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CN1711367A - 切削性优良的钢及其制造方法 - Google Patents

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CN1711367A
CN1711367A CN 200380103425 CN200380103425A CN1711367A CN 1711367 A CN1711367 A CN 1711367A CN 200380103425 CN200380103425 CN 200380103425 CN 200380103425 A CN200380103425 A CN 200380103425A CN 1711367 A CN1711367 A CN 1711367A
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mns
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equal
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矶部浩一
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Abstract

本发明是按质量％由C：0.005～0.2％、Si：0.001～0.5％、Mn：0.2～3.0％、P：0.001～0.2％、S：0.03～1.0％、B：0.005～0.05％、总N：0.002～0.02％、总O：0.005～0.035％、余量为Fe和不可避免的杂质构成的钢，而且是以满足钢中的Mn/s被限制在1.2～2.8，或者在钢的显微组织中超过1μm颗粒直径的珠光体面积率是小于或等于5％的其中任一方或者两方为特征的切削性优良的钢及其制造方法。

Description

切削性优良的钢及其制造方法
技术领域
本发明是关于用于汽车或一般机械等中的钢及其制造方法，特别是关于切削时的工具寿命和切削表面光洁度及切屑处理性良好的切削性优良的钢及其制造方法。
背景技术
一般机械或汽车是由多种部件组合来制造，但是其部件从要求的精度和制造效率的观点出发，在许多场合，经切屑工序进行制造的。此时，要求成本降低和提高生产率，对钢来说，也要求提高切削性。特别过去重视切削性而开发出SUM23和SUM24L。迄今已知，为了提高切削性，添加S、Pb等切削性提高元素是有效的。但是，由于需要者不同，Pb作为环境负担，往往避免使用，存在减低其使用量的倾向。
即使到目前为止，在不添加Pb的情况下，也使用像S那样在切削环境下形成MnS软质夹杂物来提高切削性的技法。但是在所谓的低碳含铅易切削钢SUM24L中，添加与低碳含硫易切削钢SUM23同量的S。因此需要添加以往以上的S量。但是，添加多量的S，除了仅使MnS粗化之外，不仅不会形成在切削性提高上有效的MnS分布，而且在轧制、铸造等中成为破坏起点，多引起轧制缺陷等制造上的问题。再有，以SUM23为基础的含硫易切削钢，容易发生积屑瘤附着，伴随积屑瘤的脱落和切屑分离现象，在切削表面产生凹凸，表面光洁度发生劣化。因此，从切削性的观点出发，也是由表面光洁度劣化而引起的精度降低的问题。在切屑处理性上，切屑短、容易切断者也被看作良好，但仅添加S，基体的延性大，因而不能充分地被切断，而不能得到很大的改善。
再有，S以外的元素，Te、Bi、P等作为切削性提高元素，也是已知的，虽然能够某种程度提高切削性，但在轧制或热锻时也容易产生裂纹，因而希望其含量尽量少，这在特开平9-71840号公报、特愿2000-160284号公报、特开2000-219936号公报、特开2001-329335号公报中已经有公开。
再有，在特开平11-222646号公报中提出了，通过以单独大于或等于20μm的硫化物、或者多种硫化物连接成大致串联状的长度大于或等于20μm的硫化物群在1毫米2轧制方向断面的视野内存在30个或其上，来提高切屑处理性的方法。但是，关于事实上对切削性最有效的超微米级硫化物的分散包括制造方法均未言及，并且从其成分系也不能期待。
另外，在特开平11-293391号公报中提出了，通过使硫化物系夹杂物的平均尺寸为50μm或以下、而且每1毫米2存在大于或等于750个该硫化物系夹杂物，来提高切屑处理性的方法。但是，关于事实上对切削性最有效的超微米级硫化物的分散，在特开平11-222646号公报中同样没有任何言及，并且关于意识到此的制作技术和调查方法，也没有记载。
另一方面，关于切削工具寿命，由于直接地影响制造效率等，因此往往被关注，但在切削性中，技术的难易度高的也是表面光洁度，关于表面光洁度，受切削材的本性的影响，因此使表面光洁度达到以往的钢以上是困难的。该表面光洁度与部件的性能直接相关，因此表面光洁度的劣化成为部件性能的降低和制品制造时的不良率增加的原因，往往比工具寿命更受重视。在此意义上，以往的含铅易切削钢是优良的，与仅含硫易切削钢相比，不仅工具寿命，而且表面光洁度也良好，因而为了防止部件性能的降低，多被使用。
在关于为了提高表面光洁度的钢的技术中，一般大多添加像Pb、Bi那样的易切削元素，但在此之外，例如像在特开平5-345951号公报中所看到的那样，通过使MnS夹杂物的平均大小细化至小于或等于50μm来确保表面粗糙度，以在铁素体基体中具有0.20～1.0％的平均断面积：5～30μm2的石墨为特征的工具寿命和加工面光洁度优良的石墨易切削钢等。
但是，即使这些手段，得到大于或等于以往的含铅易切削钢的表面光洁度也是困难的，所谓的低碳含铅易切削钢SUM24L，到目前为止表面光洁度仍属优良。其理由推断为，在这些规定下的夹杂物的微细分散水平，不过是对平均直径3μm程度的粒子进行加工处理，其均匀分散是不充分的，因此变得容易发生积屑瘤，不能像以往的含铅易切削钢等那样改善表面光洁度。
发明内容
本发明提供，一面避免轧制或热锻中的不良，一面改善工具寿命和表面光洁度两者，具有与以往的低碳含铅易切削钢同等或以上的切削性，表面光洁度良好的钢及其制造方法。
切削是使切屑分离的破坏现象，促进切削是一个重点。特别为了得到良好的表面光洁度，通过使基体脆化，而使破坏变得容易，在延长工具寿命的同时，通过极力抑制钢中的不均匀，由此在微观上也发生稳定的破坏现象，以抑制切削表面的凹凸。具体地说提供一种着眼于钢中珠光体的分布，通过使钢中C作为细珠光体(严格地说是渗碳体)均匀地分散而形成稳定的破坏，由此创立凹凸少的切削表面，并且可行的制造方法。本发明的要点如下。
(1)一种切削性优良的钢，其特征在于，它是按质量％由
C：0.005～0.2％、
Si：0.001～0.5％、
Mn：0.2～3.0％、
P：0.001～0.2％、
S：0.03～1.0％、
总N：0.002～0.02％、
总O：0.0005～0.035％、
余量为Fe和不可避免的杂质构成的钢，满足钢中Mn/S为1.2～2.8、或者在钢的显微组织中粒径超过1μm的珠光体的面积率是小于或等于5％中的任一方或者两方，并且钢的表面光洁度Rz是小于或等于11μm。
(2)一种切削性优良的钢，其特征在于，按质量％含有C：0.005～0.2％、Mn：0.3～3.0％、S：0.1～1.0％，关于使用透射电子显微镜观察的用提取复型法采取的MnS，在与钢材的轧制方向平行的断面中，以当量圆直径为0.1～0.5μm的MnS存在密度是大于或等于10000个/毫米2，并且钢的切削表面光洁度Rz成为小于或等于11μm。
(3)如(1)或者(2)中记载的钢，其特征在于还含有B：0.0005～0.05％质量。
(4)如(1)中记载的钢，其特征在于，关于使用透射电子显微镜观察的用提取复型法采取的MnS，在与钢材的轧制方向平行的断面中，按照当量圆直径为0.1～0.5μm的MnS存在密度是大于或等于10000个/毫米2。
(5)如(1)中记载的钢，其特征在于，还含有将S量限制在0.25～0.75质量％、将B量限制在0.002～0.014质量％，并且S和B含量满足下述式1的图4所示的A、B、C、D包围的区域内的S和B量，并且在MnS中包含析出BN的硫化物。
(B-0.008)2/0.0062+(S-0.5)2/0.252≤1    …式(1)
(6)如(1)或者(2)中记载的钢中，其特征在于，按质量％还含有
V：0.05～1.0％、
Nb：0.005～0.2％、
Cr：0.01～2.0％、
Mo：0.05～1.0％、
W：0.05～1.0％、
Ni：0.05～2.0％、
Cu：0.01～2.0％、
Sn：0.005～2.0％、
Zn：0.0005～0.5％、
Ti：0.0005～0.1％、
Ca：0.0002～0.005％、
Zr：0.0005～0.1％、
Mg：0.0003～0.005％、
Te：0.0003～0.05％、
Bi：0.005～0.5％、
Pb：0.01～0.5％、
Al：≤0.015％的1种或者大于或等于2种。
(7)一种(1)～(3)的任一项中记载的切削性优良的钢的制造方法，其特征在于，将具有(1)记载的成分的钢水铸造后，以10～100℃/分钟的冷却速度冷却，从A3点至550℃的范围以0.5℃/秒或其以上的冷却速度进行热轧后的冷却。
(8)一种(4)或者(5)记载的切削性优良的钢的制造方法，其特征在于，将具有(2)记载的成分的钢水铸造后，以10～100℃/分钟的冷却速度冷却，然后将热轧的最终温度限制在1000℃或其以上，从A3点至550℃的范围以0.5℃/秒或其以上的冷却速度进行热轧后的冷却。
(9)一种(1)～(6)的任一项中记载的切削性优良的钢的制造方法，其特征在于，继热轧后的冷却之后，再将为了调整硬度的加热温度限制在750℃或其以下。
(10)一种(7)～(9)的任一项中记载的切削性优良的钢的制造方法，其特征在于，上述钢按质量％还含有
V：0.05～1.0％、
Nb：0.005～0.2％、
Cr：0.01～2.0％、
Mo：0.05～1.0％、
W：0.05～1.0％、
Ni：0.05～2.0％、
Cu：0.01～2.0％、
Sn：0.005～2.0％、
Zn：0.0005～0.5％、
Ti：0.0005～0.1％、
Ca：0.0002～0.005％、
Zr：0.0005～0.1％、
Mg：0.0003～0.005％、
Te：0.0003～0.05％、
Bi：0.005～0.5％、
Pb：0.01～0.5％、
Al：≤0.015％中的1种或者1种以上。
附图说明
图1是表示本发明钢的铁素体·珠光体组织的显微镜照片。
图2(a)是表示本发明的钢中MnS的微细分散状态的显微镜照片，
图2(b)是表示以往钢中的粗大MnS的存在状态的显微镜照片。
图3是表示珠光体面积率和表面光洁度的关系的图。
图4是表示本发明钢的S量和B量的最合适范围的图。
图5是表示以本发明的MnS作为主成分，复合析出BN的硫化物的形态的透射电子显微镜复型照片。
图6是表示BN的EDX分析结果的图。
图7是表示切入式切削方法的图。
具体实施方式
本发明，以不添加铅，为了得到充分的切削性、特别是良好的表面光洁度使基体脆化的同时，为了使工具/切削材的接触面的润滑良好，多量地添加B为特征。另外，也比较多量地添加S，为了使其微细分散而精密地控制Mn和S的添加量的比例。另外，关于钢的显微组织，也控制在以往的碳素钢中看到的珠光体。即在化学成分中控制C添加量来抑制粗大的珠光体的析出，或者在含C多时，通过热处理来抑制粗大的珠光体颗粒的生成、即抑制了在自然冷却经常看到的珠光体带生成的切削性优良的钢。
接着，说明在本发明中规定的钢成分的限定理由。
C与钢材的基本强度和钢中的氧量有关，因此对切削性有较大的影响。多量地添加C，提高强度但会使切削性降低，因此其上限规定为0.2％。另一方面，为了防止使切削性降低的硬质氧化物生成，抑制凝固过程中的微细气孔等高温下的固溶氧的弊病，需要适量地控制氧量。如果单纯地通过吹炼使C量过于减低，不仅成本增加，而且钢中氧量多量地残留，成为微细气孔等不良情况的原因。因此，以能够容易防止微细气孔等不良情况的C量0.005％作为下限。C量的最佳下限是0.05％。
Si的过度添加，生成硬质氧化物，会使切削性降低，但适度的添加，使氧化物发生软质化，而不降低切削性。其上限是0.5％，在此以上，生成硬质氧化物。在0.001％以下时，在氧化物的软质化成为困难的同时，工业成本增长。
Mn是为了使钢中的硫作为MnS而固定·分散所必要的。另外是为了使钢中氧化物软化、使氧化物无害化所必要的。其效果也依赖于添加的S量，但在小于0.2％时，不能将添加S作为MnS充分地固定，S形成FeS而变脆。如果Mn量变大，则基体的硬度变大，切削性或冷加工性降低，因此上限规定为3.0％。
P在钢中，基体的硬度变大，不仅冷加工性，而且热加工性或铸造特性也降低，因此其上限必须规定为0.2％。另一方面，它是在提高切削性上有效的元素，因而下限值规定为0.001％。
S与Mn结合，以MnS夹杂物存在。MnS可以使切削性提高，但是已延伸的MnS是产生锻造时的各向异性的原因之一。大的MnS是必须避免的，但从提高切削性的观点来看，多量的添加是优选的。因此优选使MnS微细分散。在将切削性提高到不添加Pb的以往的含硫易切削钢以上，大于或等于0.03％的添加是必要的。另一方面，如果超过1％，不仅不能避免粗大的MnS的生成，而且由于由FeS等引起的铸造特性、热变形特性的劣化，在制造中产生裂纹，因此以1％作为上限。
B如果作为BN析出，在提高切削性上就有效果。这些效果在小于0.0005％时不显著，即使超过0.05％添加，其效果也达到饱和，如果过多地析出BN，铸造特性、热变形特性反而劣化，在制造中产生裂纹。因此以0.0005～0.05％作为其范围。
在本发明中，特别通过以极其限定上述的S量和B量的图4所示的椭圆内的A、B、C、D包围的区域，即通过限定在以下的式(1)
(B-0.008)2/0.0062+(S-0.5)2/0.252≤1             …式(1)的区域，而得到最良好的特性。
N(总N)在固溶N的情况下使钢硬化。特别在切削中，由于动应变时效在刀刃附近发生硬化，使工具的寿命降低，但也有改善切削表面光洁度的效果。另外，与B结合生成BN，提高切削性。在小于0.002％时，看不到由固溶氮引起的表面光洁度提高效果或由BN引起的切削性改善效果，因此以0.002％作为下限。另外，如果超过0.02％，固溶氮就多量存在，因此反而降低工具寿命。并且在铸造途中生成气泡，而成为缺陷等的原因。因此在本发明中，以0.02％作为上限。
O(总O)以游离状态存在的情况下，在冷却时成为气泡，而成为微细气孔的原因。另外，为了使氧化物软质化，抑制在切削性上有害的硬质氧化物，也需要抑制。进而，当使MnS微细分散时，作为析出核来利用氧化物。在不到0.0005％时，不能充分地使MnS微细分散，而产生粗大的MnS，在机械性能上也带来不良的影响，因此以0.0005％作为下限。再有如果氧量超过0.035％，在铸造中就形成气泡，而成为微细气孔，因此其上限规定为0.035％。
接着，说明将珠光体面积率规定为5％或其以下的理由。一般说来，使含碳钢从相变点以上的温度冷却时，成为铁素体·珠光体组织。成为本发明的对象的C量较少的钢，从相变点(A3点)以上的温度空冷后，进行切取，并进行镜面研磨，如果用硝酸乙醇进行浸蚀，就能够观察到其内部如图1的显微组织。黑的颗粒是称为珠光体的铁素体和渗碳体的复合组织，但通常，像这样通过硝酸乙醇浸蚀而看到的黑的颗粒比看到的白的铁素体晶粒是硬质的，在钢的变形/断裂行为中，局部地显示与铁素体晶粒不同的举动。这在切削中，在切屑的破断行为中，阻碍均匀变形/破断，因而与积屑瘤的生成大大有关，进而使切削面的表面光洁度劣化。因此，极力排除起因于C的组织不均匀是重要的。因此将用硝酸乙醇浸蚀的黑的颗粒看作珠光体颗粒，该珠光体颗粒如果过多，就引起组织不均匀，而成为表面光洁度劣化的原因，因此其面积率限制在小于或等于5％，表面光洁度Rz限制在小于或等于11μm。在图3中表示珠光体面积率和表面光洁度的关系。
这里，关于测定方法的详情加以叙述。将沿轧制或者锻造后的钢的纵向断面(L断面)切断、埋入树脂的试样进行镜面研磨，进行硝酸乙醇浸蚀。使用图像处理装置，对在用硝酸乙醇浸蚀成黑色物内的去除了灰色的MnS后的粒径(当量圆直径)大于或等于1μm的颗粒进行解析，求出其面积率。在面积率测定的图像处理时，通过设定与可见到的黑色珠光体相应的“临界值”，调整图像浓淡，通过从图像上消除可见到的灰色的夹杂物(MnS等)，仅以珠光体作为测定对象。此时的识别最小珠光体是约1μm，但不到1μm的珠光体，不对切削性带来影响，因此即使不能识别，也没有影响。
本发明中的测定视野，以大于或等于400倍的倍率，对1个视野0.2毫米2(0.4毫米×0.5毫米)进行20个视野测定，即为合计4毫米2的面积，计算出珠光体面积率。
关于Mn/S，业已知道它对热轧性影响较大，通常，如果没有达到Mn/S＞3，就会大大降低钢的制造性。其原因是生成了FeS，但是在本发明中已发现，在低C、而且高S的区域，能够使其比例进一步降低至Mn/S：1.2～2.8。在Mn/S小于1.2时，FeS多量生成，使热轧性极端地降低，而大大降低制造性。
在图2中表示使用复型法，用透射电子显微镜观察Mn/S≤2.8和Mn/S＞2.8时的微细的MnS的例子。在Mn/S＞2.8时，仅形成图2(b)所示的粗大的MnS，不能使表面粗糙度变小。另一方面，在Mn/S限制成1.2～2.8时，得到生成如图2(a)所示的微细的MnS。
利用连铸或钢锭的铸造后，通过高于或等于900℃的反复加热，就能够增加该微细MnS的个数。
接着，在MnS的形态及其大小和分布中，关于以当量圆直径为0.1～0.5μm的存在密度规定为大于或等于10000个/毫米2的理由加以说明。
MnS是提高切削性的夹杂物，以微细、高密度分散，显著地提高切削性。为了发挥其效果，按当量圆直径为0.1～0.5μm的MnS存在密度需要大于或等于10000个/毫米2。通常用光学显微镜观察MnS硫化物分布，测定其尺寸、密度。对应该尺寸的MnS硫化物，在光学显微镜下的观察，是不可能确认的，用透射电子显微镜(TEM)才可观察到。即使在光学显微镜下的尺寸、密度上没有差别，也是以在TEM观察中看到明显差别的尺寸的MnS作为主成分的硫化物，在本发明中，是通过控制MnS，使存在形态数值化，而谋求和现有技术的差别化。
为使超过上述尺寸的MnS以大于或等于10000个/毫米2的密度存在，有必要添加超过本发明的范围的多量的S，但如果多量添加，则粗大MnS大量存在的概率也变高，而成为锻造时的各向异性的原因。以本发明中规定的范围的S添加量，如果MnS超过该尺寸，MnS的量就不足，不能维持提高切削性所必要的密度。另外，最小直径0.1μm以下的MnS，实质上对切削性不产生影响。因此，以当量圆直径为0.1～0.5μm的MnS的存在密度存在10000个/毫米2是必要的。为了得到这种MnS的尺寸、密度，除了控制冷却速度以外，如果使所含的Mn与S之比达到1.5～2.5，则更有效。
再有，在本发明中，上述的MnS中，如图5所示，重要的是其中的10质量％或其以上的氮化硼(BN)具有复合析出的硫化物的形态。
BN通常容易在晶界析出，在基体中不易均匀地分散。为此不能产生在提高切削性上所必要的基体均匀脆化，即不能充分地发挥BN的效果。为了使BN在基体中均匀地分散，使成为BN的析出部位、并且在提高切削性上也是有效的MnS在基体中均匀地分散是必要的。通过使BN和MnS复合析出，达到BN的均匀分散，而大幅度地提高切削性。为此，需要至少于10％或其以上的BN与MnS复合析出。
在此所说的BN，是指在图5中以TEM复型照片表示，在图6的EDX分析明确地确认的B和N的峰的B和N的化合物。
再者，所谓MnS不仅包括纯粹的MnS，而且包括在主体中包含MnS的、Fe、Ca、Ti、Zr、Mg、REM(稀土元素)等的硫化物与MnS固溶而结合共存的夹杂物，或像MnTe那样S以外的元素与Mn形成化合物，与MnS固溶·结合而共存的夹杂物或以氧化物作为核而析出的上述夹杂物，是指其化学式可以(Mn，X)(S，Y)(其中，X是Mn以外的硫化物形成元素，Y是S以外的与Mn结合的元素)表示的Mn硫化物系夹杂物的总称。
接着，在本发明中，除了上述的成分以外，根据需要，还可以添加V、Nb、Cr、Mo、W、Ni、Sn、Zn、Ti、Ca、Zr、Mg、Te、Bi、Pb的1种或1种以上。
V形成碳氮化物，通过二次析出硬化能够使钢强化。在不到0.05％时，在高强度化上没有效果，如果超过1.0％添加，就析出多量的碳氮化物，反而损害机械性能，因此以1.0％作为上限。
Nb也析出碳氮化物，通过二次析出硬化能够使钢强化。在不到0.005％时，在高强度化上没有效果，如果超过0.2％添加，就析出多量的碳氮化物，反而损害机械性能，因此以0.2％作为上限。
Cr是提高淬透性、抗回火软化性赋予元素。因此在需要高强度化的钢中添加。在此情况下，以大于或等于0.01％的添加是必要的。但是如果多量地添加，就生成Cr碳化物而脆化，因此以2.0％作为上限。
Mo是在赋予抗回火软化性的同时，提高淬透性的元素。在不到0.05％时，得不到其效果，即使超过1.0％添加，其效果也达到饱和，以0.05％～1.0％作为添加范围。
W形成碳化物，通过二次析出能够使钢强化。在不到0.05％时，对高强度化没有效果，如果超过1.0％添加，就析出多量的碳化物，反而损害机械性能，因此以1.0％作为上限。
Ni强化铁素体，在提高延性的同时，在提高淬透性、提高耐蚀性上也是有效的。在不到0.05％时，得不到其效果，即使超过2.0％添加，在机械性能方面的效果也达到饱和，因此以2.0％作为上限。
Cu强化铁素体，在提高淬透性、提高耐蚀性上也是有效的。在不到0.01％时，得不到其效果，即使超过2.0％添加，在机械性能方面的效果也达到饱和，因此以2.0％作为上限。特别使热轧延性降低，而容易成为轧制时的缺陷的原因，因此优选与Ni同时添加。
Sn使铁素体脆化，使工具寿命延长的同时，在提高表面光洁度上也有效果。在不到0.005％时，得不到其效果，即使超过2.0％添加，在机械性能方面的效果也达到饱和，因此以2.0％作为上限。
Zn使铁素体脆化，使工具寿命延长的同时，在提高表面光洁度上也有效果。在不到0.0005％时，得不到其效果，即使超过0.5％添加，在机械性能方面的效果也达到饱和，因此以0.5％作为上限。
Ti也形成碳氮化物而强化钢。另外也是脱氧元素，通过形成软质氧化物可提高切削性。在不到0.0005％时，得不到其效果，即使超过0.1％添加，其效果也达到饱和，另外，Ti在高温下也形成氮化物，抑制奥氏体晶粒长大。因此以0.1％作为上限。再者，Ti和N化合而形成TiN，但TiN是硬质物质，降低切削性。并且使为了制造对切削性提高是有效的BN所必要的N量降低。因此，Ti添加量优选0.010％或其以下。
Ca是脱氧元素，生成软质氧化物，不仅提高切削性，而且固溶于MnS中使其变形能降低，即使进行轧制或热锻，也有抑制MnS形状的延伸的作用。因此，是对减低各向异性有效的元素。在不到0.0002％时，其效果不显著，即使添加大于0.005％，不仅成品率极端变差，而且大量生成硬质的CaO，反而降低切削性。因此，添加范围规定为0.0002～0.005％。
Zr是脱氧元素，生成氧化物。氧化物成为MnS的析出核，对MnS的微细均匀分散有效果。固溶于MnS中，降低其变形能，即使轧制或热锻也有抑制MnS形状的延伸的作用。因此，是对各向异性的减低有效的元素。在不到0.0005％时，其效果不显著，即使添加大于0.1％，不仅成品率极端变差，而且大量生成硬质的ZrO2、ZrS等，反而降低切削性。因此，添加范围规定为0.0005～0.1％。另外，在谋求MnS的微细分散时，优选Zr与Ca的复合添加。
Mg是脱氧元素，生成氧化物。氧化物成为MnS的析出核，对MnS的微细均匀分散有效果，是对各向异性的减低有效的元素。在不到0.0003％时，其效果不显著，即使添加大于0.005％，不仅成品率极端变差，而且效果也达到饱和。因此添加范围规定为0.0003～0.005％。
Te是提高切削性元素。并且生成MnTe，或由于与MnS共存而降低MnS的变形能，有抑制MnS形状的延伸的作用。因此是对各向异性减低有效的元素。在不到0.0003时，得不到该效果，如果超过0.05％，效果就达到饱和。
Bi和Pb是对切削性提高有效的元素。在小于0.005％时，得不到该效果，即使超过0.5％添加，不仅切削性提高效果达到饱和，而且热锻特性降低，容易成为缺陷的原因。
Al是脱氧元素，在钢中形成Al2O3和AIN。但是，Al2O3硬质的，成为在切削时工具损伤的原因，促进磨损。因此限制在不多量生成Al2O3的小于或等于0.015％。特别在使工具寿命优先的情况下，优选小于或等于0.005％。
另外，在本发明中，在与其说优先避免切削性故障不如说优先避免淬火中的故障的情况下，在切削性的允许范围内减低B量，例如在本发明中规定的成分组成中，规定为B：0.0005～0.005％、而且S量也规定为0.5～1.0％，也能够作为切削性优良的钢。这在B大量存在的情况下，残留固溶B，淬透性变大，通过渗碳淬火等热处理，硬化层变得过深，或在部件性能上使应变加大，或使硬化部发脆，因而本发明的上述规定能够防止淬裂等各种故障。再有，在本发明中，在冷锻或拔丝等对易切削钢除切削以外的加工方法中，MnS容易成为破坏的起点而产生裂纹，因而机械性能往往降低，因此通过将应该确保作为易切削钢的最低限度的切削性的S量控制在0.03～0.5质量％，也能够抑制冷锻或高频产生的表面裂纹。
接着，对使上述的MnS、BN微细分散的钢的制造方法加以说明。
以MnS作为主成分、复合析出BN的硫化物的微细分散，在提高切削性上是有效的。为了使该硫化物微细分散，需要控制以MnS作为主成分、复合析出BN的硫化物的结晶析出，在该控制中，需要规定铸造时的冷却速度范围。在冷却速度在10℃/分钟以下时，凝固过于慢，以结晶析出的MnS作为主成分的复合析出BN的硫化物已发生粗大化，不能微细分散。在冷却速度大于100℃/分钟时，生成的微细硫化物的密度达到饱和，钢锭的硬度上升，发生裂纹的危险性增加。为了得到该冷却速度，将铸型断面的大小、浇铸速度等控制在合适的值，就能够容易得到。这可以同时应用于连铸法、铸锭法。
在此所说的冷却速度是指，从铸锭的厚度方向Q部中的液相线温度至固相线温度的冷却时的速度。冷却速度从凝固后的铸锭厚度方向凝固组织的2次树枝状结晶枝臂的间隔，按照下述式计算求出：
Rc = ( λ 2 770 ) 1 0.41 其中，Rc：冷却速度(℃/分钟)，λ2：2次树枝状结晶枝臂的间隔(μm)。
即由于冷却条件不同，2次树枝状结晶枝臂的间隔发生变化，因此通过测定该变化，就能够确认控制的冷却速度。
BN在高于或等于1000℃时固溶于奥氏体中。在低于1000℃的温度，从铸造至粗轧过程中析出的BN残留在晶界，不能析出以MnS作为主成分、复合析出BN的硫化物。在热轧时的终轧过程中，通过在高于或等于1000℃的温度进行轧制，再固溶的BN以MnS硫化物作为析出核而变得容易复合析出。如果在低于1000℃进行终轧，以BN和MnS作为主成分的硫化物的复合析出变得不易发生。
接着，对在本发明中，为了得到小于或等于5％的珠光体面积率的显微组织的制造方法加以说明。
积屑瘤向工具上的生成行为对切削表面光洁度产生大的影响。本来，在力学上切削工具正上方是对材料最严酷的环境，认为容易发生材料的破坏/分离，由此本不应该有积屑瘤附着，但实际上因为工具/切削材料间的强力的粘附和切削材料的组织不匀，而发生积屑瘤。因此认为重要的是极力增加材料的显微组织的均匀性。其结果，本发明人发现，迄今认为几乎没有关系的珠光体分布与显微组织的均匀性大大有关。
这里，所谓珠光体是指在镜面研磨面实施硝酸乙醇浸蚀后看到的黑的组织。严格地说所谓珠光体是指铁素体和板状渗碳体交互地排列而构成的群，但在光学显微镜下看到的正像1个颗粒。进而如图1所示，在利用通常的轧制·冷置的制造工艺时，这种珠光体颗粒带状地排列析出(以后将其称为珠光体带)。这种珠光体的机械性能与基体的单相铁素体不同，因此使刀尖附近的变形破坏不均匀化，进而助长积屑瘤的成长。
因此，通过调整钢成分或者热经历来控制与大于或等于1μm的珠光体颗粒相关的、测定视野4毫米2的观察视野中的珠光体面积率，调查得到良好的表面光洁度的临界领域时已清楚，为了抑制表面光洁度的劣化，大于或等于1μm的珠光体颗粒所占的面积率为小于或等于5％。在图2中示出珠光体面积率和表面光洁度的关系。
如图1所示，可知按照本发明的易切削钢，看到的黑的组织极少。严格地说，在本发明中成为回火马氏体或者回火贝氏体组织，碳化物不是珠光体(换言之，由板状渗碳体和铁素体产生的条纹状组织)，但也不能否定以渗碳体颗粒的形态存在的可能性。但是，在此将这样的铁系碳化物总称为珠光体来表示。
接着，对本发明的易切削钢的制造方法加以说明。
[淬火热经历：从A3点或其以上的温度至550℃或其以下为0.5℃/秒]
在本发明中，作为热轧后的热经历，重要的是，热轧后从A3点或其以上的温度至550℃或其以下，以大于或等于0.5℃/s的冷却速度进行冷却。
以往，对所谓的低碳易切削钢不进行急冷。低碳易切削钢C量少，因而即使淬火硬度变化也少。因此利用以往的“淬火回火”对强度/韧性也无影响，所以对易切削钢来说，受所谓不必要的固定观念的约束。但是，在回到切削的本质来考虑，追求材质的均匀性的情况下，通过从A3点急冷，可以冻结钢中C的移动，抑制在空冷时的相变产生的粗大渗碳体的生成，进而抑制珠光体的生成即可。在此情况下，由淬火引起的硬化不是目的，因此即使不形成具有马氏体结构的淬火组织，能够冻结钢中C的移动，阻止粗大的渗碳体或者珠光体的生成就行。为此，如图3所示，从A3点至低于或等于550℃，需要以大于或等于0.5℃/秒的速度进行冷却。在提高淬透性元素少的场合等下，优选大于或等于1℃/秒的冷却速度。在冷却后的温度超过550℃，或冷却速度比0.5℃/秒慢的情况下，生成粗大的珠光体。一般大多析出带状，称为珠光体带。当然，如果像不锈钢那样多量地添加合金元素，即使冷却速度比0.5℃/秒慢，也不生成珠光体带，但由于在此设定为一般的易切削钢，所以规定为0.5℃/秒。
接着，在本发明中，继上述的急冷处理后，实施保持在低于或等于750℃的温度的热处理，就更能够使易切削钢的组织均匀化。
在实际制造过程中，为了进一步增加制品的稳定性，虽说C量少，但优选使钢中的硬度偏差减小的工艺。为此，通过再度高温保持，就能够减少材质不均。首先为了抑制粗大珠光体，重要的是从高于或等于A3点的温度至不生成粗大珠光体的低于或等于550℃进行急冷。然后，再如图4所示，通过再次保持在规定的温度T2℃，调整至满足需要者要求的硬度，就能够减少硬度偏差。通过加热及保持至低于或等于750℃的温度，调整成满足需要者的要求的硬度。
关于保持温度T2℃，该保持温度和保持时间应该取定于满足需要者要求的硬度。但是，如果保持温度T2℃超过750℃，向奥氏体的相变就开始，因此若再冷却时的冷却速度慢，就生成了珠光体带。因此，保持温度T2℃规定为低于或等于750℃。在后续过程中往往再施加拔丝等二次加工，因此优选调整成适合于这些后续过程的操作的硬度的保持温度T2℃。关于该保持时间，与工业生产上是小于或等于3分钟几乎不保持的情况相比，硬度等没有变化，因此优选为3分钟以上。
再者，在工业生产上，由于轧制或锻造尺寸等不同，即使钢内部也产生温度的不匀，因此也必须考虑在为了防止粗大珠光体的急冷后的低于或等于550℃的温度T1℃下的保持时间。急冷后的低于或等于550℃的温度T1℃下优选大于或等于5分钟保持，就与材质尺寸或偏析带无关，能够促进均匀的铁素体相变。这样的话，以后即使升温至保持温度T2℃(≤750℃)也不生成粗大珠光体或珠光体带。相反，在轧制或锻造后的尺寸大的情况下，在低于或等于550℃下的保持时间如果比1分钟短，内部的相变就没有结束，因此此后在高于550℃的温度保持时，就生成粗大珠光体或粗大珠光体带。
实施例
实施例1
使用实施例来说明本发明的效果。表1、表2(表1的续1)、表3(表1的续2)、表4(表1的续3)、表5(表1的续4)、表6(表1的续5)所示的供试验材中，No.13用270吨转炉熔炼，其他用2吨真空熔炼炉熔炼后，分块轧成钢板，再轧成60毫米。
在表的热处理项中，记作正火的实施例是在920℃保持10分钟或其以上，进行空冷。记作QT(淬火回火)的本发明例，从920℃在轧制生产线后端的水槽中投入性急冷后，在退火中在710℃保持大于或等于1小时。由此调整珠光体面积率。在本发明例中，虽然C量低，但在正火中也能够减低珠光体面积率。
表1～表6的实施例1～81所示材料的切削性评价，使用钻头穿孔试验，在表7中表示切削条件。以能够切削至累积孔深1000毫米的最高切削速度(所谓的VL1000，单位：米/分钟)评价切削性。
再对表示切削中的表面质量的切削表面光洁度进行评价。其切削条件示于表8中，其评价方法(以后，称为切入式切削试验)的概要示于图7(a)、图7(b)中。切入式切削试验中，工具反复进行短时间切削。在一次切削中，工具不沿切削材纵向移动，向旋转的切削材中心移动，因此短时间的切削后，拔出工具，但其形状，基本上工具的刀尖形状转印在切削材表面。由于积屑瘤的附着或工具的磨损，该转印的切削面的表面光洁度受到影响。用表面光洁度计测定该表面光洁度。以10点表面光洁度Rz(μm)作为表示表面光洁度的指标。
发明例1～75相对于对比例76～81，钻孔工具寿命都良好，与此同时，切入式切削中的表面光洁度良好。认为这是由于B铁素体发生局部脆化，光滑地进行表面创立，因此得到良好的表面光洁度。
这些表面光洁度的改善效果，在S超过0.5％时是显著的，即使在S量比0.5％少时，在切屑处理性上也看到效果。
再有Mn和S的比例，即使是在以往的钢中常看到的3左右，也可看到效果，但是如果使Mn/S变小，在进一步提高工具寿命的同时，也提高表面光洁度。其原因被认为，因为在B多量添加的环境下，微细MnS在铁素体中也微细分散，在润滑效果和脆化效果的两方面有效地发挥作用。但是，像实施例80那样，Mn/S如果过小，就生成FeS，因此产生轧制裂纹。有关本发明的评价，实施例70由于轧制裂纹，完全不能进行切削性等的评价，在表中没有表示其评价结果。
即使在C量作某些变更(表1～表6，实施例37～75)的情况下，通过大量地添加B，进一步控制珠光体面积率，能够得到良好的工具寿命和切削表面光洁度。
再者，关于切屑处理性，优选切屑卷曲时的曲率小的切屑，或者分断的切屑。因此，以切屑超过20毫米的曲率半径、连续大于或等于3卷进行卷曲而延长的切屑作为不良。虽然卷数多，但曲率半径小的切屑，或者虽然曲率半径大，但切屑长度未达到100毫米的切屑为良好。
表1
Figure A20038010342500271
表2(表1续1)
                            化学成分(质量％)   热处理   珠光体面积率(％)  VL1000米/分钟   表面光洁度Rz(μm)   切屑处理性
  实施例   区分   Ti   Ca   Zr   Mg   Te   Bi   Pb   Al   Mn/S
  1   发明例   0.0011   3.26   正火   1.5   147   10.5   ○
  2   发明例   0.0013   2.84   正火   0.6   155   10.4   ○
  3   发明例   0.0023   2.98   QT   1.9   144   7.3   ○
  4   发明例   0.0018   3.13   QT   0.7   157   6.6   ○
  5   发明例   0.0013   3.13   QT   0.7   142   7.8   ○
  6   发明例   0.0021   2.83   QT   2.0   152   6.2   ○
  7   发明例   0.0019   3.24   QT   2.0   147   6.6   ○
  8   发明例   0.0020   2.88   QT   1.4   157   7.4   ○
  9   发明例   0.0017   3.11   QT   2.6   141   6.8   ○
  10   发明例   0.0013   2.91   QT   0.6   145   6.5   ○
  11   发明例   0.0020   3.19   正火   5.5   130   10.8   ○
  12   发明例   0.0017   2.92   QT   2.3   131   6.4   ○
  13   发明例   0.0026   3.08   QT   2.7   126   6.3   ○
  14   发明例   0.0024   3.14   QT   0.8   145   7.5   ○
  15   发明例   0.0025   3.13   QT   2.6   146   7.7   ○
  16   发明例   0.0023   2.84   QT   0.7   144   6.6   ○
  17   发明例   0.0012   3.14   QT   2.8   147   6.8   ○
  18   发明例   0.0025   3.29   QT   0.5   145   7.5   ○
  19   发明例   0.0025   3.01   QT   1.5   147   7.0   ○
  20   发明例   0.0023   2.89   QT   2.5   145   7.0   ○
  21   发明例   0.0016   3.03   QT   3.0   146   6.9   ○
  22   发明例   0.0011   3.24   QT   0.8   143   7.2   ○
  23   发明例   0.026   0.0030   2.96   QT   1.0   143   8.0   ○
  24   发明例   0.0037   0.0028   3.26   QT   1.3   145   7.2   ○
  25   发明例   0.0037   0.0021   3.09   QT   3.0   144   6.9   ○
  26   发明例   0.0025   0.0027   3.25   QT   2.9   146   7.7   ○
  27   发明例   0.0030   0.0022   2.94   QT   1.0   144   7.9   ○
  28   发明例   0.16   0.0012   3.02   QT   1.2   170   7.3   ○
  29   发明例   0.283   0.0018   3.29   QT   1.3   170   6.4   ○
  30   发明例   0.0153   2.88   QT   0.8   128   7.1   ○
  31   发明例   0.0019   1.82   正火   1.4   154   10.2   ○
  32   发明例   0.0030   2.16   正火   1.4   165   11.7   ○
  33   发明例   0.0013   2.42   QT   2.0   156   3.9   ○
  34   发明例   0.0020   2.25   QT   1.4   167   4.5   ○
  35   发明例   0.0027   2.39   QT   0.7   153   4.1   ○
表3(表1续2)
Figure A20038010342500291
表4(表1续3)
  化学成分(质量％)   热处理   珠光体面积率(％)  VL1000米/分钟   表面光洁度Rz(μm)   切屑处理性
  实施例   区分   Ti   Ca   Zr   Mg   Te   Bi   Pb   Al   Mn/S
  36   发明例   0.0028   2.01   QT   3.0  168   3.5   ○
  37   发明例   0.0018   2.39   QT   2.2  154   3.4   ○
  38   发明例   0.0014   2.11   QT   2.1  170   3.7   ○
  39   发明例   0.0024   2.39   QT   0.5  156   3.5   ○
  40   发明例   0.0027   2.00   QT   0.7  168   3.9   ○
  41   发明例   0.0014   1.95   正火   5.2  135   3.9   ○
  42   发明例   0.0023   1.90   QT   2.5  131   3.6   ○
  43   发明例   0.0029   1.95   QT   2.0  133   3.1   ○
  44   发明例   0.0016   1.92   QT   1.0  155   3.4   ○
  45   发明例   0.0015   1.82   QT   2.8  156   3.7   ○
  46   发明例   0.0026   2.00   QT   1.9  155   3.3   ○
  47   发明例   0.0012   2.39   QT   1.4  156   3.7   ○
  48   发明例   0.0026   2.09   QT   0.6  155   3.6   ○
  49   发明例   0.0012   2.00   QT   2.8  154   4.1   ○
  50   发明例   0.0030   2.31   QT   1.4  156   4.2   ○
  51   发明例   0.0019   2.02   QT   2.6  155   3.3   ○
  52   发明例   0.0029   2.27   QT   0.8  153   4.8   ○
  53   发明例   0.036   0.0016   2.12   QT   1.3  156   4.7   ○
  54   发明例   0.0033   0.0017   1.89   QT   2.5  156   4.5   ○
  55   发明例   0.0035   0.0024   2.14   QT   2.1  154   3.0   ○
  56   发明例   0.0020   0.0013   1.82   QT   2.6  154   4.3   ○
  57   发明例   0.0061   0.0022   2.21   QT   2.4  154   3.6   ○
  58   发明例   0.16   0.0017   2.37   QT   2.8  182   2.6   ○
  59   发明例   0.266   0.0031   2.02   QT   2.5  189   2.2   ○
  60   发明例   0.0208   1.96   QT   1.9  136   3.5   ○
  61   发明例   0.005   0.0010   2.70   QT   2.3  146   6.5   ○
  62   发明例   0.0009   0.0021   2.95   QT   3.4  145   6.4   ○
  63   发明例   0.0022   0.0025   0.0010   2.68   QT   2.9  145   6.6   ○
  64   发明例   0.0018   0.0012   0.0011   2.45   QT   3.0  139   6.5   ○
  65   发明例   0.0016   2.00   QT   2.5  172   7.3   ○
  66   发明例   0.0030   0.0015   2.00   QT   2.8  134   6.5   ○
  67   发明例   0.0012   2.00   QT   3.6  131   8.9   ○
  68   发明例   0.0025   0.0015   0.0019   2.00   QT   2.1  130   6.1   ○
  69   发明例   0.0016   2.50   QT   3.9  135   9.9   ○
  70   发明例   0.0017   2.51   QT   2.3  133   7.2   ○
  71   发明例   0.0025   0.0010   2.50   QT   3.9  132   6.5   ○
表5(表1续4)
  化学成分(质量％)
  实施例   区分   C   Si   Mn   P   S   B   总N   总O   V   Nb   Cr   Mo   W   Ni   Cu   Sn   Zn
  72   发明例   0.059   0.009   1.38   0.075   0.55   0.0092   0.0132   0.0173
  73   发明例   0.069   0.009   1.62   0.076   0.54   0.0089   0.0095   0.0160
  74   发明例   0.062   0.006   1.80   0.090   0.60   0.0100   0.0106   0.0181
  75   发明例   0.058   0.002   1.65   0.079   0.55   0.0110   0.0122   0.0173
  76   对比例   0.045   0.007   1.00   0.084   0.35   0.0076   0.0074   0.0183
  77   对比例   0.050   0.005   1.79   0.074   0.59   0.0067   0.0062   0.0180
  78   对比例   0.049   0.008   0.96   0.077   0.34   0.0129   0.0141   0.0205
  79   对比例   0.055   0.009   1.78   0.080   0.59   -   0.0123   0.0151
  80   对比例   0.047   0.011   0.48   0.085   0.53   0.0089   0.0090   0.0167
  81   对比例   0.048   0.008   0.93   0.089   0.53   -   0.0139   0.0151
表6(表1续5)
                                  化学成分(质量％)   热处理   珠光体面积率(％)  VL1000米/分钟   表面光洁度Rz(μm)   切屑处理性
  实施例   区分   Ti   Ca   Zr   Mg   Te   Bi   Pb   Al   Mn/S
  72   发明例   0.0016   2.51   QT   2.2  132   7.2   ○
  73   发明例   0.0016   0.0010   0.0006   3.00   QT   2.6  134   9.1   ○
  74   发明例   0.0010   3.00   QT   1.9  130   8.2   ○
  75   发明例   0.0022   0.0017   0.0009   2.00   QT   2.9  130   6.4   ○
  76   对比例   0.0012   2.90   正火   5.8  97   17.0   ×
  77   对比例   0.0013   3.05   正火   5.8  119   21.1   ○
  78   对比例   0.0017   2.83   正火   5.8  100   24.4   ○
  79   对比例   0.0011   3.03   正火   5.3  119   24.2   ○
  80   对比例   0.0013   0.90    -    -   -    -   -
  81   对比例   0.0027   2.81   正火   5.9  117   24.6   ×
表7
  切削条件   钻孔   其他
  切削速度 10～200米/分钟进刀量   0.33毫米/转水溶性切削油   5毫米NACHI 普通钻头越程60毫米   孔深     15毫米工具寿命 至折损
表8切入式切削条件
  切削条件  工具  其他
  切削速度  80米/分钟进刀量    0.05毫米/转水溶性切削油  相当SKH57前角20°后角6°  越程评价计时200循环
实施例2
表9、表10(表9的续1)、表11(表9的续2)、表12(表9的续3)、表13(表9的续4)、表14(表9的续5)所示的供试验材，一部分用270吨转炉熔炼后，冷却速度为10～100℃/分钟地进行铸造。分块轧成钢板，再轧成50毫米。其他用2吨真空熔炼炉熔炼，轧成50毫米。此时，通过变化铸型断面尺寸来调整铸锭的冷却速度。材料的切削性，通过表7所示条件的钻头穿孔试验和表8所示条件的切入式切削进行评价。钻孔穿孔试验，是以能够切削至累积孔深1000毫米的最高切削速度(所谓的VL1000，单位：米/分钟)评价切削性的方法。切入式切削，是利用切断工具转印工具形状而评价表面光洁度的方法。在图7(a)、图7(b)中示出该实验方法的概要。在该实验中，用表面光洁度计测定200个沟加工时的表面光洁度。以10点表面光洁度Rz(单位：μm)作为表示表面光洁度的指标。
以当量圆直径为0.1～0.5μm大小的MnS作为主成分的硫化物密度的测定，使用提取复型法从50毫米轧制后的轧制方向平行的断面的Q部采取，在透射电子显微镜上进行。测定以10000倍、1视野80μm2、大于或等于40视野进行，将其换算成以每1平方厘米的MnS作为主成分的硫化物数来计算。在表10、表12和表14的式(1)计算值中小于或等于1的是满足本发明的开发钢。
如图2(a)、图2(b)所示，光学显微镜水平不能够确认大小的MnS，通过透射电子显微镜观察，发明例和对比例在大小、密度上看到明显的差别。
再者，表10、表12、表14的切削阻力和切削层处理性如下。在车床的转塔上安装压电元件型工具动力计(キスラ-公司制)，以便在其上以和通常的切削相同的位置固定工具，进行切入式切削并测定切削阻力。由此，以加在工具上的负荷的主分力和背分力分别作为电压信号，就能够测定。切削速度、进刀速度等切削条件和评价切削表面光洁度相同。
关于切屑处理性，优先选择切削卷曲时的曲率小或者分断的切屑。因此，以切屑超过20毫米的曲率半径、连续大于或等于3卷进行卷曲而延长的切屑作为不良。虽然卷数多，但曲率半径小的切屑，或者虽然曲率半径大，但切屑长度未达到100毫米的切屑为良好。
关于切削性，发明例相对于对比例的钻孔工具寿命都优良，与此同时，切入式切削中的表面光洁度也良好。特别对于表面光洁度，由于微细MnS和BN的复合析出效果，能够得到非常优良的值。
表9
  区分 钢                                                                         化学成分(质量％)
  C   Si   Mn   P   S   总N   总O   B   V   Nb   Cr   Mo   W   Ni   Cu   Su   Zn   Ti   Ca
  发明例   1   0.051   0.012   0.83   0.076   0.56   0.0140   0.0202   0.0070
  2   0.031   0.003   0.76   0.084   0.52   0.0124   0.0153   0.0066
  3   0.021   0.005   1.05   0.079   0.54   0.0044   0.0177   0.0061
  4   0.052   0.010   0.91   0.075   0.47   0.0148   0.0157   0.0059
  5   0.053   0.009   1.45   0.071   0.61   0.0125   0.0184   0.0079
  6   0.021   0.012   1.41   0.077   0.62   0.0051   0.0207   0.0079
  7   0.053   0.005   1.72   0.077   0.60   0.0044   0.0202   0.0077
  8   0.021   0.014   1.31   0.081   0.46   0.0113   0.0187   0.0068
  9   0.057   0.013   1.07   0.080   0.54   0.0126   0.0181   0.0070   0.10
  10   0.055   0.008   1.10   0.078   0.56   0.0051   0.0175   0.0079   0.005
  11   0.052   0.011   1.17   0.079   0.59   0.0082   0.0202   0.0056   0.41
  12   0.051   0.006   1.15   0.080   0.58   0.0121   0.0209   0.0066   0.36
  13   0.029   0.010   0.93   0.089   0.48   0.0118   0.0194   0.0053   0.10   0.23
  14   0.059   0.012   0.90   0.077   0.46   0.0110   0.0190   0.0057   0.11   0.28
  15   0.055   0.005   0.98   0.076   0.50   0.0069   0.0208   0.0066   0.28
  16   0.021   0.008   1.03   0.087   0.52   0.0078   0.0200   0.0078   0.23
  17   0.031   0.010   0.90   0.088   0.48   0.0067   0.0158   0.0054   0.03   0.0065
  18   0.052   0.004   0.89   0.078   0.45   0.0071   0.0181   0.0073   0.0100
  19   0.053   0.011   0.95   0.086   0.49   0.0120   0.0190   0.0073   0.038
  20   0.023   0.008   1.04   0.077   0.53   0.0135   0.0205   0.0079   0.0018
  21   0.039   0.002   1.09   0.061   0.55   0.0128   0.0151   0.0062
  22   0.051   0.008   1.05   0.076   0.54   0.0102   0.0208   0.0051
  23   0.053   0.008   1.11   0.083   0.57   0.0077   0.0162   0.0078
  24   0.029   0.010   0.98   0.088   0.50   0.0065   0.0184   0.0057
  25   0.053   0.004   1.13   0.080   0.57   0.0169   0.0109   0.0066
  26   0.051   0.011   1.04   0.077   0.53   0.0092   0.0160   0.0076
  27   0.065   0.005   0.67   0.087   0.46   0.0152   0.0165   0.0050
  28   0.064   0.010   0.75   0.082   0.52   0.0048   0.0161   0.0075
  29   0.111   0.010   1.03   0.071   0.53   0.0053   0.0200   0.0056
  30   0.055   0.014   1.12   0.080   0.57   0.0064   0.0162   0.0075
表10(表9续1)
  区分 钢                化学成分(质量％)   铸造时的冷却速度(℃/分钟）   轧制最终温度(℃)   TEM复型MnS密度(个/平方毫米)   BN复合析出率(％) VL1000(米/分钟)   表面光洁度(μmRz)   切削阻力(N)   切屑处理性   式(1)计算值
  Zr Mg Te Bi Pb   Al 背分力 主分力
  发明例   1   0.002   100   1097   353565   20   145   6.7   65   390   ○   0.09
  2   0.004   72   1073   249998   15   149   5.4   73   342   ○   0.06
  3   0.004   64   1020   328542   29   142   7.0   86   358   ○   0.13
  4   0.003   55   1035   262595   25   148   4.1   64   383   ○   0.14
  5   0.003   47   1029   166778   16   149   8.9   87   385   ○   0.19
  6   0.002   34   1055   178854   29   133   8.4   72   352   ○   0.16
  7   0.002   37   1079   148887   12   142   7.4   71   332   ○   0.16
  8   0.001   92   1031   305248   28   140   7.9   67   339   ○   0.07
  9   0.004   66   1176   299171   18   131   5.2   84   331   ○   0.05
  10   0.004   14   1104   82353   22   136   5.9   90   350   ○   0.06
  11   0.005   37   1098   186895   16   141   8.8   80   368   ○   0.29
  12   0.002   28   1181   142954   28   140   4.6   83   342   ○   0.16
  13   0.002   82   1173   384851   27   144   4.5   72   381   ○   0.21
  14   0.005   88   1096   394447   20   132   4.4   62   336   ○   0.17
  15   0.003   97   1145   432218   18   141   5.0   67   367   ○   0.05
  16   0.003   67   1101   260532   26   139   4.4   72   380   ○   0.01
  17   0.001   39   1165   120677   22   143   6.7   62   342   ○   0.19
  18   0.003   77   1116   266822   12   137   4.2   78   355   ○   0.05
  19   0.002   87   1012   407007   21   135   5.8   69   377   ○   0.02
  20   0.002   86   1001   333280   11   148   6.1   73   346   ○   0.01
  21  0.0020   0.003   92   1153   366185   12   147   4.5   69   380   ○   0.13
  22   0.0038   0.002   54   1103   303000   23   138   5.3   69   367   ○   0.26
  23   0.0029   0.0026   0.006   82   1124   285444   24   147   4.3   62   379   ○   0.08
  24   0.0020   0.005   38   1129   243854   10   134   6.1   74   360   ○   0.15
  25   0.256   0.002   80   1018   365823   22   145   5.6   66   332   ○   0.13
  26   0.16   0.001   95   1199   309532   10   139   4.7   75   387   ○   0.02
  27   0.002   77   1131   255448   13   134   6.7   83   363   ○   0.28
  28   0.003   20   1173   146979   20   145   4.3   84   366   ○   0.01
  29   0.002   47   1089   260872   18   145   8.9   66   332   ○   0.17
  30   0.004   91   1133   281096   22   145   6.9   65   369   ○   0.09
表11(表9续2)
区分 钢                                                                           化学成分(质量％)
    C     Si     Mn     P     S     总N     总O     B     V   Nb   Cr   Mo   W   Ni   Cu   Su     Zn   Ti     Ca
发明例 31 O.116 O.003  1.37 0.073  0.55  0.0119  0.0208  0.0078
32 0.077 0.004  1.39 0.070  0.56  0.0089  0.0168  0.0060
33 0.071 0.007  1.32 0.084  0.46  0.0135  0.0154  0.0063
34 0.102 0.013  1.36 0.088  0.48  0.0140  0.0177  0.0077
35 0.054 0.003  1.59 0.073  0.56  0.0133  0.0163  0.0067
36 0.056 0.007  1.57 0.075  0.55  0.0139  0.0183  0.0060
37 0.159 0.011  0.74 0.084  0.51  0.0115  0.0194  0.0054
38 0.176 0.004  0.73 0.072  0.50  0.0147  0.0167  0.0059
39 0.177 0.014  0.97 0.071  0.49  0.0053  0.0177  0.0075
40 0.182 0.004  1.04 0.080  0.53  0.0105  0.0166  0.0053
41 0.150 0.004  1.29 0.073  0.49  0.0124  0.0189  0.0056
42 0.199 0.012  1.42 0.087  0.57  0.0120  0.0174  0.0075
43 0.189 0.015  1.30 0.073  0.45  0.0104  0.0160  0.0076
44 0.165 0.010  1.33 0.080  0.46  0.0148  0.0209  0.0067
45 0.171 0.007  1.34 0.077  0.47  0.0177  0.0156  0.0078
46 0.19l 0.009  1.56 0.089  0.55  0.0112  0.0153  0.0065
47 0.051 0.008  1.03 0.086  0.51  0.0110  0.0050  0.0072 O.005
48 0.031 0.003  1.03 0.078  0.52  0.0100  0.0185  0.0115  0.0020
49 0.053 0.004  1.02 0.080  0.53  0.0103  0.0159  0.0078  0.0019
50 0.084 0.008  1.01 0.082  0.52  0.0084  0.0040  0.0112
51 0.065 0.006  1.01 0.08l  0.46  0.0110  0.0152  0.0100
52 0.057 0.008  1.03 0.080  0.53  0.0109  0.0156  0.0132
53 0.049 0.008  1.05 0.082  0.50  0.0112  0.0125  0.0112
54 0.079 0.010  0.99 0.072  0.47  0.0113  0.0145  0.0108
55 0.082 0.008  1.34 0.080  0.67  0.0106  0.012l  0.0035
56 0.064 0.010  1.12 0.079  0.50  0.0112  0.0134  0.0105 0.006
57 0.055 0.010  1.15 0.074  0.49  0.0108  0.0127  0.0114  O.0015
58 0.070 0.010  1.20 0.071  0.51  0.0112  0.0184  0.0112  0.0018
59 0.076 0.009  0.81 0.077  0.30  0.0111  0.0147  0.0121
60 0.081 0.008  1.34 0.079  0.64  0.0109  0.0156  0.0121
表12(表9续3)
  区分   钢   化学成分(质量％)   铸造时的冷却速度(℃/分钟)   轧制最终温度(℃)   TEM复型MnS密度(个/平方毫米)   BN复合析出率(％) VL1000(米/分钟)   表面光洁度(μmRz)   切削阻力(N)   切屑处理性   式(1)计算值
  Zr  Mg  Te  Bi  Pb   Al   背分力  主分力
  发明例   31   0.003   16   1057   86221   14   132   7.6   82   386   ○   0.04
  32   0.002   45   1120   142738   15   147   7.9   79   338   ○   0.18
  33   0.002   16   1017   61245   10   149   7.0   65   371   ○   0.11
  34   0.004   78   1110   272514   28   133   7.8   70   349   ○   0.01
  35   0.17   0.002   77   1168   262609   15   135   4.9   63   344   ○   0.10
  36   0.298   0.002   21   1106   81541   18   146   5.0   61   335   ○   0.15
  37   0.003   52   1100   194907   16   145   5.5   73   351   ○   0.19
  38   0.002   59   1085   301851   15   132   6.9   80   378   ○   0.13
  39   0.001   22   1191   125206   30   145   6.7   74   382   ○   0.01
  40   0.003   74   1125   262061   11   135   5.0   75   358   ○   0.21
41 0.003 23 1036 108319 19 144 7.6 67   331   ○   0.16
  42   0.002   50   1163   170214   17   133   8.7   87   379   ○   0.09
  43   0.003   11   1171   50750   25   137   6.7   67   366   ○   0.04
  44   0.004   69   1098   234200   10   138   7.0   83   388   ○   0.07
  45   0.286   0.004   53   1095   289829   14   148   6.8   89   332   ○   0.02
  46   0.20   0.003   53   1089   186791   22   147   6.0   80   333   ○   0.10
  47   0.002   89   1011   416010   26   140   5.5   66   354   ○   0.02
  48   0.0018   0.001   85   1000   333350   13   144   6.2   72   344   ○   0.35
  49   0.0021   0.001   86   1003   353921   12   139   6.1   70   352   ○   0.02
  50   0.0010   0.003   20   1173   146542   22   145   4.5   84   366   ○   0.29
  51   0.002   78   1130   253458   21   145   4.0   81   352   ○   0.13
  52   0.001   79   1126   262337   20   140   4.1   82   362   ○   0.77
  53   0.001   65   1002   189562   20   140   4.1   82   345   ○   0.28
  54   0.001   82   1121   252563   21   135   4.4   84   361   ○   0.23
  55   0.001   54   1056   164512   20   140   4.1   81   361   ○   1.02
  56   0.001   77   1096   132654   17   135   5.1   82   375   ○   0.17
  57   0.0012   0.001   78   1059   192563   14   135   5.6   84   375   ○   0.32
  58   0.0014   0.001   62   1100   189562   15   135   5.7   81   352   ○   0.29
  59   0.0011   0.001   50   1058   123654   16   140   4.9   86   362   ○   1.11
  60   0.001   51   1123   165842   14   135   5.2   83   374   ○   0.78
表13(表9续4)
  区分 钢                                                                                化学成分(质量％)
  C   Si   Mn   P   S   总N   总O   B   V   Nb   Cr   Mo   W   Ni   Cu   Su   Zn   Ti   Ca
  发明例   61   0.060   0.008   1.45   0.080   0.65   0.0112   0.0132   0.0050
  62   0.061   0.011   0.75   0.076   0.33   0.0104   0.0112   0.0110
  63   0.068   0.008   1.51   0.081   0.58   0.0132   0.0156   0.0110
  64   0.072   0.009   0.71   0.072   0.30   0.0122   0.0125   0.0110
  65   0.082   0.008   0.88   0.077   0.34   0.0118   0.0135   0.0043
  对比例   66   0.081   0.003   0.93   0.077   0.31   0.0099   0.0170
  67   0.072   0.010   0.75   0.076   0.24   0.0069   0.0184
  68   0.097   0.017   0.90   0.072   0.30   0.0095   0.0175
  69   0.067   0.006   0.92   0.077   0.30   0.0142   0.0168
  70   0.069   0.011   0.84   0.088   0.28   0.0130   0.0177
  71   0.089   0.012   0.37   0.070   0.12   0.0103   0.0191
  72   0.092   0.019   0.31   0.079   0.11   0.0166   0.0174
  73   0.096   0.014   0.40   0.089   0.13   0.0173   0.0177
  74   0.064   0.035   0.94   0.070   0.01   0.0133   0.0158   0.0035
  75   0.079   0.036   0.50   0.071   0.17   0.0126   0.0178   0.0013
  76   0.090   0.012   0.34   0.081   0.12   0.0167   0.0183   0.0030
  77   0.089   0.015   0.98   0.073   0.32   0.0134   0.0205   0.0038
表14(表9续5)
  区分   钢           化学成分(质量％) 铸造时的冷却速度(℃/分钟）   轧制最终温度(℃)   TEM 复型MnS 密度(个/平方毫米)   BN复合析出率(％) VL1000(米/分钟)   表面光洁度(μmRz)   切削阻力(N)   切屑处理性   式(1)计算值
Zr Mg Te Bi Pb Al 背分力 主分力
  发明例   61   0.002   71   1005   212365   16   140   5.0   81   366   ○   0.61
  62   0.001   70   1022   196354   14   140   6.2   86   379   ○   0.71
  63   0.002   56   1006   156235   20   145   5.1   82   354   ○   0.35
  64   0.001   69   1215   142562   19   140   4.9   83   362   ○   0.89
  65   0.001   72   1231   212365   17   135   5.1   85   374   ○   0.79
  对比例   66   0.004   6   865   232   0   92   17.7   173   451   ×   2.36
  67   0.004   7   820   194   0   95   19.4   169   512   ×   2.82
  68   0.002   5   784   214   0   66   18.2   188   452   ○   2.45
  69   0.001   2   831   53   0   83   15.5   201   466   ○   2.41
  70   0.002   5   814   192   0   99   15.4   217   497   ×   2.54
  71   0.001   8   763   227   0   73   18.7   210   454   ×   4.03
  72   0.003   4   799   161   0   79   18.5   155   524   ○   4.24
  73   0.004   3   821   141   0   66   19.9   189   464   ○   3.95
  74   0.002   8   844   207   0   75   17.8   152   500   ×   4.39
  75   0.001   2   774   57   0   93   16.9   209   481   ×   3.02
  76   0.003   6   891   180   1   93   17.9   217   486   ○   3.07
  77   0.004   6   827   154   1   83   15.3   199   523   ○   1.10
产业上的利用可能性
如以上所说明，因为具有切削时的工具寿命和切削表面光洁度及切屑处理性优良的特性，本发明可应用于汽车构件用材、一般机械用构件用材。

Claims (10)

1.一种切削性优良的钢，其特征在于，它是按质量％由
C：0.005～0.2％、
Si：0.001～0.5％、
Mn：0.2～3.0％、
P：0.001～0.2％、
S：0.03～1.0％、
总N：0.002～0.02％、
总O：0.0005～0.035％、
余量为Fe和不可避免的杂质构成的钢，满足钢中Mn/S为1.2～2.8、或者在钢的显微组织中粒径超过1μm的珠光体的面积率是小于或等于5％中的任一方或者两方，并且钢的表面光洁度Rz是小于或等于11μm。
2.一种切削性优良的钢，其特征在于，按质量％含有C：0.005～0.2％、Mn：0.3～3.0％、S：0.1～1.0％，关于使用透射电子显微镜观察的用提取复型法采取的MnS，在与钢材的轧制方向平行的断面中，以当量圆直径为0.1～0.5μm的MnS存在密度是大于或等于10000个/毫米2，并且钢的切削表面光洁度Rz成为小于或等于11μm。
3.如权利要求1或2所述的切削性优良的钢，其特征在于，还含有B：0.0005～0.05质量％。
4.如权利要求1所述的切削性优良的钢，其特征在于，关于使用透射电子显微镜观察的用提取复型法采取的MnS，在与钢材的轧制方向平行的断面中，按照当量圆直径为0.1～0.5μm的MnS存在密度是大于或等于10000个/毫米2。
5.如权利要求1所述的切削性优良的钢，其特征在于，还含有将S量限制在0.25～0.75质量％、将B量限制在0.002～0.014质量％，并且S和B含量满足下述式1的图4所示的A、B、C、D包围的区域内的S和B量，并且在MnS中包含析出BN的硫化物，
(B-0.008)2/0.0062+(S-0.5)2/0.252≤1     …式(1)。
6.如权利要求1或2中所述的切削性优良的钢，其特征在于，还含有按质量％
V：0.05～1.0％、
Nb：0.005～0.2％、
Cr：0.01～2.0％、
Mo：0.05～1.0％、
W：0.05～1.0％、
Ni：0.05～2.0％、
Cu：0.01～2.0％、
Sn：0.005～2.0％、
Zn：0.0005～0.5％、
Ti：0.0005～0.1％、
Ca：0.0002～0.005％、
Zr：0.0005～0.1％、
Mg：0.0003～0.005％、
Te：0.0003～0.05％、
Bi：0.005～0.5％、
Pb：0.01～0.5％、
Al：≤0.015％
的1种或者1种以上。
7.如权利要求1～3中任一项所述的切削性优良的钢的制造方法，其特征在于，具有权利要求1所述的钢成分的钢水在铸造后，以10～100℃/分钟的冷却速度冷却，从A3点至550℃的范围以0.5℃/s或其以上的冷却速度进行热轧后的冷却。
8.如权利要求4或5所述的切削性优良的钢的制造方法，其特征在于，将具有权利要求2所记载的成分的钢水铸造后，以10～100℃/分钟的冷却速度冷却，然后将热轧的最终温度限制在1000℃或其以上，从A3点至550℃的范围以0.5℃/秒或其以上的冷却速度进行热轧后的冷却。
9.如权利要求1～6中任一项所述的切削性优良的钢的制造方法，其特征在于，继热轧后的冷却之后，再将为了调整硬度的加热温度限制在750℃或其以下。
10.如权利要求7～9中任一项所述的切削性优良的钢的制造方法，其特征在于，上述钢按质量％还含有
V：0.05～1.0％、
Nb：0.005～0.2％、
Cr：0.01～2.0％、
Mo：0.05～1.0％、
W：0.05～1.0％、
Ni：0.05～2.0％、
Cu：0.01～2.0％、
Sn：0.005～2.0％、
Zn：0.0005～0.5％、
Ti：0.0005～0.1％、
Ca：0.0002～0.005％、
Zr：0.0005～0.1％、
Mg：0.0003～0.005％、
Te：0.0003～0.05％、
Bi：0.005～0.5％、
Pb：0.01～0.5％、
Al：≤0.015％
中的1种或者1种以上。
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