CN118076760A - 具有优异切削性能的添加有硫的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法 - Google Patents
具有优异切削性能的添加有硫的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118076760A CN118076760A CN202280068336.4A CN202280068336A CN118076760A CN 118076760 A CN118076760 A CN 118076760A CN 202280068336 A CN202280068336 A CN 202280068336A CN 118076760 A CN118076760 A CN 118076760A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphite
- steel wire
- steel
- sulfur
- wire rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 124
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 91
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 91
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 87
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 32
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 229910001562 pearlite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 36
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 23
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims description 11
- 229910000915 Free machining steel Inorganic materials 0.000 abstract description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 4
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- -1 TiN Chemical class 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010622 cold drawing Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
- B21C23/02—Making uncoated products
- B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
- B21C23/08—Making wire, bars, tubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
- C21D9/525—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/009—Pearlite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明涉及具有优异切削性能的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法，并且更具体地，涉及：其中添加有硫并且具有比普通易切削钢的切削性能优异的切削性能的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法。具体地，本发明涉及石墨钢线材和钢丝及其制造方法，所述线材和所述钢丝包含按重量％计0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)、以及余量中的Fe和不可避免的杂质。此外，本发明涉及石墨钢及其制造方法，所述钢包含按重量％计0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，所述钢具有分布在铁素体基体中的石墨晶粒作为显微组织，具有95％或更大的石墨化程度，并且包含总计5％或更少的MnS夹杂物和珠光体。
Description
技术领域
本公开内容涉及具有优异切削性能的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法，并且更特别地，涉及具有比普通易切削钢更好的切削性能的添加有硫的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法。
背景技术
作为需要可切削性的用于例如机械部件的材料，通常使用其中添加有可切削性赋予元素例如Pb、Bi和S的易切削钢。为了改善钢材的可切削性，向钢中添加低熔点可切削性赋予元素例如Pb和Bi以利用液体金属脆化的现象，或者在钢中形成大量的MnS，并且这种易切削钢在切削过程期间，在表面粗糙度、切屑处理、切削刀具的寿命的方面具有优异的钢的可切削性。
然而，具有最佳可切削性的添加有Pb的易切削钢在被切削时释放出有害物质例如有毒烟雾，这对人体非常有害，并且对钢的回收非常不利。因此，为了对其进行替代，提出了添加S、Bi、Te、Sn等，然而，已知存在的许多问题在于：由于在制造钢材时容易发生开裂或者在热轧期间引起裂纹的出现，因此生产是困难的。
作为被开发出来以解决上述问题的易切削钢，存在石墨钢，该石墨钢是在铁素体基体或铁素体-珠光体基体中包含细小石墨晶粒的钢，并且细小石墨晶粒充当裂纹源以用作断屑物(chip breaker)，从而赋予良好的可切削性。
然而，尽管石墨钢有这一优点，但石墨钢尚未商品化。这是因为当向钢中添加碳时，即使石墨是稳定相，也析出作为亚稳相的渗碳体，所以在不单独进行长期热处理10小时或更多小时的情况下，析出石墨是困难的，并且在长期热处理过程中，发生脱碳，从而导致不利地影响最终产品性能。
此外，即使当通过石墨化热处理而析出石墨晶粒时，但当石墨晶粒以不规则形式不均匀地分布时，切削的特性分布不规则，从而导致非常差的切屑处理或表面粗糙度，并且进一步减少切削刀具的寿命，因此难以利用该石墨钢。因此，需要提供通过利用基于MnS的夹杂物以及石墨晶粒来制造具有优异可切削性的石墨易切削钢的方法。
发明内容
技术问题
本公开内容提供了具有优异可切削性的添加有硫的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法。
技术方案
根据本公开内容的一个实施方案，石墨钢线材包含：以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分。
根据本公开内容的另一个实施方案，制造石墨钢线材的方法包括：制造包含以下的坯料，以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分；加热坯料；对经加热的坯料进行热轧以制造成线材；以及冷却线材。
根据本公开内容的另一个实施方案，石墨钢丝包含：以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分。
根据本公开内容的另一个实施方案，石墨钢包含：以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分，其中作为显微组织，石墨晶粒分布在铁素体基体中，石墨化率为至少95％，以及包含总计5％或更少的MnS夹杂物和珠光体。
根据本公开内容的另一个实施方案，制造石墨钢的方法包括：制造包含以下的线材，以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分；以及对制造的线材进行石墨化热处理。
有益效果
根据本公开内容，具有优异可切削性的石墨钢可以替代现有的易切削钢并且可以用作替代有害元素例如Pb的环境友好的易切削钢。
具体实施方式
根据本公开内容的一个实施方案，石墨钢线材包含：以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分。
发明实施方式
现在将详细描述根据本公开内容的具有优异可切削性的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法。
[石墨钢线材]
根据本公开内容的一个实施方案，石墨钢线材包含：以重量百分比(重量％)计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分。
除非另有提及，否则将使用重量％的单位。除非另有提及，否则术语“包括(或包含)”是包括性的或开放式的，并且不排除另外的未记载的要素或方法步骤。
[成分范围]
碳(C)：0.60重量％至0.90重量％
碳是形成石墨晶粒的基本元素。在碳含量小于0.60重量％的情况下，即使在完成石墨化之后，可切削性增强效果也不足并且石墨晶粒的分布也不规则，以及在该含量超过0.90重量％的情况下，很可能石墨晶粒由于纵横比增加而粗大地形成，并且可切削性，特别是表面粗糙度劣化。因此，期望碳含量的上限为0.90重量％。
硅(Si)：2.0重量％至2.5重量％
主动地添加Si，因为其为制造钢水时作为脱氧剂所需的组分并且为通过使钢中的渗碳体失稳而使碳析出为石墨的石墨化促进元素。在本公开内容中，为了具有该效果，期望硅含量为至少2.0重量％。另外地，当该含量过多时，不仅可能使效果饱和，而且很可能由于固溶强化效应而使硬度增加，从而导致刀具磨损加速，由非金属夹杂物的增加而导致脆性以及在热轧期间引起过度脱碳。因此，期望硅含量的上限为2.5重量％。
锰(Mn)：0.1重量％至0.6重量％
锰改善钢材的强度和冲击特性并且通过与钢中的硫结合并形成MnS夹杂物来有助于可切削性提高。在本公开内容中，为了具有该效果，期望锰以至少0.1重量％包含在内。另一方面，当该含量过多时，其可能干扰石墨化，延迟石墨化完成时间，并且可能增加强度和硬度，从而使可切削性劣化。因此，期望锰含量的上限为0.6重量％。
磷(P)：0.015重量％或更少但不包括0
磷为不可避免地包含的杂质。尽管磷通过使钢的晶界减弱来有助于可切削性，但其通过显著的固溶强化效应提高铁素体的硬度，降低钢的韧性和延迟断裂抗力并促进表面缺陷的出现，因此期望保持该含量尽可能低。理论上控制磷含量为0重量％是有利的，但在制造过程中不可避免地包含磷。因此，控制上限是重要的，并且在本公开内容中，上限保持为0.015重量％。
硫(S)：0.031重量％至0.3重量％
硫通过产生MnS而具有可切削性增强效果，但当以过量包含时，由于通过轧制拉长的MnS而出现力学各向异性。在本公开内容中，通过在可以有助于改善可切削性而不引起力学各向异性的范围内添加硫来引发MnS的产生。具体地，当硫以0.031重量％至0.3重量％的范围包含在内时，产生MnS并且改善可切削性，以及与铅易切削钢相比，出现100％切削性能。然而，当硫的含量控制为小于0.031重量％时，其导致无法形成足以改善切削性能的MnS夹杂物的分数。此外，当其超过0.3重量％时，材料的各向异性增加，从而引起切削过程期间的断裂，这在招致加工期间的风险。
铝(Al)：0.01重量％至0.05重量％
铝是继硅之后促进石墨化的第二元素。这是因为当铝作为固溶体Al存在时其使渗碳体不稳定，因此其需要作为固溶体Al存在。在本公开内容中，为了具有该效果，期望包含至少0.01重量％。另一方面，当该含量过多时，不仅使效果饱和，而且还可能在连铸期间引起喷嘴堵塞并且在奥氏体晶界处形成AlN，因此以AlN作为核的石墨在晶界处分布不均匀。因此，期望铝含量的上限为0.05重量％。
钛(Ti)：0.0051重量％至0.02重量％
钛以及硼、铝等与氮结合以产生氮化物例如TiN、BN、AlN等，并且所述氮化物在等温热处理期间充当用于石墨形成的核。然而，BN、AlN等具有低的形成温度并且在形成奥氏体之后在晶界处不规则析出，而TiN具有比AlN或BN更高的形成温度并且在奥氏体形成完成之前结晶，因此其在奥氏体晶界处和晶粒内均匀地分布。因此，使用TiN作为成核位产生的石墨晶粒也精细且均匀地分布。为了具有该效果，期望包含至少0.0051重量％，但当该含量添加超过0.02％时，它们变成消耗形成石墨所需要的碳的粗大碳氮化物，从而抑制石墨化。因此，期望钛含量的上限为0.02重量％。
氮(N)：0.0030重量％至0.0150重量％
氮与钛、硼和铝结合以产生TiN、BN、AlN等，并且氮化物例如特别是BN、AlN等大多形成在奥氏体晶界处。在石墨化热处理期间，以这些氮化物作为核形成石墨，这可能导致石墨的不均匀分布，因此需要适当的添加量。当添加的氮的量过多时，它可能不与氮化物形成元素结合，以及当氮作为固溶体氮存在于钢中时，它通过提高强度并使渗碳体稳定而不利地起到延迟石墨化的作用。因此，在本公开内容中，氮含量被限制为0.0030重量％作为下限并且0.0150重量％作为上限以便消耗它们以形成充当石墨成核位点的氮化物，并且不使它们作为固溶体氮留下。
硼(B)：0.0005％至0.0020％
其被主动地添加，因为其与N结合以形成充当用于石墨结晶的核并促进石墨化的BN，但是在小于0.0005重量％下，效果小，以及当添加超过0.0020重量％时，在奥氏体晶界处形成过量的BN，不仅引起石墨晶粒在石墨化热处理之后的不均匀分布，而且使晶界减弱，然后显著地降低热轧特性，因此期望以0.0005重量％至0.0020重量％的范围包含硼。
在本公开内容中，剩余成分为铁(Fe)和不可避免的杂质。由于在正常钢制造过程中可能不可避免地从原材料或周围环境中混入非预期的杂质，因此可能无法将其排除。这些杂质可以是普通钢制造过程中的任何技术人员已知的，因此在本说明书中没有具体提及所有的杂质。
此外，在本公开内容的一个实施方案中，用于石墨化热处理的线材可以具有至少95％的珠光体的面积分数。在本公开内容中，石墨晶粒通过珠光体的分解而产生，因此当珠光体的面积分数低时，石墨晶粒的分数也必定低，从而显示出不均匀分布，这是不期望的。由于具有高的珠光体的面积分数以确保均匀且细小的石墨晶粒是有利的，因此上限没有特别限制。
[制造线材的方法]
在本公开内容的一个实施方案中，制造石墨钢线材的方法包括：制造包含以下的坯料，以重量百分比(重量％)计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分；
加热坯料；
对经加热的坯料进行热轧以制造成线材；以及
冷却所述线材。
线材加热过程
在本公开内容的一个实施方案中，加热可以包括通过在1050±100℃的范围内保持至少60分钟来进行热处理。
在线材轧制之前，将坯料在1050±100℃的范围内保持至少60分钟。在低的加热温度下是不利的，因为在低于950℃的坯料加热温度下，轧制负荷可能增加，这降低轧制生产率。当加热温度超过1150℃时，其不仅增加费用，而且加速脱碳，使脱碳层变厚，该脱碳层即使在最终产品中也不期望地保留下来。将加热保持时间设定为至少60分钟的原因在于，在小于60分钟期间，难以确保在用于线材轧制的坯料的内部和外部的均匀温度分布。
线材轧制过程
在本公开内容的一个实施方案中，对坯料进行热轧以制造成线材可以包括在900℃至1150℃的温度范围内热轧。
将线材轧制温度设定在900℃至1150℃的范围内的原因在于，由于在低于900℃下轧制负荷增加，因此在热轧期间可能容易出现表面瑕疵或者轧制可能困难，以及奥氏体晶粒尺寸(austenite grain size，AGS)在高于1150℃下变得粗大，从而增加在线材轧制之后的石墨化热处理时间。
冷却过程
在本公开内容的一个实施方案中，冷却可以包括以0.1℃/秒至10.0℃/秒冷却至500℃。
此外，本公开内容的一个实施方案还可以包括在冷却之后的空气冷却。
在超过10.0℃的冷却速率下，其是不期望的，因为产生硬相例如马氏体，并且在作为线材轧制之后的过程的冷拔期间可能发生线断裂，以及在小于0.1℃的冷却速率下，其是不期望的，因为过度地产生先共析相，从而降低珠光体分数或使晶粒尺寸粗大，使得石墨化热处理之后产生的石墨晶粒可能具有不均匀的分布。
[石墨钢丝]
在本公开内容的一个实施方案中，石墨钢丝包含：以重量百分比(重量％)计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分。
[石墨钢]
在本公开内容的一个实施方案中，石墨钢包含：以重量百分比(重量％)计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分，其中作为显微组织，石墨晶粒分布在铁素体基体中，石墨化率为至少95％，以及包含总计5％或更少的MnS夹杂物和珠光体。
与此同时，石墨化率是指以石墨的形式存在的碳含量与添加至钢的碳含量的比率并且通过以下[关系式1]定义，以及至少95％的石墨化意味着所添加的碳的大多数被用来形成石墨(铁素体中固溶体碳和细小碳化物中的固溶体碳的量非常小，所以将其忽略)，意味着不存在未溶解的珠光体，即，其具有其中在铁素体基体中分布有石墨晶粒的显微组织。
[关系式1]
石墨化率(％)＝(1-未溶解的珠光体中的碳含量/钢中的碳含量)×100
(当不存在未溶解的珠光体时石墨化率为100％)
[制造石墨钢的方法]
在本公开内容的一个实施方案中，制造石墨钢的方法包括：制造包含以下的线材，以重量百分比(重量％)计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分；以及
对制造的线材进行石墨化热处理。
在本公开内容的一个实施方案中，进行石墨化热处理可以包括在700℃至800℃的范围内进行热处理至少5小时。
当热处理在700℃至800℃的范围内保持至少5小时时，石墨化率可以达到至少95％。另一方面，在低于700℃下，石墨化热处理时间增加并超过至少10小时，而在高于800℃下，不仅石墨化时间增加，而且由于珠光体的逆转变而产生奥氏体并且在冷却期间可能再次形成珠光体，这两种情况是不期望的。
现在将更详细地描述本公开内容的实施方案。
提供以下实施方案以将本公开内容的构思传递给本领域普通技术人员，但是本公开内容不限于所述实施方案并且可以以其他形式实施。
(实施方案)
将包含下表1中的成分的坯料在加热温度条件下保持90分钟并使其经受高速线材轧制以制造成直径为19mm的线材。这种情况的线材冷却速率、线材珠光体的面积分数以及石墨化热处理时间和石墨化分数示于下表1中。
在表1和表2中，实施方案1至11对应于满足本公开内容的合金组成范围和制造条件的石墨钢线材，以及比较例1至7对应于不满足本公开内容的合金组成范围和/或制造条件的线材。
[表1]
切削性能具有基于铅易切削钢的切削性能的数值(100％指相当的水平)。
[表2]
(100％-石墨化分数)的组织由MnS夹杂物和珠光体组成，以及石墨化组织由铁素体+石墨晶粒组成。可以看出，在如以上表2中示出的线材和石墨化制造条件下，获得了所述珠光体的面积分数和石墨化分数。
现在将参照表1和表2评估实施方案和比较例。
实施方案1至11满足本公开内容的合金组成范围和制造条件，使得石墨钢线材中的珠光体的面积分数为至少95％，石墨化率为至少98.5％，以及与铅易切削钢相比，切削性能为100％。
另一方面，与铅易切削钢相比，其中硫含量仅为0.005重量％并且基本不包含硼的比较例1的石墨钢的切削性能仅为88％，以及根据比较例1的制造线材的方法，获得了以0.05℃/秒的冷却速率冷却并且包含93％的珠光体的面积分数的线材并使其经受热处理1.5小时，使得石墨化分数仅为75％。
与铅易切削钢相比，其中硫含量仅为0.003重量％并且硼含量仅为0.0002重量％的比较例2的石墨钢的切削性能仅为95％，以及根据比较例2的制造线材的方法，获得了以12.0℃/秒的冷却速率冷却并且包含93.5％的珠光体的面积分数的线材并使其经受热处理2.5小时，使得石墨化分数仅为85％。
与铅易切削钢相比，其中硫含量仅为0.006重量％并且硼含量仅为0.0004重量％的比较例3的石墨钢的切削性能仅为89％，以及根据比较例3的制造线材的方法，获得了以11.5℃/秒的冷却速率冷却并且包含94.2％的珠光体的面积分数的线材并使其经受热处理3.0小时，使得石墨化分数仅为86％。
与铅易切削钢相比，其中碳含量为0.95重量％，硫含量为0.007重量％并且硼含量为0.0025重量％的比较例4的石墨钢的切削性能仅为92％，以及根据比较例4的制造线材的方法，获得了以0.07℃/秒的冷却速率冷却并且包含93.2％的珠光体的面积分数的线材并使其经受热处理2.5小时，使得石墨化分数仅为85％。
与铅易切削钢相比，其中碳含量为0.55重量％，硅含量为2.6重量％，硫含量为0.4重量％，钛含量为0.025重量％并且硼含量为0.0025重量％的比较例5的石墨钢的切削性能仅为91％，以及根据比较例5的制造线材的方法，获得了以15.5℃/秒的冷却速率冷却并且包含93.5％的珠光体的面积分数的线材并使其经受热处理3.4小时，使得石墨化分数仅为86％。
与铅易切削钢相比，其中硅含量为2.75重量％，锰含量为0.9重量％，硫含量为0.45重量％，钛含量为0.03重量％并且硼含量为0.0024重量％的比较例6的石墨钢的切削性能仅为93％，以及根据比较例6的制造线材的方法，获得了以14.0℃/秒的冷却速率冷却并且包含94.1％的珠光体的面积分数的线材并使其经受热处理4.2小时，使得石墨化分数仅为84％。
此外，与铅易切削钢相比，包含2.8重量％的硅、0.8重量％的锰、0.35重量％的硫、0.002重量％的钛和0.003重量％的硼的比较例7的石墨钢的切削性能仅为90％。
从上述实施方案和比较例的评估中，可以看出，只有当满足本公开内容中的合金组成范围和制造条件时，才可以满足本公开内容中的石墨钢线材和石墨钢的所有特性。
工业适用性
根据本公开内容，具有优异可切削性的石墨钢可以替代现有的易切削钢并且可以用作替代诸如Pb的有害元素的环境友好的易切削钢，因此确认工业适用性。
Claims (11)
1.一种具有优异切削性能的石墨钢线材，所述石墨钢线材包含：
以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分。
2.根据权利要求1所述的具有优异切削性能的石墨钢线材，其中珠光体的面积分数为至少95％。
3.一种制造具有优异切削性能的石墨钢线材的方法，所述方法包括：
制造包含以下的坯料：以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分；以及
加热所述坯料；
对经加热的坯料进行热轧以制造成线材；以及
冷却所述线材。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述加热包括通过在1050±100℃的范围内保持至少60分钟来进行热处理。
5.根据权利要求3所述的方法，其中用于制造所述线材的所述热轧包括在900℃至1150℃的温度范围内热轧。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述冷却包括以0.1℃/秒至10.0℃/秒的冷却速率冷却至500℃。
7.根据权利要求3所述的方法，还包括：在所述冷却之后的空气冷却。
8.一种具有优异切削性能的石墨钢丝，所述石墨钢丝包含：
以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分。
9.一种具有优异切削性能的石墨钢，所述石墨钢包含：
以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分，
其中作为显微组织，石墨晶粒分布在铁素体基体中，石墨化率为至少95％，以及包含总计5％或更少的MnS夹杂物和珠光体。
10.一种制造具有优异切削性能的石墨钢的方法，所述方法包括：
制造包含以下的线材：以重量百分比计，0.60％至0.90％的碳(C)、2.0％至2.5％的硅(Si)、0.1％至0.6％的锰(Mn)、0.015％或更少但不包括0的磷(P)、0.031％至0.3％的硫(S)、0.01％至0.05％的铝(Al)、0.005％至0.02％的钛(Ti)、0.0005％至0.0020％的硼(B)、0.0030％至0.0150％的氮(N)以及具有Fe和不可避免的杂质的剩余部分；以及
对制造的线材进行石墨化热处理。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述进行石墨化热处理包括在700℃至800℃的温度范围内进行热处理至少5小时。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210135091A KR20230052013A (ko) | 2021-10-12 | 2021-10-12 | 절삭성능이 우수한 유황 첨가 흑연강 선재, 강선, 흑연강 및 그 제조방법 |
| KR10-2021-0135091 | 2021-10-12 | ||
| PCT/KR2022/015274 WO2023063678A1 (ko) | 2021-10-12 | 2022-10-11 | 절삭성능이 우수한 유황 첨가 흑연강 선재, 강선, 흑연강 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118076760A true CN118076760A (zh) | 2024-05-24 |
Family
ID=85988461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202280068336.4A Pending CN118076760A (zh) | 2021-10-12 | 2022-10-11 | 具有优异切削性能的添加有硫的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230052013A (zh) |
| CN (1) | CN118076760A (zh) |
| WO (1) | WO2023063678A1 (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11131187A (ja) * | 1997-10-24 | 1999-05-18 | Kobe Steel Ltd | 迅速黒鉛化鋼および迅速黒鉛化鋼の製造方法 |
| JP4119516B2 (ja) * | 1998-03-04 | 2008-07-16 | 新日本製鐵株式会社 | 冷間鍛造用鋼 |
| JP3764273B2 (ja) * | 1998-06-04 | 2006-04-05 | Ｊｆｅ条鋼株式会社 | 被削性に優れた熱間鍛造鋼部品の製造方法、その部品、それに用いる熱間圧延鋼材及び鋼材の製造方法 |
| JP4837806B2 (ja) * | 2010-01-25 | 2011-12-14 | 新日本製鐵株式会社 | 冷間鍛造用鋼板及びその製造方法 |
| KR102224044B1 (ko) * | 2018-12-18 | 2021-03-09 | 주식회사 포스코 | 흑연화 열처리용 선재와 흑연강 및 그 제조방법 |
-
2021
- 2021-10-12 KR KR1020210135091A patent/KR20230052013A/ko unknown
-
2022
- 2022-10-11 WO PCT/KR2022/015274 patent/WO2023063678A1/ko active Application Filing
- 2022-10-11 CN CN202280068336.4A patent/CN118076760A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230052013A (ko) | 2023-04-19 |
| WO2023063678A1 (ko) | 2023-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102224044B1 (ko) | 흑연화 열처리용 선재와 흑연강 및 그 제조방법 | |
| CN109943772B (zh) | 石墨钢用钢材及改善切削性的石墨钢 | |
| KR101560891B1 (ko) | 흑연화 처리성이 우수한 쾌삭강 및 그 제조 방법 | |
| KR101674826B1 (ko) | 피삭성, 보자력 및 철손 특성이 우수한 흑연강 및 이의 제조방법 | |
| KR101657790B1 (ko) | 흑연화 열처리용 강재 및 피삭성 및 냉간단조성이 우수한 흑연강 | |
| CN113699446A (zh) | 一种超细化型高韧性模具钢及其制备方法 | |
| KR101657792B1 (ko) | 흑연화 열처리용 강재 및 피삭성이 우수한 흑연강 | |
| JP2005336553A (ja) | 熱間工具鋼 | |
| CN112011740B (zh) | 一种高韧性高硬度模具钢及其制备方法 | |
| CN118076760A (zh) | 具有优异切削性能的添加有硫的石墨钢线材、钢丝和石墨钢及其制造方法 | |
| KR102497435B1 (ko) | 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강 | |
| JP2001220646A (ja) | プラスチック成形金型用プリハードン鋼 | |
| CN114008233B (zh) | 用于石墨化热处理的线材、石墨钢及其制造方法 | |
| CN116806276A (zh) | 用于石墨化热处理的线材及石墨钢 | |
| KR102528281B1 (ko) | 흑연화 열처리용 선재 및 흑연강의 제조 방법 | |
| JP3253702B2 (ja) | 被削性に優れた機械構造用炭素鋼 | |
| KR20230039008A (ko) | Tv 펨너트 부품용 흑연강 선재, 강선, 흑연강 및 그 제조방법 | |
| KR20230089719A (ko) | 절삭성능이 우수한 자동선반용 흑연강 선재, 강선, 흑연강 및 그 제조방법 | |
| KR102109278B1 (ko) | 연질화 열처리의 생략이 가능한 선재 및 그 제조방법 | |
| KR101543868B1 (ko) | 흑연화 처리성이 우수한 흑연강 및 그 제조 방법 | |
| KR20230089717A (ko) | Tv 펨너트 부품용 흑연강 선재, 강선, 흑연강, 이의 제조 및 절삭 가공 방법 | |
| KR20230090393A (ko) | 칼슘-함유 흑연강 선재, 강선, 흑연강, 이의 제조 및 절삭 가공 방법 | |
| KR20240009601A (ko) | 절삭성이 향상된 흑연쾌삭강 및 그 제조방법 | |
| KR20230089718A (ko) | 절삭성능이 우수한 칼슘-함유 흑연강 및 그 제조방법 | |
| CN115679198A (zh) | 一种CrMo系齿轮钢及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |