CN112962017A - 一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺 - Google Patents

一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，涉及钢铁加工技术领域，包括如下步骤：（1）转炉冶炼处理、（2）精炼处理、（3）连铸浇铸、（4）轧制冷却处理。本发明冶炼工艺方法简单，步骤搭配合理规范，利于工业化大规模推广应用，制得的低碳高硫易切削钢的综合性能强，极具市场竞争力和经济效益。

Description

一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺
技术领域
本发明涉及钢铁加工技术领域，更具体地说，它涉及一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺。
背景技术
易切削钢由于在切削加工过程中具有延长刀具寿命，减少切削抗力，提高加工表面光洁度，容易排除切屑等优点，在汽车和机械加工行业中得到了越来越广泛的应用，对于易切削钢性能的研究也越来越多。目前，易切削钢主要包含硫系、铅系、钙系和复合碲、硒、钛系等种类，其中应用最广泛的是硫系易切削钢，而在该类易切削钢中，低碳硫系易切削钢由于具有良好的切削性能和断屑性能，近些年随着自动车床的发展需求量大幅度提升。但低碳高硫钢是裂纹敏感性钢种，工艺不当容易造成铸坯内部裂纹、表面凹陷等缺陷，甚至出现漏钢等生产事故。
中国专利CN102676955A通过模铸的方法制备了一种具有优异切削性能的高硫易切削钢，通过加入0.01～0.03％Te改善了切削加工件的表面光洁度，不过存在生产成本高，生产效率较连铸大大降低等不足。为了使得低碳高硫易切削钢更易的被普及使用和制造，需要开发一种品质好、生产效率高的冶炼工艺。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，能够很好的提升中空钢化玻璃的强度等特性。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，包括如下步骤：
(1)转炉冶炼处理：
转炉出钢后进行搅拌处理，在此出钢过程中进行加料处理，具体是加铝块、硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、石灰；
(2)精炼处理：
在精炼处理前，先对钢水进行渣面脱氧处理，随后在通电加热后进行取样，根据取样测得的成分含量进行补加料，具体是加硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、磷铁、铌钛合金、铜锭；
(3)连铸浇铸：
连铸浇铸过程中采用全程保护浇铸，采用特制的专用保护渣及专用覆盖剂，过热度控制为20～25℃，并采用电磁搅拌处理；
(4)轧制冷却处理：
采用高温轧制工艺，依次经过粗轧和精轧处理，接着轧后穿水快速冷却，随后轧材上冷床，完成打包收集后堆冷即可。
进一步的，所述低碳易切削钢包括如下质量百分含量的成分，C：≤0.2％，Si：≤0.08％，Mn：0.8～1.4％，P：0.045～0.065％，S：0.2～0.3％，Ti：0.15～0.25％，Nb：0.06～0.08％，Cr：≤0.45％，Cu：≤0.18％，B：≤0.0050％，N：≤0.02％，Al：≤0.003％，O：≤0.01％，余量为Fe。
进一步的，步骤(3)中所述的专用保护渣是由如下对应重量百分比的物质组成：CaO：15～25％、Al2O3：8～13％、F2O3：1.5～2.5％、MgO：1～4％、Li2O：0.2～0.6％、K2O：3～6％、CaF2：1～5％、C：5～9％，余量为SiO2。
优选的，所述的专用保护渣是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：20％、Al2O3：11％、F2O3：2％、MgO：3％、Li2O：0.5％、K2O：5％、CaF2：3％、C：8％，余量为SiO2。
进一步的，步骤(3)中所述的专用覆盖剂是由如下对应重量百分比的物质组成：CaO：10～15％、Al2O3：12～16％、玻化微珠3～6％、改性淀粉8～12％、C：15～25％，余量为SiO2。
优选的，所述的专用覆盖剂是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：13％、Al2O3：14％、玻化微珠5％、改性淀粉10％、C：20％，余量为SiO2。
进一步的，所述改性淀粉的制备方法是：
先将淀粉溶于42～46℃的温水中，然后加入淀粉酶，调节溶液的pH值为6.0～7.0，酶解处理1～1.2h后，再加入高碘酸钠，充分搅拌混合得到悬浊液，之后再加入聚乙烯醇、甲基丙烯酸，磁力搅拌反应处理1～1.5h后过滤，最后将得到的上清液浓缩喷雾干燥后即可。
进一步的，所述淀粉酶的加入量是淀粉总质量的0.2～0.4％；所述高碘酸钠的加入量是淀粉总质量的15～20％；所述聚乙烯醇的加入量是淀粉总质量的30～40％；所述甲基丙烯酸的加入量是淀粉总质量的110～120％。
进一步的，步骤(4)中所述的轧制工艺控制粗轧的温度为1180～1190℃；控制精轧的温度为1060～1080℃；所述快速冷却后冷却至850～900℃。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明对低碳高硫易切削钢的冶炼工艺进行了特殊的优化改进处理，其中对低碳高硫易切削钢的元素组成及含量进行了严格的配比限定，如控制Cr的添加，能够在不影响钢材塑性和韧性的基础上，显著提高整体的强度、硬度和耐磨性；Nb的添加能够改善出现大颗粒TiN夹杂现象的发生，降低了力学性能各向异性，并且能够进一步提升切削性和强度；适度Ti的加入保证了延伸率，又可增强Nb、B等的添加使用效果；最终在多数成分的共同作用下，降低了切削性能对于硫含量的依懒性，使得本材料在具有良好切削性能的前提下，增强了材料力学的强度、稳定性等，降低了材料力学性能的各向异性，进而提升了综合使用的品质；
(2)本发明在冶炼工艺中，合理配制使用了专用保护渣和专用覆盖剂成分，对钢液中的杂质以及运转过程进行了很好的吸附和保护，并且降低了热量的损耗，降低了加工成本，利于高品质切削钢的生产制造；
(3)本发明冶炼工艺方法简单，步骤搭配合理规范，利于工业化大规模推广应用，制得的低碳高硫易切削钢的综合性能强，极具市场竞争力和经济效益。
具体实施方式
下面结合下述实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，包括如下步骤：
(1)转炉冶炼处理：
转炉出钢后进行搅拌处理，在此出钢过程中进行加料处理，具体是加铝块、硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、石灰；
(2)精炼处理：
在精炼处理前，先对钢水进行渣面脱氧处理，随后在通电加热后进行取样，根据取样测得的成分含量进行补加料，具体是加硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、磷铁、铌钛合金、铜锭；
(3)连铸浇铸：
连铸浇铸过程中采用全程保护浇铸，采用特制的专用保护渣及专用覆盖剂，过热度控制为20～25℃，并采用电磁搅拌处理；
(4)轧制冷却处理：
采用高温轧制工艺，依次经过粗轧和精轧处理，接着轧后穿水快速冷却，随后轧材上冷床，完成打包收集后堆冷即可。
低碳易切削钢包括如下质量百分含量的成分，C：≤0.2％，Si：≤0.08％，Mn：0.8％，P：0.045％，S：0.2％，Ti：0.15％，Nb：0.06％，Cr：≤0.45％，Cu：≤0.18％，B：≤0.0050％，N：≤0.02％，Al：≤0.003％，O：≤0.01％，余量为Fe。
步骤(3)中的专用保护渣是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：15％、Al2O3：8％、F2O3：1.5％、MgO：1％、Li2O：0.2％、K2O：3％、CaF2：1％、C：5％，余量为SiO2。
步骤(3)中的专用覆盖剂是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：10％、Al2O3：12％、玻化微珠3％、改性淀粉8％、C：15％，余量为SiO2。
改性淀粉的制备方法是：先将淀粉溶于42℃的温水中，然后加入淀粉酶，调节溶液的pH值为6.0，酶解处理1h后，再加入高碘酸钠，充分搅拌混合得到悬浊液，之后再加入聚乙烯醇、甲基丙烯酸，磁力搅拌反应处理1h后过滤，最后将得到的上清液浓缩喷雾干燥后即可。
淀粉酶的加入量是淀粉总质量的0.2％；高碘酸钠的加入量是淀粉总质量的15％；聚乙烯醇的加入量是淀粉总质量的30％；甲基丙烯酸的加入量是淀粉总质量的110％。
步骤(4)中的轧制工艺控制粗轧的温度为1180℃；控制精轧的温度为1060℃；所述快速冷却后冷却至850℃。
实施例2：
一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，包括如下步骤：
(1)转炉冶炼处理：
转炉出钢后进行搅拌处理，在此出钢过程中进行加料处理，具体是加铝块、硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、石灰；
(2)精炼处理：
在精炼处理前，先对钢水进行渣面脱氧处理，随后在通电加热后进行取样，根据取样测得的成分含量进行补加料，具体是加硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、磷铁、铌钛合金、铜锭；
(3)连铸浇铸：
连铸浇铸过程中采用全程保护浇铸，采用特制的专用保护渣及专用覆盖剂，过热度控制为20～25℃，并采用电磁搅拌处理；
(4)轧制冷却处理：
采用高温轧制工艺，依次经过粗轧和精轧处理，接着轧后穿水快速冷却，随后轧材上冷床，完成打包收集后堆冷即可。
低碳易切削钢包括如下质量百分含量的成分，C：≤0.2％，Si：≤0.08％，Mn：1.2％，P：0.05％，S：0.26％，Ti：0.2％，Nb：0.07％，Cr：≤0.45％，Cu：≤0.18％，B：≤0.0050％，N：≤0.02％，Al：≤0.003％，O：≤0.01％，余量为Fe。
步骤(3)中的专用保护渣是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：20％、Al2O3：11％、F2O3：2％、MgO：3％、Li2O：0.5％、K2O：5％、CaF2：3％、C：8％，余量为SiO2。
步骤(3)中的专用覆盖剂是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：13％、Al2O3：14％、玻化微珠5％、改性淀粉10％、C：20％，余量为SiO2。
改性淀粉的制备方法是：先将淀粉溶于45℃的温水中，然后加入淀粉酶，调节溶液的pH值为6.5，酶解处理1.1h后，再加入高碘酸钠，充分搅拌混合得到悬浊液，之后再加入聚乙烯醇、甲基丙烯酸，磁力搅拌反应处理1.3h后过滤，最后将得到的上清液浓缩喷雾干燥后即可。
淀粉酶的加入量是淀粉总质量的0.3％；高碘酸钠的加入量是淀粉总质量的18％；聚乙烯醇的加入量是淀粉总质量的35％；甲基丙烯酸的加入量是淀粉总质量的115％。
步骤(4)中的轧制工艺控制粗轧的温度为1185℃；控制精轧的温度为1070℃；所述快速冷却后冷却至880℃。
实施例3：
一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，包括如下步骤：
(1)转炉冶炼处理：
转炉出钢后进行搅拌处理，在此出钢过程中进行加料处理，具体是加铝块、硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、石灰；
(2)精炼处理：
在精炼处理前，先对钢水进行渣面脱氧处理，随后在通电加热后进行取样，根据取样测得的成分含量进行补加料，具体是加硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、磷铁、铌钛合金、铜锭；
(3)连铸浇铸：
连铸浇铸过程中采用全程保护浇铸，采用特制的专用保护渣及专用覆盖剂，过热度控制为20～25℃，并采用电磁搅拌处理；
(4)轧制冷却处理：
采用高温轧制工艺，依次经过粗轧和精轧处理，接着轧后穿水快速冷却，随后轧材上冷床，完成打包收集后堆冷即可。
低碳易切削钢包括如下质量百分含量的成分，C：≤0.2％，Si：≤0.08％，Mn：1.4％，P：0.065％，S：0.3％，Ti：0.25％，Nb：0.08％，Cr：≤0.45％，Cu：≤0.18％，B：≤0.0050％，N：≤0.02％，Al：≤0.003％，O：≤0.01％，余量为Fe。
步骤(3)中的专用保护渣是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：25％、Al2O3：13％、F2O3：2.5％、MgO：4％、Li2O：0.6％、K2O：6％、CaF2：5％、C：9％，余量为SiO2。
专用覆盖剂是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：13％、Al2O3：14％、玻化微珠5％、改性淀粉10％、C：20％，余量为SiO2。
改性淀粉的制备方法是：先将淀粉溶于46℃的温水中，然后加入淀粉酶，调节溶液的pH值为7.0，酶解处理1.2h后，再加入高碘酸钠，充分搅拌混合得到悬浊液，之后再加入聚乙烯醇、甲基丙烯酸，磁力搅拌反应处理1.5h后过滤，最后将得到的上清液浓缩喷雾干燥后即可。
淀粉酶的加入量是淀粉总质量的0.4％；高碘酸钠的加入量是淀粉总质量的20％；聚乙烯醇的加入量是淀粉总质量的40％；甲基丙烯酸的加入量是淀粉总质量的120％。
步骤(4)中的轧制工艺控制粗轧的温度为1190℃；控制精轧的温度为1080℃；所述快速冷却后冷却至900℃。
对比实施例1：
本对比实施例1与实施例2相比，区别仅在于，在增强钢化玻璃的制备中，省去了铌的添加，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2：
本对比实施例2与实施例2相比，区别仅在于，在增强钢化玻璃的制备中，省去了钛的添加，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3：
本对比实施例2与实施例2相比，区别仅在于，在增强钢化玻璃的制备中，省去了铌钛合金的添加，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例4：
本对比实施例4与实施例2相比，区别仅在于用常规的保护渣取代专用保护渣，用常规的覆盖剂取代专用覆盖剂，除此外的方法步骤均相同。
为了对比本发明效果，对上述实施例2、对比实施例1～4对应制得的钢材进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
Figure BDA0002931375400000061
Figure BDA0002931375400000071
注：上表1中切削性能测试是统一使用同一材质的硬质合金刀具，均在2000r/min的切削速度、0.05mm/r的进给量、1.0mm的切削深度条件下进行。
由上表1可以看出，本发明冶炼工艺生产出的低碳高硫易切削钢在综合性能上得到了显著的增强，极具市场竞争力。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）转炉冶炼处理：
转炉出钢后进行搅拌处理，在此出钢过程中进行加料处理，具体是加铝块、硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、石灰；
（2）精炼处理：
在精炼处理前，先对钢水进行渣面脱氧处理，随后在通电加热后进行取样，根据取样测得的成分含量进行补加料，具体是加硅锰、低碳锰铁、低碳铬铁、硅铁合金、硫铁矿、磷铁、铌钛合金、铜锭；
（3）连铸浇铸：
连铸浇铸过程中采用全程保护浇铸，采用特制的专用保护渣及专用覆盖剂，过热度控制为20~25℃，并采用电磁搅拌处理；
（4）轧制冷却处理：
采用高温轧制工艺，依次经过粗轧和精轧处理，接着轧后穿水快速冷却，随后轧材上冷床，完成打包收集后堆冷即可。
2.根据权利要求1所述的一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，其特征在于，所述低碳易切削钢包括如下质量百分含量的成分，C：≤0.2％，Si：≤0.08％，Mn：0.8~1.4％，P：0.045～0.065％，S：0.2～0.3％，Ti：0.15～0.25％，Nb：0.06～0.08％，Cr：≤0.45％，Cu：≤0.18％，B：≤0.0050％，N：≤0.02％，Al：≤0.003％，O：≤0.01％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，其特征在于，步骤（3）中所述的专用保护渣是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：15～25％、Al2O3：8～13％、F2O3：1.5～2.5％、MgO：1～4％、Li2O：0.2～0.6％、K2O：3～6％、CaF2：1～5％、C：5～9％，余量为SiO2。
4.根据权利要求3所述的一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，其特征在于，所述的专用保护渣是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：20％、Al2O3：11％、F2O3：2％、MgO：3％、Li2O：0.5％、K2O：5％、CaF2：3％、C：8％，余量为SiO2。
5.根据权利要求1所述的一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，其特征在于，步骤（3）中所述专用覆盖剂是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：10～15％、Al2O3：12～16％、玻化微珠3～6％、改性淀粉8～12％、C：15~25％，余量为SiO2。
6.根据权利要求5所述的一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，其特征在于，所述专用覆盖剂是由如下对应重量百分比的物质组成：
CaO：13％、Al2O3：14％、玻化微珠5％、改性淀粉10％、C：20％，余量为SiO2。
7.根据权利要求5或6所述的一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，其特征在于，所述改性淀粉的制备方法是：
先将淀粉溶于42~46℃的温水中，然后加入淀粉酶，调节溶液的pH值为6.0~7.0，酶解处理1~1.2h后，再加入高碘酸钠，充分搅拌混合得到悬浊液，之后再加入聚乙烯醇、甲基丙烯酸，磁力搅拌反应处理1~1.5h后过滤，最后将得到的上清液浓缩喷雾干燥后即可。
8.根据权利要求7所述的一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，其特征在于，所述淀粉酶的加入量是淀粉总质量的0.2~0.4%；所述高碘酸钠的加入量是淀粉总质量的15~20%；所述聚乙烯醇的加入量是淀粉总质量的30~40%；所述甲基丙烯酸的加入量是淀粉总质量的110~120%。
9.根据权利要求1所述的一种低碳高硫易切削钢的冶炼工艺，其特征在于，步骤（4）中所述的轧制工艺控制粗轧的温度为1180~1190℃；控制精轧的温度为1060~1080℃；所述快速冷却后冷却至850~900℃。
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