CN1216173C - 一种钙稀土锡系复合易切削钢及其冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
一种钙稀土锡系复合易切削钢及其冶炼工艺，属于金属材料领域，特别涉及一种含钙稀土锡元素的易切削钢，可用于制造高强度螺栓等汽车和机械的重要标准零件。发明采用中性稀薄覆盖渣、扩散脱氧、固体电解质氧浓差电池快速定氧及加锡等多项措施，研制出力学性能和易切削性能兼优的新型Ca-RE-Sn复合易切削钢种。在MTS810材料试验机上的测试结果表明钢的力学性能优异，试样的抗拉强度超过500MPa，延伸率为15%～30%，断面收缩率为25%～40%，达到了国标GB8731-88中相近钢种(Y20、Y15Pb、Y45Ca)的标准。
Description
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种含钙稀土锡元素的易切削钢，高强度螺栓等汽车和机械的重要标准零件。
背景技术：
多数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。铅系易切削钢既提高了易切削性能又保持了较好的力学性能，然而由于在冶炼铅易切削钢时铅的挥发污染环境，危害人的健康，其应用有下降的趋势。锡与铅在化学元素周期表中同属一族，物理和化学性质很相近，作为易切削元素锡是铅的很好的替代者，但硫、锡等元素对钢性能有不利影响。从60年代发展起来的钙易切削钢受到了普遍的重视。冶炼钙易切削钢时用钙合金控制脱氧，使钢中形成CaO-SiO2-Al2O3三元夹杂物，大大地改进了钢材在高速切削时的易切削性能，而且它的力学性能与基础钢相同。然而单纯用钙处理的钢种只有在使用硬质合金刀具高速切削时才具有易切削性能，而且钙易切削钢的奥氏体晶粒长大倾向较大。稀土能够改性钢中夹杂物，并能抑制硫、锡等元素对钢性能的不利影响。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是：在保持含硫、锡钢的易切削性能的前提下减轻硫、锡对钢材力学性能的影响及单纯钙易切削钢受切割刀具限制的问题。
一种钙稀土锡系复合易切削钢，称为Ca-RE-Sn易切削钢，其特征在于成份重量百分比为：C：0.15～0.40、Si：0.15～0.40、Mn：0.50～1.30、P：0.02～0.10、S：0.02～0.20、Sn：0.06～0.20、Ca：0.001～0.010、RE：0.001～0.10，其余为Fe。
Ca-RE-Sn易切削钢的最佳成分为：C：0.20～0.35、Si：0.20～0.35、Mn：1.00～1.20、P：0.02～0.03、S：0.03～0.05、Sn：0.05-0.09、Ca：0.004～0.010、RE：0.008～0.05。
本发明用硅钙合金对钢水控制脱氧，并加入了适量的钙、稀土、锡等元素，有效地控制了钢中非金属夹杂物的形态，细化了夹杂物和晶粒，使钢材获得了优异的力学性能和良好的易切削性能。稀土或稀土合金的加入方法采用喂丝或喷吹法。冶炼中采用了冶炼中所使用的中性稀薄覆盖渣，其成份为CaO20-35％、SiO225-40％、Al2O330-40％。
该钢种的脱氧方法和步骤：首先用锰铁、硅铁脱氧或加含铝20-40％的铝灰进行扩散脱氧，其次采用喂丝法向钢水内部插入Ca-Si包芯线或Ca-Mg包芯线进行控制脱氧，喂丝量根据钢种及收得率定。采用固体电解质氧浓差电池快速定氧探头测定钢液中的氧活度。喂丝前的钢液氧活度应控制在50～150×10-6。
冶炼采用顶吹或底吹氩工艺及电磁搅拌工艺。冶炼中使用的是含锡废钢或锡精矿。
冶炼炉型：电弧炉、感应炉及转炉
Y45CaSSn易切削钢的力学性能为，热轧(锻)态试样的抗拉强度达到800MPa，延伸率为16％，断面收缩30％，超过了国标GB8731-88中相应钢种(Y45Ca)的标准，其力学性能达到或超过基础钢45钢标准。
具体实施方式：
一种钙稀土锡系复合易切削钢，采用电弧炉冶炼，底吹氩加电磁搅拌，成份为：C：0.20～0.35、Si：0.20～0.35、Mn：1.00～1.20、P：0.02～0.03、S：0.03～0.05、Sn：0.05-0.09、Ca：0.004～0.010、RE：0.008～0.05。使用中性稀薄覆盖渣，其成份为CaO30％、SiO235％、Al2O335％。
脱氧方法和步骤：首先用锰铁脱氧，其次采用喂丝法向钢水内部插入Ca-Si包芯线或Ca-Mg包芯线进行控制脱氧，采用氧化锆固体电解质氧浓差电池快速定氧探头测定钢液中的氧活度，喂丝前的钢液氧活度应控制在80×10-6。
新型Ca-RE-Sn复合易切削钢种力学性能和易切削性能兼优。在MTS810材料试验机上的测试结果表明钢的力学性能优异，试样的抗拉强度超过500MPa，延伸率为15％～30％，断面收缩率为25％～40％，达到了国标GB8731-88中相近钢种(Y20、Y15Pb、Y45Ca)的标准。
此钢种切削性能良好，在BJ-1630GD车床上，使用高速钢刀具对试样进行车削实验时，设定车床主轴转速依次为200、320和550转/min、平均切削速度为85m/min、走刀速度0.096mm/转、吃刀深度为1.0mm.。经过30分钟的切削试验，刀具后刀面磨损宽度Vb远小于0.50mm，说明刀具的寿命很长。车屑为断屑即处理性良好。试样的表面粗糙度均达到了6.4级。
此钢种可用于制造高强度螺栓等汽车和机械的重要标准零件。此钢种切削性能良好。试样的表面粗糙度均达到了6.4级。
钢中的夹杂物为复合夹杂物，复合夹杂物主要由MnS、SiO2、CaO及Al2O3等组成，其粒度小于10μm，多呈球状或块状，在夹杂物附近锡含量比基体要高。基体的晶粒细小而均匀。
Claims (4)
1.一种钙稀土锡系复合易切削钢，称为Ca-RE-Sn易切削钢，其特征在于成份重量百分比为：C：0.15～0.40、Si：0.15～0.40、Mn：0.50～1.30、P：0.02～0.10、S：0.02～0.20、Sn：0.05～0.20、Ca：0.001～0.010、RE：0.001～0.10；其余为Fe。
2.如权利要求1所述的Ca-RE-Sn易切削钢，其特征在于易切削钢的成分为：C：0.20～0.35、Si：0.20～0.35、Mn：1.00～1.20、P：0.02～0.03、S：0.03～0.05、Sn：0.05-0.09、Ca：0.004～0.010、RE：0.008～0.05，其余为Fe。
3.如权利要求1所述的钙稀土锡系复合易切削钢冶炼工艺，其特征在于冶炼采用顶吹或底吹氩工艺及电磁搅拌工艺，冶炼炉型：电弧炉、感应炉及转炉，冶炼中所使用的是中性稀薄覆盖渣，其成份为CaO20-35％、SiO225-40％、Al2O330-40％，同时还含少量MgO、TiO2；该钢种的脱氧方法和步骤：首先用锰铁加含铝10-40％的铝灰进行扩散脱氧，其次采用喂丝法向钢水内部插入Ca-Si包芯线或Ca-Mg包芯线进行控制脱氧，采用固体电解质氧浓差电池快速定氧探头测定钢液中的氧活度，喂丝量根据钢种及收得率定，喂丝前的钢液氧活度应控制在20～300×10-6。
4.如权利要求3所述的钙稀土锡系复合易切削钢的冶炼工艺，其特征在于稀土或稀土合金的加入方法采用喂丝或喷吹法，冶炼中使用含锡废钢或锡精矿。
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