CN101307416A - 一种均质易切削钢及其生产方法 - Google Patents

一种均质易切削钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种均质易切削钢及其生产方法，该均质易切削钢，含有如下组份(重量百分含量)；C≤0.12％，Si≤0.07％，Mn0.803～1.31％，P≤0.07％，S0.23～0.37％，Al≤0.001％，余量为Fe和残余元素，本均质易切削钢具有热加工、切削性能好等优点，采用本方法生产的均质易切削钢中各元素分布均匀，硫化物夹杂呈纺锤状或拉长纺锤状均匀分布，能够消除FeS夹杂物热加工性的不良影响，使生产出的均质易切削钢热加工性和易切削性都有明显提高，且切削后的零件表面光滑度更好。

Description

一种均质易切削钢及其生产方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及一种均质易切削钢及其生产方法。
背景技术
易切削钢现主要应用于汽车工业、仪器仪表、标准件等机械制造业。随着数控车床得到日益广泛的应用，对钢切削性能要求，特别是对切削性能稳定性要求越来越高。目前，钢铁企业生产易切削钢多采用电弧炉冶炼，在冶炼过程中按照GB/T8731-1988中规定的成分进行冶炼。现有的易切削钢品种主要是在含碳0.10％～0.50％的碳钢系列中加入易切削元素形成的。易切削元素中包括S和Pb等，但含Pb易切削钢局限性很大，因此对S成分控制将决定产品的切削加工性能，当切削速度达到600-700转/分钟时，切削性明显下降，会出现粘刀、刀具磨损大、断屑率低等问题。市场上很多含高S易切削钢中含有大量的FeS夹杂物，且夹杂物的分布不均匀，其切削性和热加工性能不理想。
发明内容
发明要解决的技术问题：提供一种均质易切削钢及其生产方法，本均质易切削钢具有热加工、切削性能好等优点，采用本方法生产的均质易切削钢中各元素分布均匀，硫化物夹杂呈纺锤状或拉长纺锤状均匀分布，能够消除FeS夹杂物热加工性的不良影响，使生产出的均质易切削钢热加工性和易切削性都有明显提高，且切削后的零件表面光滑度更好。
解决的技术问题所采用的技术方案：
一种均质易切削钢，含有如下组份(重量百分含量)；C≤0.12％，Si≤0.07％，Mn0.803～1.31％，P≤0.07％，S0.23～0.37％，Al≤0.001％，余量为Fe和残余元素。
所述均质易切削钢中Mn/S的重量比为3.47～3.54。
所述均质易切削钢中MnS夹杂物分布均匀，呈纺锤状或拉长纺锤状，MnS以外的夹杂物数量极少。
一种易切削钢的生产方法，包括以下步骤：
1、利用电炉化钢，吹氧去碳、脱磷，使氧含量达500-1000PPm，控制出钢温度1630-1650℃；
2、精炼包中微合金化，根据产品中对S含量的要求，先加FeS，再根据钢液中S的含量按Mn/S之比为3.47-3.54范围而加Fe-Mn；
3、氩气搅拌进行还原，进一步使钢中各元素更加均匀化；
4、采用火砖块造渣，火砖块含Al2O3约40％、SiO2约60％，稳定钢中S不波动；
5、采用电石脱氧，不用Al及Al的化合物脱氧，进一步稳定Mn/S之比；
6、Mn/S之比控制在3.47-3.54之间，确保硫化物夹杂大部分生成MnS，而少量的FeS也能溶解在MnS基体之中，形成(Mn·Fe)S共晶结构；
7、在氩气保护下浇铸钢锭，采用5吋小锭型1600℃低温浇铸，使钢液快速凝固；
8、用前步制得的铸锭做电渣重熔母电极，用200方结晶器进行电渣重熔；
9、控制轧制，采用1050-1100℃低温加热，将开轧温度控制在1000-1050℃，控制终轧温度≤820℃，将电渣重熔后的电渣锭直接轧制成成品均质易切削钢。
所述电渣重熔过程中，电渣渣系采用多元渣系，其组分及重量百分比为：CaF2∶Al2O3∶Mn∶MgO∶SiO2∶S＝41％∶32％∶4.5％∶5.7％∶16％∶0.8％。
所述多元渣系中Mn为金属锰，S为硫磺。
所述电渣重熔过程中，电渣重为电渣重熔母电极重量的4.5％，电流4500A～5500A，电压45V～55V。
有益效果：
本发明中利用电炉化钢，吹氧去碳、脱磷有效去除C、P等元素残留为精炼打基础；在精炼包中微合金化过程中精确合理地控制Mn/S之比在极小的范围内，确保硫化物夹杂大部分生成MnS，而少量的FeS也能溶解在MnS基体之中，形成(Mn·Fe)S共晶结构，这种夹杂物比FeS硬，改善了钢的热加工性能；通过氩气搅拌进行还原，完全采用电石脱氧，不用Al及Al的化合物脱氧，减少Al2O3和AlN夹杂数量，在氩气保护下浇注防止钢水二次氧化，减少氧化物夹杂，采用5吋小锭型1600℃低温浇注，实现钢液快速凝固，降低钢中元素凝固偏析，确保易切削钢达均质化；并用此锭做电渣重熔母电极，进行电渣重熔工艺处理，并采取严格控制电渣渣系组分及配比、重熔电压、电流使钢的化学成分、组织更加均匀，夹杂物细小均匀分布，实现了易切削钢均质化；在轧制过程中，采用1050-1100℃低温加热，将开轧温度控制在1000-1050℃，控制终轧温度≤820℃，因而细化了钢的晶粒，由原来4-5级，提高到7-8级，而且硫化物夹杂也比较短小而且分布均匀。因此，采用上述方法生产的均质易切削钢与相似的Y12钢相比，其热加工性和易切削性明显提高，且可使切削刀具寿命提高1倍，工作效率提高50％。
附图说明
图1为本发明易切削钢的纺锤体硫化物夹杂金相照片
图2为本发明易切削钢拉长的纺锤体硫化物夹杂金相照片
图3为普通Y12易切削钢细长条状夹杂物金相照片
图4为普通Y12易切削钢的Al2O3夹杂物金相照片
图5为普通Y12易切削钢的AlN夹杂物金相照片
具体实施方式
实施例1
1、将废钢置入电炉熔化，吹氧去碳、脱磷，使氧含量达500-1000PPm，将出钢温度控制在1630-1650℃；
2、将前步钢液转至精炼包中进行微合金化，根据产品中对S含量的要求，先加FeS，再根据钢液中S的含量按Mn/S之比为3.49加Fe-Mn；
3、氩气搅拌进行还原，进一步使钢中各元素更加均匀化，使硫化物夹杂也更加均匀；
4、采用火砖块造渣，火砖块含Al2O3约40％、SiO2约60％，稳定钢中S不波动；
5、采用电石脱氧，不用Al及Al的化合物脱氧，减少Al2O3和AlN夹杂数量，且进一步稳定Mn/S之比；
6、将Mn/S之比精确控制在3.49，确保硫化物夹杂大部分生成MnS，而少量的FeS也能溶解在MnS基体之中，形成(Mn·Fe)S共晶结构；
7、在氩气保护下采用5吋小锭型1600℃低温浇注铸锭，锭重控制在380公斤左右，使铸锭快速凝固；
8、用前步制得的铸锭做电渣重熔母电极，采用200方结晶器进行电渣重熔；
9、控制轧制，采用1050-1100℃低温加热，将开轧温度控制在1000-1050℃，控制终轧温度≤820℃，将电渣重熔后的电渣锭直接轧制成成品均质易切削钢。
所述电渣重熔过程中，电渣渣系采用多元渣系，其组分及重量百分比为：CaF2∶Al2O3∶Mn∶MgO∶SiO2∶S＝41％∶32％∶4.5％∶5.7％∶16％∶0.8％，所述电渣重熔过程中，渣重17公斤，电流4500A～5500A，电压45V～55V。
所述多元渣系中Mn为金属锰，S为硫磺。
电渣重熔过程中，电渣重为电渣重熔母电极重量的4.5％。
在上述各阶段钢中化学元素变化用德国OBLF公司生产的直读光谱分析仪进行全程跟踪分析，确保化学成分的准确性。
采用上述方法生产的均质易切削钢与相似的Y12钢相比，刀具寿命提高1倍，工作效率提高50％。
表1为本实施例成品、头、中、尾部化学成分，表2为本实施例按ASTME45A测定的夹杂物等级。
表1
 项目   C％   Mn％   Si％   P％   S％   Cr％   Mo％   Cu％   Al％   Mn/S
 成品   0.11   0.803   0.05   0.060   0.23   0.05   0.01   0.10   0.0005   3.49
 实例1(头)   0.11   0.81   0.06   0.061   0.23   0.05   0.01   0.10   0.0005   3.52
 实例1(中)   0.115   0.81   0.06   0.062   0.232   0.05   0.02   0.09   0.001   3.49
 实例1(尾)   0.105   0.815   0.06   0.062   0.23   0.05   0.01   0.09   0.0002   3.54
表2
Figure A20081001222000081
硫化物夹杂呈纺锤状，如图1、图2。
表1、表2中的结果表明按本发明方法生产的均质易切削钢，化学成分均匀，Mn与S之比全部达到3.47-3.54范围内，而残余Al极少，这种材料与正常的Y12易切削钢相比，其刀具寿命提高一倍，另件表面光洁度高，生产效率提高50％。
实施例2
1、将废钢置入电炉熔化，吹氧去碳、脱磷，使氧含量达500-1000PPm，将出钢温度控制在1630-1650℃；
2、将前步钢液转至精炼包中进行微合金化，根据产品中对S含量的要求，先加FeS，再根据钢液中S的含量按Mn/S之比为3.54加Fe-Mn；
3、氩气搅拌进行还原，进一步使钢中各元素更加均匀化，使硫化物夹杂也更加均匀；
4、采用火砖块造渣，火砖块含Al2O3约40％、SiO2约60％，稳定钢中S不波动；
5、采用电石脱氧，不用Al及Al的化合物脱氧，减少Al2O3和AlN夹杂数量，且进一步稳定Mn/S之比；
6、将Mn/S之比精确控制在3.54，确保硫化物夹杂大部分生成MnS，而少量的FeS也能溶解在MnS基体之中，形成(Mn·Fe)S共晶结构；
7、在氩气保护下采用5吋小锭型1600℃低温浇注铸锭，锭重控制在380公斤左右，使铸锭快速凝固；
8、用前步制得的铸锭做电渣重熔母电极，采用200方结晶器进行电渣重熔；
9、控制轧制，采用1050-1100℃低温加热，将开轧温度控制在1000-1050℃，控制终轧温度≤820℃，将电渣重熔后的电渣锭直接轧制成成品均质易切削钢。
所述电渣重熔过程中，电渣渣系采用多元渣系，其组分及重量百分比为：CaF2∶Al2O3∶Mn∶MgO∶SiO2∶S＝41％∶32％∶4.5％∶5.7％∶16％∶0.8％，所述电渣重熔过程中，渣重17公斤，电流4500A～5500A，电压45V～55V。
所述多元渣系中Mn为金属锰，S为硫磺。
电渣重熔过程中，电渣重为电渣重熔母电极重量的4.5％。
在上述各阶段钢中化学元素变化用德国OBLF公司生产的直读光谱分析仪进行全程跟踪分析，确保化学成分的准确性。
采用上述方法生产的均质易切削钢与相似的Y12钢相比，刀具寿命提高1倍，工作效率提高50％。
表3为本实施例成品头、中、尾部化学成分，表4为本实施例按ASTME45A测定的夹杂物等级。
表3
 项目   C％   Mn％   Si％   P％   S％   Cr％   Mo％   Cu％   Al％   Mn/S
 成品   0.12   1.31   0.06   0.065   0.37   0.01   0.01   0.08   0.0004   3.54
 实例2(头)   0.12   1.31   0.06   0.070   0.37   0.01   0.01   0.09   0.0005   3.541
 实例2(中)   0.123   1.31   0.06   0.071   0.375   0.02   0.01   0.08   0.0006   3.49
 实例2(尾)   0.115   1.305   0.07   0.069   0.37   0.01   0.02   0.09   0.0005   3.527
表4
硫化物夹杂呈纺锤状，如图1、图2。
表3、表4中的结果表明按本发明方法生产的均质易切削钢，化学成分均匀，Mn与S之比全部达到3.47-3.54范围内，而残余Al极少，这种材料与正常的Y12易切削钢相比，其刀具寿命提高一倍，另件表面光洁度高，生产效率提高50％。
实施例3
1、将废钢置入电炉熔化，吹氧去碳、脱磷，使氧含量达500-1000PPm，将出钢温度控制在1630-1650℃；
2、将前步钢液转至精炼包中进行微合金化，根据产品中对S含量的要求，先加FeS，再根据钢液中S的含量按Mn/S之比为3.47加Fe-Mn；
3、氩气搅拌进行还原，进一步使钢中各元素更加均匀化，使硫化物夹杂也更加均匀；
4、采用火砖块造渣，火砖块含Al2O3约40％、SiO2约60％，稳定钢中S不波动；
5、采用电石脱氧，不用Al及Al的化合物脱氧，减少Al2O3和AlN夹杂数量，且进一步稳定Mn/S之比；
6、将Mn/S之比精确控制在3.47，确保硫化物夹杂大部分生成MnS，而少量的FeS也能溶解在MnS基体之中，形成(Mn·Fe)S共晶结构；
7、在氩气保护下采用5吋小锭型1600℃低温浇注铸锭，锭重控制在380公斤左右，使铸锭快速凝固；
8、用前步制得的铸锭做电渣重熔母电极，采用200方结晶器进行电渣重熔；
9、控制轧制，采用1050-1100℃低温加热，将开轧温度控制在1000-1050℃，控制终轧温度≤820℃，将电渣重熔后的电渣锭直接轧制成成品均质易切削钢。
所述电渣重熔过程中，电渣渣系采用多元渣系，其组分及重量百分比为：CaF2∶Al2O3∶Mn∶MgO∶SiO2∶S＝41％∶32％∶4.5％∶5.7％∶16％∶0.8％，所述电渣重熔过程中，渣重17公斤，电流4500A～5500A，电压45V～55V。
所述多元渣系中Mn为金属锰，S为硫磺。
电渣重熔过程中，电渣重为电渣重熔母电极重量的4.5％。
在上述各阶段钢中化学元素变化用德国OBLF公司生产的直读光谱分析仪进行全程跟踪分析，确保化学成分的准确性。
采用上述方法生产的均质易切削钢与相似的Y12钢相比，刀具寿命提高1倍，工作效率提高50％。
表5为本实施例成品头、中、尾部化学成分，表6为本实施例按ASTME45A测定的夹杂物等级。
表5
 项目   C％   Mn％   Si％   P％   S％   Cr％   Mo％   Al％   Cu％   Mn/S
 成品   0.112   0.99   0.06   0.07   0.285   0.01   0.01   0.0004   0.09   3.47
 实例3(头)   0.11   0.98   0.07   0.071   0.28   0.01   0.01   0.0005   0.08   3.50
 实例3(中)   0.113   1.0   0.07   0.072   0.288   0.02   0.01   0.0002   0.10   3.47
 实例3(尾)   0.109   0.99   0.06   0.070   0.281   0.01   0.01   0.0002   0.09   3.523
表6
Figure A20081001222000121
硫化物夹杂呈纺锤状，如图1、图2。
表5、表6中的结果，表明按发明的生产方法生产的易切削钢化学成分均匀，Mn与S之比全部达到3.47-3.54范围内，而残余Al极少，这种材料与正常的Y12易切削钢相比，其刀具寿命提高一倍，另件表面光洁度高，生产效率提高50％。
表7为没有对Mn/S优化的普通Y12易切削钢成品头、中、尾部化学成分，表8为没有对Mn/S优化的普通Y12易切削钢成品按ASTME45A测定的夹杂物等级。
表7
  项目   C％   Mn％   Si％   P％   S％   Cr％   Mo％   Al％   Cu％   Mn/S
  成品   0.13   0.91   0.12   0.015   0.30   0.015   -   0.03   0.11   3.03
  头   0.145   0.92   0.14   0.015   0.28   0.013   -   0.02   0.12   3.29
  中   0.135   0.94   0.08   0.14   0.29   0.014   -   0.035   0.11   3.24
  尾   0.14   0.89   0.09   0.13   0.31   0.015   -   0.040   0.13   2.87
表8
Figure A20081001222000131
表7、表8所述的易切削钢中的Mn与S没有严格控制，Mn与S之比低，仅2.9，残余Al高，因此不但硫化物高，Al的夹杂物也高，除生成MnS夹杂物，还存在FeS和较硬的Al2O3和AlN夹杂物(如图3、4、5)切削性能不好。

Claims (8)

1.一种均质易切削钢，其特征是：含有如下组份(重量百分含量)；C≤0.12％，Si≤0.07％，Mn0.803～1.31％，P≤0.07％，S0.23～0.37％，Al≤0.001％，余量为Fe和残余元素。
2.根据权利要求1所述的均质易切削钢，其特征是：所述均质易切削钢中Mn/S的重量比为3.47～3.54。
3.根据权利要求1或2所述的均质易切削钢，其特征是：所述均质易切削钢中MnS夹杂物分布均匀，呈纺锤状或拉长纺锤状，MnS以外的夹杂物数量极少。
4.根据权利要求1所述的均质易切削钢的生产方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)利用电炉化钢，吹氧去碳、脱磷，使氧含量达500-1000PPm，控制出钢温度1630-1650℃；
(2)精炼包中微合金化，根据产品中对S含量的要求，先加FeS，再根据钢液中S的含量按Mn/S之比为3.47-3.54范围而加Fe-Mn；
(3)氩气搅拌进行还原，进一步使钢中各元素更加均匀化；
(4)采用火砖块造渣，火砖块含Al2O3约40％、SiO2约60％，稳定钢中S不波动；
(5)采用电石脱氧，不用Al及Al的化合物脱氧，进一步稳定Mn/S之比；
(6)Mn/S之比控制在3.47-3.54之间，确保硫化物夹杂大部分生成MnS，而少量的FeS也能溶解在MnS基体之中，形成(Mn·Fe)S共晶结构；
(7)在氩气保护下浇铸钢锭，采用5时小锭型1600℃低温浇铸，使钢液快速凝固；
(8)用前步制得的铸锭做电渣重熔母电极，用200方结晶器进行电渣重熔；
(9)控制轧制，采用1050-1100℃低温加热，将开轧温度控制在1000-1050℃，控制终轧温度≤820℃，将电渣重熔后的电渣锭直接轧制成成品均质易切削钢。
5.根据权利要求4所述的均质易切削钢的生产方法，其特征是：在步骤(8)所述电渣重熔过程中，电渣渣系采用多元渣系，其组分及重量百分比为：CaF2∶Al2O3∶Mn∶MgO∶SiO2∶S＝41％∶32％∶4.5％∶5.7％∶16％∶0.8％。
6.根据权利要求5所述的均质易切削钢的生产方法，其特征是：所述多元渣系中Mn为金属锰，S为硫磺。
7.根据权利要求4、5、6任一项所述的均质易切削钢，其特征是：所述电渣重熔过程中，电渣重为电渣重熔母电极重量的4.5％。
8.根据权利要求4所述的均质易切削钢的生产方法，其特征是：电渣重熔的电流4500A～5500A，电压45V～55V。
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