PDF《C22C 38/00 (2006.01)》

[19]中华人民共和国国家知识产权局 [12]发明专利申请公布说明书 [11]公开号 CN 101215665A [43]公开日 2008年7月9日[21]申请号 200710196013.

0 [22]申请日 2003.11.14 [21]申请号 200710196013.0 [30]优先权 [32]2002.11.15 [33]JP [31]332658/2002 [32]2002.11.15 [33]JP [31]332665/2002 [32]2002.11.15 [33]JP [31]332668/2002 [32]2002.11.15 [33]JP [31]332669/2002 [32]2002.11.15 [33]JP [31]332695/2002 [32]2002.11.15 [33]JP [31]332707/2002 [32]2003.11.04 [33]JP [31]374489/2003 [32]2003.11.04 [33]JP [31]374511/2003 [32]2003.11.04 [33]JP [31]374517/2003 [32]2003.11.14 [33]CN [31]200380103425.5 [71]申请人 新日本制铁株式会社 地址 日本东京都 [72]发明人 桥村雅之 水野淳 内藤贤一郎 c原博 矶部浩一 平田浩 [74]专利代理机构 北京市中咨律师事务所 代理人 段承恩 杨光军 [51]Int.CI. C22C 38/00 (2006.01) C22C 38/04 (2006.01) C22C 38/18 (2006.01) C22C 38/40 (2006.01) C22C 38/38 (2006.01) C22C 38/58 (2006.01) C21D 8/00 (2006.01) B22D 27/04 (2006.01) B21B 37/74 (2006.01) 权利要求书

4 页 说明书

36 页 附图

7 页[54]发明名称 切削性优良的钢及其制造方法 [57]摘要 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1 μm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. 200710196013.0 权利要求书第1/4页21.一种切削性优良的钢,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,且关 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 ,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,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, 200710196013.0 权利要求书第2/4页3并且在MnS中包含析出BN的硫化物, ( B -

0 .

0 0

8 )

2 /

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6 2 + ( S -

0 .

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2 5

2 ≤1 ? ? ? . . . 式(

1 ) . 5.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. 6.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200710196013.0 权利要求书第3/4页4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. 7.如权利要求1或4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1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.8.如权利要求1~5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. 9.如权利要求6~8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%、 200710196013.0 权利要求书第4/4页5Te: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. 200710196013.0 说明书第1/36页6切削性优良的钢及其制造方法 本申请是申请号为200380103425.5 、申请日为2003 年11 月14 日、 进入国家阶段日期为2005 年5 月16 日、发明名称为 切削性优良的钢及 其制造方法 的专利申请的分案申请. 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, 200710196013.0 说明书第2/36页7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

20 μm 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

20 μm 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50 μm 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 200710196013.0 说明书第3/36页8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50 μm 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 ~ 30μm

2 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3 μm 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 200710196013.0 说明书第4/36页9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 ~0.5 μm 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 200710196013.0 说明书第5/36页10 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........