可切削性优异的机械结构用钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车用零件、建设机械用零件等的各种机械结构用零件的制造所用的 机械结构用钢，特别是涉及切削加工面粗糙度小这样的可切削性优异的机械结构用钢。
【背景技术】
[0002] 汽车用零件、建设机械用零件等的各种零件，一般是对于机械结构用钢实施锻造 等的加工后，通过实施切削加工而加工成最终形状。在实施这样的切削加工时，从零件精度 和制造效率的方面出发，要求发挥着优异的可切削性的机械结构用钢。特别是在适用于成 型用模具的钢材中，对于切削加工面粗糙度的要求高，希望能够得到切削加工面粗糙度更 小的机械结构用钢。若切削加工面粗糙度大(粗糙），则需要通过磨削等对表面性状进一步 精加工，存在制造工序繁杂这样的问题。
[0003] 至今为止，关于发挥着优异的可切削性的机械结构用钢也提出有各种各样的技 术。作为这样的技术，例如在专利文献1中，公开有一种低碳硫的铅快削钢，其通过规定C、 皿11、？、3、？13、0、3^1等的元素的含量，并且规定此3系夹杂物的平均尺寸和没有与氧化物结 合的硫化物的比例，从而能够改善可切削性。另外，也公开能够得到良好的加工面粗糙度。
[0004] 该技术中，作为改善可切削性的元素，使基本成分中含有铅(Pb)。铅作为改善可切 削性的元素已众所周知。但是，Pb被指出对人体和环境存在有害性，近年来要求不添加 Pb而 发挥良好的可切削性。
[0005] 在这样的背景之下，不积极地添加 Pb，而发挥着良好的可切削性的技术的开发正 在进行。作为这样的技术，例如在专利文献2中公开，通过复合添加 S、Te和Ca，能够得到与Pb 添加钢同等优异的可切削性。另外在此技术中公开，通过添加 Bi和稀土类元素(REM)，可切 削性进一步提尚。
[0006] 但是，Te、Bi、REM等的可切削性提高元素(快削元素）高价，制造中的成本上升成为 问题。
[0007] 另一方面，在专利文献3中提出，通过在硫化物系夹杂物的存在下使既定量的Mg含 有，从而使钢材的机械的性质和切肩分断性的两种特性发挥的机械结构用快削钢。在此技 术中，为了将硫化物系夹杂物控制为既定的形状和分散状态而添加 Mg。但是，Mg其沸点低而 容易蒸发，而且是强脱氧元素，因此容易作为氧化物而从钢液中分离，因此获益率低，有不 可避免成本上升的状况。
[0008] 先行技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1:日本国特开昭62-23970号公报 [0011] 专利文献2:日本国特开2004-292929号公报 [0012] 专利文献3:日本国特开2002-69569号公报
【发明内容】
[0013]本发明在这样的状况之下而形成，其目的在于，提供这样一种机械结构用钢，其不 必使用对人体有害的Pb和高价的快削元素，即使是通常的化学成分组成，仍发挥着优异的 可切削性，特别是切削加工面粗糙度良好。
[0014]能够达成上述目的的所谓本发明的机械结构用钢，在以下方面具有要旨，其具有 由从珠光体、贝氏体和马氏体中选择的至少一种所构成的硬质相和铁素体相构成的混合组 织，铁素体晶粒的平均圆当量直径为7μπι以下，由下式（1)表示的铁素体晶粒-铁素体晶粒连 接率X为0.15以下。
[0015] [铁素体晶粒-铁素体晶粒连接率X]=[铁素体晶粒-铁素体晶粒界面数A]/[铁素 体晶粒-硬质相界面数Β>··(1)
[0016] 式中，铁素体晶粒-铁素体晶粒界面数A表示在使用扫描型电子显微镜拍摄的组织 照片上引既定长度的直线时，铁素体晶粒-铁素体晶粒界面与所述直线的交点的数量;铁素 体晶粒-硬质相界面数B表示与前述同样地引既定长度的直线时，铁素体晶粒-硬质相界面 与所述直线的交点的数量。
[0017]还有，所述所谓"平均圆当量直径"，是将铁素体晶粒换算成相同面积的圆时的直 径（圆当量直径）的平均值。
[0018] 关于本发明的机械结构用钢的化学成分组成，如果是机械结构用钢则没有特别限 定，但作为优选，例如可列举分别含有C:0.2~1.2% ("质量％"的意思。以下，涉及化学成分 组成均同。）、Si:0.05 ~0.5%、]^:0.2~1.8%、？:0.03%以下（不含0%)、5:0.03%以下（不 含0% )，余量是铁和不可避免的杂质。
[0019] 在上述优选的化学成分组成中，根据需要，还含有从Cr:0.5%以下（不含0%)、Cu: 0.5%以下（不含0%)、附：0.5%以下（不含0%)、和]?〇 :0.5%以下（不含0%)所构成的群中 选择的一种以上也有效，根据所含有的元素的种类，机械结构用钢的特性得到进一步改善。
[0020] 本发明也包括切削面性状的改善方法，通过切削上述这样的机械结构用钢，能够 得到切削面性状得到改善的钢制品。
[0021] 另外，通过切削本发明的机械结构用钢，不用实施磨削等的精整加工，就能够高效 率地制造表面性状良好的成型用模具。
[0022] 在本发明中，通过具有由从珠光体、贝氏体和马氏体中选择的至少一种所构成硬 质相和铁素体相构成的混合组织，使铁素体的平均圆当量直径为7μπι以下，并且规定以既定 的关系式表示的[铁素体晶粒-铁素体晶粒连接率X]，从而能够实现发挥着优异的可切削 性，特别是切削加工面粗糙度良好的机械结构用钢。
【附图说明】
[0023] 图IA是用于说明钢材的组织与切削加工面粗糙度的关系的模式图，是表示切削加 工最初的状态的图。
[0024] 图IB是用于说明钢材的组织与切削加工面粗糙度的关系的模式图，是表示切削加 工途中的状态的图。
[0025] 图IC是用于说明钢材的组织与切削加工面粗糙度的关系的模式图，是表示切削加 工后的状态的图。
[0026] 图2Α是表示求得铁素体晶粒-铁素体晶粒连接率X的步骤的附图代用照片，是表示 X <0.15时的图。
[0027] 图2B是表示求得铁素体晶粒-铁素体晶粒连接率X的步骤的附图代用照片，是表示 X>0.15时的图。
【具体实施方式】
[0028] 本发明者们为了实现即使是通常的化学成分组成，也能够得到良好的切削加工面 粗糙度的机械结构用钢，特别对于与金属组织的关系进行了研究。其结果得出如下设想:切 削加工时加工面粗糙度之所以恶化，组织中硬度不同的相混杂是原因之一。使用【附图说明】 这种状态。
[0029] 图IA~IC是用于说明钢材的组织与切削加工面粗糙度的关系的模式图。图中，1表 示铁素体相，2表示硬质相（从珠光体、贝氏体和马氏体中选择的至少一种所构成的硬质 相），成为其混杂在一起的混合组织构造。还有，图中，钢材的上侧表示被切削的钢材表面。 在切削加工时，如图IA所示，混合组织之中柔软的铁素体相1被硬质相2推挤而变形。接着， 如图IB所示，铁素体相1在被推挤的状态下，由工具的切削刃（刀头)除去。在工具的切削刃 通过切削部分的面(加工面），如图IC所示，由于硬质相2的弹性回复导致铁素体相1被牵拉 而变形，因此加工面上的铁素体相1产生凹部3,由于该凹部的存在而使钢材的加工面粗糙 度恶化。
[0030] 本发明者们基于上述设想，就用于得到良好的切削加工面粗糙度的要件进一步进 行了研究。其结果发现，如果使铁素体晶粒的平均圆当量直径处于既定的范围，并且减少铁 素体晶粒之间连接的部分，则能够实现可得到良好的加工面粗糙度的机械结构用钢，从而 完成了本发明。
[0031] 对于本发明中规定的各要件进行说明。
[0032] 为了抑制加工面上的凹部生成，需要使柔软的铁素体相细小地分散。在细小分散 的组织中，因为各个相小，所以1个柔软的相被硬的相(硬质相)推挤时的量变少，加工面上 发生的凹部也变小。其结果是，成为微小的凹凸分散的状态，使加工面粗糙度得到改善。
[0033] 为了使柔软的铁素体相成为细小分散的状态，需要尽可能减小铁素体晶粒的大小 (粒径）。在本发明的机械结构用钢中，为了确保希望的铁素体的分散状态，需要使铁素体晶 粒的大小，以平均圆当量直径计为7μπι以下。还有，铁素体的平均圆当量直径优选为6μπι以 下，更优选为5μπι以下。另外，铁素体的平均圆当量直径的优选的下限为2μπι以上。
[0034]但是，仅是规定铁素体晶粒的大小，在用于达成本发明的目的上并不充分。这是由 于，粒径小的铁素体晶粒之间连接的现象有发生的可能性。若发生这种现象，则表现出多个 铁素体晶粒聚集，作为相当大的铁素体相的举动，在比铁素体相更硬的相(硬质相)作用下， 铁素体相一起被推挤。这种状态，将发生正如粒径大的铁素体晶粒存在的同样的现象(切削 加工面粗糙度变差的现象）。
[0035]相对于此，若成为粒径小的铁素体晶粒被硬质相包围的状态，则在此处推挤铁素 体相的量变少，切