CN114107820A - 一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板及其生产方法，所述钢板是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.15～0.24%，Si：0.25～0.45%，Mn：1.0～1.60%，P：0.025～0.035%，S：0.025～0.05%，Ca：0.01～0.03%、Ti：0.012～0.020%,其余为Fe和其它不可避免的杂质，并同时满足：175%＞118si+125Mn+32S+27Ca＞245%；本发明钢板的生产方法，包括下述步骤：130t转炉冶炼→氩站吹氩→LF炉精炼→连铸→铸坯加热→轧制→冷却→精整；本发明生产的钢板是一种具有低成本，兼具力学性能与切削性能的无毒无污染的低碳低硫且力学性能优良，特别是延伸＞30%的钢板。

Description

一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及金属材料制造技术领域，特别是一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板及其生产方法。

背景技术

随着国民经济的增长，机械切削加工不断向自动化、高速化和精密化方向发展，制造企业对易切削钢板提出改善加工性能和更高强度的要求，以降低刀具损耗和提高机加件使用寿命。自动机床的数量迅速增加，其应用范围也日趋扩大。由于切削加工的费用占零件成本的50％左右，因此降低切削加工费用，使易切削钢能适应自动化生产线，并提高劳动生产率是钢铁材料用户的迫切需要。另一方面，由于采用了新型刀具和新的切削工艺，切削速度大幅提高，同时对各机加工件的表面粗糙度和精度的要求更加严格，要求被加工件材质具有更好的可切削性能，因而易切削钢的需求量也日趋增长。近年来国际上钢铁行业均在改善钢材物化性能的同时，竞相生产切削性能更好的易切削钢。日本是生产易切削钢的大国，其易切削钢的年产量超过100万吨、生产技术水平居世界领先地位，我国每年的易切削钢产量还不到2万吨，国内消费的易切削钢主要依赖进口。

目前市面上的广泛应用的易切削主要分为，硫易削钢、铅易切削钢、钙易切削钢和复合易切削钢。国内大部分钢厂采用模铸的方法或利用方坯连铸机生产易切削钢钉（坯），方坯生产出棒线材易切削钢，对于要求尺寸更大的中厚板不适用。

在国内外有关易切削钢多有报道，也申请了专利。如申请号为200680034181.3的日本专利公开了一种切削加工性优异的低碳硫易切削钢，该钢化学成分为：C：0.02～0.15%、Si：0.004%以下（不含0%）、Mn：0.60～3%、P：0.02～0.2%、S：0.2～1%，Al：0.005%以下（不含0%）%、O：0.008～0.04%，N：0.002～0.03%，并且钢中MnS中的O浓度为0.4%以上。该成分采用了无Pb的成分设计，具有好的切削性，但钢中S含量达0.2%以上，势必会造成延伸率偏低、塑性较差，该方法对于有力学性能要求，特别是有良好塑性的钢不适用。

申请号为200380103425.5的中国发明专利公开了一种切削性优良的钢，其化学成分包括：C：0.005～0.2%、,Si：0.001～0.5% ，Mn：0.20～3.0%，P：0.001～0.2%，S：0.003～1.0%、B：0.005～0.05%，总N：0.002～0.02%、总O：0.005～0.035%，余量为Fe和其它不可避免的杂质。该发明中成分工艺复杂，主要依赖MnS改善钢材切削性能，不可避免导致力学性能、热加工性能差的问题。

申请号为201210209424.X的中国发明专利公开了一种高强度易切削钢，其化学成分为C：0.05～0.20%，Si：0.10～0.40%，Mn：1.00～2.00%，P：≤0.040%，S：0.07～0.200%，Al≤0.010%，Cr：0.20～0.50%,Ti：0.03～0.10%,B：0.0008～0.0035%,其余为Fe和其它不可避免的杂质。该发明添加了Cr等贵重合金，生产成本高，同时高硫、高磷，大大降低了钢水表面的张力，易造成卷渣、漏钢等问题，极大地增加了冶炼难度，降低了钢质纯净度。

综上所述，目前市面上尚没有一种既能有良好延伸率，还具有良好切削性能的钢板，因此，研发一种同时兼顾上述性能的钢材，来填补市场空白，成为行业内亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板及其生产方法，来克服上述现有技术存在的不足，填补本领域市场空白。本发明生产的钢板是一种具有低成本，兼具力学性能与切削性能的无毒无污染的低碳低硫且力学性能优良，特别是延伸＞30%的钢板。

本发明的一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板，所述钢板是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.15～0.24%，Si：0.25～0.45%，Mn：1.0～1.60%，P：0.025～0.035%，S：0.025～0.05%，Ca：0.01～0.03%、Ti：0.012～0.020%,其余为Fe和其它不可避免的杂质，并同时满足：175%＞118si+125Mn+32S+27Ca＞245%。

本发明所述钢板延伸率＞30%且具有良好切削性能，除此之外，钢板屈服强度在376～405MPa，抗拉强度在516～564MPa，0℃冲击功在196～252J，厚度为10～60mm。

本发明的一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板的生产方法，包括下述步骤：130t转炉冶炼→氩站吹氩→LF炉精炼→连铸→铸坯加热→轧制→冷却→精整，具体地：

（1）冶炼部分：采用转炉冶炼，深脱碳，使氧含量达到700～1000ppm，控制出钢温度为1580～1680℃；采用LF炉精炼处理，并进行微合金化，为去除合金中的游离水和结晶水，防止氢致裂纹等缺陷，对使用的合金原辅材料进行高温烟气烘烤，使高温烟气温度控制在500～630℃，保证合金均匀受热，且合金烘烤温度在300～400℃范围；先加FeS，结合钢中S含量及出钢量添加Fe-Mn，以4～6m/s速度喂入Si-Ca线，以控制硫化物形态；连铸采用电磁搅拌，电搅电流选用600A，频率为7HZ；过热度控制在15～35℃，拉速平稳控制在0.8±0.1m/min；

（2）轧制部分：轧制时钢坯加热炉一加温度1080～1160℃，二加温度1150～1250℃，均热段1180～1240℃，均热时间≥40分钟，保证获得细小的奥氏体晶粒，开轧温度1080～1150℃，轧线辊道辊速为1.0m/S，以单道次10～20%的压下率轧至倒数第6道或倒数第8道次时，进入轧机前的水冷装置冷却，冷却辊道辊速采用1.0～1.5m/s，中间终冷温度为950～960℃，之后继续进入轧机轧制，轧制道次数为5～7道次，且倒数第2～4单道次压下量≥6%，防止晶粒诱发长大，出现粗大的晶粒进而影响延伸率，终轧有载温度为860～ 880℃，有利于后续铁素体的形核并细化铁素体晶粒，对塑性的提高有利，轧后采用风冷。

以下详述本发明中化学成分限定量的理由：

本发明方法采用C、Si、Mn、P、S五大基本元素和Fe为原料，在不增加任何设备设施的情况下，制备的延伸率＞30%且具有优良切削性能的钢板，其中：

C：碳可以大幅度提高钢的硬度和强度，而C含量过高时会使钢的切削性能下降，同时在拉制过程产生裂缝，因此C含量控制在0.15～0.24%。

Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，是影响钢中硫化物夹杂变形和切削性能的关键元素，也具有一定的强化作用，但当超过一定量时，钢的洁净度降低，形成的硅酸盐会影响刀具寿命，热加工性能也会有所降低，因此控制在0.25～0.45%。

Mn：具有很好的固溶强化作用，在一定范围内提高钢的强度，同时其与S结合形成硫化锰是一种重要的易切削相，能改善切削性能。但当Mn含量过高时，会降低切削性能。因此控制Mn在1.00～1.60%。

P：磷元素对铁素体基体有脆化作用，属于易切削元素，但P含量过高，影响钢质纯净度，同时会降低热加工性能。故设计P含量0.025%～0.035%。

S：硫对改善易切削钢的切削性能具有极其显著的作用，随着钢中硫含量的增加，钢的切削性越好。然而，与高磷相同，高硫钢热脆性难以控制，生产困难，同时硫含量超过一定范围后，延伸率会大幅降低，增加了热加工难度，故设计S含量为0.025～0.050%。

Ca：钙是钢的脱氧元素并生成可有效改善钢的可切削性的氧化物，其与钢中的硅、铝等复合氧化，形成钙斜长石复合氧化物，有效抑制刀具的磨损。钙还能促进硫化物的析出及硫化物的均匀分布，并能改变硫化物形态的作用。考虑到钙在钢中的溶解度问题，设计Ca含量为0.01～0.03%。

Als：铝在钢中起脱氧和控制晶粒度的作用，抑制低碳钢的时效，还可以提高钢的抗氧化性能，但铝量过高，会促进钢的石墨倾向，而且会影响钢的强度和韧性。将Als控制在0.025～0.055% 。

Ti：钛是钢中的强氧化剂，它能使钢板内部组织致密，细化晶粒，有利于提高钢板的塑性；同时其与N、O有很大的亲和力生成化合物，有利生成多而细小、分布均匀的MnS夹杂物，特别是其生成的TiN能有效维持氧含量在一个恒定范围，以减少MnS的长、宽比，利于钢的切削性能。故设计Ti含量在0.012～0.020%，当Ti含量低于0.012%或是高于0.020%时，就不能很好达到上述效果。

除此之外：Mn与Si可共同作用进行脱氧，同时为利于更多细小、球化形态MnS夹杂物形成，根据生产实践经验及理论研究：当175%＞118si+125Mn+32S+27Ca＞245%时，脱氧效果最好同时又可以最大限度保证强度与易切削性能。因此，本发明进一步限定175%＞118si+125Mn+32S+27Ca＞245%。

本发明制备方法的工作原理：

本发明生产流程包括如下步骤：130t转炉冶炼→氩站吹氩→LF炉→连铸→铸坯加热→轧制→冷却→精整，具体地：

1）冶炼部分：采用转炉冶炼，尽可能深脱碳，使氧含量达到700～1000ppm，控制出钢温度为1580～1680℃；采用LF炉精炼处理，并进行微合金化，为去除合金中的游离水和结晶水，防止氢致裂纹等缺陷，对使用的合金原辅材料进行高温烟气烘烤，使高温烟气温度控制在500～630℃，保证合金均匀受热，且合金烘烤温度在300～400℃范围；先加FeS，结合钢中S含量及出钢量添加Fe-Mn，以4～6m/s速度喂入Si-Ca线，以控制硫化物形态；连铸采用电磁搅拌，电搅电流选用600A，频率为7HZ。过热度控制在15～35℃，拉速平稳控制在0.8±0.1m/min。

2）轧制部分：轧制时钢坯加热炉一加温度1080～1160℃，二加温度 1150～1250℃，均热段1180～1240℃，均热时间≥40分钟，保证获得细小的奥氏体晶粒，开轧温度1080～1150℃，轧线辊道辊速为1.0m/S，以单道次10～20%的压下率轧至倒数第6道或倒数第8道次时，进入轧机前的水冷装置冷却，冷却辊道辊速采用1.0～1.5m/s，中间终冷温度为950～960℃，之后继续进入轧机轧制，轧制道次数为5～7道次，且倒数第2～4单道次压下量≥6%，防止晶粒诱发长大，出现粗大的晶粒进而影响延伸率，终轧有载温度为860～ 880℃，有利于后续铁素体的形核并细化铁素体晶粒，对塑性的提高有利。轧后采用风冷。

本发明的有益效果在于：

1.本发明无需添加Pb等有毒物质，或是Bi、Zr、Nb等昂贵金属，属于绿色经济型产品；

2.本发明S含量为0.025～0.04%，P含量为≤0.025%，避免了普通非Pb系易切削钢含有高磷、高硫，热加工性能差的问题；

3.本发明采用的130t转炉+连铸工艺生产制得10～60mm厚钢板，突破了传统的易切削钢采用中频炉或小电炉冶炼+模铸/浇铸钢锭制成棒、线材产品；既降低了生产成本，又更好地适应市场需求；

4.本发明在满足较好力学性能的基础上特别是延伸率＞30%，具有良好的切削性能，适用于所有低合金结构钢应用领域，且具有比普通低合金结构用钢更好的加工性能；

5.本发明钢板钢为高附加值产品，化学成分简单，生产工艺过程容易操作，生产成本较低。

具体实施方式

为了更好地解释本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，下述实施例仅仅是示例性的说明本发明的技术方案，并不以任何形式限制本发明。

下表1为本发明各实施例与对比例钢板的化学成分（wt%）取值列表及铸坯质量情况；

下表2为本发明各实施例与对比例钢板的工艺参数取值列表；

下表3为本发明各实施例与对比例钢板的力学性能测试结果及切削性能比较。

实施例1～10采用的铸坯厚度为200mm（对应成品厚度为10～32mm）、250mm（对应成品厚度为36～45mm）、300mm（对应成品厚度为50～60mm），产品厚度分别为10mm、16mm、20mm、24mm、28mm、32mm、36mm、45mm、50mm、60mm。

本发明各实施例的一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板的生产方法，包括下述步骤：130t转炉冶炼→氩站吹氩→LF炉精炼→连铸→铸坯加热→轧制→冷却→精整，具体地：

（1）冶炼部分：采用转炉冶炼，深脱碳，使氧含量达到700～1000ppm，控制出钢温度为1580～1680℃；采用LF炉精炼处理，并进行微合金化，为去除合金中的游离水和结晶水，防止氢致裂纹等缺陷，对使用的合金原辅材料进行高温烟气烘烤，使高温烟气温度控制在500～630℃，保证合金均匀受热，且合金烘烤温度在300～400℃范围；先加FeS，结合钢中S含量及出钢量添加Fe-Mn，以4～6m/s速度喂入Si-Ca线，以控制硫化物形态；连铸采用电磁搅拌，电搅电流选用600A，频率为7HZ；过热度控制在15～35℃，拉速平稳控制在0.8±0.1m/min；

（2）轧制部分：轧制时钢坯加热炉一加温度1080～1160℃，二加温度1150～1250℃，均热段1180～1240℃，均热时间≥40分钟，保证获得细小的奥氏体晶粒，开轧温度1080～1150℃，轧线辊道辊速为1.0m/S，以单道次10～20%的压下率轧至倒数第6道或倒数第8道次时，进入轧机前的水冷装置冷却，冷却辊道辊速采用1.0～1.5m/s，中间终冷温度为950～960℃，之后继续进入轧机轧制，轧制道次数为5～7道次，且倒数第2～4单道次压下量≥6%，防止晶粒诱发长大，出现粗大的晶粒进而影响延伸率，终轧有载温度为860～ 880℃，有利于后续铁素体的形核并细化铁素体晶粒，对塑性的提高有利，轧后采用风冷。

表1 本发明各实施例与对比例钢板的化学成分（wt%）取值列表及铸坯质量情况

表2 本发明各实施例与对比例钢板的工艺参数取值列表

表3 本发明各实施例与对比例钢板的力学性能测试结果及切削性能比较

从表1~表3可以看出，采用本法发明的成分、工艺，最终制得的钢板延伸率＞30%且具有良好切削性能，除此之外，钢板屈服强度在376~405MPa，抗拉强度在516~564MPa，0℃冲击功在196~252J，钢板厚度为10~60mm，属于宽厚板范畴。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护。

Claims (3)

1.一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板，其特征在于所述钢板是由下述质量百分比含量的元素组成：C：0.15～0.24%，Si：0.25～0.45%，Mn：1.0～1.60%，P：0.025～0.035%，S：0.025～0.05%，Ca：0.01～0.03%、Ti：0.012～0.020%,其余为Fe和其它不可避免的杂质，并同时满足：175%＞118si+125Mn+32S+27Ca＞245%。

2.根据权利要求1所述的一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板，其特征在于：所述钢板延伸率＞30%且具有良好切削性能，除此之外，钢板屈服强度在376～405MPa，抗拉强度在516～564MPa，0℃冲击功在196～252J。

3.如权利要求1或2所述的一种延伸率＞30%且具有良好切削性能的钢板的生产方法，其特征在于包括下述步骤：130t转炉冶炼→氩站吹氩→LF炉精炼→连铸→铸坯加热→轧制→冷却→精整，具体地：

（1）冶炼部分：采用转炉冶炼，深脱碳，使氧含量达到700～1000ppm，控制出钢温度为1580～1680℃；采用LF炉精炼处理，并进行微合金化，为去除合金中的游离水和结晶水，防止氢致裂纹等缺陷，对使用的合金原辅材料进行高温烟气烘烤，使高温烟气温度控制在500～630℃，保证合金均匀受热，且合金烘烤温度在300～400℃范围；先加FeS，结合钢中S含量及出钢量添加Fe-Mn，以4～6m/s速度喂入Si-Ca线，以控制硫化物形态；连铸采用电磁搅拌，电搅电流选用600A，频率为7HZ；过热度控制在15～35℃，拉速平稳控制在0.8±0.1m/min；

（2）轧制部分：轧制时钢坯加热炉一加温度1080～1160℃，二加温度1150～1250℃，均热段1180～1240℃，均热时间≥40分钟，保证获得细小的奥氏体晶粒，开轧温度1080～1150℃，轧线辊道辊速为1.0m/S，以单道次10～20%的压下率轧至倒数第6道或倒数第8道次时，进入轧机前的水冷装置冷却，冷却辊道辊速采用1.0～1.5m/s，中间终冷温度为950～960℃，之后继续进入轧机轧制，轧制道次数为5～7道次，且倒数第2～4单道次压下量≥6%，防止晶粒诱发长大，出现粗大的晶粒进而影响延伸率，终轧有载温度为860～ 880℃，有利于后续铁素体的形核并细化铁素体晶粒，对塑性的提高有利，轧后采用风冷。