TWI609092B

TWI609092B - Quick cut steel

Info

Publication number: TWI609092B
Application number: TW105118421A
Authority: TW
Inventors: Masayuki Hashimura; Koji Watari; Takanori Iwahashi
Original assignee: Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2017-12-21
Also published as: WO2016199843A1; JPWO2016199843A1; EP3309272A1; JP6489215B2; EP3309272A4; TW201708572A

Description

快削鋼

本發明係關於快削鋼，更詳細地說，係關於藉由切削加工來製造成零件的快削鋼。

作為小型的油壓零件、OA機器的軸桿、鉸鏈部的軸等來使用的零件，其表面品質很重要。這些零件，通常為了提高形狀精度以及表面性狀，而被實施切削加工，然後再因應需求，又實施了研磨、鍍覆處理等的表面精製處理。這種用途的零件(以下，稱為切削零件)，為了確保表面的品質，係使用快削鋼。在快削鋼當中，以低碳鋼為基底的快削鋼，係制定於例如：日本工業標準調查會之規格編號：JIS G4804(2008年)(非專利文獻)。受到上述的表面品質要求的切削零件，以往係使用在JIS G4804(2008年)所制定的快削鋼中之以SUM24L為代表的含多量的Pb之快削鋼。

SUM24L的這種含有多量的Pb的快削鋼，係具有：鋼材之容易切削性，換言之，被切削性優異。特別是在被切削性之中的切削面性狀(表面粗糙度)，大多是取決於鋼與切削工具的組合，而含有多量的Pb的鋼材的表面粗糙度很優異。

然而，Pb會對於環境造成影響，被指定為：對環境造成負荷的物質的可能性很高。如果Pb被指定為：環境負荷物質的話，其使用將受到限制。這種情況下，很有可能就無法利用含有多量Pb的快削鋼了。

日本特開2004-27297號公報(專利文獻1)所提案的快削鋼，係用來取代含有多量Pb的快削鋼。專利文獻1所揭示的快削鋼，係抑制Pb的含量，以含多量的S來取代Pb，並且控制MnS等之夾雜物的形狀。藉此，來確保具有較之傳統的含鉛快削鋼更優異的被切削性。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2004-27297號公報

[非專利文獻]

[非專利文獻1]日本工業標準調查會，規格編號：JIS G4804(2008年)，規格名稱：硫黃以及硫黃複合快削鋼鋼材

在切削零件的製造上，表面粗糙度等之切削面的表面性狀是很重要，如果只進行切削就可達到完工品質的話，對於該零件性能以及製造成本的兩方面都很合宜。即使在進行過切削工序之後，又必須實施研磨工序的情況下，如果切削面的表面粗糙度太大，或者殘留著瑕疵的話，就難以只藉由研磨工序來達成最終完工品質。因此，需要將切削面的表面粗糙度抑制成愈小愈好。

此外，在每天有1000個以上之利用自動化製造設備來大量製造切削零件的情況下，也要求具有優異的切屑處理性。隨著切削的進行而被排出的切屑，被分斷成很小之後才被排出比較好。如果切屑維持著長條連續狀態的話，有時候，切屑會纏繞在切削零件身上，而很容易導致切削零件的表面產生瑕疵。當切屑纏繞在切削零件時，為了要除去零件上纏繞的切屑，有時候必須暫時地停止製造生產線。這種情況下，就必須配置現場監視人員，而難以達到無人化的製造。是以，切屑處理性，係會影響到切削零件的品質以及製造成本的兩方面。

如果是電子零件、油壓零件、滑動零件等之使用於各種精密機器中的切削零件的話，基於為了要抑制在使用中的生鏽，並且提昇耐摩損性之目的，有時候會在零件的最表面實施鍍覆，有時候則是在零件表面實施了用以提高其與樹脂的親和性的表面處理。

切削後的零件(切削零件)，有時候會在切削後與進行下一個工序之前的期間，放置在桶子內等進行長期間的待機。例如：在國內進行切削加工，但下一個工序卻在別的國家的工場進行處理的情況，從切削之後直到實施下一個工序之前，有時候會經過數日乃至數個月的期間。這種情況，就必須要求切削零件的生鏽受到抑制。

本發明之目的係提供：被切削性(表面粗糙度、工具壽命、切屑處理性)以及防生鏽特性優異的快削鋼。

本實施方式的快削鋼的化學組成分，以質量%計，係含有C：0.005~0.150%、Si：未達0.010%、Mn：1.02~2.00%、P：0.010~0.200%、S：0.350~0.600%、Pb：0.010~0.100%、N：0.004~0.015%、O：0.0080~0.0250%、Al：0~0.003%、從Ca、Mg以及Zr組成的群中所選出的一種以上：合計為0~0.0005%、以及B：0~0.0200%，其餘部分為Fe以及雜質，並且符合下列數式(1)的關係：Mn/S≧2.90……數式(1)

此處，數式(1)中的元素符號係代入所對應的元素的含量(質量%)。

本發明的快削鋼，被切削性(表面粗糙度、工具壽命、切屑處理性)以及防生鏽特性都很優異。

10‧‧‧MnS夾雜物

20‧‧‧Pb夾雜物

30‧‧‧複合夾雜物

第1圖A係顯示出：利用EPMA分析所獲得的在觀察面中的S分布的示意圖。

第1圖B係顯示出：利用EPMA分析所獲得的在與第1圖A相同的觀察面中的Pb分布的示意圖。

第1圖C係將第1圖A以及第1圖B的影像合成後的示意圖。

第2圖係用來說明是否要將相鄰的夾雜物視為一個夾雜物的判斷基準的示意圖。

第3圖係鑄造後的素材之橫剖面圖。

第4圖係用來說明切削試驗的切削試驗機之示意圖。

第5圖A係切屑的立體圖。

第5圖B係切屑的平面照片圖。

本發明人等曾經針對快削鋼的被切削性以及防生鏽特性進行調查並檢討之後，獲得如下的創見。

鋼中的Mn及Pb，將會形成MnS夾雜物、Pb夾雜物、以及含有MnS夾雜物與Pb之複合夾雜物。在本說明書中，MnS夾雜物意指：含有Mn及S，其餘部分為雜質之夾雜物。Pb夾雜物意指：Pb及雜質所構成的夾雜物。複合夾雜物意指：含有MnS及Pb，其餘部分為雜質之夾雜物。有時候係MnS與Pb互相鄰接而形成複合夾雜物，有時候則是Pb固溶於MnS中而形成複合夾雜物。在以下的說明中，係將MnS夾雜物、Pb夾雜物以及複合夾雜物的總稱，稱為「特定夾雜物」。

MnS夾雜物，在以往是被視為可提高被切削性的夾雜物。另一方面，Pb夾雜物的融點低於MnS夾雜物的融點。因此，在進行切削時，Pb夾雜物可發揮潤滑作用，其結果係可提高被切削性。

此外，複合夾雜物被認為是：可較之MnS夾雜物、以及Pb夾雜物單體更為提昇被切削性。當複合夾雜物的周邊產生龜裂的情況下，液狀化的Pb將會侵入具有開口的裂痕內。如此一來，將會促進裂痕的進展，而提高被切削性。因此，只要能夠生成含有複合夾雜物的特定夾雜物的話，就可提高被切削性。

Pb的液相是較之固相更容易移動。因此，複合夾雜物並無法從凝固後所析出的MnS來生成，而是因為Pb附著到在熔鋼中結晶出來的MnS身上而生成的。因此，若想要生成多數的複合夾雜物，必須要利用結晶來生成MnS為宜。

另一方面，這些特定夾雜物又是成為生鏽的起點。鏽的發生，並不是取決於特定夾雜物的大小，而是取決於特定夾雜物的個數。如上所述，有時候MnS夾雜物係在熔鋼中結晶出來，有時候則是凝固後才析出來。結晶出來的MnS夾雜物的大小係大於析出的MnS夾雜物。因此，藉由析出而生成MnS夾雜物的情況，其MnS夾雜物的個數係明顯地多於藉由結晶生成MnS夾雜物的情況。因此，若想要既可獲得被切削性，又想要減少生鏽的起點，儘可能地藉由結晶生成MnS夾雜物為宜。

想要藉由結晶生成許多MnS夾雜物的話，必須是相對於鋼中的S含量具有充分的Mn含量。具體而言，Mn含量以及S含量必須符合下列的數式(1)的關係。

Mn/S≧2.90……數式(1)

將F1定義成：F1=Mn/S。若相對於S含量之Mn含量很少的話，則在熔鋼中，MnS就不易結晶出來。若F1是2.90以上的話，相對於S含量的Mn含量就足夠了。這種情況下，在液相中，MnS很容易結晶出來。因此，能夠生成可獲得被切削性之充分量的複合夾雜物，而可獲得含有複合夾雜物之充分量的特定夾雜物。其結果，係可獲得優異的被切削性。此外，又可抑制細微的MnS夾雜物的個數變得過多，因此能夠抑制生鏽的起點。其結果，係可提高防生鏽特性。

基於以上的創見而進行開發完成的本發明的快削鋼，其化學組成分，以質量%計，係含有C：0.005~ 0.150%、Si：未達0.010%、Mn：1.02~2.00%、P：0.010~0.200%、S：0.350~0.600%、Pb：0.010~0.100%、N：0.004~0.015%、O：0.0080~0.0250%、Al：0~0.003%、從Ca、Mg以及Zr組成的群中所選出的一種以上：合計為0~0.0005%、以及B：0~0.0200%，其餘部分為Fe以及雜質，並且符合下列數式(1)的關係： Mn/S≧2.90……數式(1)

上述快削鋼的化學組成分，亦可含有Al：0.001~0.003%。上述快削鋼的化學組成分，亦可含有：從Ca、Mg以及Zr所組成的群中所選出的一種以上，且總含量為0.0001~0.0005%。上述快削鋼的化學組成分，亦可含有B：0.0005~0.0200%。

此外，在上述快削鋼中，相對於特定夾雜物的總個數之Pb夾雜物的個數之比率係17%以下更合宜。

這種情況下，係可更為提高防生鏽特性。

以下，將詳細說明本發明的快削鋼。本發明的快削鋼的化學組成分，係含有下列的元素。關於元素的含量%，若無特別聲明的話，都係指質量%。

〔化學組成分〕

本實施方式的機械構造用鋼的化學組成分，係含有下列的元素。

C：0.005~0.150%

碳(C)係可提高鋼的基本強度。用來製造切削零件的快削鋼，通常是先實施過伸線(抽拉鋼線)等的加工後，才進行切削。如果C含量是0.005%以上的話，快削鋼的強度會是：在伸線加工後，對於進行切削的工具之壽命、零件的表面粗糙度都很合宜的強度。如果C含量未達0.005%的話，鋼過於軟質化，難以進行伸線和切削加工。尤其是在進行切削時，容易產生毛邊。另一方面，如果C含量超過0.150%的話，鋼過於硬化而導致冷間加工性變差，並且在伸線加工後進行切削時，工具的摩損量變大。因此，C含量係設在0.005~0.150%。C含量的合宜下限是0.06%。C含量的合宜上限是0.120%。如果C含量落在0.06~0.120%的話，係可降低輥軋瑕疵的發生率。

Si：未達0.010%

矽(Si)通常是用來對於鋼進行脫氧。然而，在本發明中，為了要控制MnS的形狀，必須在鋼中殘留某些程度的氧(O)。Si含量太高的話，將使得鋼中的O濃度變得太低。Si含量太高的話，也會使得SiO₂等的硬質氧化物殘留在鋼中而導致被切削性變差。此外，由於生成了硬質氧化物，反而導致了MnS中的含氧量降低。這種情況下， MnS因為受到輥軋加工以及伸線加工而產生延伸，因而生成長寬比大的MnS。長寬比大的MnS將導致表面粗糙度(表面性狀)變差。因此，Si含量係設在未達0.010%。

Mn：1.02~2.00%

錳(Mn)是用來對於鋼進行脫氧，但是與Si和Al等的其他脫氧元素相較，其脫氧能力較弱，因此允許多量含有。Mn亦可提高鋼強度。而且Mn在鋼中與S結合而形成MnS，可提高被切削性。在含有多量S的快削鋼中，如果也不含多量Mn的話，MnS就無法結晶出來。

本發明為了在製鋼工序中，在鋼中使MnS結晶出來，因此含有相對於S含量之充分量的Mn。如果Mn含量未達1.02%的話，相對於S含量之Mn含量不夠充分，因此MnS的結晶生成很慢。在這種情況下，在凝固後才析出的MnS將會增加。使MnS結晶出來的情況，係較之使MnS析出的情況，MnS與Pb複合化的比率更高，可提高被切削性。因此，如果Mn含量未達1.02%的話，被切削性會變差。另一方面，如果Mn含量超過2.00%的話，鋼的淬火硬化性變得太高，而且鋼變得脆化。因此，在進行輥軋或伸線加工時，就很容易發生表面瑕疵。因此，Mn含量是設在1.02~2.00%。Mn含量的合宜下限是1.10%，更好是1.30%。

P：0.010~0.200%

燐(P)是可使鋼脆化，而且可提高被切削性。在本發明中，因為可提高強度的C含量較低，因此，P與Mn係一起用來提高鋼的強度。如果P含量未達0.010%的話，被切削性很低，表面粗糙度欠佳。而且鋼的強度也不夠充分。另一方面，如果P含量超過0.200%的話，鋼的熱間延性變差，容易發生輥軋瑕疵，有損其製造安定性。因此，P含量係設在0.010~0.200%。P含量的合宜下限是0.050%。P含量的合宜上限是0.100%。

S：0.350~0.600%

硫(S)在鋼中會形成MnS，可提高被切削性。如果S含量未達0.350%的話，無法獲得充分的被切削性。另一方面，如果S含量超過0.600%的話，將因為粒界偏析而很容易發生粒界脆化。因此，S含量係設在0.350~0.600%。S含量的合宜下限是0.400%。S含量的合宜上限是0.550%。以被切削性為優先考量的情況下，S含量的合宜範圍是0.450~0.500%。以製造性為優先考量的情況下，S含量的合宜範圍是0.400~0.450%。

Pb：0.010~0.100%

鉛(Pb)是可提高鋼的被切削性。如果Pb含量未達0.010%的話，被切削性將不夠充分。另一方面，如果Pb含量超過0.100%的話，鋼變得脆化而製造性變差，很容易發生輥軋瑕疵。如果Pb含量超過0.100%的話，單獨存在的Pb夾雜物(鉛粒)將會變多，防生鏽特性會變差。因此，Pb含量係設在0.010~0.100%。Pb含量的合宜下限是0.020%。Pb含量的合宜上限是0.040%。如果Pb含量是0.020~0.040%的話，將可抑制防生鏽特性的變差，此外，藉由Pb與MnS的複合化，可更為提高被切削性。

N：0.004~0.015%

氮(N)係可提高鋼的強度，雖然在切削加工時會增加切削阻力，但是卻可提昇表面粗糙度。如果N含量為0.004%以上的話，即可獲得上述效果。此外，如果N含量未達0.004%的話，製造成本變得太高，難以實施工業規模的製造。另一方面，如果N含量超過0.015%的話，鋼材變得脆化，在輥軋時以及伸線加工時很容易發生表面瑕疵。因此，N含量係設在0.004~0.015%。優先考量被切削性的情況下的N含量的合宜下限是0.007%，優先考量製造性的情況下的N含量的合宜上限是0.012%。再者，此處所稱的N含量係指：總N(T-N)的含量。

在含有後述的B的情況下，N與B而形成BN，可更提高鋼的被切削性。這種情況下，N含量與B含量係設成同等為佳。

O：0.0080~0.0250%

氧(O)係可生成氧化物。O也被含在硫化物中，可用來控制硫化物的形態。具體而言，O係含在MnS中，在輥軋時以及伸線加工時，可抑制MnS的延伸量。如果O含量未達0.0080%的話，MnS中的氧含量變低，因此，在輥軋時以及伸線加工時，MnS會延伸而其長寬比變大。另一方面，如果O含量超過0.0250%的話，鑄造組織中容易產生缺陷。此外，將會生成多量的氧化物，使得鋼的被切削性變差。生成多量的氧化物也會促進製造生產線的耐火物熔毀，使得製造安定性變差。因此，O含量係設在0.0080~0.0250%。O含量的合宜下限是0.0120%，更好是0.0150%。O含量的合宜上限是0.0200%，更好是0.0180%。再者，此處所稱的O含量係指：總O(T-O)的含量。

本發明的快削鋼的化學組成分的其餘部分為Fe以及雜質。此處所稱的雜質係指：在以工業規模製造鋼材時，混入在作為原料的礦石、回收再利用材料中，或者從製造環境中所混入的雜質。

〔可做選擇性添加的元素〕

本發明的快削鋼的化學組成分，亦可含有Al。

Al：0~0.003%

鋁(Al)是可做選擇性添加的元素。Al是鋼的脫氧元素。然而，本發明為了要控制MnS的形狀，必須在鋼中預先殘留某種程度的氧。如果Al含量超過0.003%的話，MnS中的含氧量變得太低，在輥軋以及伸線加工後，MnS 會延伸而長寬比變大，表面粗糙度會變差。如果Al含量超過0.003%的話，也會有氧化鋁系的夾雜物(硬質氧化物)殘留在鋼中而降低鋼的被切削性。因此，Al含量係設在0~0.003%。Al含量的合宜下限是0.001%。此處所稱的Al含量係指：總Al(t-Al)的含量。

本發明的快削鋼的化學組成分，又可含有從Ca、Mg以及Zr組成的群中選出的一種以上。這些元素係屬於可做選擇性添加的元素。

從Ca、Mg及Zr組成的群中選出的一種以上：合計為0~0.0005%

鈣(Ca)、鎂(Mg)以及鋯(Zr)都可用來控制夾雜物以及析出物的形態，可提高鋼的加工性。以下，將對於各元素做說明。

Ca係可生成：CaS、以及與MnS的複合硫化物(Mn，Ca)S，可用來控制輥軋時以及伸線加工時的MnS的延伸量。藉此，可提高鋼的加工性以及被切削性。然而，如果Ca含量超過0.0005%的話，MnS中的氧含量變低，經過輥軋以及伸線加工後，將會形成長寬比大的MnS。因此，Ca含量的合宜上限是0.0005%，更好是0.0003%。Ca含量的合宜下限是0.0001%。

鎂(Mg)係可生成：MgS、以及與MnS的複合硫化物(Mn，Mg)S，可用來控制MnS的延伸量。藉此，可提高鋼的加工性以及被切削性。Mg亦可生成細微的Mg氧化物，而成為MnS等的硫化物的生成核。藉此，可使得大型的MnS系夾雜物的個數增加。另一方面，如果Mg含量超過0.0005%的話，MnS中的氧含量降低，MnS變得很容易延伸。此外，也會在熔鋼中生成多量的氧化物，很容易附著在耐火物，或者附著在噴嘴而導致噴嘴受到堵塞。因此，Mg含量的合宜上限是0.0005%。Mg含量的合宜下限是0.0001%。

鋯(Zr)係可生成氧化物、硫化物以及氮化物，可用來控制夾雜物以及析出物的形態。可用來控制夾雜物的形態，而可提高鋼的加工性以及被切削性之Zr含量的合宜下限是0.0002%。另一方面，如果Zr含量太高的話，MnS中的氧含量會降低，MnS變得很容易延伸。此外，也會生成多量的硬質氧化物而導致被切削性變差。因此，Zr含量的合宜上限是0.0005%，更好是0.0003%。Zr含量的合宜下限是0.0001%。

在本發明中，從上述的Ca、Mg以及Zr組成的群所選出的一種以上，合計係0~0.0005%。這種情況下，係如上所述，係可控制析出物以及夾雜物的形態而提高鋼的加工性。更好是含有從Ca、Mg以及Zr組成的群所選出的兩種以上。這種情況下，係可將多量的球狀硫化物予以分散，更為提高鋼的加工性。這些元素的總含量更優的上限是0.0003%。這些元素的總含量的合宜下限是0.0001%。

本實施方式的快削鋼亦可含有B。B是可做選擇性添加的元素。

B：0~0.0200%

硼(B)係與N結合而形成BN，可提高鋼的被切削性。如果BN存在於粒界的話，將導致粒界脆化而可提高被切削性。如果BN存在於MnS的周邊的話，可藉由抑制硫化物的變形，來促進因MnS的應力集中所致的脆化效果，而可提高鋼的被切削性。然而，如果B含量超過0.0200%的話，將會生成B氧化物，反而會降低鋼的被切削性，或者導致B氧化物與耐火物發生反應而促進其熔毀。因此，B含量係設在0~0.0200%。為了更有效地提高被切削性，B含量的合宜下限是0.0005%，更好是0.0008%。B含量的合宜上限是0.0150%。為了增加BN的生成量來更為提高鋼的被切削性，係設成0.7≦B/N≦1.8為佳。

〔關於數式(1)〕

上述的快削鋼的化學組成分係符合數式(1)的關係。

Mn/S≧2.90 數式(1)

將F1定義成：F1=Mn/S。相對於S含量之Mn含量太少的話，在熔鋼中，MnS不容易結晶出來。其結果，凝固後的固溶S就容易殘留在粒界，因而導致熱間延性惡化的情況很多。在這種情況下，係在凝固後，MnS才析出。析出的MnS與結晶出來的MnS相較，係非常的細微。此外，析出的MnS的個數與結晶出來的MnS的個數相較，係極多。MnS係有可能成為發生生鏽的起點。因此，MnS的個數愈多，防生鏽特性愈降低。此外，Pb係很容易附著於在液相中結晶出來的MnS，但是卻不容易附著於在固相中析出的MnS。因此，不易生成複合夾雜物。

如果F1是2.90以上的話，相對於S含量的Mn含量充分夠大。在這種情況下，在液相中，MnS很容易結晶出來。因此，能夠獲得為了得到所期望的被切削性所需的充分量的特定夾雜物，因而可獲得優異的被切削性。此外，可抑制細微的MnS的個數密度變得過多，進而可抑制發生生鏽的起點。其結果，能夠提高防生鏽特性。F1的合宜下限是3.00，更好是3.30。F1愈高的話，從凝固初期就會在液相中有MnS結晶出來，其結果，很容易生成MnS與Pb的複合夾雜物。

〔粗大特定夾雜物的個數TN〕

在本實施方式的快削鋼中，MnS夾雜物、Pb夾雜物以及複合夾雜物的其中任一種，圓當量直徑為10μm以上的特定夾雜物的總個數為200~10000個/mm²以上更好。這種情況下，係可更為提高防生鏽特性。以下係將圓當量直徑為10μm以上的特定夾雜物稱為「粗大特定夾雜物」。

此處所稱的Pb夾雜物係指：單獨的Pb粒。所稱的複合夾雜物係含有MnS與Pb。

粗大特定夾雜物係可提高被切削性。尤其是圓當量直徑為10μm以上的MnS夾雜物、以及MnS與Pb的複合夾雜物，係可提高切屑處理性。如果是複合夾雜物的話，因切削熱而軟化後的Pb將會侵入所產生的龜裂的內部，促進龜裂的進展，因此尤其是能夠提高切屑處理性。

〔相對於粗大特定夾雜物的個數之Pb夾雜物的個數的比值(Pb比)RA〕

此外，在粗大特定夾雜物之中，相對於粗大特定夾雜物的總個數之Pb夾雜物的個數的比值(以下稱Pb比)RA係17%以下為佳。RA(Pb比)愈高的話，Pb夾雜物的個數愈多。如上所述，Pb夾雜物會導致防生鏽特性降低。因此，在粗大特定夾雜物中所佔據的Pb夾雜物的比例愈低愈好。如果RA(Pb比)為17%以下的話，Pb夾雜物的個數就夠少。因此可更提高防生鏽特性。RA(Pb比)的合宜上限是13%。

〔粗大特定夾雜物的個數TN以及RA(Pb比)的測定方法〕

個數TN以及RA(Pb比)係利用下列的方法來測定的。

先從快削鋼採取樣本。例如：如果快削鋼是棒鋼或線材的話，係在橫剖面(垂直於軸方向的面)之中，從連結於表面與中心軸的半徑R的中央部(以下稱R/2部)採取樣本。針對於R/2部的樣本的橫剖面(表面)，使用掃描型電子顯微鏡(SEM)以1000倍的倍率，隨機性地做20個視野的觀察。在各視野(稱為觀察面)中，界定出特定夾雜物(MnS夾雜物、Pb夾雜物、複合夾雜物)。特定夾雜物與其他的夾雜物，係可利用對比度來加以區別。此外，在特定夾雜物之中，MnS夾雜物、Pb夾雜物以及複合夾雜物係可分別藉由下列的方法予以界定。

在各觀察面中，利用波長分散型X射線解析裝置(EPMA)，取得觀察面中的S分布以及Pb分布的影像。第1圖A係顯示利用EPMA分析而取得的觀察面中的S分布之示意圖；第1圖B係顯示利用EPMA分析而取得的與第1圖A相同的觀察面中的Pb分布之示意圖。

第1圖A中的符號10係S存在的領域。S幾乎都是以MnS的狀態來存在，因此，第1圖A中的符號10係可視為MnS的存在領域。第1圖B中的符號20係Pb的存在領域。

如第1圖B所示，Pb係如符號20A所示，因為受到輥軋等的加工而被分斷，而有沿著輥軋方向排列的情況。就S而言也是同樣。如第2圖所示，在利用EPMA分析而取得的影像中，在相鄰的夾雜物IN都具有5μm以上的圓當量直徑的情況下，如果相鄰的夾雜物IN的間隔D是10μm以內的話，就將這些夾雜物IN視為一個夾雜物。此外，求出被界定的夾雜物的面積，將與該面積相同的面積的圓的直徑，定義為圓當量直徑(μm)。在被定義成一個夾雜物之夾雜物群中，圓當量直徑係與夾雜物群的總面積相同面積的圓的直徑。

第1圖C係將第1圖B與第1圖A合成後的影像。參照第1圖C，如果MnS夾雜物10與Pb夾雜物20重複的話，就認定該夾雜物是複合夾雜物30。另一方面，參照第1圖C，如果MnS夾雜物10與Pb夾雜物20並未重複的話(第1圖C中的領域A1、領域A2等)，就將那些夾雜物予以界定為MnS夾雜物、Pb夾雜物。

利用以上所述的方法，使用掃描型電子顯微鏡以及EPMA，來界定出MnS系夾雜物、Pb夾雜物、複合夾雜物。求出被界定的各夾雜物的面積，並將相同面積的圓的直徑定義成：各夾雜物的圓當量直徑(μm)。

在各特定夾雜物之中，界定出圓當量直徑為10μm以上的粗大特定夾雜物。求出被界定的粗大特定夾雜物的總個數(20視野所求得的總個數)，換算成每1mm²的個數TN(個/mm²)。利用上述的方法，求出個數TN。並且在被界定的粗大特定夾雜物之中，求出圓當量直徑為10μm以上的Pb夾雜物的個數MN(個/mm²)，再依據下列的數式(A)來求出RA(Pb比)(%)。

RA=MN/TN×100……數式(A)

〔製造方法〕

本發明的快削鋼，係可利用習知的製造方法來製造。本發明的快削鋼的製造方法之一例，首先，是將符合上述的化學組成分的熔鋼利用連續鑄造法鑄造成鑄片，或者，將熔鋼利用造塊法製成鑄錠(鑄造工序)。然後，對於鑄片或鑄錠進行一次或數次熱間加工，而製造出快削鋼材(熱間加工工序)。鑄造工序以及熱間加工工序，係只要利用習知的方法來實施即可。以下將說明各個工序。

〔鑄造工序〕

首先，利用轉爐、電爐等的習知方法熔製出熔鋼。然後，對於製造出來的熔鋼進行鑄造而製成鑄片或鑄錠。以下係將鑄片以及鑄錠總稱為素材。

鑄造時的凝固冷卻速度RC係採用習知的速度即可，不必做特別的限定。凝固冷卻速度RC，例如是150℃/分以下。為了要生成更多的MnS與Pb的複合夾雜物，最好是讓MnS在液相中結晶生成，而且使得存在於液相中的Pb附著在MnS的時間愈長愈好。因此，凝固冷卻速度RC是愈慢愈好。

合宜的凝固冷卻速度RC是50℃/分以下。這種情況下，MnS夾雜物係可在熔鋼中充分地結晶生成以及進行成長。因此，可容易生成粗大特定夾雜物，RA(Pb比) 會變成17%以下。

更好的凝固冷卻速度RC是20℃/分以下。這種情況下，在液相中將會容易結晶生成粗大的MnS以及進行成長。此外，在凝固之前的時間很長，因此能夠確保可讓Pb在熔鋼中進行移動而附著在粗大的MnS身上的充分的時間。因此，很容易生成含有MnS及Pb之複合夾雜物，RA(Pb比)會成為13%以下。

凝固冷卻速度係可從被鑄造的素材求得。第3圖係被鑄造的素材的橫剖面圖。在厚度為W(mm)的素材之中，在從表面起朝向素材中心之W/4的位置的地點P1，將其之從液相線溫度起迄固相線溫度為止的冷卻速度，定義為：在鑄造工序中的凝固冷卻速度RC(℃/min)。凝固冷卻速度RC係可依據下列的方法來求得。將凝固後的素材沿著橫剖面方向進行切斷。在素材的橫剖面之中，測定在地點P1之凝固組織的厚度方向上的二次樹枝狀組織臂的間隔λ 2(μm)。使用測定值λ 2，依據下列的數式(3)來求出冷卻速度RC(℃/min)。

RC=(λ 2/770)^-(1/0.41)……數式(3)

二次樹枝狀組織臂的間隔λ 2係取決於凝固冷卻速度。因此，藉由測定二次樹枝狀組織臂的間隔λ 2，即可求出凝固冷卻速度RC。

〔熱間加工工序〕

熱間加工工序，通常係實施一次或數次的熱間加工。在實施各熱間加工之前，先將素材予以加熱。然後，對於素材實施熱間加工。熱間加工係有例如：分塊輥軋或熱間鍛造。熱間加工後的素材，係利用空冷等的習知的冷卻法來進行冷卻。接下來，再視其必要，實施第二次的熱間加工，而製成鋼材。例如：利用連續輥軋機對於素材進行輥軋而製成棒鋼或線材。藉由上述的製造工序來製造快削鋼。

如以上的說明所述，本發明的快削鋼係可提昇被切削性(表面粗糙度、工具壽命、切屑處理性)以及具有優異的防生鏽特性。因此，只要採用本發明的快削鋼的話，能夠以高精密度且低不良率製造出：經過複數道工序才被製造出來的複雜形狀零件和精密零件。因此，使用本發明的快削鋼的話，在零件的製造工序中，能夠很容易實施自動化、無人化，製造後的切削零件即使長期間保管也不易生鏽。

[實施例]

製造出具有如表1所示的化學組成分之熔鋼。

將熔鋼進行鑄造而製成鑄片。鑄造時的凝固冷卻速度RC係如表1所記載。對於所製造的鑄片實施熱間加工，而製成直徑為10mm的棒鋼。凝固冷卻速度RC，係藉由測定鑄錠的二次樹枝狀組織臂的間隔，根據上述的數式(3)而求得的。針對於棒鋼實施伸線加工以及矯直加工，而製成直徑為8mm的棒鋼。

〔評比試驗〕〔RA(Pb比)〕

從各試驗編號的棒鋼的R/2部，採取組織觀察用的試驗片。將試驗片的表面之中，與棒鋼的長軸方向(換言之，輥軋方向或伸線延伸方向)平行的剖面，予以定義為：觀察面。然後，再依照上述的方法求出RA(Pb比)(%)。

〔被切削性〕

被切削性，係針對於：表面粗糙度、利用通常的鑽頭進行鑽孔時的工具壽命特性、以及切屑處理性進行評比。在其中的任何一項評比之中，被標示了「×」的項目視為「被切削性很低」，將未被標示了「×」之其他的項目判斷為「被切削性良好」。

〔切削試驗〕

將直徑為8mm的棒鋼，依既定的長度予以切斷，以當作切削試驗片。針對於試驗片，實施了第2圖所示的外周面車削加工。具體而言，工具10係採用K10種超硬工具。工具10的刀尖半徑R是0.4；刀面角是5°。依據切削速度V1：80m/分、給送速度V2：0.05mm/rev、切削深度量D1：1mm、切削寬度L1：每一個試驗片為10mm的條件，實施了外周面車削加工。此外，進行車削加工時係使用了不溶性切削油。並且針對於1000個的試驗片，實施了上述條件的切削(車削)試驗。

[表面粗糙度評比]

在上述的切削試驗中，當第1000個試驗片的車削加工結束後，測定了該試驗片的表面粗糙度。表面粗糙度，係依照日本工業規格JIS B0601(2001)所制定的十點表面粗糙度(Rz)來求得的。將測定結果予以標示在表1的「表面粗糙度」欄。在表1中，「◎」係表示：表面粗糙度為10μm Rz JIS以下。「○」係表示：表面粗糙度為高於10~15μm Rz JIS。「△」係表示：表面粗糙度為高於15~20μm Rz JIS。「×」係表示：表面粗糙度為高於20μm Rz JIS。表面粗糙度為20μm Rz JIS以下的情況，係可獲得優異的表面粗糙度。此外，表中的「○~◎」係表示：經過複數次的測定結果，得到◎以及○的評比結果。

[工具壽命評比]

針對於第1000個試驗片的車削加工結束後的工具 10，測定了前刀面的工具磨損量(mm)。將測定結果予以標示在表1的「工具磨損」欄。在表1中，「◎」係表示：工具磨損量為150μm以下。「○」係表示：工具磨損量為高於150~200μm。「×」係表示：工具磨損量為高於200μm。工具磨損量為200μm以下的情況，被評比為：工具壽命優異。

〔切屑處理性評比〕

在第1000個試驗片的車削時，獲得了第3圖A以及第3圖B所示的切屑20。並且測定了切屑20的長度L20、直徑D20。依據測定結果進行了如表2所示的分類。

參照表2來對於切屑處理性進行如下所述的評比。「◎」係表示：切屑是直徑30mm以下的線圈形狀，切屑長度為20mm以下。「○」係表示：切屑是直徑30mm以下的線圈形狀，切屑長度超過20mm；或者，切屑不是直徑30mm以下的線圈形狀，切屑長度為20mm以下。「△」係表示：切屑不是直徑30mm以下的線圈形狀，切屑長度為高於20mm~未達50mm。「×」係表示：切屑不是直徑30mm以下的線圈形狀，切屑長度為50mm以上。將切屑的測定結果為「◎」、「○」或「△」的情況，評比為：切屑處理性優異。

〔防生鏽特性(耐腐蝕性)評比試驗〕

將直徑為8mm的棒鋼，依既定長度予以切斷而製作成試驗片。針對於試驗片，依據與上述的切削試驗同樣的條件進行車削加工。一邊對於切削面噴霧自來水，一邊在濕度為70%、溫度為20℃的氣相環境內將試驗片保管24小時。保管後，觀察試驗片的切削面，測定了生鏽點的個數。將測定結果予以標示在表1的「防生鏽特性」欄。「◎」係表示：生鏽點未達10個點。「○」係表示：生鏽點有11~15個點。「△」係表示：生鏽點有16~19個點。「×」係表示：生鏽點有20個點以上。

〔熱間加工時的表面瑕疵之評比試驗〕

從上述之直徑為10mm的棒鋼，製作出直徑為10mm，長度為100mm的圓棒試驗片。在試驗片的兩端實施螺紋加工，將試驗片安裝到拉伸試驗的治具之後，實施了利用通電加熱的熱間拉伸試驗。具體而言，利用通電加熱將試驗片予以加熱至1100℃，並保持3分鐘。然後，藉由放冷而予以冷卻至900℃。在試驗片的溫度降至900 ℃的時間點，實施拉伸試驗，對於斷裂時的延性(直徑縮小值)加以評比。在各試驗編號中，各以3根試驗片來實施上述拉伸試驗，並且求出所獲得的直徑縮小值的平均。將結果予以標示在表1的「表面瑕疵」欄。「◎」係表示：直徑縮小值的平均為60%以上。「○」係表示：直徑縮小值的平均為50~未達60%。「△」表示：直徑縮小值的平均為40~未達50%。「×」係表示：直徑縮小值的平均為未達40%。將直徑縮小值的平均為40%以上的情況，予以評比為：熱間加工時的延性優異，表面瑕疵的發生受到了抑制。

〔試驗結果〕

從表1可以看出：試驗編號1~34、以及46~48的每一個都是化學組成分落在本發明的範圍內，並且符合數式(1)的關係。因此，切削精度(表面粗糙度)、工具壽命、切屑處理性的每一項都優異，被切削性也很優異。此外，防生鏽特性以及延性也都優異。又，在試驗編號1~34、以及46中，Pb夾雜物的個數比率RA是17%以下。

在試驗編號1~34之中，尤其是試驗編號1~5、10、12、17~19、以及21~34，化學組成分是落在合宜的範圍。因此，這些試驗編號與試驗編號6~9、11、13~16、以及20相較，防生鏽特性更優異。

試驗編號1~34之中，尤其是試驗編號24~34，係含有可做選擇性添加的元素(Ca、Mg、Zr以及 B)。因此，這些試驗編號與試驗編號1~23相較，切削精度(表面粗糙度)很優異。

在試驗編號1~34、以及46~48之中，尤其是試驗編號1~34、以及46，冷卻速度是50℃/分以下。因此，RA(Pb比)是17%以下。其結果，與試驗編號47以及48相較，防生鏽特性更優異。

在試驗編號1~34、以及46~48之中，尤其是試驗編號1~34，冷卻速度是20℃/分以下。因此，RA(Pb比)是13%以下。其結果，與試驗編號46~48相較，防生鏽特性更優異。

另一方面，試驗編號35以及36則是S含量未達到本發明所規定的下限。因此，切削精度以及工具壽命較低，被切削性也較低。其原因被認為是：MnS夾雜物的生成較少的緣故。

試驗編號37及38的Pb含量係超過本發明的規定上限。因此，防生鏽特性較低，延性也較低。其原因被認為是：Pb夾雜物太多的緣故。

試驗編號39及40則是未符合數式(1)的關係。因此，防生鏽特性較低，延性也較低。其原因被認為是：MnS與Pb的複合夾雜物較少，Pb夾雜物較多的緣故。

試驗編號41的Si含量係超過本發明的規定上限，試驗編號42的Al含量係超過本發明的規定上限。因此，被切削性較低。其原因被認為是：生成了太多硬質的氧化物之緣故。

試驗編號43的O含量未達到本發明所規定的下限。因此，被切削性較低。其原因被認為是：MnS發生延伸而長寬比太大的緣故。

試驗編號44的P含量未達到本發明所規定的下限。因此，切削精度(表面粗糙度)較低。其原因被認為是：因為P含量太低，鋼的脆化效果不足，降低了被切削性的緣故。

試驗編號45的C含量係超過本發明的規定上限。因此，工具壽命較低。其原因被認為是：C含量太高而導致鋼的強度太高的緣故。

試驗編號49以及50，其Pb含量未達到本發明所規定的下限。因此，被切削性很低。

以上，是說明了本發明的實施方式。然而，上述的實施方式只是用來實施本發明的舉例說明而已。因此，本發明並不限於上述的實施方式，只要是在不脫離本發明要旨的範圍內的話，都可以將上述的實施方式適度地改變來實施。

10‧‧‧MnS夾雜物

20‧‧‧Pb夾雜物

30‧‧‧複合夾雜物

A1、A2‧‧‧領域

Claims

一種快削鋼，其化學組成分，以質量%計，係含有C：0.005~0.150%、Si：未達0.010%、Mn：1.02~2.00%、P：0.010~0.200%、S：0.350~0.600%、Pb：0.010~0.100%、N：0.004~0.015%、O：0.0080~0.0250%、Al：0~0.003%、從Ca、Mg以及Zr組成的群中所選出的一種以上：合計為0~0.0005%、以及B：0~0.0200%，其餘部分為Fe以及雜質，並且符合下列數式(1)的關係：Mn/S≧2.90．．．．．．數式(1)此處，數式(1)中的元素符號係代入所對應的元素的含量(質量%)。
如請求項1所述的快削鋼，其中，前述化學組成分，係含有Al：0.001~0.003%。
如請求項1所述的快削鋼，其中，前述化學組成分，係含有從Ca、Mg以及Zr組成的群中所選出的一種以上：合計為0.0001~0.0005%。
如請求項2所述的快削鋼，其中，前述化學組成分，係含有從Ca、Mg以及Zr組成的群中所選出的一種以上：合計為0.0001~0.0005%。
如請求項1所述的快削鋼，其中，前述化學組成分，係含有B：0.0005~0.0200%。
如請求項2所述的快削鋼，其中，前述化學組成分，係含有B：0.0005~0.0200%。
如請求項3所述的快削鋼，其中，前述化學組成分，係含有B：0.0005~0.0200%。
如請求項4所述的快削鋼，其中，前述化學組成分，係含有B：0.0005~0.0200%。
如請求項1至請求項8中的任一項所述的快削鋼，其中，相對於MnS夾雜物、Pb夾雜物、以及含有前述MnS夾雜物及Pb的複合夾雜物的其中任一種，圓當量直徑為10μm以上的特定夾雜物的總個數之圓當量直徑為10μm以上的前述Pb夾雜物的個數的比率係17%以下。