CN112063916A - 镁系的高硫易切削钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁系的高硫易切削钢的制备方法，镁系高硫易切削钢的化学成分按质量百分比为：C:0.05～0.50％、Si≤0.40％、Mn:1.0～1.7％、P≤0.08％、S:0.15～0.35％、Mg:0.0003～0.0020％、O<0.0030％，余量为铁及不可避免的杂质。其生产工艺为转炉或电炉→LF→连铸→轧制，在精炼末期，进行含镁包芯线的添加，喂线前控制过热度，总氧含量不高于30ppm，并采用间歇式喂入方法。本发明喂线过程稳定，没有剧烈喷溅，镁元素收得率较高；本发明制备的产品切削性能优良，切屑碎断性、刀具的耐磨性能明显提高；本发明吨钢成本增加不超过10元，有明显的价格优势。

Description

镁系的高硫易切削钢的制备方法
技术领域
本发明涉及一种易切削钢及其制备方法，特别是涉及一种高硫易切削钢及其制备方法， 应用于钢铁冶金技术领域。
背景技术
易切削钢是指在钢中加入一定数量的一种或一种以上的硫、磷、铅、钙、硒、碲等易切 削元素，以改善其切削性的合金钢。随着机械制造工业中的切削加工走向精密化、高速化和 自动化大量生产，加工成本占零部件生产成本的比例越来越高。为减少加工成本，提高生产 效率，易切削钢越来越受到广泛的关注。
易切削钢按添加易切削元素种类的不同，可分为硫系、铅系、钙系、锡系、碲系、复合 型等类别。硫系易切削钢生产成本低，切削性能好，为目前世界上使用最广泛的易切削钢种， 在我国硫系易切削钢占易切削钢总量的90％以上。然而硫系易切削钢的切削性能有限，不能 满足高精密、快速切削加工的需求，且硫系易切削钢降低了材料的塑性和韧性，尤其是横向 力学性能较差。铅系易切削钢为目前公认的切削性能非常优良而又保持了较好的力学性能的 钢种，且生产成本低，曾广泛应用于各行各业。然而铅是公认的非环保物质，生产过程中产 生的铅蒸汽对工人的身体健康有极大的危害性；铅进入产品之后，由于化学性质稳定，不易 脱除，对废钢的再利用也构成危害，欧盟已经明确禁止钢中加铅。近年来，我国也加大了对 含铅易切削钢的生产和使用限制。因此，世界各大钢铁公司都在朝着无铅易切削钢的方向发 展。碲系易切削钢中碲自身为易切削元素，可提高钢的切削性能，且碲能改善硫化物形态， 控制硫化物朝球形或椭球形方向控制，从而进一步提高钢的切削性能，但碲的成本较高，市 场接受度较低。铋无毒，与铅的物理化学性质相似，其作用同铅在钢中的作用相似，可显著 提高钢的切削性能，但铋的成本较高，且生产难度较大，国内应用较少。
为获得优异的切削性能，且不造成环境污染及危害，开发环保型无铅易切削钢成为目前 易切削钢的主要研究方向。本发明提出采用含硫易切削钢镁处理的方法，调控钢中夹杂物形 态和分布，生产含镁硫易切削钢，从而实现低成本开发切削性能优良的环保型无铅易切削钢。
专利号为02153023.8的中国专利公开了一种钙硫镁系易切削钢及其生产工艺，成分重量 百分比为：C:0.42～0.50、Si：0.20～0.50、Mn：1.00～1.20、P：0.01～0.04、S：0.01～0.07、Ca： 0.002～0.016、Mg：0.0001～0.002，Fe余量。在该钢中C:0.42～0.50、S：0.01～0.07，为兼顾力 学性能和切削性能的非调质钢，主要用于制造曲轴、连接杆等汽车和机械的较大型零部件。 本发明与上述钙硫镁系易切削钢及其生产工艺主要不同之处在于：钢中C：0.05～0.50％、S：0.15～0.35％，采用高硫成分，主要用于高速切削的小型零部件或精密零部件的生产。
专利号为201610163261.4的中国专利公开了一种含镁钙的45MnVS易切削非调质钢及其 制造方法，钢的主要成分：C:0.42～0.51％，Si：0.15～0.6％、Mn：0.90％～1.50％、P：0.010％～0.035％、 S:0.040％～0.080％、V:0.06％～0.13％、Mg：0.0005％～0.008％、Al：0.01％～0.04％、Ca： 0.0008％～0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。在该钢中C:0.42％～0.51％、S：0.040％～0.080％， 为兼顾力学性能和切削性能的非调质钢，用于汽车连杆、曲轴、转向节轴、驱动轴、前桥等 零件和结构件。本发明与上述含镁钙的45MnVS易切削非调质钢及其制造方法主要不同之处 在于：钢中C：0.05～0.50％、S：0.15～0.35％，采用高硫成分，主要用于高速切削的小型零部 件或精密零部件的生产。
公开号CN110656280A的中国专利公开了低氧含钙镁硫系易切削钢及其制备方法，其化 学成分按质量百分比为C:0.30～0.42％、Si：0.15～0.35％、Mn：0.75～1.05％、Cr：1.0～1.5％、 Mo：0.04～0.07％、Ca：0.001～0.020％、Mg：0.001～0.02％、S：0.02～0.05％、Alt：0.025～0.035％、 P≤0.015％、O≤0.001％、N：0.002～0.005％。在该钢中C:0.30％～0.42％、S：0.02％～0.05％，为 兼顾力学性能和切削性能的非调质钢。本发明申请与上述专利主要不同之处在于：钢中C： 0.05～0.50％、S：0.15～0.35％，主要以优异切削性能为主的高硫易切削钢。
公开号为CN110468253A的中国专利公开了一种高硫易切削钢冶炼方法，其特征在于对 转炉、精炼、连铸等多个工序进行调控，生产高硫易切削钢，以保证生产过程连续、稳定运 行，提高生产效率、降低生产成本。其生产过程中氧含量控制在35～50ppm的较高氧位，且 未对硫化物夹杂进行调控，在切削性能提升方面并无显著增益。本发明与上述高硫易切削钢 冶炼方法主要不同之处在于：本发明钢中全氧含量控制在30ppm以下，并通过钢液喂含镁包 芯线，使钢中含有0.0003～0.0020％的镁，添加的镁以细小弥散的氧化物形式与硫化物结合成 复合夹杂物，以改善易切削钢中硫化物的形态，使其向纺锤形转化，进而改善易切削钢在切 削时切屑的脆断性，提升钢材的切削性能。
综上所述，易切削钢是一类典型的高硫特殊钢，在一些精密零件的生产加工过程中具有 不可替代的作用。随着切削加工的自动化、高速化与精密化的快速发展，传统易切削钢已无 法满足高精尖产品的生产需求，而现有的具有较高切削性能的含铅易切削钢又面临环保的压 力，应用受到限制。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种镁系的 高硫易切削钢的制备方法，针对目前我国易切削钢的发展现状，提供一种环境友好且低成本 的镁系高硫易切削钢，为了获得超高的易切削性能，本发明在高硫易切削钢基础上通过添加 适量的镁来调控钢中的易切削相(硫化物)的形态，改善切屑的脆断性，提升钢材的切削性 能。本发明在环保的前提下，以较低的生产成本获得优良切削性能的易切削钢，以满足日益 增长的精密零部件及大批量快速生产的需求。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种镁系的高硫易切削钢，其成分按质量百分比为：C:0.05～0.50％、Si≤0.40％、 Mn:1.0～1.7％、P≤0.08％、S:0.15～0.35％、Mg:0.0003～0.0020％、O≤0.0030％，余量为铁及不 可避免的杂质。
作为本发明优选的技术方案，所述镁系的高硫易切削钢成分按质量百分比计算，有两个 成分方案：
成分方案一：
以1215易切削钢为基础成分的镁系的高硫易切削钢成分：
C:0.05～0.09％、Si≤0.15％、Mn:1.0～1.3％、P≤0.08％、S:0.25～0.35％、Mg:0.0003～0.0015％、 T.O≤0.0030％，余量为铁及不可避免的微量元素；
成分方案二：
以1144易切削钢为基础成分的镁系的高硫易切削钢成分：
C:0.40～0.48％、Si:0.25～0.45％、Mn:1.4～1.7％、P≤0.08％、S:0.25～0.35％、Mg: 0.0003～0.0015％、T.O≤0.0020％，余量为铁及不可避免的微量元素。
作为本发明优选的技术方案，所述镁系的高硫易切削钢基体中弥散分布的夹杂物中的硫 化物包裹的氧化物夹杂的复合夹杂物比例不低于15％，夹杂物长宽比为1～3的比例不低于全 部夹杂物的50％。
一种本发明镁系的高硫易切削钢的制备方法，其生产工艺为转炉或电炉→LF→连铸→轧 制，各工艺的具体操作如下：
(1)转炉或电炉冶炼：
转炉或电炉冶炼分为氧化期、还原期，通过转炉吹氧反应方法或电炉通电的方法，熔化 废钢，并脱除钢中过高的碳，待钢液主要成分和温度合格后进行出钢，出钢过程加合金进行 合金化，采用少量的铝铁脱氧，铝铁、硫铁合金及渣料在出钢量达到1/4时开始加入，出钢 量达到3/4前全部加完；冶炼全程进行钢包底吹氩，以钢水不喷溅出钢包为准；出钢过程严 禁下渣，必要时应留钢操作；出完钢后在吹氩站吹氩3～5min后进行取样、定氧操作，定氧过 程关闭底吹氩；出钢温度为1580～1640℃；
(2)LF炉精炼：
通电升温，根据在所述步骤(1)中出钢后的钢水成分的差值，加入增碳剂、硅锰铁、硫 铁、硅铁进行成分调整，加入电石和白灰造渣剂，渣面加少量硅铁粉，控制渣氧平衡，精炼 过程控制渣碱度1.8～2.9，通电时间为10～40min；LF精炼过程中全程进行底吹氩，吹气流量 为100～300NL/min；钢水温度在液相线温度以上60～90℃时，总氧含量控制在不高于30ppm；
(3)喂入含镁合金包芯线进行合金化后处理：
在所述步骤(2)中的LF炉精炼后期，向钢液中喂入含镁合金包芯线，进行夹杂物变性 处理；包芯线铁皮厚度为0.3～0.5mm，包芯线外径为12～14mm；喂线时控制喂线速度在120～200m/min，包芯线分数次次喂入，喂线次数n≥2，每次喂完后间隔10～20s时间再喂入下 一段，直至全部喂完；在喂线结束后，在钢液表面覆盖碳化稻壳，保温并减少镁的挥发，并 继续软吹8～15min，确保钢液成分均匀，并有助于夹杂物上浮；测温取样，成分及温度合格 后吊包出钢，完成钢液后处理过程；
(4)连铸工艺
在浇铸前，控制在所述步骤(3)中制备的钢液过热度为25～40℃，连铸坯拉速为1.4～1.9m/min，采用弱的比水量，采用结晶器电磁搅拌；中间包覆盖剂为低碱度覆盖剂和碳化 稻壳；结晶器保护渣为高硫易切削钢专用保护渣；连铸坯下线仅保温坑缓冷或采用堆冷冷却， 制备连铸坯；
(5)轧制
将在所述步骤(4)中制备的连铸坯进行轧制，在步进式加热炉的加热时间2.5～3h，均热 温度为1180～1240℃，开轧温度1150～1220℃，吐丝温度880～1020℃，制备得到镁系的高硫 易切削钢产品。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(3)中，采用镁硅铁合金、镁铝铁合金、镁钙 铁合金或其他含镁合金的包芯线形式，在LF炉精炼末期，将镁加入到钢液中，生产含镁高 硫易切削钢液。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(3)中，以各种含镁合金包芯线的芯料总成分 为100％的质量比计算，含镁合金包芯线的芯料采用如下任意一种材料制成：
当芯料采用镁硅铁合金时，镁硅铁合金成分按其质量百分比为：Mg：5～15％，Si：20～40％， Fe余量；
当芯料采用镁铝铁合金时，镁铝铁合金成分按其质量百分比为：Mg：5～15％，Al：35～95％， Fe余量；
当芯料采用镁钙铁合金时，镁钙铁合金成分按其质量百分比为：Mg：5～15％，Ca：5～15％， Fe余量。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(3)中，增加真空精炼工艺(RH/VD)作为LF 精炼末期的精炼的后处理过程，则所述镁系的高硫易切削钢的制备方法的生产工艺为转炉或 电炉→LF→真空精炼(RH/VD)→连铸→轧制，喂入含镁合金包芯线进行合金化后处理的工艺 在真空精炼末期进行实施。
作为本发明优选的技术方案，在所述步骤(3)中，在喂入含镁合金包芯线进行合金化后 处理前，需将钢液中全氧含量控制到不高于30ppm，并在喂入含镁合金包芯线进行合金化后 处理过程中，保持钢液中全氧含量控制在不高于30ppm。
镁的化学活性大，且蒸气压较高，镁在1600℃时碳饱和铁液中蒸气压为2.02MPa，加入 钢液后反应剧烈且易挥发，在钢液中的收得率较低。为保证较高的收得率和稳定的成分，采 用镁钙合金、镁铝铁合金、镁硅铁合金或其他含镁合金的包芯线形式，在精炼末期加入到钢 液中，一方面降低了合金中镁的比例，减轻了反应剧烈程度，另一方面添加平稳，提高镁元 素的收得率。
为实现上述易切削钢的生产，且保证生产成本低，生产工艺简单，环境友好，在传统高 硫易切削钢生产工艺的基础上，采用精炼末期钢液喂入含镁包芯线的方式对钢中夹杂物进行 改质处理，使钢中夹杂物形成细小弥散分布的硫化物-氧化物复合夹杂，抑制夹杂物在轧制后 的变形，从而提高钢的切削性能。
本发明加镁的工艺的技术要点如下：
镁与氧的结合力强，是强脱氧剂之一。钢液中较高的氧含量将使加入的镁大量消耗用于 脱氧，无法起到改质夹杂物，调控硫化物形态和分布的作用。因此在采用镁处理前，需将钢 液中全氧含量控制到不高于30ppm(O≤0.0030％)以下，以确保镁的收得率。
本发明上述镁系易切削钢也称为镁硫系二元易切削钢，或称为含镁高硫易切削钢。由于 易切削钢添加微量的钙，Ca和Ca-Si脱氧后会形成低熔点复合夹杂物钙斜长石(CaO·Al2O3·2SiO2)，切削时产生的热量会使其软化，覆盖在刀具前后刀面形成覆层，可有效 减少刀具磨损，延长寿命寿命，成为钙系易切削钢，因此易切削钢喂入镁钙包芯线可形成镁 钙硫三元易切削钢，也就是镁钙系易切削钢。
本发明上述反应均为显著放热反应，为避免喂镁合金包芯线反应的剧烈程度，喂线过程 分数次分批喂入，喂线次数n≥2，每次喂完后间隔10～20s的一段时间，等待镁蒸气燃烧平缓 后，再喂入下一段，避免喂线过程局部镁蒸气浓度过高造成的剧烈燃烧及镁蒸气快速溢出产 生爆炸的可能性。喂线时确保一定量的喂线速速及适宜的包芯线铁皮厚度，喂线速度太慢或 铁皮太薄，则包芯线来不仅进入钢液下部即溶解蒸发，合金元素损耗大、收得率低；喂线速 度太快或铁皮太厚，则包芯线来不及熔化而划伤钢包底部或侧壁的耐材，损伤炉衬且导致钢 液污染。因此适宜的包芯线喂入速度为：120～200m/min，包芯线铁皮厚度为0.3～0.5mm；喂 入含镁包芯线后，钢包底吹氩8～15min，确保钢液成分均匀，并有助于夹杂物上浮；钢包液 面覆盖碳化稻壳，保温并减少镁的挥发。本发明工艺方法喂线过程稳定，没有剧烈喷溅，镁 元素收得率较高；制备的产品切削性能优良，切屑碎断性、刀具的耐磨性能明显提高；吨钢 成本增加不超过10元，有明显的价格优势。
本发明原理：
钢液中喂入含镁包芯线后，钢液中的Mg会与钢中的O、S、Al的残余反应，喂含镁合金包芯线时，镁元素涉及的主要化学反应为：
Mg(s)＝Mg(g) (1)
Mg(g)+[O]＝MgO(s) (2)
MgO(s)+[S]＝MgS(s)+[O] (3)
[Mg]+4[O]+2[Al]＝MgO·Al2O3(s) (4)
Mg(g)+[S]＝MgS(s) (5)
反应产物MgO、MgS、MgO·Al2O3通常为弥散分布的夹杂物，MgO·Al2O3、MgO、MgS 与钢液间的界面张力小，分子间作用力较小，因此不易聚集长大，能在钢液中保持较好的细小弥散分布的状态。在凝固过程中，它们可作为MnS夹杂析出的异质形核点，促进MnS在 氧化物夹杂外围析出，从而形成内部氧化物、外部硫化物的复合夹杂物。镁的反应产物细小弥散分布，可提供有效的MnS异质形核核心，使复合夹杂比例显著提升。由于内部核心的存在，该类复合夹杂物在轧制过程中不易变形，抑制了长条状硫化物的形成，保持了较好的球形或椭球形，从而有利于切削性能的提高且有利于改善钢性能的各向异性。
根据上述发明原理，本发明采用如下工艺方案：
一种镁系高硫易切削钢的基本生产工艺为转炉(或电炉)→LF→连铸→轧制。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明采用本发明所述镁系高硫易切削钢，也称为镁硫系易切削钢，工艺简单，无需 额外增加设备及工序，可有效实现硫化物夹杂的改质，硫化物包裹的氧化物夹杂的复合夹杂 物比例达15％以上，轧制后夹杂物长宽比在1～3的比例占50％以上，显著改善了硫化物的形 态，提高切屑的断屑性，切削性能明显提升；并且浇注过程水口无明显结瘤现象，可顺利实 现多炉连浇；由该工艺生产的含镁高硫易切削钢表面质量良好；
2.本发明与普通易切削钢的生产工艺接近，无需增加额外设备和工序，对原有生产工艺 影响小，生产成本适宜，吨钢增加成本不到10元；
3.本发明通过对夹杂物进行成分、分布和形态调控，形成的硫化物夹杂的形态及分布显 著改善，椭球状比例显著增加，各向异性显著改善；
4.本发明形成的夹杂物不易聚集长大，不易造成水口堵塞，可保证顺利连浇；
5.本发明方法生产的含镁硫系易切削钢，表面质量良好；本发明方法简单易行，成本低， 适合推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例一方法制备的镁系高硫易切削钢轧材金相图。
图2是传统的高硫易切削钢轧材金相图。
图3是本发明实施例一方法制备的镁系高硫易切削钢铸坯中夹杂物扫描电镜图。
图4是本发明实施例一方法制备的镁钙系高硫易切削钢不同切削条件下的断屑形貌图。
图5是传统的高硫易切削钢在不同切削条件下的断屑形貌。
图6本发明实施例一方法制备的镁钙系高硫易切削钢不同切削时间的刀具磨损状况图。
图7传统的高硫易切削钢在不同切削时间的刀具磨损状况图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种镁系的高硫易切削钢的制备方法，按质量百分比计算，以1215易切 削钢为基础的低碳含镁高硫易切削钢，其成分为：C:0.05～0.09％、Si≤0.15％、Mn:1.0～1.3％、 P≤0.08％、S:0.25～0.35％、Mg:0.0003～0.0015％、O≤0.0030％，余量为铁及不可避免的微量元 素；其生产工艺为转炉→LF→连铸→轧制，各工艺的具体操作如下：
(1)转炉冶炼：
转炉加入铁水、废钢进行吹氧冶炼，熔化废钢，并脱除钢中过高的碳，当碳和温度合格 后进行出钢，出钢过程采用铝铁脱氧合金化；铝铁、硫铁等合金及渣料在出钢量达到1/4时 开始加入，出钢量达到3/4前全部加完；冶炼全程进行钢包底吹氩，以钢水不喷溅出钢包为 准；钢包全程底吹氩，以钢水不喷溅出钢包为准；转炉出钢过程挡渣出钢。转炉出完钢后在 吹氩站吹氩3min后进行取样、定氧操作，定氧过程关闭底吹氩；出钢温度为1635℃；
(2)LF炉精炼：
通电升温，根据在所述步骤(1)中出钢后的钢水成分的差值，加入电石和白灰造渣剂， 渣面加少量硅铁粉，控制渣氧平衡，精炼过程控制渣碱度2.4～2.8，通电时间为15min；补加 硫铁、硅铁、锰铁、磷铁等使成分达标，钢水温度1595℃，控制全氧为22～27ppm；LF精炼 过程中全程底吹氩，吹气流量为200NL/min；
(3)喂入含镁合金包芯线进行合金化后处理：
在所述步骤(2)中的LF炉精炼后期，向钢液中喂入含镁合金包芯线，进行夹杂物变性 处理；包芯线的芯料成分为镁硅铁合金；按质量百分比计算，芯料成分为Mg：10％，Si：25％， Fe余量；包芯线铁皮厚度为0.4mm，包芯线直径为13mm；喂线时控制喂线速度在150m/min， 包芯线芯粉350g/m，喂入长度为150m，分3次喂入，每次喂完后间隔15s再喂入下一段，直至全部喂完；喂线结束后在钢液表面覆盖碳化稻壳，软吹8～15min，确保钢液成分均匀，并有助于夹杂物上浮；测温取样，成分及温度合格后吊包出钢，完成钢液后处理过程；中间包覆盖剂为低碱度覆盖剂和碳化稻壳；
(4)连铸工艺
在浇铸前，控制在所述步骤(3)中制备的钢液温度1539℃，过热度为30℃，连铸坯拉 速为1.4～1.8m/min，弱冷却水，比水量0.65L/kg；结晶器电磁搅拌，电流250A，3Hz；结晶器保护渣为高硫易切削钢专用保护渣；铸坯下线后堆冷，制备连铸坯；
(5)轧制
将在所述步骤(4)中制备的连铸坯进行轧制，在步进式加热炉的均热温度为1240℃， 加热时间3小时，开轧温度1180℃，吐丝温度970℃，制备得到镁系的高硫易切削钢产品。
实验测试分析：
将本实施例制备的镁系的高硫易切削钢进行分析测试和观察分析，图1是本实施例方法 制备的镁系高硫易切削钢轧材金相图。图2是传统的高硫易切削钢轧材金相图。图3是本实 施例方法制备的镁系高硫易切削钢铸坯中夹杂物扫描电镜图。由图1-图3可知，采用本实施 例方法制备的镁系高硫易切削钢轧材，钢中夹杂物大多呈短小的硫化物形态，长宽比在1～3 的比例占52％，夹杂物形态和分布均匀。而传统高硫易切削钢轧材，夹杂物较多呈现细长条 夹杂物，长宽比在1～3的比例占45％，夹杂物形态和分布均匀性较差。在本实施例轧材中呈 短小形态硫化物中较多呈现图3的复合型夹杂物，该夹杂物为MnS包裹内部硬质MgO·Al2O3的复合夹杂，其不易变形，能保持较好的椭球型、纺锤形等形态，该类复合夹杂物比例达 16.0％，有效避免了轧制过程的变形，使更多夹杂物的长宽比保持在1～3。
图4是本实施例方法制备的镁钙系高硫易切削钢不同切削条件下的断屑形貌图。图5是 传统的高硫易切削钢在不同切削条件下的断屑形貌。图6本实施例方法制备的镁钙系高硫易 切削钢不同切削时间的刀具磨损状况图。图7传统的高硫易切削钢在不同切削时间的刀具磨 损状况图。本实施例方法生产的镁钙硫系易切削钢与传统的高硫易切削钢在不同切削条件下 的断屑形貌，以及不同切削时间下刀具磨损情况分别如附图4～图7所示，可见，本申请的含 镁易切削钢切屑中C型切屑比例，刀具磨损情况，均明显优于对比的普通高硫易切削钢。
采用本实施例方法制备镁系高硫易切削钢，生产工艺简单，操作简便，无需额外增加设 备及工序，硫化物包裹氧化物夹杂的复合夹杂物比例达16.0％，轧制后夹杂物长宽比在1～3 的比例占52％，轧材评级细系5.0级，粗系4.0级；连铸过程塞棒曲线平稳，水口内壁无明显 结瘤现象，顺利实现8炉连浇。由该工艺生产的含镁高硫易切削钢，表面质量良好。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，
在本实施例中，参见图1，一种镁系的高硫易切削钢的制备方法，按质量百分比计算， 以1144为基础的中碳含镁高硫易切削钢，其成分为：C:0.40～0.48％、Si:0.25～0.45％、 Mn:1.4～1.7％、P≤0.08％、S:0.25～0.35％、Mg:0.0003～0.0015％、O≤0.0020％，余量为铁及不 可避免的微量元素；其生产工艺为电炉→LF→VD→连铸→轧制，各工艺的具体操作如下：
(1)电炉冶炼：
电炉加废钢、铁水，通电、吹氧，待电炉成分、温度达标后进行出钢，出钢过程采用铝 铁预脱氧合金化，加入铝铁、硫铁、石灰、预熔渣，钢包全程底吹氩；出钢过程挡渣操作，出完钢后在吹氩站吹氩5min后，取样、定氧操作，定氧过程关闭底吹氩；出钢温度为1600℃
(2)LF炉精炼和VD工艺：
通电升温，补充硫铁、磷铁、增碳剂、锰铁、硅铁，以及石灰和电石等造渣剂，控制渣氧平衡，精炼过程渣碱度2.4～2.8，通电时间35min；LF精炼过程中全程底吹氩，吹气流量为200NL/min；
在LF炉精炼末期采用VD真空精炼净化钢液，真空度达到设备指标后真空处理时间20min，纯脱气时间12min，精炼末期测得温度为1575℃，控制总氧为12～20ppm；
(3)喂入含镁合金包芯线进行合金化后处理：
在所述步骤(2)中的LF炉精炼后期，向钢液中喂入含镁合金包芯线，进行夹杂物变性 处理；包芯线的芯料成分为镁硅铁合金；按质量百分比计算，芯料成分为Mg：10％，Ca：10％， Fe余量；包芯线每米芯粉重量为350g，包芯线铁皮厚度为0.4mm，包芯线直径为13mm；喂 线时控制喂线速度在180m/min，喂入长度为180m，分3次喂入，每次喂完后间隔一段时间15s再喂入下一段，直至全部喂完；喂入含镁合金包芯线，喂线结束后在钢液表面覆盖碳化稻 壳，并继续软吹10～15min，确保钢液成分均匀，并有助于夹杂物上浮；钢包表面添加碳化稻 壳覆盖剂；再次测温取样，成分及温度合格后吊包出钢，完成钢液后处理过程；
(4)连铸工艺
在浇铸前，控制在所述步骤(3)中制备的钢液温度1515℃，过热度为35℃，连铸坯拉 速为1.6m/min，弱冷却水，比水量0.65L/kg；结晶器电磁搅拌，电流220A，4Hz；结晶器保护渣为高硫易切削钢专用保护渣；铸坯下线堆冷冷却，制备连铸坯；
(5)轧制
将在所述步骤(4)中制备的连铸坯进行轧制，在步进式加热炉的均热温度为1240℃， 加热时间3小时，开轧温度1160℃，精轧温度880℃，制备得到镁系的高硫易切削钢产品。
实验测试分析：
将本实施例制备的镁系的高硫易切削钢进行分析测试分析，本实施例方法生产的含镁易 切削钢切屑中C型切屑比例，刀具磨损情况，均明显优于对比的普通高硫易切削钢。采用本 实施例方法制备镁系高硫易切削钢，生产工艺简单，操作简便，无需额外增加设备及工序， 硫化物包裹氧化物夹杂的复合夹杂物比例达16.0％，轧制后夹杂物长宽比在1～3的比例占 52％，轧材评级细系5.0级，粗系4.0级；连铸过程塞棒曲线平稳，水口内壁无明显结瘤现象， 顺利实现8炉连浇。由该工艺生产的含镁高硫易切削钢，表面质量良好。
综上所述，本发明上述实施例镁系高硫易切削钢，该钢的化学成分按质量百分比为： C:0.05～0.50％、Si≤0.40％、Mn:1.0～1.7％、P≤0.08％、S:0.15～0.35％、Mg:0.0003～0.0020％、 O<0.0030％，余量为铁及不可避免的杂质。其生产工艺为转炉或电炉→LF→连铸→轧制，实施 例二提高了对洁净度有要求，增加真空工艺VD。在精炼末期，进行含镁包芯线的添加，喂线 前控制过热度在60～90℃，总氧含量在30ppm以下；采用间歇式喂入方法，将含镁包芯线分 n次间歇式喂入，喂线次数n≥2，每喂一部分间隔10～20s；喂线结束后在钢液表面覆盖碳化 稻壳，并继续软吹8～15min。本发明上述实施例工艺方法具有如下优点：1)喂线过程稳定， 没有剧烈喷溅，镁元素收得率较高；2)产品切削性能优良，切屑碎断性、刀具的耐磨性能明 显提高；3)吨钢成本增加不超过10元，有明显的价格优势。本发明镁系易切削钢也为镁硫 系二元易切削钢或镁钙硫三元易切削钢，或称为含镁高硫易切削钢。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本 发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、 修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背 离本发明镁系的高硫易切削钢的制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种镁系的高硫易切削钢，其特征在于，其成分按质量百分比为：C:0.05～0.50％、Si≤0.40％、Mn:1.0～1.7％、P≤0.08％、S:0.15～0.35％、Mg:0.0003～0.0020％、O≤0.0030％，余量为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述镁系的高硫易切削钢，其特征在于，其成分按质量百分比计算，有两个成分方案：
成分方案一：
以1215易切削钢为基础成分的镁系的高硫易切削钢成分：
C:0.05～0.09％、Si≤0.15％、Mn:1.0～1.3％、P≤0.08％、S:0.25～0.35％、Mg:0.0003～0.0015％、T.O≤0.0030％，余量为铁及不可避免的微量元素；
成分方案二：
以1144易切削钢为基础成分的镁系的高硫易切削钢成分：
C:0.40～0.48％、Si:0.25～0.45％、Mn:1.4～1.7％、P≤0.08％、S:0.25～0.35％、Mg:0.0003～0.0015％、T.O≤0.0020％，余量为铁及不可避免的微量元素。
3.根据权利要求1所述镁系的高硫易切削钢，其特征在于：其基体中弥散分布的夹杂物中的硫化物包裹的氧化物夹杂的复合夹杂物比例不低于15％，夹杂物长宽比为1～3的比例不低于全部夹杂物的50％。
4.一种权利要求1所述镁系的高硫易切削钢的制备方法，其特征在于，其生产工艺为转炉或电炉→LF→连铸→轧制，各工艺的具体操作如下：
(1)转炉或电炉冶炼：
转炉或电炉冶炼分为氧化期、还原期，通过转炉吹氧反应方法或电炉通电的方法，熔化废钢，并脱除钢中过高的碳，待钢液主要成分和温度合格后进行出钢，出钢过程加合金进行合金化，采用少量的铝铁脱氧，铝铁、硫铁合金及渣料在出钢量达到1/4时开始加入，出钢量达到3/4前全部加完；冶炼全程进行钢包底吹氩，以钢水不喷溅出钢包为准；出钢过程严禁下渣，必要时应留钢操作；出完钢后在吹氩站吹氩3～5min后进行取样、定氧操作，定氧过程关闭底吹氩；出钢温度为1580～1640℃；
(2)LF炉精炼：
通电升温，根据在所述步骤(1)中出钢后的钢水成分的差值，加入增碳剂、硅锰铁、硫铁、硅铁进行成分调整，加入电石和白灰造渣剂，渣面加少量硅铁粉，控制渣氧平衡，精炼过程控制渣碱度1.8～2.9，通电时间为10～40min；LF精炼过程中全程进行底吹氩，吹气流量为100～300NL/min；钢水温度在液相线温度以上60～90℃时，总氧含量控制在不高于30ppm；
(3)喂入含镁合金包芯线进行合金化后处理：
在所述步骤(2)中的LF炉精炼后期，向钢液中喂入含镁合金包芯线，进行夹杂物变性处理；包芯线铁皮厚度为0.3～0.5mm，包芯线外径为12～14mm；喂线时控制喂线速度在120～200m/min，包芯线分数次次喂入，喂线次数n≥2，每次喂完后间隔10～20s时间再喂入下一段，直至全部喂完；在喂线结束后，在钢液表面覆盖碳化稻壳，保温并减少镁的挥发，并继续软吹8～15min，确保钢液成分均匀，并有助于夹杂物上浮；测温取样，成分及温度合格后吊包出钢，完成钢液后处理过程；
(4)连铸工艺
在浇铸前，控制在所述步骤(3)中制备的钢液过热度为25～40℃，连铸坯拉速为1.4～1.9m/min，采用弱的比水量，采用结晶器电磁搅拌；中间包覆盖剂为低碱度覆盖剂和碳化稻壳；结晶器保护渣为高硫易切削钢专用保护渣；连铸坯下线仅保温坑缓冷或采用堆冷冷却，制备连铸坯；
(5)轧制
将在所述步骤(4)中制备的连铸坯进行轧制，在步进式加热炉的加热时间2.5～3h，均热温度为1180～1240℃，开轧温度1150～1220℃，吐丝温度880～1020℃，制备得到镁系的高硫易切削钢产品。
5.根据权利要求4所述镁系的高硫易切削钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，采用镁硅铁合金、镁铝铁合金、镁钙铁合金或其他含镁合金的包芯线形式，在LF炉精炼末期，将镁加入到钢液中，生产含镁高硫易切削钢液。
6.根据权利要求5所述镁系的高硫易切削钢的制备方法，其特征在于，以各种含镁合金包芯线的芯料总成分为100％的质量比计算，含镁合金包芯线的芯料采用如下任意一种材料制成：
当芯料采用镁硅铁合金时，镁硅铁合金成分按其质量百分比为：Mg：5～15％，Si：20～40％，Fe余量；
当芯料采用镁铝铁合金时，镁铝铁合金成分按其质量百分比为：Mg：5～15％，Al：35～95％，Fe余量；
当芯料采用镁钙铁合金时，镁钙铁合金成分按其质量百分比为：Mg：5～15％，Ca：5～15％，Fe余量。
7.根据权利要求4所述镁系的高硫易切削钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，增加真空精炼工艺(RH/VD)作为LF精炼末期的精炼的后处理过程，则所述镁系的高硫易切削钢的制备方法的生产工艺为转炉或电炉→LF→真空精炼(RH/VD)→连铸→轧制，喂入含镁合金包芯线进行合金化后处理的工艺在真空精炼末期进行实施。
8.根据权利要求4～7中任意一项所述镁系的高硫易切削钢的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，在喂入含镁合金包芯线进行合金化后处理前，需将钢液中全氧含量控制到不高于30ppm，并在喂入含镁合金包芯线进行合金化后处理过程中，保持钢液中全氧含量控制在不高于30ppm。
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