雜物成爲 複合組織而謀求低熔點化，能以保護膜的狀態附著 時的工具表面，以抑制工具磨耗。若M g 0含量超 而過剩，會生成硬質的MgO系結晶而降低工具磨 效果。又M g Ο含量的較佳上限爲1 5 %。 〔選自 Li20、Na2〇、K2O、BaO、SrO 及 Ti 氧化物 群中的1種以上的合計：0.5〜20%〕 相，使 其含量 爲最佳 雜物中 果。這 8 0 %而 切削時 佳下限 最佳的 於切削 過4 0 % 耗抑制 所構成 -12- 200916590 這些氧化物，能以保護膜的狀態附著於切削時的工 表面，具有抑制工具磨耗的效果。爲了發揮其效果’這 氧化物（1種以上）的含量必須爲0 ·5 %以上。然而，即 這些氧化物的含量變多，由於其效果會達飽和’故將上 定爲2 0 %。又該等氧化物含量（合計含量）的較佳下限 1%，較佳上限爲6%。 使用如上述般將氧化物系夾雜物的各成分比例適當 整後的機械結構用鋼，在進行機械結構用零件的成形時 在連續切削及斷續切削都能發揮優異的被切削性。 本發明的機械結構用鋼中，爲了控制氧化物系夾雜 的組成比例，對應於A1濃度之Ca、S的添加順序很重 。例如，在 A1含量0.0 3 %、S含量0.0 3 %的熔鋼中添 Ca的情形，Ca不是用在CaO-Al2〇3-MgO系氧化物，而 用於生成CaS。這時，關於夾雜物，在氧化物的情形會 成Al2〇3、MgO . Al2〇3，在硫化物的情形會變成CaS， 無法控制成本發明的Ca0-Al203-Mg0系。又隨著A1濃 提高，這種現象會更明顯。即使在A1濃度高的情形， 了控制成本發明的Ca0-Al203-Mg0系，將熔鋼（待添 Ca )的S濃度降低是非常重要的，因此須按照所要製造 A1濃度，將添加Ca前的S濃度調整成必要濃度，然後 添加Ca，或然後再添加含有Li、Na、K、Ba、Sr等的 金，而在鑄造前再添加S即可。 本發明所想定的對象’是適用於機械結構用零件的 材，對於鋼的種類雖沒有特別的限定，但爲了提昇機械 具 些 使 限 爲 三田 r/5| 物 要 加 是 變 而 度 爲 加 的 再 合 鋼 特 -13- 200916590 性（包括被切削性及其他特性），較佳爲將化學 調整成適當的範圍。基於此觀點所設定之鋼材的 成分組成的範圍，其限定理由所下所述。 〔C : 0.1 〜1 _ 2 %〕 C是有助於確保機械結構用鋼所製造出的零 芯部硬度的元素。然而，若C含量過剩，硬度變 會造成被切削性變差。因此C含量宜爲0 . 1 %以 爲0.1 3 %以上）、1.2%以下（更佳爲1.1%以下） 〔Si: 0·0 3 ~ 2 %〕

Si是有助於提昇表面硬化層的抗軟化性的 而，若S i含量過剩，機械加工時的被切削性和 會變差。於是Si含量宜爲0.03 %以上（更佳爲 )、2%以下（更佳爲0.7%以下）。 〔Μ η : 0 · 3 〜1 · 8 %〕 Μη具備脫氧劑的作用，可降低氧化物系夾 高鋼零件的內部品質。又Μη可提昇淬火性，而 的芯部硬度和硬化層的深度增大，以確保零件強 ，若Μ η含量過剩，會助長Ρ的晶界偏析，而使 降低。於是，Μη含量宜爲0.3 %以上（更佳爲 )、1.8%以下（更佳爲1.5%以下）。 成分組成 較佳化學 件所須的 得過局’ 上（更佳 元素。然 冷鍛造性 0.1 %以上 雜物以提 將鋼零件 度。然而 疲勞強度 0.5 %以上 -14- 200916590 〔P : 0.0 3 %以下（不包括〇 % )〕 P是鋼材中不可避免的元素（雜質），由於在熱加工 日寸會助長裂痕，宜儘量減少。因此P量定爲〇 . 〇 3 %以下（ 較仏爲0_〇2°/〇以下，更佳爲〇.〇1%以下）。要使p量成爲 0°/。，在工業上會有困難。 〔3:0.03 5 %以下（不包括〇%)〕 S會和Μη反應而生成ΜnS夾雜物，而使鋼零件的衝 擊強度的異向性增大’宜儘量減少。於是將s含量定爲 0.03 5 %以下（更佳爲0.020 %以下）。但S由於是鋼中不 可避免的雜質’要使S量成爲〇，在工業上會有困難。 〔C r : 〇 . 3 〜3 %〕

Cr可提高鋼材的淬火性，是用來確保穩定的硬化層 深度和必要的芯部硬度之重要元素。特別是在用鋼製造齒 輪等的結構零件的情形，是用來確保零件的靜強度及疲勞 強度的有效元素。且若Cr含量過剩，Cr碳化物會在舊T 晶界發生偏析’而使疲勞強度降低。於是將Cr含量定爲 〇·3%以上（更佳爲0.8%以上）、3 %以下（更佳爲2%以下 〔A1 : 〇 · 〇 1 〜1 〇/〇〕 A1在進行連續切削時會將凝集的鐵分氧化而形成保 護層’因此必須存在一定量。基於此觀點，AI含量較佳 -15- 200916590 爲0.01%以上’更佳爲0.04%以上（特佳爲0.05%以上） 。但若 A1含量過剩，會生成多量的高熔點且硬質的 A12 Ο 3，而使切削時的工具磨耗變大’因此定爲1 %以上（ 較佳爲0.5%以下，更佳爲0·3%以下）° [Ca ： 0.0005 〜0.005%〕 C a，如前述般是有助於形成低溶點的複合氧化物的元 素。又Ca能抑制鋼中硫化物的伸展’而能抑制衝擊特性 的異向性。但若C a含量過剩，可能會生成粗大的含C a 複合氧化物，而使強度變低。於是’將Ca含量定爲 0.0005 %以上、0.00 5%以下（更佳爲0.003 %以下）。 〔Mg: 0.0001 〜0.005 %〕

Mg，如前述般是有助於形成低熔點的複合氧化物的 元素。又Mg是和Ca同樣的，能抑制鋼中硫化物的伸展 ，而能抑制衝擊特性的異向性。但若Mg含量過剩，會形 成多量的高熔點且硬質的MgO，反而可能引起工具壽命 的縮短。於是將 Mg含量定爲 0.000 1以上（更佳爲 0.0 0 0 2 %以上）、〇 . 〇 〇 5 %以下（更佳爲0 · 0 0 2 %以下）。 〔N : 0 _ 0 0 9 %以下（不包括0 % )〕 N會和其他元素（Ti等）形成氮化物，而有助於組織 微細化。於是，N含量宜爲〇 · 〇 〇 2 %以上，更佳爲0.0 0 4 % 以上。但若N含量過剩，會對熱加工性及延性造成不良 -16- 200916590 的影響。於是將N含量的上限定爲0.009% (更佳爲 0.007%)。又N是鋼中不可避免的元素，要使其量成爲0 ，在工業上會有困難。 〔0 : 0.005%以下（不包括〇% )〕 若0含量過剩，會生成粗大的氧化物系夾雜物，而 構成疲勞破壞的原因。且除了被切削性會變差以外’也會 對鋼的熱加工性及延性造成不良的影響。於是’將0含 量的上限定爲0.005% (更佳爲0.003%)。又爲了確保可 形成保護膜之低熔點複合氧化物，〇是必須的。於是，〇 含量宜爲〇 . 〇 〇 〇 5 %以上’更佳爲0 _ 0 0 1 0 %以上。 〔選自Li、Na、K、Ba、Sr、Ti及Nb所構成群中之1種 以上的元素，Li、Na、K、Ba、Sr的合計含量爲0.00001 ~0.0050%，1^、：^1?的合計含量爲〇_〇1〜〇.5°/〇〕 這些元素，會和鋼中的0反應成氧化物後，加入 Ca0-Al203 -Mg0系氧化物中形成低溶點氧化物（例如 Ca0-Al203-Si02-Ti02 )，而以保護膜的狀態附著於切削 時的工具表面，因此可改善被切削性。特別是在使用被覆 AlTiN的高速鋼工具的情形，含有這些元素的氧化物所形 成的保護膜的附著性會提高，而能進一步減低工具磨耗。 其中，Ti會和C、N反應，而形成TiN、TiC、Ti ( C,N ) 等，而發揮防止滲碳時的晶粒粗大化的效果。爲了發揮此 效果，Li、Na、K、Ba、Sr的合計含量宜爲0.00001 %以 -17- 200916590 上（更佳爲 0.0001%以上）’Ti、Nb的合計含： 0 · 0 1 %以上（更佳爲 0 · 0 5 %以上）。然而，若L i、 、Ba、Sr等的元素過剩，用來保持熔鋼的耐火物 發生熔損，因此合計含量宜爲0.0050%以下。關左 Nb，若其含量過剩，會生成硬質之粗大碳化物， 切削性和韌性變差，因此合計含量宜爲〇 . 5 %以下。 本發明的機械結構用鋼的基本成分組成如上所 餘部實質爲鐵。但可容許在鋼中含有依原料、資材 設備等的狀況而混入的不可避免的雜質（例如 As Sn、Te、Ta、Co、稀土類元素等）。又在本發明 結構用鋼中，按照需要可含有以下的選擇元素。 〔Bi : 0.1%以下（不包括〇%)〕

Bi是能提昇鋼的被切削性的元素，可按照需 鋼含有。爲了發揮其效果，Bi在鋼中的含量宜爲0 上。但若Bi含量過剩，強度會變差。於是在鋼中1 的情形，將其上限定爲0 · 1 % (較佳爲〇 · 〇 8 % )。 〔C u : 0 · 5 %以下（不包括〇 % )〕

Cu是有助於提昇耐候性的元素’可按照需要 含有。Cu在鋼中的含量宜爲〇.1 %以上。但若Cll ，鋼的熱加工性及延性會變差，而容易發生裂痕和 於是在鋼中含有C u的情形，將其上限定爲〇 . 5 % ( 0.3%)。 匱宜爲 Na ' K 可能會 > Ti、 而使被 述，剩 、製造 、Sb、 的機械 要來讓 〇 2 % 以 含有Bi 來讓鋼 量過剩 損傷。 更佳爲 -18- 200916590 〔Ni : 4%以下（不包括0% )〕

Ni可固溶於基質中，是有助於提昇韌性的元素，可 按照需要來讓鋼含有。Ni在鋼中的含量宜爲〇·ι %以上。 若N i過剩，變韌鐵或麻田散鐵組織變得過度發達，會造 成韌性變差。於是在含有Ni的情形，其上限定爲4 % (更 佳爲2 % )。 〔Μ 〇 : 1 %以下（不包括0 % )及/或Β : 〇 . 0 〇 5 %以下（不 包括〇 % )〕

Mo及Β都是有助於提昇淬火性的元素，可按照需要 來讓鋼含有。詳而言之，Mo有助於確保母材的淬火性， 而能抑制不完全淬火組織的生成。B除了能大幅提昇淬火 性以外’還具有強化晶界而提高鋼的衝擊強度的作用。於 是，Μ 〇在鋼中的含量宜爲0.0 5 %以上，更佳爲〇 .；! 〇 %以 上。Β在鋼中的含量宜爲0.0005%以上，更佳爲0.0008% 以上。 但若Mo含量過剩，芯部的硬度會超過必要以上，在 機械加工時的被切削性和冷鍛造性會變差。又若B含量過 剩，和N —起形成的B氮化物的量增大，而造成冷加工 性及熱加工性變差。於是在含有其等的情形，將Mo的上 限定爲1% (更佳爲0.5% ) ’將B的上限定爲0·005% ( 更佳爲0 0 0 3 % )。 -19- 200916590 〔選自 Zr : 0.002%以下（不包括0% ) 、V : 0.5%以下（ 不包括〇 % ) 、w : 1 · 〇 %以下（不包括〇 % )所構成群中之 至少1種〕

Zr、V、W，分別會和C及/或N形成微細的碳化物、 氮化物、碳氮化物，而有助於防止晶粒的粗大化，可按照 需要來讓鋼含有。於是選自Zr、V及W所構成群中之至 少1種，較佳爲在鋼中含有上述含量。但若其含量過剩， 會生成硬質碳化物而使被切削性變差，因此限定爲上述含 實施例 以下用實施例來具體的說明本發明，但本發明並不限 於以下的實施例，當然可在符合本發明主旨的範圍內作適 當的改變來實施，這些都包含於本發明的技術範圍。 用真空感應爐熔解下述表1所示化學成分組成的鋼 150kg，鑄造成約Φ200ηιιη的鑄塊，實施锻造（均熱： 1250°Cx3小時左右，鍛造加熱·· 1100°Cxlhr左右）及切 斷，加工成厚30mmx寬lOOmmx長145mm的板形或(|)80mm χ長3 5〇mm的圓棒形，將該板形或圓棒形的鍛造材實施常 化處理（900 °C x2hr後進行空冷），製造出板材及圓棒材 的樣品。然後，將除去銹皮後的表面進行約2mm的磨削 ，如此製得切削試驗片。 關於這時的夾雜物組成，基於控制成Ca0-Al203-Mg0 系的目的，事先將待添加Ca的熔鋼中的S濃度降低。具 -20- 200916590 體而言，按照所 調整成必要濃度 再添加含有Li、 再添加S。又Ti 要製造的A1濃度，將添加Ca前的S濃度 以下，然後再添加Ca，或按照需要然後 Na、K、Ba、Sr等的合金，而在鑄造前 是在A1添加之前添加。 -21 - 200916590 〔一嗽〕 _ 关 Η 1 Ba:0.00015 1 1 1 Ba:0.00007 Na:0.00005 K:0.00006 1 1 Ba:0.00004 Sr:0.00008 Ba:0.00008 1 Ba:0.00018 Ba:0.00005 1 Ba:0.00006 1 1 1 1 1 1 1 1 Ni:3.50 1 1 1 ι 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.01 1 1 1 0.05 I 1 1 1 1 1 1 1 1 «^ 0.00005 0.00006 0.00006 0.00008' 0.00005 1 1 1 0.00005 0.00006 0.00007 1 1 0.00005 1 0.00005 0.00004 1 0.00006 0.00006 1 0.000061 0.00007 0.00008 0.00008 0.00007 10.00005 1 1 1 ο 10.0017 1 0.0018 10.00161 0.0017 0.0013 I 0.0009 I 0.0008 0.0005 0.0006 0.0009 I 0.0005 | 0.0007 0.0006 0.0009 0.0011 0.0008 0.0013 0.0010 1 0.0011 0.0013 10.00101 0.0015 0.0010 0.0012 I 0.0012 I 0.0010 0.0013 1 0.0011 0.00101 0.0013 1 1 0.0017 I 0.0017 I I 0.0016 I | 0.0022 ! 0.0022 I 0.0021 0.0021 0.0019 I 0.0024 I 0.0025 I 1 0.0023 I 0.0024 I 0.0024 I I 0.0030 I I 0.0031 I I 0.0030 I 0.0033 I 0.0032 I I 0.0032 I 0.0034 I 0.0029 I | 0.0034 | I 0.0032 I 0.0033 I 0.0033 | 0.0033 0.0033 | 0.0004 0.0005 0.0028 | 1 0.0001 1 0.0004 I 0.0005 0.0004 ! 0.0004 | 0.0003 I 0.0001 0.0004 0.0003 I 0.0002 I 0.0015 1 0.0001 I 0.0002 I | 0.0003 I 1 0.0004 I I 0.0004 I 0.0005 I | 0.0003 I I 0.0002 10.0005 | I 0.0010 I I 0.0008 I I 0.0002 I I 0.0002 I 0.0002 I 0.0002 0.0002 | 0.0003 0.0001 <0.00011 0.0051 0.0053 1 0.0047 I 0.0047 0.0045 I 0.0048 0.0055 0.0058 0.0067 0.0052 I 0.0045 0.0074 0.0069 0.0048 I ί 0.0054 I 0.0056 0.0052 I 0.0048 0.0047 0.0051 | 0.0045 L 0.0047 0.0045 I 0.0053 0.0055 0.0057 0.0043 0.0050 0.0050 0.0046 Φ S ο 1 0.20 1 | 0.20 | Γ〇·ΐ9 I 1 0.21 I | 0.20 M9 L 0-19 [0.18 | 1 0-19 1 I 0.18 | I 0.18 1 0.19 1 L0.17 I 0.20 | | 0.21 | 1 0.22 I [0.26 | 0.19 I 0.22 I 1 1 1 | 0.85 | 1 1 1 1 0.17 0.17 0.17 | ΰ m 1—^ Γ 1-211 r 1-25Ί 「1.2ΓΊ 丨 1.17 1.19 1.19 ! Γ 1-18 Γ 1-14 (N 1—^ m (N 「1.21 Γ 1-17 | ι—H Γ 1-19 1 1-17 1 ψ H L 1.17 i i-i8 ι I 1-16Ί A Π-15Ί Γ 2.90 | 1 1 i 1 1-11 1 ι—H — (N i PE7 m 0.010 0.011 0.012 0.015 0.016 0.025 0.025 0.030 0.040 0.040 0.050 0.050 0.100 0.200 0.300 0.300 0.500 Γ 0.500 1.000 0.290 | 0.110 0.070 0.50 | 0.48 Γ 0.45Π 0.30i 「0.32 0.030 | 0.030 \ 0.003 iU FrJ=r C/3 1 0.021 0.018 0.016 0.017 0.016 0.015 0.013 0.012 1 0.015 0.014 0.013 0.006 0.013 0.008 0.030Π 0.0171 0.031 0.019 0.021 0.021 0.025 0.019 0.021 0.020 0.020 0.021 0.020 0.019 0.017 0.013 ChV -73. ΑΑ» Λ (1η 1 0.010 ι I 0.011 | | 0.013 | | 0.014 | 1 0.013 ι | 0.012 | | 0.014 | | 0.013 | 1 0.013 | | 0.012 | I 0.014 | [0.011 | | 0.010 | 1 0.012 | | 0.011 | | 0.013 | I 0.014 | 0.015 1 I 0.013 | I 0.015] 0.013 | | 0.016 1 | 0.013 | 0.015 | 0.015 0.016 0.015 1 0.020 0.020 0.017 ~7-* α 1 0.82 ι I 0.81 | 0.79 0.84 | 0.80 | 0.82 I 0.79 0.79 1 0.81 I 0.79 I 0.80 | I 0.76 I 0.79 I 0.81 | I 0.79 | 1 0.78 | 0.83 | 0.78 | I 0.79 ] 0.78 | 0.81 0.82 1_ 0.79 1 0.81 0.81 0.78 0.80 0.81 0.80 0.83 n r、丨 Α·ί 1 0.21 ' LP：17J | 0.15 0.19 0.21 LQ-17J L〇,..i.9j 0.17 ! CN 〇 LQ.-i9_ I 0.20 1 -0.19 I 0.18 | 0-19,. | 0.18 | I 0.22 I 0.18 | 0.21 | 10.19 1 LA19J 0.18 | 0.16 1 0.20 1 -0-21 _ 0.21 0.20 | 0.21 | 0.19 0.19 0.20 ^ ΊΓ7. Τϊ ο 1 0.20 : j 0.18 LQJ9J 0.20 0.20 1 0.19 1 0.21 I 0.18 0.18 1 0.21 | 0.20 | 0.19 LA19J L0-19J | 0.20 | LMU LP-19...... I 0.20 | -..0-19,,. I 0.21 | t 0.20 | L〇J9j L.Q-17J I 0.18 | 0.20 -Q-17J | 0.18 | 0-21 0.21 | 0.19 1 iA τν·Γ7 · Δ ό r—t < (N < < 寸 < c < 卜 < 00 < On < L,A10_J LAUJ U12J LA13J LA14J LA1.5J LAIil LAUJ LA18I LA19J 1 A20 | 1 A22 || 1 A23 j LA24J L^251 LA26J I A27 1 PQ <N s1 »ll&gl^_llgllfNl^K1s,dNl:ilgl<H$Ei -22- 200916590 對於前述製得之樣品所含的氧化物系夾雜物，以鋼材 的壓延方向截面25mm2的視野，藉由 X射線微分析（ ΕΡΜΑ )來測定 CaO、MgO、Al2〇3、MnO、Si02、Na20、 K20、BaO、SrO及Ti氧化物等的氧化物含量。所得結果 整理於表2。表2所示的「Ti〇2」是Ti氧化物的代表， 其同時包含Ti305、Ti203等。 但由於氧化物系夾雜物的Li20濃度無法用ΕΡΜΑ測 定，故藉由2次離子質量分析法（SIMS )而依下述順序 進行測定。所得結果顯示於表2。 (1 ) 1次標準試料 1 )製作出多數個：可涵蓋除L i 2 0以外的夾雜物組成 的合成氧化物、以及加入Li20後的合成氧化物，藉由化 學分析來對其等的Li20的濃度進行定量分析，如此作成 標準試料。 2 )對製作出的各合成氧化物，測定L i對S i的相對2 次離子強度。 3 )畫出Li對Si的相對2次離子強度和前述（1 ) -1 )之化學分析所得的Li2◦濃度的檢量線。 (2 ) 2次標準試料 1 )爲了校正測定時的環境’另外製作出在S i晶圓上 植入Li離子而得的標準試料，測定Li對S i的相對2次 離子強度，以在實施前述（1 ) -2 )時進行校正。 -23- 200916590 (3 )實際的測定 1)用ΕΡΜΑ來測定鋼中夾雜物的CaO等的各濃度。 2 )測定鋼中夾雜物之Li對Si的相對2次離子強度 ，從前述（1 ) -3 )所求出的檢量線中選擇與前述（3 ) ’ ~ 1 )的分析結果最接近的檢量線，藉此求出夾雜物Li2〇的 含量。 -24- 200916590 〔(N嗽〕

L平均夾雜物組成 味 r〇 〇 < 6 味 m < 1 〇 C3 U 味 m 〇 (N < 1 O a U 味 〇 CM < 1 0 味 m 9, *—Η < 1 ο ό 味 m Ο (Ν < 1 Ο α U 味 m Ο < 1 〇 味 m 〇 (N < 1 O c3 u 味 m 9, < 1 0 Ca0-Al203 系 味 rs < 1 Ο cd U 味 r*> Ο tN < 1 Ο 0 味 9, < 1 〇 a 〇 味 m 〇 1···^ < 1 〇 cd U 味 m 〇 fS < 1 〇 cj u 味 m 〇 < 1 〇 味 m 〇 (N < 1 O d U Ca0-Al203 系 味 m 〇 CN < 1 0 u CaO-Al2〇3 系 Ca〇-Al2〇3 系 味 ΓΟ 9» < 1 ο u 味 9, 1 ο a U 味 ΓΛ Ο (Ν < 1 Ο cd υ 味 m Ο (Ν < 1 Ο a U 味 〇 <N < 1 〇 u Ca〇-Al20_3 系 cS^ rs < i Al2〇3 UiK 跋 /^N _ ft ίΓ lilm <Π 〇 〇 0 0 0 0 0 0 ο ο ο ο 0 0 0 0 0 0 〇 〇 0 0 Ο Ο 0 0 0 0 100」 〇 〇 0 〇 〇 〇 0 0 ο ο Ο ο 0 0 0 0 100 0 0 0 0 〇 〇 100 0 0 o 0 Ti〇7 1 1 1 1 i I I 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 寸 1 1 I (Ν 1 1 1 1 1 1 1 1 1 MnO | 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 I I I 1 1 1 晒 1 1 1 T-^ SrO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 m 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 I 唯 1 1 l 1 1 BaO 1 m 1 1 1 m 1 i 1 1 m 1 1 <N 1 CN 1 I 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 K,〇 1 1 1 1 1 1 1 1 m 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 Na2〇 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 S 鬆 ^11 1 < m Li7〇 I m <N 寸 ΓΟ 1 1 1 m 寸 m 1 1 寸 1 m 1 ί/Ί m 1 寸 UO m 1 i 1 1 o 0 σ> 00 r-^ C\ ON 卜 寸 寸 Ό ON 00 Os 卜 卜 \ο ΟΟ 卜 \o MD 〇 m 1 寸 Si〇2 un ί—H ϊ—H On On 卜 ^0 m m CN cn T-H m r<* (N 1—Η r—1 ϊ—Η i—Η 1—η r—^ r—l 1 1 1 A1203 oc <T) 00 ON r-H ο rn 等 <N in m 艺 <Ν IT) 沄 i〇 iTi in 沄 s 0 〇 * 1 CaO 1 r™H 00 m Ο S 0 r-H ΓΟ (N (N cn m 00 rn τ1 1 r-H (Ν m (N 00 m 1 1 ^Τ) CN No. < CN < m < 寸 < ιη < < r- < 00 < ON < \Α1λ\ LA12J IA14J \Λΐι\ LA19J Α20 A22 ΙΑ23Ι 1A24J A26 A27 I— CQ (N pq m CQ -25- 200916590 針對所得的各種鋼材’用下述各條件來測定橫目的韌 性，並評價連續切削時及斷續切削時的被切削性。 〔橫目的韌性〕 從圓棒材，沿與壓延方向（锻伸方向）垂直的方向削 出缺口形狀RIO ( mm)的夏比衝擊試驗片（形狀：lOmmx 10mmx55mm )，測定衝擊値（橫目的夏比衝擊値）。結 果顯示於表4。 〔連續切削時的被切削性評價〕 爲了評價連續切削時的被切削性，將（|)80mm X長 35〇mm的圓棒材（常化處理材）實施銹皮除去後的表面 ，進行約2mm的磨削而作成試料，使用該試料進行外周 車削加工。然後，用光學顯微鏡來測定平均離隙面磨耗寬 度（工具磨耗量）Vb。這時的外周車削加工條件如下所 述。結果顯示於表4。 (外周車削加工條件） 工具：超硬合金P10 (JIS B4053) 切削速度：200m/min 進給量：〇.25mm/rev 切深：1 . 5 m m 潤滑方式：乾式 26- 200916590 〔斷續切削時的被切削性評價〕 爲了評價斷續切削時的被切削性’是對端铣加工時的 工具磨耗進行評價。將上述板材（常化處理材）實施銹皮 除去後的表面，進行約2mm的磨削而作成端銑試驗片。 具體而言，在切削機主軸安裝端銑工具，將上述般製造出 的厚30mmx寬lOOmmx長1 4 5 m m的樣品用虎鉗固定，在 乾式的切削氣氛下進行順銑加工。詳細的加工條件如表3 所示。進行200回斷續切削後，用光學顯微鏡來測定平均 離隙面磨耗寬度（工具磨耗量）Vb。結果顯示於表4。 〔表3〕 斷續切削條件 -_ 切削工具 型號 咼速鋼工具端铣刀，三菱材料製K-2ST 外徑 φΐ 0.0mm 被覆 TiAIN被覆 ---切削條件 軸方向切滦量 1 .Omm 徑方向切深量 1 .Omm 進給量 0.11 7mm/rev 進給速摩 558.9mm/min 切削速度 1 50m/min 轉數 4777rpm _切削氣氛 乾式 -27- 200916590 〔表4〕

No. 連續切削時的離隙面 磨耗寬度 Vb ( μηι ) 斷續切削時的離隙面 磨耗寬度 Vb ( μπι) 橫目的夏比 衝擊値（J) A1 46 95 11.8 A2 41 91 11.7 A3 39 92 12.0 A4 45 87 12.3 A5 48 88 12.1 A6 39 81 12.5 A7 45 75 12.7 A8 43 76 12.6 A9 38 65 12.8 A10 48 62 12.5 All 43 48 14.1 A12 37 45 14.5 A13 46 31 15.0 A14 44 17 15.9 A15 38 22 12.8 A16 37 18 15.0 A17 51 21 13.7 A18 46 23 14.3 A19 40 19 14.6 A20 35 46 15.1 A21 43 30 14.6 A22 36 17 14.8 A23 41 20 14.8 A24 45 23 16.0 A25 46 25 16.0 A26 39 22 15.8 A27 35 21 13.8 B1 60 75 7.3 B2 103 32 6.9 B3 36 145 11.3 -28- 200916590 根據表1〜4的結果可知’符合本發明的要件之樣品 No. A1〜A27，在連續切削後及斷續切削後雙方，工具的 離隙面磨耗寬度都很小，因此其在連續切削及斷續切削都 具有優異的被切削性。 相對於此，樣品Ν ο · B 1，由於存在有硬質氧化物的 MgO . Al2〇3，連續切削後的離隙面磨耗寬度大。樣品 No _ B2，由於存在有硬質氧化物的 A1203，連續切削後的 離隙面磨耗寬度大。樣品Ν ο · B 3，由於A1含量少，斷續 切削時的氧化抑制效果差，斷續切削後的離隙面磨耗寬度 變大。 以上雖是參照特定的實施形態來詳細說明本發明，但 在不脫離本發明的精神及範圍內可作各種變更及修正乃熟 習此技術人士顯而易知者。本申請是以2007年6月28日 申請的日本特願2007-170937爲基礎，因此將其內容以參 照的方式倂入本發明中。 -29-

Claims (1)

1. 200916590 十、申請專利範圍 1. 一種被切削性優異之機械結構用鋼，其特徵在於： 存在於鋼中之氧化物系夾雜物，當該氧化物系夾雜物 的平均組成合計爲1 00% (「質量％」，以下同）時，係 含有：C a Ο : 1 5〜6 0 %、S i Ο 2 : 2 0 %以下（不包括 0 % )、 A 12 Ο 3 : 2 0〜8 0 %、M g Ο : 4 0 %以下（不包括 0 % )，且選 自Li2〇、Na2〇、K20、BaO、SrO及Ti氧化物所構成群中 的1種以上的合計含量爲0.5〜20%。 2 ·如申請專利範圍第1項記載之被切削性優異之機械 結構用鋼’其中，前述氧化物系夾雜物的平均組成，係含 有：C a Ο : 3 0 〜6 0 %、S i 02 : 1 5 % 以下（不包括 〇 % )、 Al2〇3 : 35 〜60%、MgO : 15%以下（不包括 〇〇/0 )，且選 自Ll2〇、Na2〇、k2〇、Ba0、心〇及Ti氧化物所構成群中 的1種以上的合計含量爲1〜6%。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所記載之被切削性優異 之機械結構用鋼，其中，係含有：C : 〇.丨〜t . 2 %、s i : 〇·〇3 〜2%、Μη : 〇.3〜^%、p : 〇〇3%以下（不包括 〇% )、S : 0.03 5 %以下（不包括 0%) 、Cr · 〇 卜…、ai : 〇.〇1 〜”/〇、Ca : 0_0005 〜〇.〇〇5%、Mg : 〇.〇〇〇1 〜〇·〇〇5% 、Ν : 0.009%以下（不包括〇%)以及〇 : 〇.〇〇5%以下（ 不包括0%)，且含有選自Li、Na、K、Ba、Sr、Ti及則 所構成群中之1種以上的元素，Li、Na、K、Ba、Sr的合 計含量爲0.0000 l〜 0.0050%，Ti、Nb的合計含量爲〇 〇i 〜0 · 5 %。 -30- 200916590 4.如申請專利範圍第3項記載之被切削性優異之機械 結構用鋼，其中，前述機械結構用鋼進一步含有以下（a )〜（e )的至少1種·· (a ) : B i : . 1 % 以下（不包括 〇 % )、 (b ) Cu : 0.5%以下（不包括0% )、 (c ) N i : 4 %以下（不包括0 % )、 (d )選自Μ 〇 : 1 %以下（不包括0 % )及B : 0 _ 0 0 5 % 以下（不包括0 % )所構成群中之至少1種、 (e )選自 Zr : 0_02%以下（不包括 〇% ) 、V : 0.5% 以下（不包括0 % )以及W : 1 · 〇 %以下（不包括〇 % )所構 成群中之至少1種。 5 _如申請專利範圍第3項記載之被切削性優異之機械 結構用鋼，其中’剩餘部爲鐵及不可避免的雜質。 6 _如申請專利範圍第4項記載之被切削性優異之機械 結構用鋼，其中’剩餘部爲鐵及不可避免的雜質。 -31 - 200916590 無 明 說 單 無簡 •.號 為符 圖件 表元 代之 定圖 :指表 圖案代 表本本 代/^ 定一二 指CC ' 七 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：無