CN100575531C - 复合低碳易切削钢及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合低碳易切削钢及制备方法，它可以解决现有技术存在的切削钢综合性能尚显不足的问题。本发明的技术方案是，一种复合低碳易切削钢，其特征在于主要成分为：C 0.01-0.09%，Si 0.001-0.05%，Mn 0.80-1.60%，P 0.04-0.10%，S 0.25-0.40%，Sn 0.03-0.2%；Sb 0.01-0.1%，余量为Fe及其它不可避免的微量元素。本发明使用锡和锑并联合高硫、磷制成可替代含铅低碳易切削钢的复合低碳易切削钢。从而避免含铅易切削钢在冶炼、加工及钢材回收利用时铅对环境和人体健康造成危害的问题。

Description

复合低碳易切削钢及制备方法

技术领域

本发明涉及一种钢材，具体地说涉及低碳钢中的易切削钢。

背景技术

随着我国工业，尤其是家电行业、通信/讯行业、汽车行业、办公用器材等现代化行业的快速发展和迅猛增长，以及全球经济一体化的趋势越来越突出，各种精密零部件的国内国际需求越来越旺盛，其中大部分小规格零部件，如：轴类、螺丝类、螺帽类、制钉类等标准元器件，现大多由低碳易切削钢母料加工完成。

目前市场上使用的低碳易切削钢多是SAE12L14含铅易切削钢，含铅易切削钢的切削性能良好，但由于铅的毒性较大，在炼钢过程加入时铅易挥发，从而污染环境、损害人体健康。随着世界范围内环保要求呼声的提高，开发新型的环保低碳易切削钢势在必行。在美标SAE1215的基础上提高钢中硫含量是开发环保低碳易切削钢最常用的方法，也有在SAE1215成分的基础上添加锡或铋的做法。单一易切削元素的添加虽然可以改善钢材的切削性能，但由于易切削元素的添加量较大，使得钢材在连铸、轧制等过程中容易出现裂纹、开裂等现象。而添加多种易切削元素不但可以大大提升钢的切削性能，而且可以降低每种易切削元素的加入量，从而改善钢材的加工性能。

在美标SAE1215的基础上提高钢中硫、锰含量，可以提高钢材的切削性能，但如果S含量过高或锰硫比不合适，在钢材后续的加工过程中难于控制，易产生劈头、开裂等影响生产连续进行的问题；若硫含量较低则对钢材切削性能的改善不明显。

单一易切削元素的添加虽然可以改善钢材的切削性能，但由于易切削元素的添加量较大，使得钢材在连铸、轧制等过程中容易出现裂纹、开裂等现象。

发明内容

本发明提供了一种复合低碳易切削钢及制备方法，它可以解决生产含铅易切削钢带来的环保问题和现有技术存在的单一易切削元素的大量添加使切削钢易出现裂纹、开裂等问题。

为了达到解决上述技术问题的目的，本发明的技术方案是，一种复合低碳易切削钢，其特征在于主要成分为：C 0.01-0.09％，Si 0.001-0.05％，Mn 0.80-1.60％，P 0.04-0.10％，S 0.25-0.40％，Sn 0.03-0.2％；Sb 0.01-0.1％，余量为Fe及其它不可避免的微量元素。

所述方法按下述步骤进行：

①.转炉或电炉或感应炉冶炼终点的碳含量应控制在0.01～0.09％；出钢后先进行脱氧，然后向钢包内配入除锡和锑之外的合金，最后使用硫铁矿配硫，并加入金属锡配锡，控制氧含量在100～250ppm之间；

②.精炼过程采用定氧仪定氧，控制氧含量在50-250ppm之间，精炼结束后将金属锑加入钢包，同时吹氩搅拌；

③.使用连铸浇铸时使用低碳易切削钢专用保护渣，保证铸坯矫直温度在950℃-1050℃；

④.通过控轧控冷工艺进行轧制，热轧的加热和开轧温度为1050-1200℃，终轧温度应在900-1000℃。

本发明使用锡和锑并联合较高硫、磷制成可替代含铅低碳易切削钢的复合低碳易切削钢。从而避免含铅易切削钢在冶炼、加工及钢材回收利用时铅对环境和人体健康造成危害的问题。与此同时，新型环保复合低碳易切削钢还具有以下特点：

a、满足正常的热加工和冷加工要求，加工过程不产生开裂、起皮等缺陷。

b、钢材的各项性能指标满足或优于国标GB8731-88《易切削结构钢技术条件》中规定的相应的性能要求。

c、切削性能优异，接近或达到含铅低碳易切削钢的水平。

锡在出钢时在钢包中加入；锑在精炼结束时加入钢包，同时吹氩搅拌。精炼过程采用定氧仪定氧，控制氧含量在50-250ppm；连铸时使用低碳易切削钢专用保护渣，矫直温度在950℃-1050℃，不会出现裂纹。热轧的加热和开轧温度为1050-1200℃，终轧温度应在900-1000℃。

扫描电镜的检验结果表明：锡、锑均在晶界上偏聚，造成晶界脆化，易于切削加工，断屑容易。

试验结果表明，本发明的环保型复合低碳易切削钢，其热加工过程顺利，并具有良好的力学性能指标；切削性能的检验结果表明：其切削加工性能接近或优于低碳含铅易切削钢，刀具磨损量极低，切削加工后工件表面光洁度好，切屑和钻屑形状完全满足高速精密加工的要求。用户使用后反映良好。

本发明中的锡和锑一并配加，锡、锑熔点低，可沿晶界分布，破坏晶界的连续性，从而优化了钢的切削性能，并有利于断屑，切削时对刀具有润滑作用，能起到保护刀具、提高刀具寿命的作用；钢中磷含量的提高可以在钢材切削过程中改善切削性能，并提高切屑的断屑和排屑性能；较高的锰、硫含量、合适的氧含量可在钢中形成纺锤形的硫化锰夹杂，提高钢材的切削性能。

用户的检验和试表明：在高速切削条件下，环保型复合低碳易切削钢的切削性能优于一般的SAE1215、高硫高锰的低碳易切削钢和单一添加易切削元素的低碳易切削钢。

附图说明

图1复合低碳易切削钢试件时刀具YT14的磨损曲线图。

具体实施方式

复合低碳易切削钢，其特征在于主要成分为：C 0.01-0.09％，Si 0.001-0.05％，Mn 0.80-1.60％，P 0.04-0.10％，S 0.25-0.40％，Sn 0.03-0.2％；Sb 0.01-0.1％，余量为Fe及其它不可避免的微量元素。

本发明的制造方法流程如下：

高炉铁水(或废钢)→转炉(或电炉或感应炉)→LF炉精炼→连铸(或模铸)→高速线材(或棒材)轧机控轧控冷。

制造方法控制的主要工序如下：

1、转炉或电炉或感应炉冶炼终点的碳含量应控制在0.01～0.09％；出钢后先进行脱氧，然后向钢包内配入除锡和锑之外的合金，最后使用硫铁矿配硫，并加入金属锡配锡。出钢后的脱氧合金化除保证钢种成分合格外，还应控制氧含量在100～250ppm之间。

2、精炼过程采用定氧仪定氧，控制氧含量在50～250ppm之间，精炼结束后将金属锑加入钢包，同时吹氩搅拌。

3、使用连铸浇铸时使用低碳易切削钢专用保护渣，保证铸坯矫直温度在950℃以上就不会出现裂纹。温度范围在950℃-1050℃之间。

4、在高线或在棒材厂通过控轧控冷工艺进行轧制，热轧的加热和开轧温度为1050-1200℃，终轧温度应在900-1000℃。

表1为150方坯热轧成Ф9mm线材后的力学性能检验结果。

表1力学性能检验结果

由表1可见环保型复合低碳易切削钢的各项力学性能完全符合国标要求。

切削性能检验结果

切削实验方法

切削实验在北京理工大学工程实验中心切削研究室无级调速C6140车床上进行，实验条件如下：

(1)切削试件：Ф95mm×300mm棒料；

(2)实验刀具：YT14硬质合金机夹式可转位外圆车刀；

(3)切削条件：在干切削条件下，进给量f＝0.2mm/r；切削深度ap＝1mm；切削速度v＝230m/min。

3.3.2切削实验结果

(1)刀具磨损曲线及加工性分析

环保型复合低碳易切削钢试件进行刀具耐用度切削实验，获得的刀具磨损曲线如图1所示。

由图1可以看出，切削试样时，刀具磨损都比较均匀，磨损曲线形态比较规则，正常磨损阶段比较明显，均属于标准型磨损曲线。在长时间的高速切削(230m/min)条件下，刀具磨损很小，远低于刀具寿命(后刀面磨损带宽度v＝0.30mm)，说明钢样的切削加工性能优异。

(2)切削过程和切屑形态分析

①切削过程

实验中环保型复合低碳易切削钢的切削过程平稳，切屑排除顺畅，切屑均呈黄白色，说明切削温度较低。切削后的试样加工表面光滑、粗糙度很低。

②切屑形貌

在高速(230m/min)切削时，环保型复合低碳易切削钢试样的外层切屑主要为C形屑，随着切削过程的进行，其内层切屑变为短螺旋状。短螺旋屑和C形屑均有利于车削过程的进行，此外，短螺旋屑更利于钻削。

(3)试样切削加工性能综合评价

①综合刀具耐用度、切屑形貌及工件的表面粗糙度诸方面的检测结果，可判定环保型复合低碳易切削钢属易切削钢种；

②在230m/min的高速切削条件下，对环保型复合低碳易切削钢试样进行了30min的切削，刀具磨损带宽度仅为0.11mm，远远优于0.3mm磨损的刀具寿命要求，说明环保型复合低碳易切削钢更适于在数控机床或加工中心上批量加工。

此外，用户的实验表明：在高速切削条件下，环保型复合低碳易切削钢的切削性能优于一般的SAE1215。

试验及检验结果表明，本发明的环保型复合低碳易切削钢，其热加工过程顺利，并具有良好的力学性能指标；切削性能的检验结果表明：其切削加工性能优于低碳含铅易切削钢，刀具磨损量极低，切削加工后工件表面光洁度好，切屑和钻屑形状完全满足高速精密加工的要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种复合低碳易切削钢，其特征在于主要成分为：C 0.01-0.09％，Si 0.001-0.05％，Mn 0.80-1.60％，P 0.04-0.10％，S 0.25-0.40％，Sn 0.03-0.2％；Sb 0.01-0.1％，余量为Fe及其它不可避免的微量元素。

2.一种制造权利要求1所述的一种复合低碳易切削钢的方法，其特征在于所述方法按下述步骤进行：

①.转炉或电炉或感应炉冶炼终点的碳含量应控制在0.01～0.09％；出钢后先进行脱氧，然后向钢包内配入除锡和锑之外的合金，最后使用硫铁矿配硫，并加入金属锡配锡，控制氧含量在100～250ppm之间；

②.精炼过程采用定氧仪定氧，控制氧含量在50-250ppm之间，精炼结束后将金属锑加入钢包，同时吹氩搅拌；

③.连铸浇铸时使用低碳易切削钢专用保护渣，保证铸坯矫直温度在950℃-1050℃；

④.通过控轧控冷工艺进行轧制，热轧的加热和开轧温度为1050-1200℃，终轧温度应在900-1000℃。