低碳硫磺快削鋼的制作方法

專利名稱：：低碳硫磺快削鋼的制作方法
技術領域：
：本發明涉及低碳硫磺快削鋼，詳細地說是涉及即使在沒有添加Pb的情況下，仍具有與現有的鉛快削鋼(以下稱為"Pb快削鋼")及復合添加了Pb、S和P等其他快削元素的復合快削鋼(以下稱為"Pb添加復合快削鋼")同等以上良好的被削性的低碳硫磺快削鋼。更詳細地說是涉及采用高速鋼工具進行切削時具有良好的被削性，同時滲碳性優異，而且連續鑄造性優異，因此能夠廉價大量生產的Pb非添加的低碳硫磺快削鋼。
背景技術：
：以前，軟質的小零件，例如汽車用的制動零件、個人電腦周邊設備零件及電氣設備零件等軟質的小零件的原材，為了提高生產性而使用被削性優異的所謂"快削鋼"。這種軟質小零件的切削加工，工業上主要在100m/分以下的比較低速的區域進行。另外，切削加工時的工具大多使用沒有實施涂敷處理的高速鋼工具(以下稱為"HSS工具")。而且，在這樣的切削加工條件下，作為原材鋼的"被削性"，除了確保工具長壽命以外，還從加工精度的觀點出發，就要求切削加工后的鋼材表面的加工面粗糙度小，此外，切屑切割得細小的性質(以下稱為"切屑處理性"。)優異也受到重視。特別是，良好的切屑處理性是加工線的自動化不可或缺的，是用于提高生產性所必須的特性。作為快削鋼，已知有大量添加S，利用MnS改善被削性的硫磺快削鋼(以下稱為"S快削鋼")，添加了Pb的Pb快削鋼及Pb添加復合快削鋼等。上述的快削鋼之中，Pb快削鋼及Pb添加復合快削鋼，也具有切屑處理性優異，工具壽命也長，加工后的鋼材表面的加工面粗糙度優異這樣的特性。因此，這些添加了Pb的快削鋼，通過切削加工被加工成前述汽車用的制動零件、個人電腦周邊設備零件及電氣設備零件等軟質的各種小零件形狀，作為最終制作使用。還有，對于切削加工后的各種小零件，從使之確保強度的目的出發，也有實施用于表面硬化的滲碳處理，使表面硬度增加以后再作為最終制品使用的情況。但是，由于近年對于地球環境問題的重視高漲，對于降低Pb含量的快削鋼和完全不含Pb的快削鋼的愿望極其強烈，例如在歐洲，根據RoHS(Ontherestrictionoftheuseofcertainhazardoussubstancesinelectricalandelectronicequipment)指令禾口ELV(EndofLifeVehicle)指令，鋼材中所含的Pb含量以質量y。計被限制在0.35呢以下等，以期望盡可以降低Pb的含量。還有，因為Pb熔點低，而且在鋼中幾乎不固溶，所以含有大量Pb的鋼在軋制時容易產生裂紋。因此，從鋼的穩定制造這方面出發，對于降低了Pb的含量的快削鋼和完全不含Pb的快削鋼的愿望也很大。為了順應這種愿望，在專利文獻110中，提出有替代Pb快削鋼及Pb添加復合快削鋼的各種快削鋼。最著名的如專利文獻14，是使S量增加以替代添加Pb，從而改善被削性的低碳硫磺快削鋼。另外，如專利文獻510，還大量提出控制了鋼中的夾雜物形態的快削鋼，其以改善被削性為目的，通過在S快削鋼中添加B和Ti等來控制鋼中的夾雜物形態。具體來說，在專利文獻1中，提出有一種"低碳硫磺系快削鋼"，含有超過0.4Q/。的S以增量MnS，并不添加Pb。在專利文獻2中，提出有一種"快削鋼"，含有超過0.50%的S而增量MnS，從而實現被削性的改善。在專利文獻3中，提出有一種"低碳硫磺快削鋼"，含有0.4%以上的S，此外再添加Sn，從而實現被削性改善。在專利文獻4中，公開有一種"低碳硫磺系快削鋼及其制造方法"，其通過對硫化物的平均幅度和線材的屈強比一起調整，從而改善被削性。在專利文獻5中，公開有一種"高硫磺快削鋼"，其通過適量添加Ti、Al及Zr而使硫化物系夾雜物微細化，以改善被削性。在專利文獻6中，公開有一種"含硫磺快削鋼、該快削鋼的制造方法和快削鋼的機械加工方法"，其實質上不添加作為脫氧劑的Al，而是通過以硫化物系夾雜物為氧硫化物來改善被削性。在專利文獻79中，公開有一種"被削性優異的鋼及其制造方法"或"被削性優異的鋼"，其通過調整鋼的成分組成，進行顯微組織的調整，或通過使微細的MnS分散，從而實現被削性改善。在專利文獻10中，公開有一種"低碳快削鋼"，其是本發明者們提出的，其中，含有特定量的C、Mn、S、Ti、Si、P、Al、0及N，Ti和S的含量滿足下式(i)，同時Mn與S的原子比滿足下式(ii)，并且Ti硫化物或/及Ti碳化物含有內在的MnS。Ti(質量％)/S(質量％)<1...(i)Mn/S>l%…(ii)專利文獻1特開2000-319753號公報專利文獻2特開2000-160284號公報專利文獻3特開2002-249848號公報專利文獻4特開2003-253390號公報專利文獻5特開2004-269912號公報專利文獻6特開2002-363691號公報專利文獻7特開2004-169051號公報專利文獻8特開2004-169052號公報專利文獻9特開2004-169054號公報專利文獻10特開2003-226933號公報前述專利文獻l所公開的"低碳硫磺系快削鋼"，未充分考慮Mn、S、O及N等的成分組成，僅僅只添加了S量。因此，在100m/分以下的比較低速的區域使用HSS工具進行切削時，得不到能夠同時改善加工面粗糙度和切屑處理性的優選的夾雜物，因此，不能確保期望的良好的被削性。在專利文獻2所公開的"快削鋼"的情況下，確實確認到HSS工具下的被削性的改善。但是，因為僅僅使S量增大，而沒有照顧到硫化物的形態，所以加工面粗糙度大，有得不到期望的加工面粗糙度小的情況。在專利文獻3所公開的"低碳硫磺快削鋼中"，公開了提高0量對MnS形態施加影響，以改善被削性。確實，即使在含有高含量的S的鋼中，為了使MnS的形態最佳化，提高0量也很重要。但是，僅僅只提高0量，因為會有粗大的硫化物大量生成，所以切屑處理性劣化。還有，該專利文獻3所公開的技術中，沒有同時使氧化物組成最佳化。因此，在100m/分以下的比較低速的區域使用HSS工具的切削中，不能確保期望的良好的被削性。專利文獻4所公開的"低碳硫磺系快削鋼"，鋼線材的直徑為d，只控制從外周面下0.lmm至d/8的區域中的硫化物形態，而對更深區域的硫化物的形態，例如鋼線材中心部的硫化物形態則不予考慮。因此，如以使用HSS鉆的加工等方式切削表面部分以外時，則不能使優異的切屑處理性和長工具壽命兼備。專利文獻5所公開的"高硫磺快削鋼"中，生成的硫化物和氧化物的形態在使用HSS工具的切削中不為優選。囪此，在100m/分以下的比較低速的區域使用HSS工具的切削中，不能得到期望的小的加工面粗糙度。專利文獻6所公開的"含硫磺快削鋼"，通過使氧硫化物存在，雖然可實現被削性改善，但是沒有精致地考慮到鋼的成分組成。因此，對于在100m/分以下的比較低速的區域使用HSS工具的切削來說，得不到具有合適形態的硫化物和氧化物，從而不能確保期望的良好的被削性。專利文獻79所公開的"被削性優異的鋼"，沒有充分考慮成分組成，進行了A1、Ti及Zr等對MnS形態會造成很大影響的成分元素的添加。這種情況下，對于使用HSS工具的切削來說，得不到具有適當形態的硫化物和氧化物，切屑處理性及加工面粗糙度劣化，不能確保期望的良好的被削性。專利文獻10所公開的"低碳快削鋼"，使用超硬工具的高速切削時r的工具壽命與Pb快削鋼相比確實優異，并且，能夠得到優異的切屑處理性。但是，在100m/分以下的比較低速的區域使用HSS工具的切削時，硫化物形態不適合改善被削性，因此加工面粗糙度大，判明是得不到期望的加工面粗糙度小的情況。如上述，現有提出的快削鋼，關于作為汽車用的制動零件、個人電腦周邊設備零件及電氣設備零件等軟質的小零件的原材所需要的被削性的諸特性，即，在100m/分以下的比較低速的區域使用HSS工具的切削中的工具壽命、切屑處理性及加工面粗糙度之中至少任一種特性，比Pb快削鋼及Pb添加復合快削鋼差。即，現有提出的任何一種快削鋼，在100m/分以下的比較低速的區域使用HSS工具的切削中的被削性，均無法與含有大量的Pb的Pb快削鋼及Pb添加復合快削鋼完全等同。而且，前述的現有提出的快削鋼，也沒有具備用于廉價地大量生產而在制造階段所要求的良好的連續鑄造性和作為制品所要求的熱處理特性。即，對于切削加工后的各種小零件，從使之確保強度的目的出發而實施滲碳處理，使表面硬度增加以后再作為制品使用時，就要求有良好的"滲碳性"。然而，所述的現有提出的快削鋼，其"滲碳性"未必優異。另外，用于廉價地大量生產而在制造階段所要求的"連續鑄造性"也未必優異。
發明內容因此，本發明的目的在于，提供一種低碳硫化快削鋼，即使在不添加Pb時，其在100m/分以下的比較低速的區域使用HSS工具而進行切削時的被削性，與現有的Pb快削鋼及Pb添加復合快削鋼為同等以上水平，而且，滲碳性優異，而且也適于通過連續鑄造而大量生產。本發明者們，首先，使用不含Pb的S快削鋼，對于在100m/分以下的比較低速的區域使用HSS工具的切削下的被削性進行調查。其結果是得到下述(a)的結論。還有，在以下說明的"Mn系硫化物"中，除非特別限定，則含有MnS和由Mn(S、X)的化學式表述的Mn的復合化合物，如Mn(S、Te)、Mn(S、Se)、Mn(S、0)及Mn(S、Se、0)等，X作為Te、Se及O，是除S以外與Mn結合的元素。(a)S快削鋼的情況下，通過提高鋼中的O(氧)量，認為會生成粗大的Mn系硫化物，被削性提高。但是，在前述的切削速度區域下使用HSS工具的切削中，僅僅增加O量只會使Mn系硫化物粗大化，而難以提高被削性，特別是切屑處理性。因此接下來，對于前述的切削速度區域下使用HSS工具的切削中的Mn系硫化物的形態與被削性的有關系進行了詳細地研究。其結果表明，不僅Mn系硫化物的大小會對加工面粗糙度及切屑處理性帶來很大影響，而且其分散形態也會對其造成很大影，并得到下述(b)(d)的結論。(b)提高鋼中的O量而使Mn系硫化物粗大地結晶時，加工面粗糙度變小而得到改善，但是，切屑處理性劣化。即，粗大的Mn系硫化物在切削中作為切屑受到塑性變形時，會作為應力集中點發揮作用，以Mn系硫化物為起點的裂紋發生，由此，積屑瘤的成長被抑制，加工面粗糙度變小而得到改善，切屑剪斷域中的阻抗力減弱，切削阻抗降低，從而工具壽命變長。另一方面，Mn系硫化物粗大化時，裂紋在切屑內部低效率地傳播，因此達到到切屑的斷裂，因此切悄處理性劣化。(c)Mn系硫化物以微細的形態結晶時，切屑處理性改善，但是加工面粗糙度變大而劣化。即，凝固時由于共晶反應而結晶的大量微細的Mn系硫化物，因其變形能高，所以在通過鑄造和軋制而延長的狀態下，或者在延長基礎上通過進一步軋制而被切斷而成為微細的狀態下受到觀察。這些微細結晶的Mn系硫化物，在切削中作為切屑受到塑性變形時而容易變形，因此在切屑變形時受到剪切應力的情況下也會變形。而且，以此發生了變形的Mn系硫化物為起點，直至切屑脆化斷裂，切屑處理性得到改善。另一方面，積屑瘤周邊的2次剪切域進一步受到強加工，因此，上述的Mn系硫化物被進一步切斷而微細化，不會發生對切斷積屑瘤和切屑有效的裂紋，而是進入到積屑瘤內部。其結果是，不能抑制積屑瘤的成長，因此加工面粗糙度變大而劣化。(d)由上述(b)及(c)的結論可知，為了減小并改善加工面粗糙度，需要Mn系硫化物分散，Mn系硫化物具有的作用是使用于切斷積屑瘤和切屑的充分大的裂紋發生，即，即使在2次剪切域受到強工加也不會切斷的這種在切削前的狀態下寬度大的Mn系硫化物分散。而且，除了加工面粗糙度的改善以外，為了也改善切屑處理性，為了有效率地使以Mn系硫化物為起點發生的裂紋傳播，需要使產生粗大的裂紋的寬度大的Mn系硫化物的分布密度增大。因此，進一步對于用于使寬度大的Mn系硫化物的分布密度增大，以提高加工面粗糙度和切屑處理性的兩種特性的條件進行了詳細地研究。其結果是得到(e)(i)的結論，另外，關于工具壽命則得到下述(j)的結論。(e)為了使寬度大的Mn系硫化物的分布密度增大，需要使Mn系硫化物的絕對量增大，為此，必須在超過0.4y。的范圍含有S。(f)關于寬度大的Mn系硫化物，作為與最接近的Mn系硫化物的平均距離的"最短平均粒子間距離"小時，裂紋有效率地傳播，助長切屑的切斷，即使不含Pb時，也能夠得到與Pb快削鋼及含Pb的復合快削鋼同等的切屑處理性。(g)為了使寬度大的Mn系硫化物的分布密度增大，需要使在凝固階段作為Mn系硫化物的生成核的Mn系硫化物根據S量而大量分散，為此，不僅要使S量和O量增大，而且需要使鋼的成分組成，特別是Mn、S及O的含量平衡，以及A1、Si的含量和雜質中的Ca、Mg、Ti、Zr及REM的含量適當化。還有，Mn系氧化物的生成頻率與Mn和O的濃度積有關，即與"MnXO"有關。(h)以充分的密度使在凝固的早期階段生成的Mn系氧化物分布，以其為生成核，通過偏晶反應使Mn系硫化物生成，由此能夠以大的分布密度使寬度大、最短平均粒子間距離小的Mn系硫化物存在。(i)N在改善被削性中不會影響到適當的Mn系硫化物的形態及氧化物組成，而是在鐵素體中固溶而提高切屑處理性，因此可含有充分的量。(j)如果微細的Mn系氧化物大量分散在鐵素體晶內，則工具壽命得到改善而變長。本發明基于上述的結論而完全，其要旨在于下述(1)(4)所示的低碳硫磺快削鋼。(1)一種低碳硫磺快削鋼，其中，以質量%計，含有C:0.05%以上、低于0.20%;Si:低于0.02%;Mn:0.72.2%;P:0.0050.25%;S:0.40%0.60%但不包括0.40%;Al:低于0.003%;0:0.00900.0280%;N:0.00300.0250%，余量由Fe及雜質構成，雜質中的Ca、Mg、Ti、Zr及REM為，Ca:低于0.001%;Mg:低于0.001%;Ti:低于0.002%;Zr:低于0.002%及REM:低于0.001%，并且滿足下式(1)及(2)。MnXO>0.018…(1)2.5<Mn/(S+0)<3.5…(2)其中，(1)式及(2)式中的元素符號表示該元素以質量%計的鋼中含(2)根據上述(1)所述的低碳硫磺快削鋼，其中，N的含量，以質量％計為N:0.00600.0250%。(3)根據上述(1)或(2)所述的低碳硫磺快削鋼，其中，作為替代Fe的一部分，含有Te:0.00050.03%;Sn:0.001%以上、低于0.50%及Se:0.0005%以上、低于O.30%之中的l種以上。(4)根據上述(1)(3)的任一項所述的低碳硫磺快削鋼，其中，作為替代Fe的一部分，含有Cu:0.011.0%、Ni:0.011.0%、Cr:0.011.0。/。及Mo:0.010.5%之中的1種以上。以下，將上述(1)(4)的低碳硫磺快削鋼的發明分別稱為"本發明(l)""本發明(4)"。另外，總稱為"本發明"。還有，本發明所說有"REM"是Sc、Y及鑭系元素的合計17種元素的總稱，REM的含量指上述元素的合計含量。本發明的鋼盡管是不添加Pb的"對地球環境有益的快削鋼"，但在100m/分的比較低速區域使用HSS工具進行切削時，具有與現有的Pb快削鋼以及復合添加了Pb、S和P等其他的快削元素的Pb添加復合快削鋼同等以上的良好的被削性，BP,具有長的工具壽命、良好的切屑處理性及小的加工面粗糙度，并且滲碳性優異，而且因為連續鑄造性優異，所以能夠廉價地大量生產。因此，能夠作為汽車用的制動零件、個人電腦周邊設備零件及電氣設備零件等軟質的小零件的原材利用。具體實施例方式首先，對于本發明的低碳硫磺快削鋼的化學組成及其限定理由加以闡述。還有，在以下的說明中，各元素的含量的"％"顯示是"質量％"的意思。C:0.05%以上、低于O.20%C是會對被削性造成很大影響的重要的元素。在鋼的用途重視被削性時，若使c含有o.2(m以上，則鋼的強度變高而被削性劣化，但是，其含量低于0.05。/。時，鋼變得過軟，在切削中產生擠裂，反而加速工具磨損，加工面粗糙度也變大并劣化。因此，C的含量為0.05。/6以上、低于0.20%。還有，為了得到更為良好的被削性，C的含量優選為0.060.18%。Si:低于O.02%Si是與O(氧)的親和力強的強力的脫氧元素，含有0.02%以上時，因為不能得到在改善被削性上所適合的Mn系硫化物的形態及氧化物組成，所以在100m/分以下的比較低速區域下使用HSS工具的被削性劣化。因此，Si的含量為低于0.02%。還有，因為Si對Mn系硫化物的形態及氧化物組成大有影響，所以不僅不能添加，而且還需要在精煉時盡量去除。為了得到更優異的被削性，Si的含量優選低于0.01%。Mn:0.72.2%Mn與S—起形成Mn系硫化物，是對被削性大有影響的重要的元素。其含量低于0.7%時，Mn系硫化物的絕對量不足，不能獲得期望的良好的被削性，此外熱加工性也劣化。Mn還具有提高滲碳性的作用，因此要得到良好的滲碳性時，提高Mn的含量即可，但是，Mn是Mn系硫化物形成元素，此外也有助于脫氧，因此出于改善滲碳性的目的而單純地提高Mn的含量，仍不能獲得期望的夾雜物的形態。為了得到期望的夾雜物形態，需要在充分照顧到S和O(氧)的質量平衡的基礎上添加Mn。但是，即使在這種情況下，若Mn的含量超過2.2%，則得不到期望的夾雜物形態，被削性劣化。因此，Mn的含量為0.72.2%。還有，為了使期望的良好的被削性和良好的滲碳性兼備，Mn的含量優選為1.21.8%。還有，上述的所謂"Mn系硫化物"，是指MnS和由Mn(S、X)的化學式表述的Mn的復合化合物，如Mn(S、Te)、Mn(S、Se)、Mn(S、0)及Mn(S、Se、0)等，X作為Te、Se及O，是除S以外與Mn結合的元素。P:0.0050.25%P具有削弱晶界的強度，從而提高被削性的作用。為了得到所述的效果，需要使P的含量為0.0059^以上。另一方面，若P的含量過度，則鋼的強度變高，反而引起被削性的降低，特別是若P的含量超過0.25%,是強度變得過高，被削性的降低顯著。此外，P的含量超過0.25%時，鋼錠的偏析受到助長，因此還會發生熱加工性的降低。因此，P的含量為0.0050.25%。為了穩定得到更優異的被削性，P的含量優選為0.030.15%。S:0.40%0.60%但不包括0.40%S與Mn—起形成Mn系硫化物，是用于提高被削性所必須的元素。Mn系硫化物帶來的被削性提高效果，不僅受其生成量左右，而是根據其形態及分散狀態面變化。為此，S的含量與Mn及O(氧)的含量的平衡變得重要，但是，S的含量在0.40%以下時，即便其與Mn及O(氧)的含量的平衡適當化，仍得不到充分量的Mn系硫化物，不能取得用于獲得期望的良好的被削性的Mn系硫化物的分散形態。還有，通常的情況下，若S的含量超過0.35%，則熱加工性降低，因此成為鑄片內部的所謂"內部裂紋"的要因，但是通過使之與Mn及O(氧)的含量的平衡適當化，即使S的含量超過0.35%時，也不會引起內部裂紋，從而能夠的高被削性。但是，S的含量超過0.60%時，則需要大量含有Mn而使熱延性的劣化不會發生，但是，因為Mn會作為脫氧元素發揮作用，所以不能確保充分的氧量，因此會損害Mn系硫化物的形態，實質上，難以得到期望的Mn系硫化物的形態及分散狀態。此外，以含量計超過0.6(^的過剩的S的添加會造成成品率的的惡化而導致成品上升。因此，使S的含量為超過0.40%并在0.60%以下。還有，為了確保更穩定優異的被削性，并不使制造性劣化而得到期望的Mn系硫化物的形態，S含量優選為0.450.55%。Al:低于0.003%Al是與O(氧)的親和力強的強力脫氧元素，含有0.003%以上時，不能獲得在改善被削性方面所適合的Mn系硫化物的形態及氧化物組成，因此，在100m/分以下的比較低速區域的使用HSS工具下的被削性劣化。因此，Al的含量為低于0.003%。還有，Al對Mn系硫化物的形態及氧化物組成會造成很大影響，因此不僅不添加，而且需要在精煉時盡量去除。為了得到更優異的被削性，Al的含量優選低于0.002%。0:0.00900.0280%在使Mn及S的含量的平衡適當化以后，通過提高O(氧)的含量，使Mn系硫化物的形態變化，能夠改善被削性。但是，0的含量低于0.0090%時，則不能取得用于得到期望的良好的被削性的夾雜物形態，不能確保充分的被削性。另一方面，若0的含量超過0.0280%，則不僅不能獲得期望的夾雜物形態，而且粗大的氧化物生成，在軋制時誘發裂紋。因此，0的含量為0.00900.0280%。還有，為了穩定確保期望的夾雜物形態和分散狀態，0的含量優選為0.01000.0200%。N:0.00300.0250%即使提高N的含量，也不會影響到改善被削性所適合的Mn系硫化物的形態及氧化物組成，而且，在實質上不含有Al和Ti的本發明中，因為硬質的Al和Ti的氮化物幾乎不被形成，所以N在鐵素體中以固溶狀態存在。上述在鐵素體中固溶的N具有提高切屑處理性的作用。但是，N的含量低于0.0030%時，則得不到充分提高切屑處理性的效果。另一方面，N的含量超過0.0250%，不但所述的效果飽和，而且還會引起制造成本的上升。因此，N的含量為0.00300.0250%。還有，要得到良好的被削性時，N為0.0060%以上，另外，要更有效地得到良好的被削性時，優選含有N為0.0080%以上。在本發明的低碳硫磺快削鋼中，以如下方式限制雜質中的Ca、Mg、Ti、Zr及REM的含量。Ca:低于0.001%、Mg:低于0.001%、Ti:低于0.002%、Zr:低于0.002%及REM:低于0.001%在通常的快削鋼中，Ca、Mg、Ti、Zr及REM均是用于改善被削性而被添加的元素。但是，上述的從Ca到REM的元素，均會對Mn系硫化物的形態和氧化物組成和這些夾雜物的分散狀態帶來不良影響，使100m/分以下的比較低速區域下的用HSS工具的切削中的被削性降低。特別是，在雜質中對于上述的Ca、Mg、Ti、Zr及REM來說，含有Ca、Mg及REM的任意一種在0.001%以上，含有Ti及Zr的任意一種在0.002%以上時，則在所述切削速度區域下的使用HSS工具的切削中的被削性的降低顯著。因此，Ca、Mg、Ti、Zr及REM在雜質中的含量需要為，Ca:低于0.001%、Mg:低于0.001%、Ti:低于0.002%、Zr:低于0.002%及REM:低于0.001%。雜質中的上述Ca、Mg、Ti、Zr及REM均優選在0.0005yo以下。還有，如已述，"REM"是Sc、Y及鑭系元素的合計17種元素的總稱，REM的含量指上述元素的合計含量。Mn與0的濃度積(MnX0):超過0.018含有上述范圍的從C到N的元素，余量由Fe及雜質構成，雜質中的Ca、Mg、Ti、Zr及REM為Ca:低于0.001%、Mg:低于0.001%、Ti:低于0.002%、Zr:低于0.002%及REM:低于0.001%的鋼，其Mn與O的濃度積，即"MnX0"的值超過0.018時，在100m/分以下的比較低速區域下用HSS工具的切削中，能夠確保期望的優異的被削性。因此，作為Mn與O的濃度積的MnXO的值需要超過0.018，SP,需要滿足所述(1)式。還有，上式"MnXO"中的元素符號表示該元素在鋼中以質量％計的含量，MnXO的值的上限優選為0.30。MnXO的值超過0.30時，寬度大的Mn系硫化物的分布密度不太高，有得到良好的加工面粗糙度和切屑處理性困難的情況。Mn/(S+0):超過2.5、低于3.5含有上述范圍的從C到N的元素，余量由Fe及雜質構成，雜質中的Ca、Mg、Ti、Zr及REM為Ca:低于0.001%、Mg:低于0.001%、Ti:低于0.002%、Zr:低于0.002%及REM:低于O.001%的鋼，Mn/(S+0)的值超過2.5時，在凝固階段能夠使作為Mn系硫化物的生成核的Mn系氧化物大量分散，可以增大寬度大的Mn系硫化物的分布密度，因此能夠得到期望的良好的被削性。還有，Mn/(S+0)的值在2.5以下時，通過連續鑄造而進行制造時，在鑄片內部產生裂紋等，從而發生熱加工性的降低，但是，Mn/(S+0)的值超過2.5時，則能夠確保適于工業規模下大量生產的充分的熱加工性。另一方面，Mn/(S+0)的值在3.5以上時，相對于所含有的S和0，過剩的Mn被含有，組織中固溶的Mn量過剩，被削性還有工具壽命也劣化。此外，在實質上不含Ca、Mg、Ti、Zr及REM的本發明中，因為Mn也作為脫氧元素起作用，所以若過剩地含有Mn，則不能取得用于得到改善被削性所適合的Mn系硫化物的形態的充分的0量，因此切屑處理性降低，并且加工面粗糙度也變大。因此，Mn/(S+0)的值超過2.5、低于3.5，即需要滿足上述(2)式。還有，上式"Mn/(S+0)"中的元素符號，表示該元素在鋼中以質量%計的含量。從上述理由出發，本發明的低碳硫磺快削鋼的化學組成規定為，含有上述范圍的從C到N的元素，余量由Fe及雜質構成，雜質中的Ca、Mg、Ti、Zr及REM為，Ca:低于0.001%、Mg:低于0.001%、Ti:低于0.002%、Zr:低于0.002%及REM:低于0.001%，并且滿足上述(1)式及(2)式。另外，本發明(2)的低碳硫磺快削鋼的化學組成規定為，在本發明(1)的低碳硫磺快削鋼中，N的含量為，N:0.00600.0250%。本發明的低碳硫磺快削鋼中，根據需要，替代Fe的一部分，也可以添加并含有從后述的第1群中選擇的1種以上的元素及從第2群中選擇的1種以上的元素之中的一方或雙方作為任意添加元素。以下，關于上述第1群及第2群的任意添加元素進行說明。第1群Te:0.00050.03%;Sn:0.001%以上、低于0.50%及Se:0.0005%以上、低于O.30%Te、Sn及Se均不會損害改善被削性所適合的夾雜物形態，具有提高被削性的作用。因此，在100m/分以下的比較低速區域使用HSS工具時，在想得到更優異的被削性的情況下，也可以在以下的范圍含有。Te:0.00050.03%Te與Mn—起生成Mn(S、Te)，該Mn(S、Te)在切削中起著類似于潤滑效果的作用。而且，即使添加Te也只會增加寬度大的Mn系硫化物的比例，而不會對氧化物形態有影響，因此，在所述的切削速度區域下使用HSS工具的切削中的被削性提高。然而，其含量低于0.0005%時，添加效果缺乏。另一方面，即使含有Te超過0.03y。，該效果也是飽和，成本增大，熱加工性也劣化。因此，添加時的Te的含量為0.00050.03y。。還有，為了更穩定地使良好的熱加工性和良好的被削性兼備，Te的含量優選為0.0030.02%，更優選為0.0030.01%。Sn:0.001%以上、低于O.50%Sn具有改善鋼的被削性的作用。這被認為是由于其具有使基體脆化的效果。然而，其含量低于0.001%時，添加效果缺乏。另一方面，即使含有Sn達0.5Cm以上，該效果也是飽和，熱加工性也劣化。因此，添加時的Sn的含量為0.001%以上、低于0.50%。還有，為了使良好的熱加工性和良好的被削性兼備，Sn的含量優選為0.0396以上、0.30%以下。Se:0.0005%以上、低于O.30%Se與Mn—起生成Mn(S、Se)，該Mn(S、Se)在切削中起著類似于潤滑效果的作用。而且，即使添加Se也只會增加寬度大的Mn系硫化物的比例，而不會對氧化物形態有影響，因此，在所述的切削速度區域下使用HSS工具的切削中的被削性提高。然而，其含量低于0.0005%時，添加效果缺乏。另一方面，即使含有Se在0.3(^以上，該效果也是飽和，成本增大，熱加工性也劣化。因此，添加時的Se的含量為0.0005%以上、低于0.309L還有，為了更穩定地使良好的熱加工性和良好的被削性兼備，Se的含量優選為0.005%以上、0.15%以下。上述的Te、Sn及Se能夠只添加任意一種，或復合添加2種以上。第2群Cu:0.011.0%、Ni:0.011.0%、Cr:0.011.0。/。及Mo:0.010.5%Cu、Ni、Cr及Mo均具有提高鋼的強度的作用。因此，在想提高制品強度時也可以在以下的范圍內含有。Cu:0.011.0%Cu具有通過析出強化而提高鋼的強度的作用。然而，其含量低于O.OP/。時，添加效果缺乏。另一方面，若Cu的含量超過1.0%，則招致熱加工性的劣化，此外，Cu的析出物粗大化，因此不但所述的效果飽和，而且招致被削性的降低。因此，添加時的Cu的含量為0.011.0%。還有，為了穩定地使良好的強度和良好的熱加工性兼備，優選Cu的含量為0.030.50%,為了穩定地兼備更為良好的強度和良好的熱加工性，更優選Cu的含量為0.050.50%。Ni:0.011,0%肌具有通過析出強化而提高鋼的強度的作用。然而，其含量低于0.01%時，添加效果缺乏。另一方面，若Ni的含量超過1.0%,則招致被削性的劣化，并且也使熱加工性的劣化。因此，添加時的Ni的含量為0.011.0%。還有，為了穩定地具有良好的強度、被削性及熱加工性，Ni的含量優選為0.030.50%。Cr:0.011.0%Cr具有提高鋼的強度的作用。Cr還具有提高鋼的淬火性，從而改善滲碳性的作用。然而，其含量低于0.01%時，添加效果缺乏。另一方面，即使含有Cr超過l.(m，所述的效果飽和，除了成本增大外，被削性也降低。因此，添加時的Cr的含量為0.011.0%。還有，為了穩定具有良好的強度、淬火性及被削性，優選Cr的含量為0.020.5%，為了穩定具有更為良好的強度、淬火性及被削性，更優選Cr的含量為0.030.5%。Mo:0.010.5%Mo具有提高鋼的強度的作用。Mo還具有提高鋼的淬火性從而改善滲碳性的作用，及使組織微細化而提高韌性的作用。然而，其含量低于0.01%時，添加效果缺乏。另一方面，即使含有Mo超過0.5%，所述的效果也是飽和，除成本增大以外，被削性也降低。因此，添加時的Mo的含量為0.010.5%。還有，為了穩定具有良好的強度、淬火性、韌性及被削性，Mo的含量優選為0.050.5%。另外，為了在將制造成本抑制得較低的基礎上具有良好的強度、淬火性、韌性及被削性，Mo的含量優選為0.020.3%。上述的Cu、Ni、Cr及Mo可只添加任意一種，或復合添加2種以上。根據上述的理由，本發明(3)的低碳硫磺快削鋼的化學組成規定為，含有Te:0.00050.03%;Sn:0.001%以上、低于0.50%及Se:0.0005%以上、低于0.30%之中的l種以上，來替代本發明(2)的低碳硫磺快削鋼的Fe的一部分。另外，本發明(4)的低碳硫磺快削鋼的化學組成規定為，含有Cu:0.011,0%、Ni:0.011.0%、Cr:0.011.0%及Mo:0.010.5%之中的l種以上，來替代本發明(1)至本發明(3)的任一種低碳硫磺快削鋼的Fe的一部分。還有，Mn系硫化物的分散形態和氧化物組成被凝固速度和制造條件左右。因此，本發明的低碳硫磺快削鋼，例如可以以如下方式進行工業化地大量生產。首先，通過連續鑄造法制造本發明的低碳硫磺快削鋼時，調整從轉爐等的煉鋼爐到鑄桶的出鋼階段及在鑄桶內的爐渣精煉階段的狀態。具體來說，就是在鑄桶精煉開始時將鋼水中所含有的Mn量調整到低于1.5%，優選調整到低于1.2%。在該階段即使使鋼水中含有1.5%以上的Mn，最終也可以調整到所述的范圍內，但是為了得到適當的氧化物及Mn系硫化物的形態，優選以上述方式先調整精煉開始時的Mn的含量。在調整該Mn含量的同時，更優選將精煉開始時的爐渣中的Mn0的含量調整到適當的范圍，具體來說就是調整到2540%的范圍。然后，從精煉的后半段至末期，通過添加合金鐵而使Mn處于規定的含量即可。其次，為了得到適當的Mn系硫化物的形態，調整鑄造時的冷卻速度。艮口，鑄片的冷卻速度因為表皮及中心存在很大的差異，所以，為了以大高分布密度穩定地使寬度大、最短平均粒子間距離小的Mn系硫化物存在，中心部的冷卻速度至少為TC/分以上，更優選在2XV分以上進行冷卻。還有，以鑄錠法制造鋼錠時，如鑄造成小型的鋼錠的情況，在冷卻速度快時，使鋼錠中心部的冷卻速度為2(TC/分以下即可。相反，如鑄造成巨大的鋼錠的情況，在冷卻速度慢時，以使中心部的冷卻速度為rc/分以上的方式安排鑄模即可。以下，通過實施例更詳細地說明本發明。實施例使用高頻感應爐，熔煉具有表13所示化學組成的鋼157，制作直徑約220mm的150180kg鋼錠。表l中的鋼123是化學組成處于本發明規定的范圍內的鋼(以下稱為"本發明例")。另一方面，表2中的鋼2441及表3中的鋼4257是化學組成脫離本發明規定的條件的比較例的鋼。還有，比較例的鋼之中，鋼5557是相當于現有的Pb快削鋼的鋼。上述的各鋼之中，作為本發明例的123和比較例的鋼之中鋼29、鋼30、鋼34、鋼36及鋼5057，是控制在熔煉階段的溶存氧量及凝固速度而制作的鋼錠。即，原料鐵燒穿后，在添加副原料的階段將以包覆在鐵箔中的狀態被銷售的MnO粉末添加到鋼水內，其后實施成分的調整，在1600。C前后的溫度出鋼到鑄模中。還有，為了調節鋼的凝固速度，其調整方式為，出鋼到用沙包圍的陶瓷制的坩堝中而使凝固速度成為適當的速度。另一方面，比較例的鋼之中關于鋼2428、鋼3133、35及鋼3749，沒有通過上述這樣特別的方法進行熔煉。即，在添加副原料后，不裝入MnO粉體或不用以沙包圍的陶瓷制的坩堝，而是在通常的鑄模中進行鑄造。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>以接近于上述各鋼的鋼錠的表面部的Di/8部(其中，"Di"為鋼錠的直徑)的位置為中心，從鋼錠方向提取直徑10mm、長130mm的高溫拉伸試驗片，調查熱加工性。S卩，采用熱加工再現試驗裝置，在大氣中高頻加熱至125(TC并保持5分鐘后，以10。C/分的速度冷卻至900°C，保持10秒后，使應變速度為10秒—'在90(TC進行高溫拉伸試驗，調整熱加工性。還有，上述棒狀試驗片的加熱區域為長度方向的中央部約20mm，高溫拉伸試驗后即刻急冷。上述中，作為高溫拉伸試驗的溫度之所以選定90CTC，是由于一般在低碳快削鋼的情況下，90(TC下高溫拉伸的頸縮值處于極小點。熱加工性通過上述的高溫拉伸試驗中的頸縮率(％)進行評價。還有，熱加工性的目標為，在上述高溫拉伸試驗下具有40%以上的頸縮值。還有，該情況下，即使是超過0.4呢這種含有高S量的鋼，也可以在連續鑄造時不產生內部裂紋而穩定地實現鑄片的制造。另外，以下述方法調査各鋼的被削性及浸碳性。艮口，將各鋼的上述直徑約220咖的鋼錠的余量加熱至120(TC并保持2小時以上后，使最終溫度為IOO(TC以上進行熱鍛造，鍛造后進行空冷，制作成直徑40ram的圓棒。其次，將上述各圓棒加熱至950。C并保持1小時后空冷，進行正火。還有，鋼33因為在熱鍛中產生裂紋，所以不進行以下的調査。接下來，將上述的直徑40mm的圓棒的一部分剝皮(peeling)而成為直徑31mm的圓棒，對其實施冷拉拔加工，最后成為直徑28mm的圓棒。將如此得到的直徑28mm的圓棒作為供試材，用未實施涂敷處理的HSS工具，具體來說是用SKH4(JISG4403(2000))的車削用刀片以下述的條件進行車削，調查被削性。切削速度100m/min，進給量0.05mm/rev，切削深度0.5mm，潤滑使用了水溶性潤滑油的濕式潤滑。艮P，以上述條件連續進行l分鐘車削后，使用觸針式的粗糙度儀測定最大高度粗糙度Rz，評價加工面粗糙度。另外，切屑處理性是提坐薪懸膽上述l分鐘所排出的切屑，從長的切屑開始順序測定20個的質量，按其質量進行評價。該質量的值越小，則能夠判斷切屑處理性越好。還有，關于切屑處理性差，長的切屑被排出，結果是得不到20個切屑的，由其個數和質量換算成20個時的質量。此外，工具磨損是通過測定在與上述相同的條件下切削30分鐘后的前端磨損量來進行評價。上述的加工面粗糙度、切屑處理性及工具磨損量，分別以相當于現有的Pb快削鋼的鋼5557具有的各特性之中最差的作為評價基準。即，加工面粗糙度，以鋼56的Rz的7.8um為評價的基準值，工具磨損量以鋼57的175ym為評價的基準值，另外，切屑處理性以鋼55的切屑質量2.7g為評價的基準值。然后，加工面粗糙度以Rz計為7.8ym以下、工具磨損量為175ixm以下及切屑質量為2.7g以下時，則具有與Pb快削鋼同等以上的被削性。此外，從經正火的前述直徑40mm的各圓棒的余量，提取直徑24rara、長度50mm的圓柱狀的試驗片，調查滲碳性。艮P，將上述的直徑24鵬、長50麵的圓柱狀的試驗片加熱到900。C并進行滲碳處理后，以85(TC進行擴散處理，其后在8(TC的油中進行冷卻，由此實施淬火處理。接著，將上述的試驗片加熱至19(TC并保持60分鐘后進行空冷，實施回火處理。還有，上述浸碳時的碳勢(potential)值為0.8%，處理時間為75分鐘。另外，擴散時的碳勢為0.7%，處理時間為20分鐘。從上述的進行了滲碳淬火一回火處理的試驗片的端部25iran的位置，即，在試驗片的長度方向的中央位置的橫截面，從表面到內部，使試驗力為2.94N，測定維氏硬度分布，從維氏硬度為550的表面的位置為"有效硬化層深度"，評價滲碳性。還有，關于浸碳性，以相當于現有的Pb快削鋼的鋼5557的滲碳性之中最差的作為評價基準。即，將鋼57的有效硬化層深度的0.15mm作為評價的基準值。然后，有效硬化層深度為0.15土0.05mm即0.100.20mm時，則具有與Pb快削鋼同等的滲碳性。表4及表5中一并顯示上述各試驗結果。表4及表5中的滲碳性一欄中的"◎"表示有效硬化層深度超過0.20mm，具有勝出Pb快削鋼的滲碳性，"O"表示有效硬化層濃度為O.1Q0.20腿，具有與Pb快削鋼同等的滲碳性，然后，"X"表示有效硬化層深度低于0.10mm，具有比Pb快削鋼差的滲碳性。還有，表5中的鋼33的"一"，表示不能進行熱鍛造，因此沒有進行調査。表4<table>complextableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>由表4及表5可知，鋼123的本發明的低碳硫磺快削鋼盡管不含Pb，但是具有很長的工具壽命、良好的切屑處理性及小的加工面粗糙度，并且滲碳性也優異。此外還可知，其熱加工性比現有的Pb快削鋼更優異，進行工業化的大量生產時沒有任何問題。相對于此，脫離本發明規定條件的比較例的鋼，工具壽命、切屑處理性、加工面粗糙度、滲碳性及熱加工性之中至少有一個差。還有，對于進行前述冷拉拔加工而最終成為直徑28mm的各個圓棒，從Df/4(其中，"Df"為圓棒的直徑)的部位的縱截面方向切割顯微觀察用試驗片，進行Mn系硫化物的調查。g卩，將所述的試驗片埋入樹脂而進行鏡面研磨，采用導入了圖像分析軟件的自動圖像分析裝置，測定被檢測面積5.2咖2的視野中存在的Mn系硫化物的寬度、最短平均粒子間距離及分布密度。還有，所謂"最短平均粒子間距離"，是對于各個Mn系硫化物，求得從被觀察的各個Mn系硫化物的中心座標到最近距離的Mn系硫化物的中心座標間的距離，并將其平均化了的值。其結果是，鋼123的本發明的低碳硫磺快削鋼的情況下，判明寬度大、最短平均粒子間距離小的Mn系硫化物以很大的分布密度存在，具體來說，寬度在4um以上、最短平均粒子間距離在50um以下的Mn系硫化物以80個/mm2以上這樣大的分布密度存在。以上，通過實施例具體地說明了本發明，但本發明并不受這些實施例的限定，沒有作為實施例公開的但如果滿足本發明的要件的當然也包含在本發明中。產業上的利用可能性本發明的鋼盡管是非添加Pb的"對地球環境有益的快削鋼"，但在100m/分的比較低速區域使用HSS工具進行切削時，具有與現有的Pb快削鋼以及Pb添加復合快削鋼同等以上的良好的被削性，即，具有長的工具壽命、良好的切屑處理性及小的加工面粗糙度，并且滲碳性優異，而且因為連續鑄造性優異，所以能夠廉價地大量生產。因此，能夠作為汽車用的制動零件、個人電腦周邊設備零件及電氣設備零件等軟質的小零件的原材使用。權利要求1.一種低碳硫磺快削鋼，其特征在于，以質量％計含有C0.05％以上低于0.20％、Si低于0.02％、Mn0.7～2.2％、P0.005～0.25％、S0.40％～0.60％但不包括0.40％、Al低于0.003％、O0.0090～0.0280％、N0.0030～0.0250％，余量由Fe及雜質構成，雜質中的Ca、Mg、Ti、Zr及REM為，Ca低于0.001％、Mg低于0.001％、Ti低于0.002％、Zr低于0.002％、及REM低于0.001％，并且滿足下式(1)及(2)，Mn×O＞0.018…(1)2.5＜Mn/(S+O)＜3.5…(2)其中，(1)式及(2)式中的元素符號表示該元素以質量％計的鋼中含量。2.根據權利要求l所述的低碳硫磺快削鋼，其中，N的含量以質量呢計為N:0.00600.0250%。3.根據權利要求1或2所述的低碳硫磺快削鋼，其中，替代Fe的一部分，含有Te:0.00050.03%、Sn:0.001%以上低于0.50%、及Se:0.0005%以上低于0.30%之中的1種以上。4.根據權利要13中任一項所述的低碳硫磺快削鋼，其中，替代Fe的一部分，含有Cu:0.011.0%、Ni:0.011.0%、Cr:0.011.0%、及Mo:0.010.5%之中的1種以上。全文摘要一種低碳硫磺快削鋼，以質量％計含有C0.05％以上低于0.20％、Si低于0.02％、Mn0.7～2.2％、P0.005～0.25％、S0.40％～0.60％但不包括0.40％、Al低于0.003％、O0.0090～0.0280％、N0.0030～0.0250％，余量由Fe及雜質構成，雜質中的Ca、Mg、Ti、Zr及REM為，Ca低于0.001％、Mg低于0.001％、Ti低于0.002％、Zr低于0.002％、及REM低于0.001％，并且滿足Mn×O＞0.018及2.5＜Mn/(S+O)＜3.5，該低碳硫磺快削鋼在使用HSS工具的比較低速切削中具有與Pb快削鋼及Pb添加復合快削鋼同等以上的被削性，滲碳性也優異。這種鋼因為連續鑄造性優異，所以能夠廉價地大量生產，從而能夠作為汽車用的制動零件、個人電腦周邊設備零件及電氣設備零件等軟質的小零件的原材使用。文檔編號C22C38/00GK101184859SQ20068001874公開日2008年5月21日申請日期2006年5月24日優先權日2005年5月30日發明者加藤徹,松井直樹,西隆之,長谷川達也申請人:住友金屬工業株式會社