TWI434941B - steel - Google Patents

Description

鋼

本發明乃關於一種無鉛鋼及其用途。更清楚地說，乃關於一種易削鋼，其不含鉛，並具有良好的可硬化能力、切削性與耐磨耗性。

易削鋼有許許多多種不同的應用。應用的實例為測量用的探針與儀器、做為汽車零件(例如燃料噴射系統與用在ABS煞車的精密閥)以及做為鐘錶零件，這些都是以線材來製造和/或使用的應用範例。所提及的應用都利用小尺寸的線材或是棒材。這也可能帶出一項需求，就是在某零件的製造過程中，由於所使用之切削加工設備的限制，故切削速度必須要低。在本文中，所考慮的小尺寸是指線材直徑小於15毫米。以上所提到的應用通常需要切削性、可硬化能力與耐磨耗這些特性同時被最佳化。在某些情況中，腐蝕性質，也就是在鋼材零件的儲藏和/或製造過程中是否容易生鏽，也可能很重要。

今日常用的易削鋼通常含有鉛，其係一種提供所需切削性的有效成分。然而，鉛是對環境有害的元素，因此在環保法規的發展過程中指出，鉛可能將被禁止或是限制使用做為鋼材的合金材料。在本文中，所考慮之「對環境友善(環保)的」意思是在製造過程中，特別是熱加工、零件的切削加工、使用以及回收的過程中，是無害於大自然或接近該材料的人員。

一個含鉛之易削鋼的例子是Sandvik的20AP，其標稱組成為1重量%的碳、0.2重量%的矽、0.4重量%的錳、0.05重量%的硫、0.2重量%的鉛。該鋼材具有非常好的切削性、耐磨耗性和可硬化能力，以及在熱處理之後極佳的尺寸安定性。由於具有這些性質，特別適合用在狹長形狀的零件上，像是測量儀器中的軸桿，以及精密閥，尤其是在汽車工業中。它也能用於其他的應用，像是鐘錶零件、測量探針與精密工具。但是由於該材料含有鉛，因此認為並不環保。

無鉛之易削鋼的例子可見於美國專利公開案第2003/0113223號、歐洲專利公告第1270757號、美國專利第5,648,044號，皆用在機械的結構上。然而，這些鋼材並未提供滿足用於小尺寸的特性，因此並未具有適當的成分。

所以本發明的目的就是提出另一種鋼材，其能以線材的形式來使用，特別是在小尺寸上，並且不會危害環境。

該目的可藉由根據申請專利範圍第1項的鋼材所達到。該鋼材不含鉛，因此對於環境的危害會少很多。再者，其具有很高的可硬化能力、良好的切削性與高耐磨耗性。與先前的技術像是含鉛的鋼材Sandvik 20AP相較之下，本發明具有類似甚或稍微更好的腐蝕性質。

根據本發明的無鉛易削鋼極適合應用在像是測量探針與儀器、汽車零件，例如燃料噴射系統與ABS煞車的精密 閥。它也非常適合使用於鐘錶。

儘管該鋼材是發展應用於小尺寸上，主要像是前述的應用中，但是它也能用在其他要求可硬化能力與切削性的用途上，以及應用上考慮以易削鋼做為一種適當的材料選擇者。

以下敘述不同元素的含量與其功效，其中與含量有關的所有數字皆以重量百分比表示(重量%)。

碳 0.85－1.2重量% 碳可以藉由增加麻田散鐵的硬度與增加碳化物的比例，而改善鋼材的硬度。然而，碳的含量太高會使切削性惡化。因此，為了避免減低切削性，鋼材中碳的含量上限應為1.2重量%。而為了讓由該鋼材所製造的零件能在預定的用途中達到適當的硬度與耐磨耗性，碳的含量下限應為0.85重量%。

低碳含量有益於切削性，但卻不利於其他的性質。這些有害的影響可藉由增加替代元素的含量來抵銷。雖然減少碳的含量可能會降低可硬化能力，但卻可由增加其他元素的量來得到補償，像是錳、鉻、銅和鎳皆可增加可硬化能力，也就是能延遲轉變成波來鐵/變靭鐵。減少碳的含量也會導致碳化物比例的降低，此可藉由增加能形成碳化物的元素(主要是鉻)來加以補償。但是提高鉻的含量必須對碳的含量與硬化的溫度加以平衡，才能達到材料硬度與耐磨耗性的最佳化組合。根據某項較佳的具體態樣，碳 的含量應為0.9－1.1重量%。

矽 0.1－0.6重量% 矽具有固溶的硬化效果。矽也能在回火的過程中增加碳的活性。此外，由於對氧有高度的親和性，矽常常在製造過程中用來將鋼材脫氧，以改善材料的純度。如果矽的含量不足0.1重量%，就沒有這些效果了。但是矽的含量高會不利於熱成形的加工性。因此，矽的含量不應該超過0.6重量%，最好是以0.4重量%為最大值。根據某項較佳的具體態樣，矽含量在0.15－0.3重量%，最好是在0.2－0.3重量%。

錳 0.4－1.2重量% 錳會影響硫化物的形態，並且會導致硫化錳的生成，而此能增加鋼材的切削性。錳也有一種趨勢，就是能導致加工硬化性的增加與可硬化能力的提高。然而，若易削鋼中含有大量的錳，卻會降低抗腐蝕性。錳的含量若小於0.4重量%，會導致硫化物的量不足，而過量的錳，也就是超過1.2重量%，會造成加工硬化性增加的趨勢，此轉而導致切削性的降低。較佳而言，錳的含量在0.5－1.1重量%，最好是在0.5－0.7重量%。

磷 最多0.05重量% 磷通常對鋼材是有害的，因為會有脆裂的風險。因此磷的含量若超過0.2重量%是不利的。在此情形下，磷的含量最大設為0.05重量%，以便可以將切削加工所生產的廢鐵回收。較佳而言，鋼材應具有的磷含量最大為0.03重 量%。

硫 0.04－0.3重量% 硫能增加鋼材的切削性，因為有硫化物的生成，像是硫化錳。這些硫化物在經過輥軋、鍛造或是冷拉時可輕易發生塑性變形，且能大大地減少切削加工時的工具磨耗。為了達到改善切削性的目的，所需硫的含量為0.04重量%或是更多，最好是至少有0.05重量%，至少有0.08重量%則更佳。但是硫的含量太高可能會在熱成形的過程中引發問題，對於腐蝕性質與表面性質也有負面影響。之前的研究結果指出，硫的最大含量約在0.3重量%左右。鋼材的含硫量若高於此限度，則與含硫量低於0.3重量%的材料相較之下，增加硫含量對切削性的好處就不大了。因此，硫的含量最大應為0.3重量%，最好是最大0.25重量%，最大0.15重量%則更佳。

鉻 最多2重量% 高量的鉻將導致不鏽鋼的形成，但低量的話卻可以改善腐蝕性質。鉻也是一種能改善可硬化能力的元素；如果錳含量太低的話，便會形成硫化鉻。在本發明中，為了避免任何對材料性質的負面影響，鉻的含量最大應為2重量%。鉻含量再高的話會導致碳化物的比例急速地增加，但是基質的碳含量卻會減少，而造成較低的麻田散鐵硬度。雪明碳鐵的碳化物結構在較高的鉻含量下也預期會有變化。較佳而言，鉻的含量應為0.1－0.8重量%，最好是0.1－0.5重量%。

鎳 最多1重量% 只添加少量的鎳對於切削性、腐蝕性或可硬化能力並沒有實質上的影響，但是較高量的鎳卻能穩定沃斯田相，並且在硬化後增加所留下的沃斯田鐵的量，此雖然能改善可硬化能力與韌性，但是會讓硬度降低。由於鎳合金成本高昂，鎳的含量應低於1重量%，最好是最大0.5重量%，最大0.4重量%則更佳。

鉬 最多0.5重量% 鉬可以增加可硬化能力，但是鉬的含量太高可能會減弱鋼材的熱加工性。因此，在此情形下的鉬含量上限應為0.5重量%。由於所使用的原料，鉬通常是以雜質的程度存在，也就是說最高接近0.1重量%。

銅 最多2重量% 就工具的壽命而言，銅對於切削性或有正面的幫助，像是在旋轉車削的時候。有報告指出，銅也能改善腐蝕性質，特別是能減少全面腐蝕的速率。然而如果添加的含量太高，銅會降低材料的熱延展性，以及有損於製作儘可能小片的能力。因此銅最大可添加至2重量%。較佳而言，銅的含量在0.02－1.8重量%，最好是0.3－1.7重量%。根據某項具體態樣，合金可含有0.3－1.0重量%的銅。

鋁 最多0.1重量% 通常為了改善鋼材的純度，會在材料中添加鋁做為脫氧劑。然而，大量的鋁會對切削性有不良影響，此轉而增加工具的磨耗，這是因為鋼材中堅硬而易碎的氧化鋁的量 會增加。因此在本發明中，鋁的含量應該盡可能的低，即小於0.1重量%，以免降低切削性。因為鋼材中的氧化鋁會對工具的壽命有不良影響，根據本發明，在鋼材的製造過程中最好應採用矽做為脫氧劑。

硼 最多0.008重量% 硼能提高鋼材的可硬化能力，即使是少量亦能改善熱加工性。然而，氮化硼的生成有時被認為會增加工具的磨耗，因為所形成之此種夾雜物的硬度相對較高。過量的硼通常也被認為會讓材料的熱延展性變差。因此，鋼材中硼的含量最大應為0.008重量%，最好是最大0.005重量%。根據某項具體態樣，鋼材沒有添加硼。

鉍＋硒＋碲 最多0.005重量% 鉍能改善切削性，但是以鉍做合金則相當昂貴。石西與碲也都是能改善切削性的元素，但是硒與碲兩者的量應該盡可能的低，主要是考量成本與環境的因素。可將鉍、硒、碲總共添加至最大0.005重量%。根據某項較佳的具體態樣，鋼材沒有添加鉍、硒或碲。

鈦＋鈮＋鋯＋釩 最多0.2重量% 鈦的含量應該盡可能的低，以避免形成碳氮化鈦的夾雜物。此種夾雜物非常堅硬，導致增加工具的磨耗。因此，鈦的含量應該盡可能的低。

通常鈮有助於在高溫下避免鋼材晶粒的粗大化，但是其內所形成的氮化鈮對於切削性會有不良的影響。因此鈮的含量應該保持在盡可能的低。

對於並非明確地用於需要切削加工用途之材料中，有時候會添加鋯，以避免在加工過程中晶粒的生長並減低鋼材的脆性。但是鋯可能會生成碳化物和/或氮化物，其會增加工具的磨耗。因此，鋯的含量應該盡可能的低。

釩與氮和碳結合會生成碳氮化物，可避免鋼材中晶粒的生長。然而碳氮化釩和碳氮化鈦對於工具的磨耗有同樣的影響，也就是說，釩的含量應該盡可能的低。

因此，為了避免對於切削性的不良影響，鈦、鈮、鋯、釩的添加總量最大應該為0.2重量%。根據某具體態樣，鋼材沒有添加鈦、鈮、鋯、釩。然而要注意的是，這些元素會因為原料的選擇，而以雜質的方式存在。

雜質 由於所使用的原料和/或所選用的製造過程，鋼材也可能含有正常出現的雜質。然而，應該控制這些雜質的含量，使得所生產的鋼材性質不會因為存在這些雜質而有實質上的影響。該類雜質的其中一例是氮，其最好保持在0.08重量%以下。其他的例子是磷和鋁，已於之前說明，因此應該仔細監控其量。

根據本發明的鋼材可藉由傳統的熔煉製程來製造，像是高頻感應電爐熔煉法或是AOD法。鋼材可以適合地在750－950℃的均熱溫度下硬化。

根據一項較佳的具體態樣，鋼材具有的近似組成(單位以重量百分比表示)為：

其餘為鐵以及正常出現的雜質。

根據另一項較佳的具體態樣，鋼材具有的近似組成(單位以重量百分比表示)為：

其餘為鐵以及正常出現的雜質。

根據第三項較佳的具體態樣，鋼材具有的近似組成(單位以重量百分比表示)為：

其餘為鐵以及正常出現的雜質。

根據第四項較佳的具體態樣，鋼材具有的近似組成(單位以重量百分比表示)為：

其餘為鐵以及正常出現的雜質。

根據本發明的鋼材，若於接近800℃下硬化，其一般具有的硬度於剛淬火的狀況為至少850 HV1，而於300℃下進行30分鐘的回火後的硬度為至少600 HV1。它也具有切削性，此是以達到插入物的磨耗標準之前所能切削的時間來表示，至少和相對應的含鉛合金鋼材一樣好。若使用可分級的硬金屬做為插入物、切削速度為接近每分鐘15公尺，則切削時間至少可達10個小時。

範例1－組成

對於根據本發明的合金，進行十二種不同的試燒爐次，其係以高頻感應電爐熔煉法來製造，之後鑄造成270公斤的鑄錠。為了避免破裂，在鑄錠重新加熱並鍛造成直徑45毫米的圓棒之前，讓鑄錠處在絕緣的環境中一個星期，從約1550℃緩緩冷卻至室溫。在進行所有的試驗之前，材料在約750。C先做軟退火將近4個小時，再以將近每小時10℃的速率控制其冷卻。

用於試燒爐次與用於含鉛之參考材料(REF1)的化學組成列於表1，其中所有的數字單位皆以重量百分比表示。製造參考材料的方法是大型熔煉、二次精煉與連續鑄造。

試燒爐次的所有組成含有最多0.03%的磷、最多0.02%的氮、最多0.05%的鉬、最多0.05%的鋁與最多0.03%的釩，這些被視為試燒爐次中的雜質。然而在某些情況中，會於材料中添加鉬以增加抗腐蝕性。

範例2－可硬化能力

範例1中爐次－68至－77、－79與－99的試樣，其形式為中空的樣本，外部直徑4.9毫米，內部直徑4.1毫米，長度12.5毫米，而硬化的方式是以每秒252℃的速率從室溫加熱到800℃。保持試樣在800℃達5分鐘。之後利用氦氣沖洗試樣，以冷卻速率受到控制的方式來達到試樣的冷卻。為了達成受到控制的冷卻速率，爐次的可硬化能力是使用淬火膨脹儀來測試。冷卻速率低會導致不想要的沃斯田鐵相變化，像是變成變靭鐵或波來鐵，而不是麻田散鐵，導致材料的硬度降低。

在熱處理之後，以Vickers硬度(HV1)及微結構來研究試樣。圖1a與圖1b中，受測材料硬化後的硬度是以從800℃冷卻材料至700℃所花費的時間(秒數)的函數來表示。冷卻速率從接近每秒30℃到每秒400℃不等。圖1a與圖1b所示的測試結果也列在表2中。

可以看到三種材料：爐次－70、－74、－77較其他的材料具有更高的可硬化能力，即使以較低的冷卻速率硬化之後，仍可看出高的硬度。眾所周知，在較低的冷卻速率仍可達到所需的硬度，就表示該材料較容易製造，因為淬火的速率比較沒有那麼關鍵了。爐次－70具有高含量的錳(1.1 重量%)，而爐次－74具有相對高含量的鉻、鎳、銅(0.53%的鉻、0.35%的鎳、0.36%的銅)，而爐次－77具有相對高含量的鎳(0.34%)與高的含銅量(1.50%)。至於其他的受測材料，其可硬化能力的差異比較沒有那麼顯著。

硬化後的微結構檢驗結果指出，爐次－70、－74、－77的硬度較高，即使在冷卻速率放慢之後亦然，這是因為麻田散鐵的量較高的緣故，而非形成變靭鐵的關係。

測試的結果指出，錳、鉻以及大量的銅對於可硬化能力有幫助，而較少量的銅(在爐次－75中約0.5%)以及鎳、硫、硼、鉍、鈣的添加物，對於可硬化能力沒有或只是有限度的影響。因此，可硬化能力的增加被認為主要和元素 錳與鉻有關，增加其中一者的量便可改善材料的可硬化能力。

範例3－硬化後接著回火

除了在範例2中的可硬化能力測試以外，部分的試樣也用來研究材料在硬化接著回火之後的硬度。表3所顯示的材料硬度(HV1)，是在接近800℃下硬化約5分鐘，之後在100℃、200℃、300℃、500℃四種不同的溫度下回火30分鐘。結果顯示在硬化與回火後，硬度的差異很小。在各個不同的爐次間，硬度最大的差異於回火之前(也就是在硬化之後)或是在溫度低於300℃的回火之後就可以觀察到。

顯然在所研究的合金之間，硬化與回火之後的硬度差異小。低於300℃的回火溫度能讓合金間的硬度與殘留的沃斯田鐵含量上有最大的差距。

範例4－切削性

範例1中所示的所有組成，都對其切削性進行了測試。試樣的直徑接近40毫米，並預先旋轉表面以使表面缺陷的影響降到最低。

在所有的切削加工測試中，採用縱向旋轉式的操作，而切削深度在0.5毫米與1.5毫米之間連續變化，切削速度是每分鐘15公尺。此外，部分的材料也以每分鐘30公尺的切削速度來測試。所有測試的切削進刀速率為每轉約0.05毫米。實施切削加工的測試乃使用具有披覆之分級硬金屬插入物，其型號為Coromant CoroCut XS 3010，等級GC 1025。評估的方式是測量插入物的磨耗做為對於切削時間的函數。其結果示於圖2與圖3，是以切削邊緣處的側面磨耗做為對於以分鐘數表示之切削時間的函數。

結果顯示所有受測的材料成分，除了一項(爐次－77)以外，其工具磨耗的速度與含鉛的參考材料REF1相較之下，會落在相同的範圍內，或是比較慢。

以工具磨耗的速度而言，較大量的硫和/或錳能帶來較佳的切削性，可能是因為材料中硫化錳的含量較高。硼似乎對切削性有好的影響(爐次－72)。就工具的磨耗而言，大量的銅(在爐次－76與－77中約為1.5%)似乎會減弱切削性。少量的銅，像是最多到0.5%(爐次－74與－75)，似 乎對於工具的磨耗沒有任何實質上的影響。

範例1中某些測試材料的切削性，也以每分鐘30公尺的切削速度進行測試。以時間的函數來表示，測試材料對工具磨耗速度與含鉛的參考材料(REF1)相較之下，承續著同樣或是較慢的速度。圖3顯示以每分鐘30公尺的切削速度所得到的測試結果。就工具的磨耗而言，與每分鐘15公尺的切削速度一樣的地方是，較大量的硫和/或硼能帶來較佳的切削性。和以較慢的切削速度所做的測試結果相較之下，錳的有利影響性則減少。

圖4所示為當側面磨耗是0.1毫米的時候，在不同的切削速度(每分鐘15公尺與每分鐘30公尺)下，某些受測材料所切削下的體積。爐次－70的結果是由外插法所求得的，因為測試在達到側面磨耗標準之前就停止了。以所切削下的體積之函數來表示，和較低的切削速度相較之下，切削速度越高通常會帶來越大量的工具磨耗。例外的情形則是爐次－68，以及鉍合金材料，即爐次－79。

範例5－耐磨耗性

材料對於滑動磨耗的抵抗性會和許多材料的參數以及應用的參數有關。然而在測試材料的技術領域中，對很多應用而言，很可能就是兩項主要的材料參數在影響著耐磨耗性，它們是基質的硬度以及材料中堅硬顆粒的量。

假設硬化後的材料，其基質的硬度會和在硬化溫度下溶解在沃斯田鐵中的碳量成正比，而材料中堅硬顆粒的量是由在硬化溫度下未溶解之雪明碳鐵的量所造成，則於範 例1中的測試材料之間做一理論上的比較。

理論上的計算是使用Themo－Calc軟體(版本Q，資料庫為CCTSS)來進行。應注意的是這些計算有平衡的假設，因此應該只能做為實際上可能結果的參考方向。在溫度800℃下的結果認為是根據本發明的合金之適合的硬化溫度，此顯示於圖5。

結果顯示，各測試材料之間的差異非常小。於硬化溫度下，爐次－74內高量的雪明碳鐵與較低的碳含量，可能是由於鉻的含量較高而穩定住雪明碳鐵。當硬化溫度更高的時候，爐次－74中的雪明碳鐵可溶解，使基質中的碳含量更高。在另一方面，當淬火該材料時，基質中較高的碳含量有提高殘留之沃斯田鐵生成的趨勢。高量殘留的沃斯田鐵會降低硬度，也可能會減弱材料的耐磨耗性。

對爐次－77而言，較低的碳含量能讓較少的碳溶解在沃斯田鐵中，並且在硬化溫度下剩下較少的雪明碳鐵。

範例6－腐蝕性質

根據範例1的爐次之抗腐蝕性，除了爐次－99以外，是在溫濕度控制室(climate chamber)中進行測試。濕度的改變是由一套循環的程序來控制，以模擬出鋼材可能遇到的真實環境狀況。主要的循環是基於重複以下所示的循環1。

循環1

步驟1. 保持固定於35℃與相對濕度(RH)90%的狀況，共7小時。

步驟2. 在1.5小時內，線性地降低RH到45%。

步驟3. 保持固定於35。C與RH 45%，共2小時。

步驟4. 在1.5小時內，線性地增加RH到90%。

從每一種材料中做出3個試樣，其製備成40毫米×10毫米。旋轉試樣的外表面，並且磨平末端表面。在開始測試之前，所有的試樣浸泡在氯化鈉溶液(1% NaCl)中一個小時，並以大量的流體沖洗將近5分鐘，以加速腐蝕速率。在第一次的循環中，以步驟5代換步驟1。

步驟5. 保持固定於35℃與RH 90%的狀況，共6小時。

將試樣暴露於以上的循環達8、24、48、96小時後，進行檢查。每次的檢查是針對各個試樣的腐蝕面積，來對腐蝕量進行分級。使用以下的標記：

A＝試樣上無腐蝕 B＝不到20%的表面被腐蝕 C＝20%到70%之間的表面被腐蝕 D＝超過70%的表面被腐蝕

表4的結果顯示抗腐蝕性；尤其會因為硫與錳的含量高，導致硫化錳的生成而縮短開始發生全面腐蝕的時間。舉例來說，從爐次－71與爐次－70可以看出，在24小時後就已經有符合級數D的侵蝕發生。其他的元素似乎並沒有明顯的影響。

合金之間只存在著些許的不同。和參考材料(REF1)類似的是，如果不對材料進行腐蝕保護的話，所有的合金都 會隨著時間而腐蝕。在預期的應用中，腐蝕不是個問題。但是對於處理的過程而言，必須確認材料不會在沒有保護的情況下長時間的放置。在本揭露內容中所敘述的數種合金，與參考材料相較之下，能經歷更長的時間，展現出更高的抗腐蝕性。

範例7－大型熔煉

對於根據本發明的合金，以高頻感應電爐熔煉法製造三種不同的試燒爐次，之後鑄造成10噸重的鑄錠。為了避免破裂，讓材料緩慢冷卻至950℃，再重新加熱至約1100℃。接下來，熱軋材料成為105×105毫米的方形小鋼坯。在實施線桿輥軋之前，先磨平小鋼坯的每一個面。其後以 軟退火來實施拉線，使之最後的尺寸細到直徑大於3毫米，再以矯直以及研磨的方式使其細到3.0毫米。軟化退火是在約750℃下實施將近5小時，再以每小時將近10℃的速率控制其冷卻，直到650℃。

用於試燒爐次與用於含鉛參考材料(REF2)的化學組成列於表5，其中所有的數字單位皆為重量百分比。製造參考材料的方法是藉由大型熔煉，繼之以二次精煉與連續鑄造。

試燒爐次的所有組成含有最多0.03%的磷、最多0.02%的氮、最多0.05%的鉬、最多0.05%的鋁與最多0.03%的釩，這些被視為試燒爐次中的雜質。

表5所示的所有組成，都對其切削性進行了測試。在所有的切削加工測試中，採用插入式切削(plunge cutting)的操作，其中切削深度在0.15毫米、0.80毫米、1.0毫米之間改變。切削速度是每分鐘20公尺或每分鐘30公尺。所有測試的切削進深為每轉0.015毫米。實施切削加工的測試使用披覆之可分級硬金屬的插入物，其型號為BIMU 065L 3.5，等級Bi40。評估的方式是測量尺寸與表面粗糙 度對於切削時間的函數。其結果顯示於圖6與圖7，其以尺寸的變化做為對於已切削元件數目的函數；而在圖8與圖9中，則是以表面粗糙度做為對於已切削元件數目的函數。

結果顯示所有受測的組成中，除了一項(爐次－307)以外，其尺寸的變化與表面粗糙度和參考材料REF2有相同的水準。對爐次－307而言，當切削速度為每分鐘20公尺的時候，其尺寸的變化與其他爐次相較之下，展現了不同的模式，見圖6。當切削速度為每分鐘30公尺的時候，便無法測試爐次－307，因為會形成過長的切屑，而要排除這些切屑會有困難。

就尺寸的變化而言，硫的含量較高會帶來更好的切削性，可能是由於材料中硫化錳的含量較高。鉻看來對於切削性會有不利的影響(爐次－307)。

除了上述的切削性測試以外，直徑3毫米的試樣則用來研究材料在硬化接著回火之後的硬度。表6所示為材料的硬度(HV5)，是在接近800℃下分別硬化4與10分鐘，接著在250℃與400℃兩個不同的溫度下回火30分鐘。

結果顯示除了爐次－307以外，在硬化及回火之後，硬度上的差異小。在各個不同的爐次間，硬度最大的差異於回火之前就可以觀察到，也就是說，在硬化之後，或是在溫度250℃的回火之前。爐次－307與其他爐次相較之下，硬度上的差異可能是受到碳化物較少溶解所影響，使得之後在加熱時於沃斯田相中的碳含量會減少，這是因為爐次－307的鉻含量比較高的關係。

圖1a所示為對於某些試燒爐次，其某些受測組成的Vickers硬度(HV1)為冷卻速率的函數圖形。

圖1b是圖1a中某部分的放大圖。圖1a中標記的區域就代表被放大的範圍。

圖2所示為某些受測組成的切削性，是以在切削邊緣處的側面磨耗做為對於切削時間的函數圖形，而使用的切削速度是每分鐘15公尺。

圖3所示為某些受測組成的切削性，是以在切削邊緣 處的側面磨耗做為對於切削時間的函數圖形，而使用的切削速度是每分鐘30公尺。

圖4所示為當切削插入物上的側面磨耗是0.1毫米時，某些受測材料所切削下的體積，而使用的切削速度分別是每分鐘15公尺與每分鐘30公尺。

圖5是對於某些組成在800℃時，理論上計算沃斯田鐵中的碳含量所得的結果，以及所剩餘之雪明碳鐵的莫耳比例。

圖6所示為某些受測組成的切削性，是以直徑的變化做為對於切削元件數目的函數，而使用的切削速度是每分鐘20公尺。

圖7所示為某些受測組成的切削性，是以直徑的變化做為對於切削元件數目的函數，而使用的切削速度是每分鐘30公尺。

圖8所示為某些受測組成的切削性，是以表面粗糙度做為對於切削元件數目的函數，而使用的切削速度是每分鐘20公尺。

圖9所示為某些受測組成的切削性，是以表面粗糙度做為對於切削元件數目的函數，而使用的切削速度是每分鐘30公尺。

Claims (45)

1. 一種無鉛無鉛鋼，其由以下組成所組成，單位以重量百分比表示(重量%)： 其餘為鐵以及正常出現的雜質。
2. 根據申請專利範圍第1項的無鉛鋼，其含有0.9-1.1重量%的碳。
3. 根據申請專利範圍第1項的無鉛鋼，其含有0.15-0.3重量%的矽。
4. 根據申請專利範圍第2項的無鉛鋼，其含有0.15-0.3重量%的矽。
5. 根據申請專利範圍第1項的無鉛鋼，其含有0.5-1.1 重量%的錳。
6. 根據申請專利範圍第2項的無鉛鋼，其含有0.5-1.1重量%的錳。
7. 根據申請專利範圍第3項的無鉛鋼，其含有0.5-1.1重量%的錳。
8. 根據申請專利範圍第4項的無鉛鋼，其含有0.5-1.1重量%的錳。
9. 根據申請專利範圍第1項的無鉛鋼，其含有0.05-0.25重量%的硫。
10. 根據申請專利範圍第2項的無鉛鋼，其含有0.05-0.25重量%的硫。
11. 根據申請專利範圍第3項的無鉛鋼，其含有0.05-0.25重量%的硫。
12. 根據申請專利範圍第4項的無鉛鋼，其含有0.05-0.25重量%的硫。
13. 根據申請專利範圍第5項的無鉛鋼，其含有0.05-0.25重量%的硫。
14. 根據申請專利範圍第6項的無鉛鋼，其含有0.05-0.25重量%的硫。
15. 根據申請專利範圍第7項的無鉛鋼，其含有0.05-0.25重量%的硫。
16. 根據申請專利範圍第8項的無鉛鋼，其含有0.05-0.25重量%的硫。
17. 根據申請專利範圍第9至16項中任一項的無鉛 鋼，其含有0.08-0.15重量%的硫。
18. 根據申請專利範圍第1至16項中任一項的無鉛鋼，其含有最多0.5重量%的鎳。
19. 根據申請專利範圍第1項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
20. 根據申請專利範圍第2項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
21. 根據申請專利範圍第3項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
22. 根據申請專利範圍第4項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
23. 根據申請專利範圍第5項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
24. 根據申請專利範圍第6項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
25. 根據申請專利範圍第7項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
26. 根據申請專利範圍第8項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
27. 根據申請專利範圍第9項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
28. 根據申請專利範圍第10項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
29. 根據申請專利範圍第11項的無鉛鋼，其含有 0.3-1.0重量%的銅。
30. 根據申請專利範圍第12項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
31. 根據申請專利範圍第13項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
32. 根據申請專利範圍第14項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
33. 根據申請專利範圍第15項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
34. 根據申請專利範圍第16項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
35. 根據申請專利範圍第17項的無鉛鋼，其含有0.3-1.0重量%的銅。
36. 根據申請專利範圍第1至16或19至35項中任一項的無鉛鋼，其含有最多0.005重量%的硼。
37. 根據申請專利範圍第1至16或19至35項中任一項的無鉛鋼，其基本上沒有添加硼。
38. 根據申請專利範圍第1至16或19至35項中任一項的無鉛鋼，其沒有添加鉍、硒和碲。
39. 根據申請專利範圍第1至16或19至35項中任一項的無鉛鋼，其沒有添加鈦、鋯、鈮和釩。
40. 根據申請專利範圍第1至16或19至35項中任一項的無鉛鋼，其形式為線材。
41. 一種根據申請專利範圍第1-36項中任一項之無鉛 鋼的用途，其係用於精密閥。
42. 根據申請專利範圍第41項的用途，其係用於汽車工業。
43. 一種根據申請專利範圍第1-36項中任一項之無鉛鋼的用途，其係用於鐘錶。
44. 一種根據申請專利範圍第1-36項中任一項之無鉛鋼的用途，其係用於測量用的探針。
45. 一種根據申請專利範圍第1-36項中任一項之無鉛鋼的用途，其係用於精密工具。