CN104451458A - 一种易切削钢及其生产方法和在制造钥匙中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种易切削钢及其生产方法和在制造钥匙中的应用，该易切削钢，由以下质量百分比含量的化学成分组成：Fe 97.85％～98.53％；C0～0.09％；Si 0～0.15％；Mn 1.10～1.40％；P 0.04～0.09％；S 0.33％～0.42％；杂质0～0.2％；其中，Mn与S的质量比为3.6～4.2：1，具有一定强度、硬度和切削性能，能满足用户制造钥匙过程中和钥匙加工时的易切削性能及钥匙所需的强度、硬度，非常适合用于制造钥匙。该生产方法包括：钢水初炼；LF炉精炼；连续浇铸；钢带轧制；其工艺操作性强、可控性好，工艺稳定、生产成本低、经济效益好，易于工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及易切削钢领域，具体涉及一种易切削钢及其生产方法和在制造钥匙中的应用。
背景技术
制造钥匙所用金属材料主要有铝板带、铜板带和钢板带。其用金属材料应具有一定力学性能、硬度和可切削性能。采用铝材料存在抗拉强度不足、易折断、硬度软、不耐磨等缺点，现已基本不采用铝板带制造钥匙。采用铜材料存在消耗铜资源(自然界中铜资源较稀缺)、制造成本高等缺点。因此，目前普遍采用以钢材料为基体材料制造钥匙。
在采用钢板带为基体材料时，碳素结构钢是常用钢种(牌号为Q195)。但其钢种在制造钥匙加工过程中，存在切削性能差、加工慢、加工刀具消耗高等缺点。
为此需发明一种常用以钢材料为基体的有利于加工钥匙时易切削性能、并具有钥匙使用过程中所需强度、硬度的牌号钢带材料。
国家现有的易切削钢牌号主要适用于制造圆钢材，不适应于制造钥匙所需的热轧钢带。
中国是制锁大国，锁具出口至世界各地。对制造钥匙用的易切削钢需求量也是巨大，有巨大的市场。
公开号为CN 101268208A(申请号为200680034181.3)的发明专利申请公开了一种切削加工性优异的低碳硫易切削钢，含有以下质量百分数的成分：C：0.02％～0.15％；Si：0.004％以下但不含0％；Mn：0.6％～3％；P：0.02％～0.2％；S：0.2％～1％；Al：0.005％以下但是不含0％；O：0.008％～0.04％；N：0.002％～0.03％；并且钢中的MnS中的平均O浓度为0.4％以上。该技术方案中，通过使钢中的MnS中的平均O浓度控制为0.4％以上，即使不必提高钢水中的游离氧(即高Mn高S浓度)，也能够使成为微小的裂纹的生成点用的大型、球状Mn大量存在，从而能够实现加工面粗糙度良好的低碳易切削钢。另外，另外，该低碳高硫、锰易切削钢通过适当进行冶炼时、铸造前的脱氧操作，即使应用连续铸造法也能够以良好的生产性进行制造。
公开号为CN 101331242A(申请号为200680046967.7)的发明专利申请公开了一种切削性优异的低碳硫易切削钢，含有以下质量百分数的成分：C：0.02％～0.15％；Si：0.004％以下但不含0％；Mn：0.6％～3％；P：0.02％～0.2％；S：0.35％～1％；Al：0.005％以下但是不含0％；O：0.008％～0.03％；N：0.007％～0.03％；余量是铁和不可避免的杂质；并且，Mn含量[Mn]和S含量[S]的比[Mn]/[S]处于3～4的范围，并且满足(1)式，该(1)式为：10·[C]×[Mn]-0.94+1226·[N]2≤1.2…(1)，并且，该(1)式中的该[C]、该[Mn]和该[N]分别表示C、Mn和N的以质量百分比表示的含量。该低碳硫易切削钢能够抑制气孔的生成，同时，即使无Pb也可发挥出良好的切削性(特别是加工面粗糙度)，并且能够通过连续铸造法以良好的生产性进行制造。
发明内容
本发明提供了一种易切削钢，为一种以钢材料为基体的有利于加工钥匙时易切削性能、并具有钥匙使用过程中所需强度、硬度的钢带材料。
一种易切削钢，由以下质量百分比含量的化学成分组成：
其中，Mn与S的质量比为3.6～4.2：1。
在钢材中，其化学成分及其质量百分比含量都会对钢材的性能产生实质性影响，本发明中，采用特定质量百分含量的Fe、C、Si、Mn、P和S以及限定了Mn与S的质量比，使得本发明易切削钢具有一定强度、硬度和切削性能，非常适合用于制造钥匙。
所述的易切削钢，由以下质量百分比含量的化学成分组成：
其中，Mn与S的质量比为3.6～4.2：1。
上述特定质量百分含量的Fe、C、Si、Mn、P和S以及限定了Mn与S的质量比，使得本发明易切削钢具有更好的强度、硬度和切削性能，更加适合用于制造钥匙。
本发明还提供了一种易切削钢的生产方法，其工艺操作性强、可控性好，工艺稳定。
一种易切削钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)钢水初炼：
将钢铁原料在初炼炉中于1500～1700℃进行初炼40～55min，得到初炼钢水；
所述的钢铁原料由质量百分比10％～35％的铁水或生铁块和90％～65％的废钢组成。
(2)LF炉精炼：
将初炼钢水转移至LF精炼炉中进行钢水精炼，在精炼过程中，再加入锰铁、硫铁、磷铁合金调整成分，去除钢渣、杂质，得到精炼后的钢水：
其中，精炼的精炼时间为50～80min，精炼温度控制在1550～1700℃。钢材中的锰元素与硫元素会形成颗粒状硫化锰夹杂物。钢中硫化锰夹杂物分布形态及大小是造成钢材易切削性能的关键。本发明中，一方面采用了Mn和S的特定质量百分含量以及质量比，另一方面在精炼温度和时间的影响下，使得硫化锰夹杂物分布形态及大小均较好，在保持良好易切削性能的前提下，对强度和硬度影响不大，保证其使用的强度和硬度，并且制备的易切削钢表面也更加光滑，切削后的易切削钢表面也比较光滑。
(3)连续浇铸：
精炼后的钢水通过连续铸钢机浇铸，得到连铸钢坯；
所述的连续铸钢机的开浇温度控制在1500～1600℃，能够较好地控制成型连铸钢坯的表面质量，表面不会出现裂纹、夹杂、重接、气孔等缺陷。
浇铸成1502mm2～2002mm2×6000mm规格的连铸钢坯，常用为200mm×200mm×5800mm规格或150mm×150mm×6000mm规格连铸钢坯。
(4)钢带轧制：
a.将连铸钢坯加热，采用三段式加热，依次经过温度控制在400～600℃的预热段、温度控制在1250～1300℃的加热段、温度控制在1200～1250℃的均热段，三段式加热的总时间为4～5小时，得到加热后的钢坯；
连铸钢坯在钢带轧制前需加热，使连铸钢坯组织成为奥氏体组织，提高钢坯塑性，便于轧制。
b、轧制：
采用轧制设备轧制，轧制的开轧温度：1150～1200℃，轧制的终轧温度：900～950℃，轧制后形成钢带；
连铸钢坯轧制成2.0mm～5.0mm(厚度)×130mm～260mm(宽度)规格的钢带成品，长度可以根据需要定。
c、精整：
将钢带卷取后得到易切削钢的成品。
卷取的温度为650～750℃，优选为690～710℃，最优选为700℃，检验易切削钢，发现钢带表面光洁，无裂边、凹坑等缺陷，质量较好。
本发明形成的易切削钢(即易切削钢热轧钢带)，能满足用户制造钥匙过程中的冷轧工艺和钥匙加工时的易切削性能及钥匙所需的强度、硬度，非常适合用于制造钥匙。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明易切削钢，在钢材中，其化学成分及其质量百分比含量都会对钢材的性能产生实质性影响，本发明中，采用特定质量百分含量的Fe、C、Si、Mn、P和S以及限定了Mn与S的质量比，使得本发明易切削钢具有一定强度、硬度和切削性能，能满足用户制造钥匙过程中的冷轧工艺和钥匙加工时的易切削性能及钥匙所需的强度、硬度，非常适合用于制造钥匙。
本发明易切削钢的生产方法，其工艺操作性强、可控性好，工艺稳定、便于掌握、生产成本低、经济效益好，易于工业化大规模生产，具备广阔的应用前景。
具体实施方式
本发明易切削钢的生产方法，其工艺流程包括：80吨超高频电弧炉冶炼→连续铸钢机浇铸成连铸钢坯→连铸钢坯质量检验→连铸钢坯运输到轧钢厂轧制→轧钢加热炉加热→连轧钢机连轧→冷却卷取→质量检验→入库。
实施例1
一种易切削钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)钢水初炼：
钢铁原料由质量百分比10％的铁水或生铁块以及90％的废钢组成；
将钢铁原料放置在80吨超高频电弧炉内，并加入生石灰，再加入锰铁、硫铁合金，在初炼炉中于1600～1700℃进行初炼50～55min，使废钢、铁合金熔化、混合均匀，钢渣上浮、清除，得到初炼钢水；
(2)LF炉精炼：
将初炼钢水转移至LF精炼炉中进行钢水精炼。在精炼过程中，再加入锰铁、硫铁、磷铁合金等合金调整成分，去除钢渣、杂质，得到精炼后的钢水，并使钢种锰元素与硫元素形成颗粒状硫化锰夹杂物；钢中硫化锰夹杂物分布形态及大小是造成钢材易切削性能的关键；精炼时间为70～80min，精炼温度控制在1600～1700℃；
冶炼成分按表1进行控制；
表1
| 元素 | Fe | C | Si | Mn | P | S |
| 成份％ | ≥97.85 | ≤0.09 | ≤0.15 | 1.10-1.40 | 0.04-0.09 | 0.33-0.42 |
注：控制Mn/S(质量比)为3.60～4.2。
(3)连续浇铸：
精炼后的钢水通过R6连续铸钢机浇铸成200×200×5800mm规格的连铸钢坯供轧制钢材用，得到连铸钢坯。开浇温度控制在1500～1550℃；
(4)钢带轧制：
a.将连铸钢坯在轧制前需加热，使钢坯组织成为奥氏体组织，提高钢坯塑性，便于轧制。
采用三段式蓄热式加热炉加热，燃料种类：高炉煤气，依次经过温度控制在500～600℃的预热段、温度控制在1250～1300℃的加热段、温度控制在1200～1250℃的均热段，三段式加热的总时间为4小时，得到加热后的钢坯；
b、轧制：
采用轧制设备轧制，开轧温度：1150～1200℃，轧制设备：15架平辊轧机与4架立辊轧机组成的全连轧生产线；
轧制压下：将200×200×5800mm规格的连铸钢坯轧制成2.65mm(厚度)×175mm(宽度)(长度可以根据需要定)规格成品。轧制的终轧温度：900～950℃，轧制后形成钢带；
c、精整：
将轧制设备轧制成的钢带，经平板链冷却至700℃后卷取成钢带卷，得到易切削钢成品。产品质量检验钢带表面光洁，无裂边、凹坑等缺陷。
所述的易切削钢，由以下质量百分比含量的化学成分组成：
其中，Mn与S的质量比为3.64：1。
实施例2
一种易切削钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)钢水初炼：
钢铁原料由质量百分比10％的铁水或生铁块以及90％的废钢组成；
将钢铁原料放置在80吨超高频电弧炉内，并加入生石灰，再加入锰铁、硫铁合金，在初炼炉中于1600～1700℃进行初炼50～55min，使废钢、铁合金熔化、混合均匀，钢渣上浮、清除，得到初炼钢水；
(2)LF炉精炼：
将初炼钢水转移至LF精炼炉中进行钢水精炼。在精炼过程中，再加入锰铁、硫铁、磷铁合金等合金调整成分，去除钢渣、杂质，得到精炼后的钢水，并使钢种锰元素与硫元素形成颗粒状硫化锰夹杂物；钢中硫化锰夹杂物分布形态及大小是造成钢材易切削性能的关键；精炼时间为70～80min，精炼温度控制在1600～1700℃；
冶炼成分按表1进行控制；
表1
| 元素 | Fe | C | Si | Mn | P | S |
| 成份％ | ≥97.85 | ≤0.09 | ≤0.15 | 1.10-1.40 | 0.04-0.09 | 0.33-0.42 |
注：控制Mn/S(质量比)为3.60～4.2。
(3)连续浇铸：
精炼后的钢水通过R6连续铸钢机浇铸成200×200×5800mm规格的连铸钢坯供轧制钢材用，得到连铸钢坯。开浇温度控制在1500～1550℃；
(4)钢带轧制：
a.将连铸钢坯在轧制前需加热，使钢坯组织成为奥氏体组织，提高钢坯塑性，便于轧制。
采用三段式蓄热式加热炉加热，燃料种类：高炉煤气，依次经过温度控制在500～600℃的预热段、温度控制在1250～1300℃的加热段、温度控制在1200～1250℃的均热段，三段式加热的总时间为5小时，得到加热后的钢坯；
b、轧制：
采用轧制设备轧制，开轧温度：1150～1200℃，轧制设备：15架平辊轧机与4架立辊轧机组成的全连轧生产线；
轧制压下：将200×200×5800mm规格的连铸钢坯轧制成2.9mm(厚度)×185mm(宽度)(长度可以根据需要定)规格成品。轧制的终轧温度：900～950℃，轧制后形成钢带；
c、精整：
将轧制设备轧制成的钢带，经平板链冷却至700℃后卷取成钢带卷，得到易切削钢成品。产品质量检验钢带表面光洁，无裂边、凹坑等缺陷。
所述的易切削钢，由以下质量百分比含量的化学成分组成：
其中，Mn与S的质量比为3.68：1。
实施例3
一种易切削钢的生产方法，包括以下步骤：
(1)钢水初炼：
钢铁原料由质量百分比30％的铁水或生铁块以及70％的废钢组成；
将钢铁原料放置在80吨超高频电弧炉内，并加入生石灰，再加入锰铁、硫铁合金，在初炼炉中于1500～1600℃进行初炼40～45min，使废钢、铁合金熔化、混合均匀，钢渣上浮、清除，得到初炼钢水；
(2)LF炉精炼：
将初炼钢水转移至LF精炼炉中进行钢水精炼。在精炼过程中，再加入锰铁、硫铁、磷铁合金等合金调整成分，去除钢渣、杂质，得到精炼后的钢水，并使钢种锰元素与硫元素形成颗粒状硫化锰夹杂物；钢中硫化锰夹杂物分布形态及大小是造成钢材易切削性能的关键；精炼时间为60～70min，精炼温度控制在1550～1650℃；
冶炼成分按表1进行控制；
表1
| 元素 | Fe | C | Si | Mn | P | S |
| 成份％ | ≥97.85 | ≤0.09 | ≤0.15 | 1.10-1.40 | 0.04-0.09 | 0.33-0.42 |
注：控制Mn/S(质量比)为3.60～4.2。
(3)连续浇铸：
精炼后的钢水通过R6连续铸钢机浇铸成150×150×6000mm规格连铸钢坯供轧制钢材用，得到连铸钢坯。开浇温度控制在1550～1600℃；
(4)钢带轧制：
a.将连铸钢坯在轧制前需加热，使钢坯组织成为奥氏体组织，提高钢坯塑性，便于轧制。
采用三段式蓄热式加热炉加热，燃料种类：高炉煤气，依次经过温度控制在400～500℃的预热段、温度控制在1250～1300℃的加热段、温度控制在1200～1250℃的均热段，三段式加热的总时间为5小时，得到加热后的钢坯；
b、轧制：
采用轧制设备轧制，开轧温度：1150～1200℃，轧制设备：15架平辊轧机与4架立辊轧机组成的全连轧生产线；
轧制压下：将150×150×6000mm规格的连铸钢坯轧制成2.65mm(厚度)×175mm(宽度)(长度可以根据需要定)规格成品。轧制的终轧温度：900～950℃，轧制后形成钢带；
c、精整：
将轧制设备轧制成的钢带，经平板链冷却至700℃后卷取成钢带卷，得到易切削钢成品。
产品质量检验钢带表面光洁，无裂边、凹坑等缺陷。
经检测，所述的易切削钢，由以下质量百分比含量的化学成分组成：
其中，Mn与S的质量比为3.6：1。
将实施例1～3制备的易切削钢成品切割成相同大小的样条，用万能试验机检测其力学性能指标，具体包括抗拉强度Rm、断后伸长率A/％，测试结果如表2所示。
| 实施例 | 抗拉强度Rm/(N/mm2) | 断后伸长率A/％ |
| 实施例1 | 500 | 40 |
| 实施例2 | 400 | 30 |
| 实施例3 | 450 | 35 |
将实施例1～3制备的易切削钢成品制成钥匙，采用配钥匙的机器切削500次，形成500个钥匙，没有发生一个钥匙冲断的情形，体现了良好的切削性能。
将实施例1～3制备的易切削钢成品制成钥匙，然后做测试，测试人员在空的时间花三个月时间共进行开锁50000次，钥匙虽然有一定的使用性磨损，但是并未发生断裂，还可以正常使用进行开锁。
可见，本发明易切削钢具有一定强度、硬度和切削性能，能满足用户制造钥匙过程中的冷轧工艺和钥匙加工时的易切削性能及钥匙所需的强度、硬度，非常适合用于制造钥匙。
Claims (8)
1.一种易切削钢，其特征在于，由以下质量百分比含量的化学成分组成：
其中，Mn与S的质量比为3.6～4.2：1。
2.根据权利要求1所述的易切削钢，其特征在于，由以下质量百分比含量的化学成分组成：
其中，Mn与S的质量比为3.6～4.2：1。
3.根据权利要求1或2所述的易切削钢的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)钢水初炼：
将钢铁原料在初炼炉中于1500～1700℃进行初炼40～55min，得到初炼钢水；
(2)LF炉精炼：
将初炼钢水转移至LF精炼炉中进行钢水精炼，在精炼过程中，再加入锰铁、硫铁、磷铁合金调整成分，去除钢渣、杂质，得到精炼后的钢水：
(3)连续浇铸：
精炼后的钢水通过连续铸钢机浇铸，得到连铸钢坯；
(4)钢带轧制：
a.将连铸钢坯加热，采用三段式加热，依次经过温度控制在400～600℃的预热段、温度控制在1250～1300℃的加热段、温度控制在1200～1250℃的均热段，三段式加热的总时间为4～5小时，得到加热后的钢坯；
b、轧制：
加热后的钢坯采用轧制设备轧制，轧制的开轧温度：1150～1200℃，轧制的终轧温度：900～950℃，轧制后形成钢带；
c、精整：
将钢带卷取后得到易切削钢的成品。
4.根据权利要求3所述的易切削钢的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的钢铁原料由质量百分比10％～35％的铁水或生铁块和90％～65％的废钢组成。
5.根据权利要求3所述的易切削钢的生产方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的钢水精炼的精炼时间为50～80min，精炼温度控制在1550～1700℃。
6.根据权利要求3所述的易切削钢的生产方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的连续铸钢机的开浇温度控制在1500～1600℃。
7.根据权利要求3所述的易切削钢的生产方法，其特征在于，步骤c中，卷取的温度为650～750℃。
8.根据权利要求1或2所述的易切削钢在制造钥匙中的应用。
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