易切削鋼和採用這種鋼的燃料噴射系統元件的製作方法

2023-10-07 19:45:04 1

專利名稱：易切削鋼和採用這種鋼的燃料噴射系統元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種易切削鋼和採用這種鋼的燃料噴射系統元件。
背景技術：
在需要極好的易切削性材料的領域，含鉛的易切削性鋼被廣泛使用。然而，從新近環境保護的觀點，這種具有高毒性的，能改善切削性能的元素如鉛，被更加嚴格的控制使用，因此，尋找一種替代鋼變得更加迫切。鉍是一種已知的能有效改善切削性能的鉛的替代元素。另外一種已知的替代材料舉例來說是以硫為其主要成分的能改善切削性能的材料。採用這種材料的目的是為了能生產一種主要包含MnS基化合物的夾雜物，通過增強在形成切屑的過程中夾雜物上的應力集中以及工具機和切屑間的潤滑作用，從而提高其切削性能和磨削性能。
另一方面，在新近趨勢中，在降低重量，減少尺寸和提高機械結構和如車輛工具部件的各種元件的性能方面，對具有高疲勞強度的鋼存在迫切的需要。在疲勞環境中，當疲勞應力加在鋼上時，任何缺陷如在組織中的夾雜物都會導致疲勞應力集中，由此缺陷引起的內部疲勞損壞將會發生。因此，需要控制組織中的夾雜物的尺寸和含量，這在日本公開的專利文件No.2003-64412中已經描述了。
在獲得理想的切削性能方面，易切削鋼中加入夾雜物是有益的，但是在獲得高疲勞強度方面，高疲勞強度鋼中加入夾雜物是無益的，因而在是否採用夾雜物的觀點上兩者是相互矛盾的。因此，要實現易切削鋼具有高疲勞強度是極端困難的。
此應用的一個特殊的領域如燃料噴射系統元件。對於燃料系統來說，由於排放法規逐年的越來越嚴格，需要不斷的提高燃料噴射壓力。因而，此系統中的任何組件都將會遭受更大的反覆的壓力作用。因此組件需要具有高的疲勞強度，同時就減少加工費用來說，也需要具有理想的切削性能。
因此，本發明的一個目的是提供一種能抑制粗糙夾雜物的生成，且具有高疲勞強度和理想的切削性能的易切削鋼，同時，也提供採用這種易切削鋼的燃料噴射系統。

發明內容
本發明的旨在解決上述問題的易切削鋼的基本成份及其質量百分比為C0.1-0.5％，Si0.05-2.5％，Mn0.1-3.5％，S0.0005-0.004％，Al0.01-0.06％，Ti0.003-0.01％，O最高達0.0015％，N0.003-0.01％，Bi0.015-0.025％，以及其餘為鐵和不可避免的雜質，且要滿足下面的公式(1)-4.8≤log(([N]-0.0015)×[Ti]0.98)≤-4.3 公式(1)在高疲勞強度鋼中(特別是硬度為300Hv或者以上)，在鋼組織的所有夾雜物中，具有極值尺寸(extreme size)的夾雜物容易作為疲勞斷裂初始點。當疲勞強度變得較大時，甚至較小的夾雜物也可以成為疲勞斷裂初始點。因此，減少具有極值尺寸的夾雜物的尺寸是很必要的，因為這種夾雜物可能會阻礙鋼的高疲勞強度的實現。如上面所描述的，極值尺寸夾雜物的尺寸與數量(可產生夾雜物的元素)相比更重要。為了同時實現高疲勞強度和高切削性能，要儘可能的減少粗糙夾雜物的產生，同時要儘可能提高細小夾雜物的形成。
本發明中的易切削鋼加入Bi和S作為可產生夾雜物的元素。在鋼組織中Bi聚集形成Bi金屬夾雜物，S主要與Mn結合形成硫化物基夾雜物。在鋼組織中僅僅加入作為可產生夾雜物的元素的Bi將會在這裡以聚集的形式產生粗糙的Bi金屬夾雜物，這樣就會造成疲勞強度的降低。另一方面，已知S可作為可產生夾雜物的元素和Bi一起加入，這樣就會在硫化物基夾雜物的周圍使Bi聚集，本發明者發現硫化物基夾雜物分散到一個相對於Bi含量的合適的數量，能夠有效的防止聚集在硫化物基夾雜物周圍的Bi形成粗糙的顆粒，同時也能夠抑制以單個實體存在的粗糙Bi金屬夾雜物的產生。換句話來說，本發明者發現通過控制硫化物基夾雜物的分散抑制Bi的聚集，從而使Bi金屬夾雜物能夠減到最小。
圖5A和5B分別表示本發明的易切削鋼和僅僅加入Bi作為可產生夾雜物的元素的鋼的SEM圖。從圖中可以看出，圖5B中表示以聚集方式形成的粗糙的Bi金屬夾雜物，在圖5A中表示的本發明的易切削鋼生成了一種由硫化物基夾雜物和Bi金屬夾雜物雜合而成的複合夾雜物(更進一步細說，複合夾雜物包括硫化物基夾雜物和聚集在其邊界的Bi)，其中，硫化物基夾雜物是單個實體，同樣Bi金屬化合物也作為單個實體，所有這些都有很小的尺寸。
如前面段落所述，硫化基夾雜物能對抑制Bi的聚集產生一定的作用，然而硫化基夾雜物自身容易形成大的顆粒。在本發明中，為了使硫化物基夾雜物微粒化而限制了S的添加量，同時，添加微量的Ti。本發明者提出了能引起我們的關注的硫化物基夾雜物的生成機理，從而達到控制尺寸使尺寸更小的目的，此生成機理是通過先固化熔化的鋼，然後使MnS沉澱在晶核的周圍從而生成通常由如TiN組成的細微的晶核。這樣粗糙的硫化物基夾雜物就幾乎不可能生成，同時可能在鋼組織中生成大量的細微的硫化物基夾雜物。因為硫化物基夾雜物也能使Bi金屬夾雜物變得細微，所以存在於鋼組織中的所有的夾雜物都變得細微。
下面的段落將會描述本發明中鋼成份限制的理由。
C(碳)0.1-0.5％加入C的目的是為了提高鋼的強度。當C的含量小於0.1％時可能會導致鋼的強度不夠。另一方面，當C的含量超過0.5％時可能會導致鋼的硬度過分增加，從而會對切削性能產生不良的影響。C含量更優選的範圍是0.1-0.4％。當在強度更重要的情況下，C的含量優選0.32-0.39％。另一方面，當抗拉強度更重要的情況下，C的含量優選0.12-0.18％。
Si(矽)0.05-2.5％含有的Si作為還原劑，這也是一種作為固溶強化的元素以有效提高鋼的強度的元素，為了達到此效果，其含量必須是0.5％，含量過多將會增加鋼的硬度和降低切削性能。因此，Si的添加量優選0.15％或者更高。因為在本發明中還原反應主要由Al控制，所以從提高切削性能方面來考慮，Si含量優選0.25或者更少。Si的含量更優選1.0％或者更少，還更優選0.35％或者更少。
Mn(錳)0.1-3.5％Mn和S化合生成硫化物基夾雜物，從而對提高切削性能有益。Mn含量小於0.1％或者更少時可能會導致FeS的形成，從而會降低熱加工性能。Mn的添加量更優選0.55％或者更高。但是，當含量超過3.5％將會增加鋼的硬度，從而降低切削性能。Mn的添加量更優選2.0％或者更少，還更優選0.90％或者更少。
S(硫)0.0005-0.004％S和Mn化合生成硫化物基夾雜物，從而對提高切削性能有益。如上面所述，硫化物基夾雜物能對抑制Bi的聚集和粗糙顆粒的生成產生較好效果。生成的Bi金屬夾雜物的量和硫化物基夾雜物的量之間的平衡是取得上述效果的主要因素，其中在本發明中S的含量必須是0.0005％或者更高。另一方面，為了使在鋼組織中生成的硫化物基夾雜物微粒化，有必要控制S的含量使之低到0.004％或者更低。添加劑S的含量優選0.003％或者更少，在後面將會對夾雜物進行更加詳細的描述。
Al(鋁)0.01-0.06％
含有的Al作為還原劑。為了消除以Al2O3形式存在的任何氧化物基夾雜物，添加的Al的含量為0.01％或者更多。然而，Al的含量過多將會導致二級脫氧產品的增加，所以Al含量的上限優選0.06％。
Ti(鈦)0.003-0.01％Ti能生成TiN。TiN能作為硫化物基夾雜物中非均勻晶核的生成地點，因而TiN的微分散對硫化物基夾雜物的微分散是有益的，進而會阻止Bi的聚集和粗糙化。為了實現上述效果，Ti的含量必須為0.003％或者更高，更優選0.005或者更高。但是，含量過多將會導致TiN的粗糙化，進而降低疲勞強度，因此含量的上限優選0.01％。Ti含量的範圍更優選0.005-0.008％。
O(氧)最高達0.0015％O包含在熔化的鋼中，因而不可避免的存在於鋼中。過高的氧含量可能會增加氧化物基夾雜物的數量，因此含量的上限是0.0015％。、N(氮)0.003％至0.01％N能生成TiN和AlN。在上面已經描述，TiN對於硫化物基夾雜物的微粒化是必要的，AlN對於防止在滲碳作用中晶粒粒徑的粗糙化是必要的。為了達到上述效果，加入的N的含量為0.003％或者更多。N的含量過多將會使TiN和AlN粗糙化，從而降低疲勞強度，因此N的含量的上限優選0.01％。N含量的範圍更優選0.004％-0.008％。
Bi(鉍)0.015％-0.025％Bi的加入是為了提高切削性能，為了提高鑽削性能，添加的Bi的含量為0.015％或者更多。過多的含量將會導致Bi金屬夾雜物的粗糙化，從而降低疲勞強度，因此Bi含量的上限優選0.025％。
-4.8≤log(([N]-0.0015)×[Ti]0.98)≤-4.3公式(1)※見圖1本發明採用TiN作為晶核以生成細微的硫化物基夾雜物。公式(1)詳細說明了能夠產生作為硫化物基夾雜物的晶核的細微TiN的[Ti]和[N]。在這裡說明的是，[]表示給出的元素的含量(質量百分比)。同樣也要說明的是基於生成[TiN]的經驗規律，[Ti]和[N]被分別修正為([N]-0.0015)和[Ti]0.98。
為了生成能產生硫化物基夾雜物的晶核的量的TiN，log(([N]-0.0015)×[Ti]0.98)的值必須是-0.48或者更高。當此值小於-0.48時將會以溶解的方式穩定Ti和N，可能會導致不能生成TiN。另一方面，log(([N]-0.0015)×[Ti]0.98)的值太大可能會使得到的TiN粗糙化，從而可能降低疲勞強度。因此，此值的上限值是-4.3。這樣就可能抑制粗糙TiN的生成。
在圖1中以帶狀形式表示的區域能滿足上述的公式(1)，在這個帶狀區域中(集中環境)，生成的TiN為合適的尺寸。因此，在TiN晶核周圍生成的硫化物基夾雜物被微粒化，從而使Bi金屬夾雜物也微粒化。
在本發明的易切削鋼中，優選的是在鋼組織中存在的這些夾雜物中，複合夾雜物，其中硫化物基夾雜物和Bi金屬夾雜物相互雜合，它的最大尺寸AREAmax(MnS+Bi)，通過極值統計法(extreme value statistics)估計為25微米或者更小，以及以單實體形式存在的硫化物基夾雜物的最大直徑AREAmax(MnS)，通過極值統計法估計為20微米或者更小。
以單實體形式存在的Bi金屬夾雜物中的最大直徑AREAmax(Bi)，通過極值統計法估計為20微米或者更小。
極值統計法是一種估計存在於隨機區域中最大夾雜物的尺寸AREAmax的方法。這種方法是通過在一定數量的測試片中，測量位於某些單元區域中的最大夾雜物的尺寸，然後在極值總體表中繪出測量的值。如上面所述，本發明中易切削鋼的鋼組織中主要存在三種夾雜物；它們是以單實體形式存在的硫化物基夾雜物，以單實體形式存在的Bi金屬基夾雜物和這些夾雜物的複合夾雜物；疲勞強度取決於這些極值尺寸夾雜物的尺寸大小。因此，理想的疲勞強度能夠通過以下方式實現，即將單個極值尺寸夾雜物的尺寸AREAmax規定為AREAmax(MnS+Bi)為25微米或者更小，AREAmax(MnS)的值為20微米或者更小，AREA max(Bi)的值為20微米或者更小。
本發明中的易切削鋼可進一步含有含量最高為3.5％的Cr和含量最高為2％的Mo中的一種或者兩種。這些元素能適當的脆化鋼基體組織，在切削過程中中止切屑的產生，同時能抑制鳥巢狀連續切屑的形成。當這些元素的添加量超過各自的上限值時將會過度硬化鋼基體組織，同時會不理想地降低切削性能。Cr的添加量更優選2.0％或者更少，特別優選1.25％或者更少。Mo的添加量更優選1.0％或者更少，特別優選0.35％或者更少。另一方面，當刻意添加這些元素時，Cr的添加量優選調整到0.85％或者以上，Mo的添加量優選調整到0.15％或以上。
為了製造上述的易切削鋼，本發明採用了製造這種易切削鋼的以下方法，這種方法按順序實施添加Ti的Ti添加步驟和添加Bi的Bi添加步驟，同時使熔融鋼中的N濃度保持在100ppm或者更低。更具體地說，在熔融鋼中的N濃度保持在100ppm或者更低的同時，添加Ti的步驟的實施可能生成由TiN或者類似物組成的細微晶核，同時允許細微的硫化物基夾雜物沉積在晶核的周圍。接下來添加Bi的步驟，在細微硫化物基夾雜物已經生成的狀態時實施，也能成功地使Bi金屬夾雜物微粒化。如上面所述，這樣就可能控制硫化物基夾雜物和Bi金屬夾雜物尺寸的減少。在熔融金屬中的N濃度更優選調節為80ppm或者更低。
Bi添加步驟優選這樣實施，添加Bi的速度為每分鐘每噸熔融鋼0.05千克至每分鐘每噸熔融鋼0.20千克，且包括兩個邊界速度。Bi懸浮在熔融金屬上而不是溶解於其中，所以Bi優選在精煉過程的最後階段加入。因為Bi的懸浮或蒸發，過低的添加速度可能會使Bi的產率降低。因此Bi的下限添加速度為每噸熔融鋼每分鐘0.05千克，更優選每噸熔融鋼每分鐘0.07千克。另一方法，過快的添加速度可能會導致Bi和在底部由難熔物質形成的盤反應或者導致Bi的滯留，從而再一次降低Bi地產率，因此上限優選每噸熔融鋼每分鐘0.20千克，更優選每噸熔融鋼每分鐘0.18千克。
上面描述的本發明的易切削鋼優選使用在燃料噴射系統元件中。上述本發明中的易切削鋼既具有高的疲勞強度，同時能達到理想的切削性能，能抵抗反覆施加的強的應力，能減少切削加工成本，還能優選應用到燃料噴射系統的元件上。被施加極高應力的燃料噴射系統的例子包括柴油機共軌的軌道壓力累積器的主單元，泵缸，噴射器下部，噴油嘴孔和噴射器嘴體(後面詳述)。
本發明的易切削鋼特別優選使用在具有接合孔的燃料噴射系統中，許多的燃料噴射系統具有接合孔，然而在接合孔附近的部分在反覆施加高應力作用下將會導致疲勞損壞。由於其高的疲勞強度，本發明的易切削鋼優選應用到具有引起高疲勞損壞的接合孔的燃料噴射系統元件中。
因為使用Bi作為改善切削性能的元素，本發明的易切削鋼也使對需要狹長孔的燃料噴射系統元件的切削變得順利。切削過程中通常使用切削油來改善切削邊緣的潤滑性能，其中在加工狹長孔時可能不順利，因為潤滑油不能達到孔深處的切削邊緣。但是，具有相對較低的熔點(283℃)的Bi能在切削溫度下熔化，在切削邊緣變成液體，所以熔融的Bi甚至在潤滑油不能到達的孔的深處部分也能改善潤滑性能，從而使切削變得順利。


圖1表示取決於Ti和N的濃度的硫化物基夾雜物的微粒化曲線圖；
圖2表示硫化物基夾雜物的最大直徑[AREAmax(MnS)]與S的濃度的關係曲線圖；圖3表示Bi金屬夾雜物的最大直徑[AREAmax(Bi)]與Bi的濃度的關係曲線圖；圖4表示Bi金屬夾雜物的最大直徑[AREAmax(Bi)]與S的濃度的關係曲線圖；圖5A和5B是表示夾雜物觀察結果的照片；圖6表示切削性能評估結果的曲線圖；圖7表示採用本發明的易切削鋼的燃料噴射系統元件(噴射器)的剖視圖；圖8表示採用本發明的易切削鋼的燃料噴射系統元件(共軌)的示意圖；具體實施方式
接下來的段落將會參照附圖對本發明的實施例進行描述。
本發明中的燃料噴射系統元件，或者採用本發明的易切削鋼的燃料噴射系統元件，可以配置在共軌型燃料噴射系統中，這種共軌型燃料噴射系統是公眾熟知的使用在柴油機上的一種燃料噴射系統。共軌型燃料噴射系統是這樣配置的，由圖中未示出的燃料泵供應的高壓燃料在共軌3中聚積(見圖7)，分別流入到發動機各個氣缸上的噴射器2(典型的電磁燃料噴射閥見圖8)中，然後各氣缸噴射器的高壓燃料按照預定的時刻噴入到發動機的各個氣缸中。
如圖7所示的共軌3的泵側管連接部分32與通向燃料泵的高壓油管相連。共軌的噴射器側管連接部分31與通向噴射器2的高壓油管(見圖8)相連，其中每個連接部分31，32都具有狹長的通孔34。共軌3主單元的中空部分和各個通孔34相互交叉形成連接孔C。
如圖8所示的噴射器2具有通孔如孔21和噴嘴23，來自共軌3(見圖7)的高壓燃料通過孔21加入，燃料通過噴嘴23噴射，其中所述通孔分別形成連接孔C。
這樣配置的共軌3和噴射器2連續的被施加高壓作用，這裡的高壓與燃料噴射壓力相等，因而需要高的疲勞強度來抵抗這些高壓作用。這些元件中分別具有大量的連接孔C，在這些連接孔C的周圍部分非常容易導致疲勞損壞，因此需要具有特別高的疲勞強度。
此外，就形成複雜幾何結構的狹長的通孔而言，也需要具有理想的切削性能。
本發明中的易切削鋼同時具有高疲勞強度和理想的切削性能，因而是作為這些元件很好的的原材料。
本發明中的易切削鋼不僅僅能運用到共軌3和噴射器2中，還能運用到共軌噴射系統的其它元件上。例如，圖中未示出的燃料泵具有壓力應用裝置如供應燃料的汽缸，其中本發明中的易切削鋼可優選應用到這樣的部分。壓力應用裝置如汽缸具有在這裡形成的連接孔，這樣支持了本發明的易切削鋼的適合性。
為了證明本發明的這些效果進行了下面的試驗。
首先，將以表1中的成分(質量百分比)混合配料而得到的每個150千克的鋼錠在高頻感應電爐中熔融，然後是在適當的溫度1,100℃-1,250℃下加熱以進行熱煅，從而形成外徑為55毫米的圓柱(鍛造率大約為8)。圓柱進一步在950℃下加熱一小時，然後空氣冷卻(標準化熱處理)，對之進行單個測試。其次，將以表2中的成分(質量百分比)混合配料而得到的每個5噸的鋼錠，在電爐中熔融，然後是在適當的溫度1,100℃-1,250℃下進行熱軋，從而形成外徑為32毫米的圓柱(鍛造率大約為8)。圓柱進一步在950℃下加熱一小時，然後空氣冷卻(標準化熱處理)，對之進行單個測試。
表1

表2

(以對鋼組織觀察和極值統計法為基礎對最大夾雜物的尺寸AREAmax進行估計)磨光垂直於軸線的圓柱形試件的截面部分使之成為鏡面表面，各自的面積為0.1mm2的10個視野隨意的設在位於中軸線上的磨光截面上，利用光學顯微鏡(發大倍數大約為×400)在各個視野中對鋼組織進行觀察。對在每個視野中觀察到的圖像進行分析，對最大夾雜物的尺寸進行測量，同時將得到的值繪製在極值總體表中，從而在採取預定的面積為30000mm2內估計最大夾雜物的尺寸值AREAmax。需要解釋的是經過EMPA和X射線的衍射測量，這裡的夾雜物初始確定是MnS基和/或Bi基的化合物。結果表示在表1和表2中。
從表1和表2中能清楚的了解到，具有本發明的必要的特性(更具體的是AREAmax(MnS+Bi)為25μm或者更少，AREAmax(MnS)為20μm或者更少，AREAmax(Bi)為20μm或者更少)改善後的鋼1-12中，鋼組織中的所有夾雜物都被微粒化。
圖1表示取決於Ti和N的濃度的硫化物基夾雜物的微粒化，Ti和N形成的TiN作為硫化物基夾雜物的晶核。從圖中可知，其成分落在能滿足公式(1)的帶狀成分範圍內的試樣能使硫化物基夾雜物微粒化。同樣也能得出，在相對帶狀成分範圍向左下方偏移的的成分範圍內不能生成TiN，在相對帶狀成分範圍向右上方偏移的的成分範圍內生成粗糙的TiN顆粒。
基於上面已經描述的各自的原因，Ti的濃度和N的濃度都限制在一定範圍內(如圖1中的正方形成分範圍，其中內部正方形表示更優選的成分範圍)，所以本發明所保護的範圍落在正方形成分範圍和帶狀成分範圍重疊的部分。
如圖2示出硫化物基夾雜物的最大直徑[AREAmax(MnS)]與S的濃度的關係。通過生成TiN使硫化物基夾雜物微分散的實施例能夠順利的得到在S的質量濃度為0.008％或者更小或者附近的範圍內微分散的效果。另外，對微分散沒有進行測試的對比例中顯示出在S濃度和AREAmax(MnS)存在近似正比的關係。從實施例可以看出，在S的質量濃度為0.008％附近時，AREAmax(MnS)的值突然增長，在隨後的較高的S濃度範圍與表示對比例的直線重疊。這可能是因為過多的S含量使沒有使用TiN晶核的粗糙的硫化物基夾雜物開始產生。
實施例和對比例兩者相比較可以發現，當AREAmax(MnS)的上限為20μm時，對比例中含有的硫的質量百分比僅僅為0.0024％，但是，實施例中的硫的質量百分比幾乎是上述的兩倍，達到0.046％。從上述中明顯可以得知，通過生成TiN使硫化物基夾雜物微分散的實施例中，在保持微粒狀的硫化物基夾雜物的同時還能進一步使S的濃度增加，因此會使其切削性能提高。
此外，圖3表示Bi金屬夾雜物的最大直徑[AREAmax(Bi)]與Bi的濃度的關係。與圖2中相似，實施例和對比例兩者相比較可以發現，當AREAmax(Bi)值的上限為20μm時，對比例中含有的Bi的質量百分比僅僅為0.020％，但是，實施例中的Bi的質量百分比可以達到0.025％。從上述可知，硫化基夾雜物的在TiN的幫助下的微分散有助於Bi金屬夾雜物的微分散。從上述中明顯可知，通過生成TiN使硫化物基夾雜物微分散的實施例中，在保持微粒狀的硫化物基夾雜物的同時還能進一步使Bi的濃度增加，從而使其切削性能提高。
圖4表示Bi金屬夾雜物的最大直徑[AREAmax(Bi)]與S的含量的關係，S的含量在這裡固定為0.02％。可以發現在較低S含量側兩個試樣的AREAmax(Bi)含量都增加。Bi金屬夾雜物傾向於在硫化物基夾雜物附近生成，當兩者分離開時被微粒化。較低S含量側AREAmax(Bi)的增加，可能是因為硫化物基夾雜物減少的加快，同時使以單實體形式存在的粗糙的Bi金屬夾雜物產品增多。通過生成TiN使硫化物基夾雜物微分散的實施例，在S含量較低側的AREAmax(Bi)值開始增加的區域與對比例相比S的含量更低。這表明了硫化物基夾雜物的微粒化有助於Bi金屬夾雜物的微粒化。從上文可知通過控制硫化物基夾雜物的數量和尺寸可以控制Bi金屬夾雜物的最大直徑AREAmax(Bi)。
接下來，對上述試樣的切削性能進行評價。
切削試驗採用由高速工具鋼(JISSKH51)製成的鑽頭作為切削工具，同時採用立式切削工具機，在下述的條件下實施.刀具的幾何形狀標稱直徑為5mm；.切削速度30m/min；.每轉的進刀量0.1mm；.孔的深度15mm；.切削油可溶於水的油。
評價的指標是在刀尖磨損的平均值達到100μm時的切削距離。
圖6表示的是切削性能的評估結果。從曲線可知，當Bi的質量百分比含最小於0.015％或更低時，不能達到理想的切削性能，但是，當Bi的質量百分比含量大於等於0.015％時，切削性能得到很快的改善。然而，切削性能的改善效果很快變得飽和，從而要考慮上述的夾雜物的最大直徑AREAmax來確定Bi含量的上限。現在返回來參見圖3所示的Bi含量與AREAmax(Bi)的曲線，當AREAmax(Bi)值為20μm時，相應的Bi的質量百分比含量為0.025％，因此，這個值被採用作為Bi含量的上限值。
接下來，四種型號的改良鋼(a)至(d)通過採用變化的Bi添加速度來製造。製造的方法與上述相同。製造完成後，對每個改良鋼的Bi的含量進行檢測。結果表示在表3中。
表3 從表三中可知，當Bi的添加速度在每噸熔融鋼每分鐘0.05kg到每噸熔融鋼每分鐘0.20kg範圍內時，包括兩邊界速度，與上述範圍外的速度相比，Bi的產率是令人滿意的。
從上述可知，本發明能夠得到既能抑制粗糙夾雜物生成，又同時具有高疲勞強度和理想的切削性能的易切削鋼。
權利要求
1.一種易切削鋼，其主要由以下物質組成以質量百分比計，C0.1-0.5％，Si0.05-2.5％，Mn0.1-3.5％，S0.0005-0.004％，Al0.01-0.06％，Ti0.003-0.01％，O最高達0.0015％，N0.003-0.01％，Bi0.015-0.025％，以及餘量為鐵和不可避免的雜質，且滿足下面的公式(1)-4.8≤log(([N]-0.0015)×[Ti]0.98)≤-4.3公式(1)。
2.如權利要求1所述的易切削鋼，在位於鋼組織中的這些夾雜物中通過極值統計法估計，由硫化物基夾雜物和Bi金屬夾雜物雜合而成的複合夾雜物的最大直徑AREAmax(MnS+Bi)為25μm或更小；通過極值統計法估計，以單實體形式存在的硫化物基夾雜物的最大直徑AREAmax(MnS)為20μm或更小；和通過極值統計法估計，以單實體形式存在的Bi金屬夾雜物的最大直徑AREAmax(Bi)為20μm或更小。
3.如權利要求1所述的易切削鋼，其中該鋼還包含Cr和Mo的一種或者兩種，其中Cr的含量最高達3.5％，Mo的含量最高達2％。
4.一種製造如權利要求1所述的易切削鋼的方法，該方法以這樣的順序實施，先進行添加Ti的Ti添加步驟，然後進行添加Bi的Bi添加步驟，同時使在熔融鋼中的N濃度保持在100ppm或者更低。
5.一種製造如權利要求2所述的易切削鋼的方法，該方法以這樣的順序實施，先進行添加Ti的Ti添加步驟，然後進行添加Bi的Bi添加步驟，同時使在熔融鋼中的N濃度保持在100ppm或者更低。
6.一種製造如權利要求3所述的易切削鋼的方法，該方法以這樣的順序實施，先進行添加Ti的Ti添加步驟，然後再進行添加Bi的Bi添加步驟，同時使在熔融鋼中的N濃度保持在100ppm或者更低。
7.如權利要求4所述的製造易切削鋼的方法，Bi的添加步驟以每噸熔融鋼每分鐘0.05kg到每噸熔融鋼每分鐘0.20kg的添加速度實施，且包括兩邊界值。
8.如權利要求5所述的製造易切削鋼的方法，Bi的添加步驟以每噸熔融鋼每分鐘0.05kg到每噸熔融鋼每分鐘0.20kg的添加速度實施，且包括兩邊界值。
9.如權利要求6所述的製造易切削鋼的方法，Bi的添加步驟以每噸熔融鋼每分鐘0.05kg到每噸熔融鋼每分鐘0.20kg的添加速度實施，且包括兩邊界值。
10.一種燃料噴射系統元件，其由如權利要求1所述的易切削鋼構成。
11.一種燃料噴射系統元件，其由如權利要求2所述的易切削鋼構成。
12.一種燃料噴射系統元件，其由如權利要求3所述的易切削鋼構成。
13.一種燃料噴射系統元件，其由如權利要求1所述的易切削鋼構成，且具有連接孔。
14.一種燃料噴射系統元件，其由如權利要求2所述的易切削鋼構成，且具有連接孔。
15.一種燃料噴射系統元件，由如權利要求3所述的易切削鋼構成，且具有連接孔。
全文摘要
本發明提供一種易切削鋼，其能抑制粗糙夾雜物的生成，同時具有高疲勞強度和理想的切削性能。此易切削鋼旨在解決上述的問題，其主要由以下物質組成以質量百分比計，C0.1－0.5％，Si0.05－2.5％，Mn0.1－3.5％，S0.0005－0.004％，Al0.01－0.06％，Ti0.003－0.01％，O最高達0.0015％，N0.003－0.01％，Bi0.015－0.025％，餘量為鐵和不可避免的雜質，且要滿足下面的公式(1)－4.8≤log(([N]－0.0015)×[Ti]
文檔編號C22C33/00GK1611626SQ20041009214
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月28日 優先權日2003年10月28日
發明者狩野隆, 迫間保弘, 朝岡純也, 清水真樹, 森克巳, 遠藤久志 申請人:株式會社電裝