專利名稱：：可切削性和強(qiáng)度特性優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及可實(shí)施切削加工的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，尤其涉及從高速鋼鉆頭的較低速區(qū)的切削加工到硬質(zhì)合金涂層工具的縱向車削等較高速區(qū)的切削加工可用于較寬泛的切削速度區(qū)的可切削性(被切削性；Machinability)和強(qiáng)度特性優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼。
背景技術(shù)：
：近年來，鋼的高強(qiáng)度化不斷進(jìn)步，但隨之產(chǎn)生可加工性降低的問題。因此，對(duì)保持強(qiáng)度并且不使切削效率降低的鋼的需求高漲。以往人們知道為了使鋼的可切削性提高，添加S、Pb和Bi等提高可切削性的元素是有效的。然而人們已知，Pb就Bi雖然提高可切削性，對(duì)鍛造的影響也較小，但是使強(qiáng)度特性降低。另外，近來，Pb成為環(huán)境負(fù)擔(dān)而存在避免使用的傾向，其使用量呈降低的趨勢(shì)。此外，S形成MnS之類的在切削環(huán)境變?yōu)檐涃|(zhì)的夾雜物，使可切削性提高，但MnS的尺寸比Pb等的粒子大，容易成為應(yīng)力集中源。特別是當(dāng)通過鍛造以及軋制來延伸時(shí)，由于MnS而產(chǎn)生各向異性，鋼的特定方向極端地變?nèi)?。另外，在設(shè)計(jì)鋼上必須考慮這樣的各向異性。因此，在添加S的情況下，使各向異性低限度化的技術(shù)成為必需。如上所述，即使添加對(duì)提高可切削性有效的元素，其強(qiáng)度特性也降低，因此難以兼?zhèn)鋸?qiáng)度特性和可切削性。因此，為了使鋼兼?zhèn)淇汕邢餍院蛷?qiáng)度特性，進(jìn)一步的技術(shù)革新是必要的。于是，以往曾經(jīng)提出一種機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其含有合計(jì)為0.005質(zhì)量％以上的選自例如固溶V、固溶Nb以及固溶Al的一種以上，并且含有0.001%以上的固溶N，由此在切削中使由于切削熱而生成的氮化物附著在工具上，起到工具保護(hù)膜的功能，從而能夠延長(zhǎng)切削工具壽命(參照日本特開2004-107787號(hào)公報(bào))。另外，還曾提出一種機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，在規(guī)定C、Si、Mn、S以及Mg的含量的同時(shí)，失見定Mg含量與S含量之比，而且通過使鋼中的硫化物系夾雜物的縱橫比以及個(gè)數(shù)最佳化，謀求提高切屑處理性以及機(jī)械特性(參照日本專利第3706560號(hào)公報(bào))。該日本專利第3706560號(hào)公報(bào)所述的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，在將Mg控制在0.02%以下(不包括0%)的同時(shí)，在含Al的情況下還將其含量限定在0.1%以下。
發(fā)明內(nèi)容但是，上述現(xiàn)有技術(shù)存在以下所述的問題。即可以推定，日本特開2004-107787號(hào)公報(bào)所述的鋼，如果由切削所引起的發(fā)熱量不到一定程度以上時(shí)，就不能引起上述的現(xiàn)象。因此，被局限在具有發(fā)揮效果的切削速度的程度的高速切削，存在不能期望得到在低速區(qū)下的效果的問題。另外，日本專利第3706560號(hào)公報(bào)所述的鋼，關(guān)于強(qiáng)度特性絲毫沒有考慮。而且，日本專利第3706560號(hào)公報(bào)所述的鋼，關(guān)于切削工具壽命以及屈服比也絲毫沒有考慮，因此存在不能得到充分的強(qiáng)度特性的問題。本發(fā)明是鑒于上述的問題而提出的，其目的在于，提供在寬泛的切削速度區(qū)域具有良好的可切削性，且同時(shí)具有高的沖擊特性和高的屈服比的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼。本發(fā)明的可切削性和強(qiáng)度特性優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.1~0.85%、Si:0.01~1.5%、Mn:0.05~2.0%、P:0.005~0.2%、S:0.001~0.15%、全部Al:超過0.05%且為0.3%以下、Sb:低于0.0150%(包括0%在內(nèi))以及全部N:0.0035~0.020%,并且固溶N限制在0.0020%以下，其余量由Fe以及不可避免的雜質(zhì)組成。該才幾械結(jié)構(gòu)用鋼，還可以含有Ca:0.0003~0.0015質(zhì)量％。另外，以質(zhì)量％計(jì)，也可以含有選自Ti:0.001~0.1%、Nb:0.005~0.2%、W:0.01~1.0%以及V:0.01~1.0%之中的一種或兩種以上的元素。進(jìn)而，以質(zhì)量％計(jì)，可以含有選自Mg:0.0001~0.0040%、Zr:0.0003~0.01。/o以及Rem:0.0001~0.015%之中的一種或兩種以上的元素。進(jìn)而，以質(zhì)量％計(jì)，可以含有選自Sn:0.005~2.0%、Zn:0.0005~0.5%、B:0.0005~0.015%、Te:0.0003~0.2%、Bi:0.005~0.5%以及Pb:0.005~0.5%之中的一種或兩種以上的元素。進(jìn)而，以質(zhì)量。/。計(jì)，可以含有選自Cr:0.01~2.0%以及Mo:0.01~1.0%之中的一種或兩種元素。進(jìn)而，以質(zhì)量％計(jì)，可以含有選自Ni:0.05~2.0%以及Cu:0.01~2.0%之中的一種或兩種元素。圖l是表示夏比沖擊試驗(yàn)用試片的切取部位的圖。具體實(shí)施方式以下對(duì)實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的可切削性和強(qiáng)度特性優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼(以下也簡(jiǎn)稱為機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼)，為了解決上述課題，作為鋼的成分組成，在調(diào)整Al以及其它的氮化物生成元素和N的添加量的同時(shí)，通過給予適當(dāng)?shù)臒崽幚?，將?duì)可切削性和沖擊特性有害的固溶N抑制得低一些，另外，通過確保適量的通過高溫脆化而使可切削性提高的固溶A1、和具有基體脆化效果的Sb,以及確保適量的通過高溫脆化效果和解理性的晶體結(jié)構(gòu)而使可切削性提高的A1N，對(duì)從低速到高速的寬范圍的切削速度區(qū)確保具有有效的切削性能，而且，通過提高A1添加量，與以往的A1鎮(zhèn)靜鋼相比，鑄坯階段的偏析小，均勻分散性高的MnS(根據(jù)SIMS分類的III型MnS)增多，成為同時(shí)具有高的沖擊特性的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，而且是通過A1N的微細(xì)析出以及固溶A1，得到較高的屈服比的才幾械結(jié)構(gòu)用鋼。即，本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼具有下述組成以質(zhì)量％計(jì)，含有C:0.1~0.85o/o、Si:0.01~1.5o/o、Mn:0.05~2.0o/o、P:0.005~0.2o/o、S:0.001~0.15%、全部Al:超過0.05%且為0.3%以下、Sb:低于0.0150%(包括0。/o在內(nèi))以及全部N:0.0035~0.020%,并且固溶N限制在0，0020%以下，其余量由Fe以及不可避免的雜質(zhì)組成。首先，對(duì)本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中的各成分元素及其含量進(jìn)行說明。另外，在以下的說明中，組成中的質(zhì)量％簡(jiǎn)單地記為％。C:0.1~0.85%c是對(duì)鋼材的基本強(qiáng)度具有很大影響的元素。但是，在c含量低于0.1%時(shí)，不能得到充分的強(qiáng)度，而不得不還大量地投入其它的合金元素。而在C含量超過0，85。/。時(shí)，接近于過共析，較多地析出硬質(zhì)的碳化物，因此可切削性顯著降低。因此，在本發(fā)明中，為了得到充分的強(qiáng)度，C含量規(guī)定為0.1~0.85%，優(yōu)選的下限為0.2%。Si:0.01~1.5%Si通常作為脫氧元素而被添加，但還具有使鐵素體強(qiáng)化以及賦予回火軟化抗力的效果。但是，在Si含量低于0.01。/。時(shí)，不能得到充分的脫氧效果。而在Si含量超過1.5%時(shí)，發(fā)生脆化等使材料特性下降，而且可切削性也變差。因此，Si含量規(guī)定為0.01~1.5%，優(yōu)選的上限為1.0%。Mn:0.05~2.00/0Mn使鋼中的硫(S)以MnS形式固定和分散，并且在基體中固溶，是提高淬透性以及確保淬火后的強(qiáng)度所必需的元素。但是，在Mn含量低于0.05%時(shí)，鋼中的S與Fe結(jié)合形成FeS，鋼變脆。而Mn含量增加時(shí)，具體地講，Mn含量超過2.0。/。時(shí)，基體的硬度增大，冷加工性降低，并且對(duì)強(qiáng)度和淬透性的影響也飽和。因此，Mn含量規(guī)定為0.05~2.0%。P:0.005~0.2%P具有使可切削性良好的效果，但P含量低于0.005時(shí)，不能得到該效果。另外，P含量增加時(shí)，具體地講，P含量超過0.2。/。時(shí)，鋼中基體的硬度增大，不僅冷加工性降低，而且熱加工性以及鍛造特性也降低。因此P含量規(guī)定為0.005~0.2%。S:0.001~0.15%S與Mn結(jié)合以MnS夾雜物形式存在。MnS具有使可切削性提高的效杲，為了顯著地得到該效果，需添加0.001%以上的S。另一方面，在S含量超過0.15%時(shí)鋼的沖擊值大幅度下降。因此在通過添加S來謀求可切削性的提高的情況下，S含量規(guī)定為0.001~0.15%。全部Al:超過0.05%且為0.3%以下Al除了形成氧化物以外，還析出對(duì)整?；涂汕邢餍杂行У腁1N，而且成為固溶Al具有使可切削性提高的效果。為了充分生成對(duì)該可切削性有效的固溶Al,需要添加超過0.05%的量。另外，Al對(duì)MnS的結(jié)晶和析出形態(tài)也有影響。其次，當(dāng)添加超過0.05%的量的Al時(shí)，與以往的A1鎮(zhèn)靜鋼相比，鑄坯階段的偏析較小，并可使均勻分散性高的MnS(根椐SIMS分類的III型MnS)增多，因此可以得到同時(shí)具有高的沖擊特性的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，而且，通過A1N的微細(xì)析出以及固溶A1，可以得到高屈服比。但是，總Al含量超過0.3。/。時(shí)，可切削性開始下降。因此總A1含量規(guī)定為超過0力5%且在0.3%以下。優(yōu)選的總Al含量的下限為0.08%,進(jìn)一步優(yōu)選的下限為大于0.1%。Sb:低于0.0150%(包括0%在內(nèi))Sb使鐵素體適度地脆化，具有使可切削性提高的效果。該效杲尤其在固溶A1量多時(shí)顯著，但Sb含量低于0.0005%時(shí)看不到該效果。另一方面，在Sb含量增加時(shí)，具體地講，Sb含量為0.0150%以上時(shí)，Sb的宏觀偏析過多，沖擊值大大降低。因此，Sb含量規(guī)定為0.0005%以上且低于0.0150%。在不需要較高的可切削性的情況下或總Al含量超過0.1。/。的情況下，還可以不添加(0%)。全部N:0.0035~0.020%N除了固溶N外，還以Ti、Al、V等的氮化物形式存在，抑制奧氏體晶粒生長(zhǎng)。但是，總N量低于0.0035。/。時(shí)，得不到顯著的效果。另一方面，總N量超過0.020%時(shí)，在軋制工序中成為軋制缺陷的原因。因此，總N量規(guī)定為0.0035~0.020%。固溶N:0.0020%以下固溶N使鋼硬化。尤其在切削中，由于動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效，在刀刃附近發(fā)生硬化，使工具壽命降低，另外在軋制中成為軋制缺陷的原因。固溶N量多時(shí)，具體地講，固溶N量超過0.0020。/o時(shí)，切削時(shí)伴隨局部硬度的增加，切削阻力升高，由此助長(zhǎng)工具磨損。因此，固溶N量抑制在0.0020。/o以下。由此可以改善工具摩擦。另外，固溶N量多時(shí)會(huì)引起基體脆化，沖擊特性惡化，但若將固溶N量抑制在0.0020。/。以下，還能夠改善該基體脆化。這里所說的固溶N量，是從總N含量減去A1N、NbN、TiN以及VN等氮化物中所含有的N量得到的值，例如，采用惰性氣體熔化-熱傳導(dǎo)度法測(cè)定總N量，并通過采用非水溶劑電解液的恒定電位電解腐蝕法的SPEED法以及0.1nm的過濾器進(jìn)行電解萃取的殘?jiān)傻宸游舛确y(cè)定氮化物中的N含量，從而可由下述式(1)計(jì)算。固溶N量-(總N量)-(氮化物中N量)...(1)再者，固溶N量可由以下所示的方法抑制得低一些。1)將總N量在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)抑制得低一些?？侼量范圍規(guī)定為0.020%以下，但優(yōu)選抑制在0.01%以下，進(jìn)一步優(yōu)選抑制在0.006%以下。2)在總N量高的情況下，適量添加氮化物生成元素Al、以及其它的氮化物生成元素，使氮化合物量增加即可。3)為了通過氮化物的微細(xì)析出來減少固溶N，考慮到作為機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼使用，從抑制晶粒粗大化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選微細(xì)析出。為了通過氮化物的微細(xì)析出來減少固溶N量，必須根據(jù)N和氮化物生成元素量保持完全固溶的高溫，考慮到這一點(diǎn)，進(jìn)行1100。C以上、優(yōu)選1200。C以上、更優(yōu)選1250。C以上的固溶熱處理后，進(jìn)行正火和滲碳等熱處理，使其析出。尤其是A1N的情況下，通過在850。C附近保持長(zhǎng)時(shí)間，可使析出量增加，降低固溶N。在此，所謂長(zhǎng)時(shí)間，是指0.8小時(shí)以上，優(yōu)逸為1小時(shí)以上，更優(yōu)選為1.2小時(shí)以上。另外，在本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，除了上述各成分以外，還可以含有Ca。Ca:0.0003~0.0015%Ca是脫氧元素，在鋼中生成氧化物。在總Al含量超過0.05。/。且為0.3%以下的本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，形成鋁酸4丐(CaOAl203)，該CaOAl203是比Ah03的熔點(diǎn)低的氧化物，因此在高速切削時(shí)成為工具保護(hù)膜，具有使可切削性提高的效果。但是，在Ca含量低于0.0003%時(shí)，不能得到該可切削性提高效果，而在Ca含量超過0.0015%時(shí)，鋼中生成CaS，可切削性反倒降低。因此，在添加Ca的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.0003~0.0015%。此外，在本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，在使其形成碳氮化物需要高強(qiáng)度化的場(chǎng)合，除了上述各成分以外，還可以含有選自Ti:0.001~0.1%、Nb:0.005~0.2%、W:0.01~1.0%以及V:0.01~1.0%之中的一種或兩種以上的元素。Ti:0扁~0.1%Ti形成碳氮化物，是抑制奧氏體晶粒生長(zhǎng)和對(duì)強(qiáng)化有利的元素，在要求高強(qiáng)度化的鋼以及要求低應(yīng)變的鋼中，可以作為用于防止晶粒粗大的整?；厥褂谩Ａ硗?，Ti還是脫氧元素，通過使其形成軟質(zhì)氧化物，還具有使可切削性提高的效果。但是，在Ti含量低于0.001%的場(chǎng)合，看不到其效果，而在Ti含量超過0.1。/。時(shí)，會(huì)析出成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的碳氮化物，力學(xué)性質(zhì)反倒受到損害。因此，在添加Ti的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.001~0.1%。Nb:0.005~0.2%Nb也形成碳氮化物，是通過二次析出強(qiáng)化有助于鋼的強(qiáng)化、抑制奧氏體晶粒生長(zhǎng)以及對(duì)強(qiáng)化有利的元素，在要求高強(qiáng)度化的鋼以及要求低應(yīng)變的鋼中，可以作為用于防止晶粒粗大的整?；厥褂谩５?，在Nb含量低于0.005%的場(chǎng)合，不能得到高強(qiáng)度化的效果，而在Nb添加量超過0.2%時(shí)，會(huì)析出成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的碳氮化物，力學(xué)性質(zhì)反倒受到損害。因此，在添加Nb的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.005~0.2%。W:0.01~1.00/0W也形成碳氮化物，是可以通過二次析出強(qiáng)化來對(duì)鋼進(jìn)行強(qiáng)化的元素，但是，在W含量低于0.01。/。的場(chǎng)合，不能得到高強(qiáng)度化的效果，而在W添加量超過1.0%時(shí)，會(huì)析出成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的碳氮化物，力學(xué)性質(zhì)反倒受到損害。因此，在添加w的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.01~1.0%。V:0.01~1.00/0V也形成碳氮化物，是可以通過二次析出強(qiáng)化來對(duì)鋼進(jìn)行強(qiáng)化的元素，在要求高強(qiáng)度化的鋼中可以適當(dāng)添加。但是，在V含量低于0.01%的場(chǎng)合，不能得到高強(qiáng)度化的效果，而在V添加量超過1.0%時(shí)，會(huì)析出成為熱裂紋的原因的未固溶的粗大的碳氮化物，力學(xué)性質(zhì)反倒受到損害。因此，在添加V的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.05~1.0%。此外，在本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，通過脫氧調(diào)整來進(jìn)行硫化物形態(tài)控制的場(chǎng)合，除了上述各成分以外，還可以添加選自Mg:0.0001~0.0040%、Zr:0.0003~0.01%以及Rem:0.0001~0.015%之中的一種或兩種以上的元素。Mg:0.0001~0.00400/0Mg是脫氧元素，在鋼中生成氧化物。并且在以Al脫氧為前提的場(chǎng)合，將對(duì)可切削性有害的A1203改質(zhì)成為比較軟質(zhì)的微細(xì)分散的MgO或Al20;rMgO。另外，其氧化物容易成為MnS的核，還具有使MnS微細(xì)分散的效果。但是，在Mg含量低于0.0001%時(shí)，看不到其效果。另外Mg生成與MnS的復(fù)合硫化物，將MnS球化，但過剩地添加Mg時(shí)，具體地講，Mg含量超過0.0040%時(shí)，會(huì)促進(jìn)單獨(dú)的MnS生成，使可切削性變差。因此，在添加Mg的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.0001~0.0040%。Zr:0.0003~0.010/0Zr是脫氧元素，在鋼中生成氧化物。其氧化物可以認(rèn)為是Zr02，由于該ZK)2成為MnS的析出核，因此使MnS的析出位點(diǎn)增力口，具有使MnS均勻分散的效果。另外，Zr固溶在MnS中，生成復(fù)合硫化物，使其變形能降低，在軋制以及熱鍛時(shí)還具有抑制MnS形狀延伸的作用。這樣來看，Zr是對(duì)降低各向異性有效的元素。但是，在Zr含量低于0.0003%時(shí)，關(guān)于這些效果不能得到顯著的效果。另一方面，Zr添加量超過0.01。/。時(shí)，不僅合格率極端變差，而且大量生成Zr02以及ZrS等的硬質(zhì)化合物，可切削性、沖擊值以及疲勞特性等力學(xué)性質(zhì)反倒降低。因此，在添加Zr的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.0003~0.01%。Rem:0.0001~0.015o/oRem(稀土類元素)是脫氧元素，生成低熔點(diǎn)氧化物，不僅抑制鑄造時(shí)注口(nozzle)的堵塞，而且在MnS中固溶或結(jié)合，使其變形能降低，在軋制以及熱鍛時(shí)還具有抑制MnS形狀延伸的作用。因此，Rem是對(duì)降低各向異性有效的元素。但是，在Rem含量的總量低于0，0001。/。的場(chǎng)合，其效果不顯著。而在Rem添加量超過0.015%時(shí)，大量生成Rem的硫化物，可切削性惡化。因此，在添加Rem的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.0001~0.015%。此外，在本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，在使可切削性提高的場(chǎng)合，除了上述各成分以外，還可以添加選自Sn:0.005~2.0%、Zn:0.0005~0.5%、B:0.0005~0.015%、Te:0.0003~0.20/0、Bi:0.005~0.5%以及Pb:0.005~0.5%之中的一種或兩種以上的元素。Sn:0,005~2.00/0Sn使鐵素體脆化，延長(zhǎng)工具壽命，并具有使表面光潔度提高的效果。但是，Sn含量低于0.005%時(shí)，看不到其效果，而在Sn添加量超過2.0%時(shí)，其效果飽和。因此，在添加Sn的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.005~2.0%。Zn使鐵素體脆化，延長(zhǎng)工具壽命，并具有使表面光潔度提高的效果。但是，在Zn含量低于0，0005。/。的場(chǎng)合，看不到其效果，而在Zn添加量超過0.5%時(shí)，其效果飽和。因此，在添加Zn的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.0005~0.5%。B:0.0005~0.0150/0B在固溶的情況下，在晶界強(qiáng)化以及淬透性方面有效果，在析出的情況下，由于以BN形式析出，因此在可切削性上有效果。在B含量低于0.0005%時(shí)這些效果不顯著。另一方面，B添加量超過0.015。/。時(shí)，其效果飽和，并且BN析出過多，因此鋼的力學(xué)性質(zhì)反倒受到損害。因此，在添加B的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.0005~0.015%。Te:0細(xì)3~0.2%Te是提高可切削性元素。另外，通過生成MnTe或者與MnS共存，使MnS的變形能降低，具有抑制MnS形狀延伸的作用。因此，Te是對(duì)降低各向異性有利的元素。但是，在Te含量低于0.0003%時(shí)，看不到這些效果，而在Te含量超過0.2。/。時(shí)，不僅其效果飽和，而且熱軋性降低，容易成為缺陷的原因。因此，在添加Te的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.0003~0.2%。Bi:0.005~0.5%Bi是提高可切削性的元素。但是，在Bi含量低于0.005%時(shí)，看不到其效果，而在Bi添加量超過0.5。/。時(shí)，不僅提高可切削性的效果飽和，而且熱軋性降低，容易成為缺陷的原因。因此，在添加Bi的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.005~0.5%。Pb:0.005~0.5%Pb是提高可切削性的元素。但是，在Pb含量低于0.005。/o的場(chǎng)合，看不到其效果，而Pb添加量超過0.5。/。時(shí)，不僅提高可切削性的效果飽和，而且熱軋性降低，容易成為缺陷的原因。因此，在添加Pb的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.005~0.5%。此外，在本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，在使淬透性提高和使抗回火軟化性提高，對(duì)鋼材賦予強(qiáng)度的場(chǎng)合，除了上述各成分以外，還可以添加Cr:0.01~2.0%以及Mo:0.05~1.0%中的一種或兩種。Cr:0.01~2.00/0Cr是在提高淬透性的同時(shí)賦予回火軟化抗力的元素，在需要高強(qiáng)度化的鋼中可以添加。但是，Cr含量低于0.01%的場(chǎng)合，看不到這些效果，而在大量添加Cr時(shí)，具體地講，Cr含量超過2.0。/。時(shí)，會(huì)生成Cr的碳化物，使鋼脆化。因此，在添加Cr的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.01~2.0%。Mo:0.05~1.00/0Mo是在賦予回火軟化抗力的同時(shí)使淬透性提高的元素，在需要高強(qiáng)度化的鋼中可以添加。但是，Mo含量低于0.05%的場(chǎng)合看不到這些效果，而Mo添加量超過1.0。/。時(shí)，其效果飽和。因此，在添加Mo的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.05~1.0%。進(jìn)而，在本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，在使鐵素體強(qiáng)化的場(chǎng)合，除了上述各成分以外，還可以添加Ni:0.05~2.0%、Cu:0.01~2.0%中的一種或兩種。Ni:0.05~2.00/0Ni是在強(qiáng)化鐵素體使延性提高的同時(shí)，對(duì)提高淬透性以及提高耐蝕性有效的元素。但是，在Ni含量低于0.05%的場(chǎng)合，看不到其效果，而Ni添加量超過2.0%時(shí)，從力學(xué)性質(zhì)的觀點(diǎn)考慮，效果飽和，可切削性降低。因此，在添加Ni的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.05~2.0%。Cu:0.01~2.00/0Cu是在強(qiáng)化鐵素體的同時(shí)對(duì)提高淬透性以及提高耐蝕性有效的元素。但是，在Cu含量低于0.01。/。的場(chǎng)合，看不到其效果，另外，即使Cu添加量超過2.0%，從力學(xué)性質(zhì)的觀點(diǎn)考慮，其效果也飽和。因此，在添加Cu的場(chǎng)合，其含量規(guī)定為0.01~2.0%。再者，Cu尤其使熱軋性降低，容易成為軋制時(shí)的缺陷的原因，因此優(yōu)選與Ni同時(shí)添加。如上所述，在本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼中，由于降低了固溶N量，因此與以往的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼相比，能夠使可切削性以及沖擊特性提高。另外，通過使總Al含量以及Sb含量最佳化，來確保適量的具有提高可切削性的效果的固溶A1、Sb以及AlN，因此對(duì)于從低速到高速的寬范圍的切削速度區(qū)，可以得到有效的切削性能。此外，由于該A1N的微細(xì)析出以及固溶Al的作用，可以得到高的屈服比。另外，由于將影響MnS析出的元素的含量適宜化，使均勻分散性高的MnS的量增多，因此沖擊特性也優(yōu)異。本發(fā)明的可切削性和強(qiáng)度特性優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，可以通過將具有上述的鋼組成的鋼坯在1200。C以上進(jìn)行熱鍛，鍛延成圓柱形后，在1100。C以上進(jìn)行固溶熱處理，接著進(jìn)行正火、滲碳等熱處理來制造。尤其是對(duì)于含有A1N這一氮化物的鋼，通過在1100。C以上固溶熱處理后保持0.8小時(shí)以上，優(yōu)選保持l小時(shí)以上，更優(yōu)選保持1.2小時(shí)以上的長(zhǎng)時(shí)間，可以得到顯著降低了固溶N的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼。實(shí)施例1接著列舉實(shí)施例以及比較例對(duì)本發(fā)明的效果具體說明。在本實(shí)施例中，用真空熔煉爐煉制表1以及表2所示的組成的鋼150kg以后，在1250。C的溫度條件下進(jìn)行熱鍛，鍛延成直徑為65mm的圓柱形。然后，對(duì)于該實(shí)施例以及比較例的各鋼材，用以下的方法進(jìn)行切削性試驗(yàn)、夏比沖擊試驗(yàn)以及拉伸試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其特性。再者，表2中的下劃線表示在本發(fā)明的范圍之外。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>切削性試驗(yàn)切削性試驗(yàn)，首先對(duì)于加熱至1250。C在熱態(tài)下進(jìn)行了鍛延的實(shí)施例以及比較例的各鋼材，實(shí)施在85(TC的溫度條件下進(jìn)行1小時(shí)正火，其中比較例No.49、No.50進(jìn)行0.5小時(shí)正火，然后空冷的熱處理。然后，從熱處理后的各鋼材切取可切削性評(píng)價(jià)用試片，在下述表3所示的切削條件下進(jìn)行鉆頭穿孔試驗(yàn)，并在下述表4所示的條件進(jìn)行縱向車削試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了實(shí)施例以及比較例的各鋼材的可切削性。此時(shí)，作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在鉆頭穿孔試驗(yàn)中，釆用可切削到累積孔深度為1000mm的最大切削速度VL1000,在縱向車削試驗(yàn)中，采用10分鐘后的刀具后面最大磨損寬度VB.max。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>夏比沖擊試-瞼圖1是表示夏比沖擊試驗(yàn)用試片的切取部位的圖。在夏比沖擊試驗(yàn)中，首先如圖l所示，從在與上述的切削性試驗(yàn)同樣的方法和條件下進(jìn)行了熱處理的各鋼材1上，切取直徑為25mm的圓柱材2，且使得中心軸與鋼材l的鍛延方向垂直。接著，對(duì)于各圓柱材2，進(jìn)行在850。C的溫度條件下保溫1小時(shí)，其中比較例No.49、No.50保溫0.5小時(shí),然后冷卻到60。C的油淬火，進(jìn)而進(jìn)行在550。C的溫度條件下保溫30分鐘后水冷的回火。然后，對(duì)各圓柱材2進(jìn)行機(jī)械加工，制作JISZ2202所規(guī)定的夏比沖擊試片3,根據(jù)JISZ2242所規(guī)定的方法，實(shí)施室溫下的夏比沖擊試驗(yàn)。此時(shí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用每單位面積的吸收功(J/cm2)。拉伸試驗(yàn)對(duì)與鍛延方向平行地制取的圓柱材2,在與上述的夏比沖擊試驗(yàn)同樣的方法和條件下進(jìn)行油淬火以及回火后，加工成平行部分的直徑為8mm、平行部分的長(zhǎng)度為30mm的拉伸試片，基于JISZ2241所規(guī)定的方法，進(jìn)行室溫下的拉伸試驗(yàn)。此時(shí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)采用屈服比(=(0.2%屈服強(qiáng)度YP)/(抗拉強(qiáng)度TS))。以上的試驗(yàn)結(jié)果示于表5和表6。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>表6<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表l、表2以及表5所示的No.l42鋼材是本發(fā)明的實(shí)施例，表2以及表6所示的No.43~51鋼材是本發(fā)明的比較例。如表5以及表6所示，實(shí)施例No.lNo.42鋼材，其評(píng)價(jià)指標(biāo)VLIOOO、VB_max、沖擊值(吸收功)以及YP/TS(屈服比)均顯示出良好的值，但是比較例的鋼材，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)中的至少一項(xiàng)以上的特性比實(shí)施例的鋼材差。具體地講，比較例No.43~No.46鋼材，總Al含量低于本發(fā)明的范圍，因此可切削性評(píng)價(jià)指標(biāo)VL1000以及屈服比(YP/TS)比實(shí)施例的鋼材差。另外，比較例No.47鋼材，總Al含量極端地低于本發(fā)明的范圍，因此固溶N量大于本發(fā)明的范圍，其可切肖'J性(VLIOOO、VBmax)、沖擊值(ImpactValue)以及屈服比(YP/TS)比實(shí)施例的鋼材差。比較例No.48鋼材，總Al含量大于本發(fā)明的范圍，因此硬度增加，可切削性(VLIOOO、VB_max)差。比較例No.49、No.50鋼材，與實(shí)施例的鋼材相比，在容易析出A1N的850。C下的保溫時(shí)間短，因此固溶N量大于本發(fā)明的范圍，可切削性(VL1000、VBjmax)以及沖擊值(ImpactValue)比實(shí)施例的鋼材差。比較例No.51~No.54鋼材，Sb含量大于本發(fā)明的范圍，因此沖擊值(ImpactValue)比實(shí)施例的鋼材差。實(shí)施例2在本實(shí)施例中，用真空熔煉爐煉制表7以及表8所示的組成的鋼150kg，然后在1250。C的溫度條件下進(jìn)行熱鍛，鍛延成為直徑為65mm的圓柱形。然后，對(duì)于該實(shí)施例以及比較例的各鋼材，用以下所示的方法進(jìn)行切削性試驗(yàn)、夏比沖擊試驗(yàn)以及拉伸試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其特性。再者，表7以及表8中的下劃線表示在本發(fā)明的范圍之外。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>表8<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>切削性試驗(yàn)切削性試驗(yàn)，首先對(duì)于加熱至1250。C在熱態(tài)下進(jìn)行了鍛延的實(shí)施例以及比較例的各鋼材，實(shí)施在850。C的溫度條件下進(jìn)行1小時(shí)正火，其中比豐交例No.48、No.49、No.97~No.101進(jìn)4亍0.5小時(shí)正火，然后空冷的熱處理。然后，從熱處理后的各鋼材切取可切削性評(píng)價(jià)用試片，在表9所示的切削條件下進(jìn)行鉆頭穿孔試驗(yàn)，并在表10所示的條件進(jìn)行縱向車削試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了實(shí)施例以及比較例的各鋼材的可切削性。此時(shí)，作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在鉆頭穿孔試驗(yàn)中，采用可切削到累積孔深度為1000mm的最大切削速度VL1000，在縱向車削試驗(yàn)中，采用10分鐘后的刀具后面最大磨損寬度VBmax'表9<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>表io<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>夏比沖擊試驗(yàn)圖1是表示夏比沖擊試驗(yàn)用試片的切取部位的圖。在夏比沖擊試驗(yàn)中，首先如圖l所示，從在與上述的切削性試驗(yàn)同樣的方法和條件下進(jìn)行了熱處理的各鋼材1上，切取直徑為25mm的圓柱材2，且使得中心軸與鋼材l的鍛延方向垂直。接著，對(duì)于各圓柱材2，進(jìn)行在850。C的溫度條件下保溫l小時(shí)，其中比較例No.48、No.49、No.97~No.101保溫0.5小時(shí)，然后冷卻到60。C的油淬火，進(jìn)而進(jìn)行在55(TC的溫度條件下保溫30分鐘后水冷的回火。然后，對(duì)各圓柱材2進(jìn)行機(jī)械加工，制作JISZ2202所規(guī)定的夏比沖擊試片3，根據(jù)JISZ2242所規(guī)定的方法，實(shí)施室溫下的夏比沖擊試驗(yàn)。此時(shí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用每單位面積的吸收功(J/cm2)。拉伸試驗(yàn)將在與上述的夏比沖擊試驗(yàn)同樣的方法和條件下進(jìn)行了油淬火以及回火的各圓柱材2，加工成平行部分的直徑為8mm、長(zhǎng)度為30mm的拉伸試片，基于JISZ2241所規(guī)定的方法，進(jìn)行室溫下的拉伸試驗(yàn)。此時(shí)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用屈服比(=(0.2。/。屈服強(qiáng)度YP)/(抗拉強(qiáng)度TS))。以上的試驗(yàn)結(jié)果示于表11和表12。<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>再者，表7以M11所示的No.l鋼材是權(quán)利要求1的實(shí)施例，No.2~No.42的鋼材是權(quán)利要求2的實(shí)施例。另外，表8以及表12所示的No.52~No.93是權(quán)利要求1的實(shí)施例。此外，比較例No.43~No.49的鋼材，在S含量以及Ca含量上滿足權(quán)利要求2的規(guī)定，比較例No.94~No.lOl的鋼材，在S含量以及Ca含量上滿足權(quán)利要求1的規(guī)定。如表11以及表12所示，實(shí)施例No.l~42以及No.52~No.93的鋼材，其評(píng)價(jià)指標(biāo)VLIOOO、VB_max、沖擊值(吸收功)以及YP/TS(屈服比)均顯示出良好的值，但是對(duì)于比較例的鋼材而言，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)中的至少一項(xiàng)以上的特性比實(shí)施例的鋼材差。具體地講，比較例No.43~No.46的鋼材，總Al含量低于本發(fā)明的范圍，因此可切削性的評(píng)價(jià)指標(biāo)VL1000以及屈服比(YP/TS)比實(shí)施例的鋼材差。另外，比較例No.47的鋼材，總A1含量極端地低于本發(fā)明的范圍，因此固溶N量大于本發(fā)明的范圍，其可切削性(VLIOOO、VBmax)、沖擊值(ImpactValue)以及屈服比(YP/TS)比實(shí)施例的鋼材差。比較例No.48以及No.49的鋼材，與實(shí)施例的鋼材相比，在容易析出A1N的850。C下的保溫時(shí)間短，因此固溶N量大于本發(fā)明的范圍，可切削性(VLIOOO、VB_max)以及沖擊值(ImpactValue)比實(shí)施例的鋼材差。此外，比較例No.94~No.96的鋼材，總Al含量低于本發(fā)明的范圍，因此可切削性(VLIOOO、VB.max)以及屈服比(YP/TS)比實(shí)施例的鋼材差。此外，比較例No.97~No.lOl的鋼材，與實(shí)施例的鋼材相比，在容易析出A1N的850。C下的保溫時(shí)間短，因此固溶N量大于本發(fā)明的范圍，可切削性(VLIOOO、VB一max)以及沖擊值(ImpactValue)比實(shí)施例的鋼材差。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明，可以提供在較寬范圍的切削速度區(qū)域具有良好的可切削性且同時(shí)具有高的沖擊特性和高的屈服比的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼。本發(fā)明中表示數(shù)值范圍的"以上，，和"以下，，均包括本數(shù)。權(quán)利要求1.一種可切削性和強(qiáng)度特性優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.1～0.85％、Si0.01～1.5％、Mn0.05～2.0％、P0.005～0.2％、S0.001～0.15％、全部Al超過0.05％且為0.3％以下、Sb低于0.0150％其中包括0％在內(nèi)、以及全部N0.0035～0.020％，并且固溶N限制在0.0020％以下，其余量由Fe以及不可避免的雜質(zhì)組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可切削性和強(qiáng)度特性優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，還含有Ca:0.0003~0.0015%、Ti:0.001~0.1%、Nb:0.005~0.2%、W:0.01~1.0%、V:0.01~1.0%、Mg:0細(xì)1~0.0040%、Zr:0.0003~0.01%、Rem:0.0001~0.015%、Sn:0.005~2.0%、Zn:0.0005~0.5o/o、B:0.0005~0.015o/o、Te:0.0003~0.2°/o、Bi:0.005~0.50/0和Pb:0.005~0.50/0、Cr:0.01~2.0o/o、Mo:0.01~1.0o/o、Ni:0.05~2.00/0以及Cu:0.01~2.0%之中的一種或兩種以上。全文摘要本發(fā)明提供一種在較寬泛的切削速度區(qū)域具有良好的可切削性、并且同時(shí)具有高的沖擊特性和高的屈服比的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，本發(fā)明的可切削性和強(qiáng)度特性優(yōu)異的機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼，以質(zhì)量％計(jì)，含有C0.1～0.85％、Si0.01～1.5％、Mn0.05～2.0％、P0.005～0.2％、S0.001～0.15％、全部Al超過0.05％且為0.3％以下、Sb低于0.0150％其中包括0％在內(nèi)、以及全部N0.0035～0.020％，并且固溶N限制在0.0020％以下，其余量由Fe以及不可避免的雜質(zhì)組成。文檔編號(hào)C21D8/00GK101410541SQ200780010959公開日2009年4月15日申請(qǐng)日期2007年12月25日優(yōu)先權(quán)日2006年12月25日發(fā)明者宮本健一郎,宮西慶,橋村雅之,水野淳申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社