專利名稱：一種石墨化易切削鋼的生產方法
技術領域：
本發(fā)明涉及石墨鋼的生產方法，尤其屬于以中碳錳硅鋼或中碳錳硅鋁鋼等來生產 石墨化易切削鋼的方法。
背景技術：
石墨易切削鋼是將鋼中的碳變成石墨，利用石墨粒子的潤滑作用及其在材料中的 缺口作用(可視為應力集中源)來提高材料的切削性能。其切削性優(yōu)于機械結構用鉛易 切削鋼，并具有與鉛、磷、硫易切削鋼同等以上的性能，特別是在高速切削領域具有良好的 切削性，同時還具有與低碳鋼同等的冷鍛性，是一種同時兼具有較高冷成形和切削性及環(huán) 境友好的新鋼材。石墨易切削鋼中的易切削相是石墨，其具有特殊的簡單六方點陣。石墨 的基面很容易滑動，這是石墨能起潤滑作用的原因。同時，石墨與基體相比強度很低，因此 可以近似地把石墨看成是裂縫或孔洞。石墨破壞了基體的連續(xù)性，由于質軟而起著內部缺 口作用，引起應力集中并改變石墨缺口前沿附近基體的應力狀態(tài)，從而使切屑易斷。由于 石墨化易切削鋼由于具有良好切削性能、冷成型性，高的疲勞強度及環(huán)境友好等特點，一直 受到世界各國冶金研究者和制造商的關注和研究。日本上個世紀60年代就開展了此方面 的研究，如日本專利49-67817是將一定成分的鋼熱軋后淬火，再在600-750°C進行回火，但 由于鋼回火前沒有進行加工變形，其回火時間較長，生產成本因此較高。日本專利63-9580 則是將鋼冷軋(最少30%)后，然后進行回火，然而對線、棒材來說，冷軋最低30%的形變 量在實際生產中很難實現。美國專利6174384B1則是向鋼種添加一定的鋯作為石墨的形核 核心，然后通過不同的方法石墨化，但其熱軋后需進行熱處理，石墨化時間也較長。美國專 利5830285則是向鋼中添加少量的B，熱軋后直接淬火再進行回火處理，但是其開冷溫度較 高，冷卻速率要求較大，而且回火時間必須在10小時以上，很難在實際中生產實施。國內只 有首鋼技術研究和北京科技大學等開展了此方面的工作，如“亞共析石墨化易切削鋼的開 發(fā)，《鋼鐵》2008. 43(8). 73”，其方法也是將鋼進行長時間(大于IOh)的退火，生產成本較 尚ο

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種工藝簡單、回火時間較短、生產成本較 低的石墨化易切削鋼的生產方法。實現上述目的的技術措施一種石墨化易切削鋼的生產方法，其步驟1)對鑄坯進行加熱將經冶煉并連鑄的鋼坯加熱到1200 1250°C ；2)進行保溫在溫度為1200 1250°C下保溫60 180分鐘；3)進行冷卻以10 20°C /秒的冷卻速度將鑄坯冷卻到1050 1150°C ；4)進行粗軋在1050 1150°C內進行3 8次粗軋，控制每道次壓下率在20 40% ；
5)進行冷卻粗軋結束后，以5 20°C /秒的冷卻速度將粗軋板冷卻到850 IOOO0C ；6)進行精軋按照4 6道次進行精軋，控制每道次的間隔時間< 3秒鐘，每道次 變形量在10 50% ；7)進行空冷空冷時間為30 120秒；8)進行快速水冷以30 1000°C /秒的冷卻速度冷卻到室溫；9)對精軋板進行加熱，加熱溫度為650 710°C，并在此溫度下保溫2 5小時；10)進行空冷或爐冷到室溫。該方法首先在低的終軋溫度下進行軋制，然后緩慢冷卻一段時間生成部分鐵素體 后，水冷到室溫。水冷結束后，再在石墨化溫度進行一定時間的石墨化回火。利用該方法， 可在較短的時間內將鋼中的C全部轉化為石墨，得到鐵素體+石墨的易切削鋼。本發(fā)明是根據低溫軋制_弛豫相變_淬火_石墨化回火的工藝路線，通過控制回 火前鋼中C原子的狀態(tài)和奧氏體中的C含量，可以在較短的時間內(5h)將鋼中的C原子全 部轉化為石墨。根據本發(fā)明生產的石墨化易切削鋼，組織中石墨的晶粒尺寸較小，分布也較 為均勻，除了在晶界上存在一定量的石墨外，在鐵素體晶內還存在著一定石墨粒子。與現有技術相比，本發(fā)明是利用精軋時在較低的形變溫度及大形變條件下，使奧 氏體晶粒細化及產生大量的形變缺陷，從而有利于空冷時BN等粒子的析出和鐵素體相變 的進行。而空冷時鐵素體相變所排出的大量C原子，可進一步增加未相變奧氏體中的C含 量及降低其Ms點，這樣就能增加未相變奧氏體的淬透性和增大其晶格畸變，從而導致在石 墨化回火時，C原子能迅速形成石墨。根據本發(fā)明技術，可在較短的時間內得到鐵素體+石 墨所組成的復相組織，而且生產工藝簡單，石墨化回火時間較短、生產成本較低，可在工業(yè) 生產中容易實施。


圖1是根據石墨化前的組織(2-4%的硝酸酒精侵蝕)圖2是石墨化2h后得到的易切削鋼組織(無侵蝕)圖3是圖2原所用工藝制備的易切削鋼組織(2-4%的硝酸酒精侵蝕)圖4是石墨化5h后得到的易切削鋼組織(無侵蝕)圖5是圖4原所用工藝制備的易切削鋼組織(2-4%的硝酸酒精侵蝕，)圖6是石墨化3h后得到的易切削鋼組織(2-4%的硝酸酒精侵蝕)
具體實施例方式實施例1一種石墨化易切削鋼的生產方法，其步驟1)對主要化學成分及重量百分比為0. 453% C，1.70% Si,l. 5% ΑΙ,Ο. 34% Mn, < 0. 020% P, < 0. 035% S，余量為 Fe 鑄坯加熱到 1200 1205°C ；2)進行保溫在溫度為1200 1205°C下保溫60分鐘；3)進行冷卻以10°C /秒的冷卻速度將鑄坯冷卻到1050 1060°C ；4)進行粗軋在1050 1060°C內進行3次粗軋，控制每道次壓下率在20% ；
5)進行冷卻粗軋結束后，以5°C /秒的冷卻速度將粗軋板冷卻到850 855°C ；6)進行精軋按照4道次進行精軋，控制每道次的間隔時間2. 5秒鐘，每道次變形 量在10% ；7)進行空冷空冷時間為30秒；8)進行快速水冷以30°C /秒的冷卻速度冷卻到室溫；9)對精軋板進行加熱，加熱溫度為650 655°C，并在此溫度下保溫2小時；10)空冷到室溫。實施例2一種石墨化易切削鋼的生產方法，其步驟1)對主要化學成分及重量百分比為0. 43% C，1.50% Si,0. 005% Β,Ο. 45% Mn, 0. 009% P，0· 010% S，余量為 Fe 鑄坯加熱到 1210 1215°C ；2)進行保溫在溫度為1210 1215 °C下保溫80分鐘；3)進行冷卻以12°C /秒的冷卻速度將鑄坯冷卻到1070 1075°C ；4)進行粗軋在1070 1075°C內進行5次粗軋，控制每道次壓下率在26% ；5)進行冷卻粗軋結束后，以8°C /秒的冷卻速度將粗軋板冷卻到880 885°C ；6)進行精軋按照5道次進行精軋，控制每道次的間隔時間2秒鐘，每道次變形量 在 25%；7)進行空冷空冷時間為40秒；8)進行快速水冷以100°C /秒的冷卻速度冷卻到室溫；9)對精軋板進行加熱，加熱溫度為670 675°C，并在此溫度下保溫4. 0小時；10)爐冷到室溫。實施例3一種石墨化易切削鋼的生產方法，其步驟1)對主要化學成分及重量百分比為C:0. 62%，Si 0. 95%, Al 0. 05%, Mn 0. 80%,P 0. 0176%, S 0. 182%, Zr 0. 15%, Nb 0. 1%，余量為 Fe 的鑄坯加熱到 1225 1230 0C；2)進行保溫在溫度為1225 1230°C下保溫100分鐘；3)進行冷卻以15°C /秒的冷卻速度將鑄坯冷卻到1090 1097°C ；4)進行粗軋在1090 1097°C內進行6次粗軋，控制每道次壓下率在32% ；5)進行冷卻粗軋結束后，以12°C /秒的冷卻速度將粗軋板冷卻到900 910°C ；6)進行精軋按照6道次進行精軋，控制每道次的間隔時間2. 8秒鐘，每道次變形 量在35% ；7)進行空冷空冷時間為75秒；8)進行快速水冷以300°C /秒的冷卻速度冷卻到室溫；9)對精軋板進行加熱，加熱溫度為690 696°C，并在此溫度下保溫3. 5小時；10)空冷到室溫。實施例4一種石墨化易切削鋼的生產方法，其步驟1)對主要化學成分及重量百分比為C:0.66%，Si 2. 5 %, Al 1. 5%, Mn:0. 81%, P 0. 012%, S 0. 142%, RE 0. 5%, Nb 0. 14%, V 0. 2%, Ti 0. 16%，余量為 Fe 的 鑄坯加熱到1245 12500C ；2)進行保溫在溫度為1245 1250°C下保溫180分鐘；3)進行冷卻以18°C /秒的冷卻速度將鑄坯冷卻到1125 1130°C ；4)進行粗軋在1125 1130°C內進行8次粗軋，控制每道次壓下率在36% ；5)進行冷卻粗軋結束后，以17°C /秒的冷卻速度將粗軋板冷卻到970 975°C ；6)進行精軋按照5道次進行精軋，控制每道次的間隔時間1. 5秒鐘，每道次變形 量在50% ；7)進行空冷空冷時間為100秒；8)進行快速水冷以750°C /秒的冷卻速度冷卻到室溫；9)對精軋板進行加熱，加熱溫度為705 710°C，并在此溫度下保溫3小時；10)空冷到室溫。實施例5一種石墨化易切削鋼的生產方法，其步驟1)對主要化學成分及重量百分比為C:0. 62%，Si 0. 95%, Al 0. 05%, Mn 0. 80%, P 0. 0176%, S 0. 182%, Zr 0. 15%, Nb 0. 1%，余量為 Fe 的鑄坯加熱到 1225 1230 0C ；2)進行保溫在溫度為1225 1230°C下保溫165分鐘；3)進行冷卻以20°C /秒的冷卻速度將鑄坯冷卻到1145 1150°C ；4)進行粗軋在1145 1150°C內進行7次粗軋，控制每道次壓下率在40% ；5)進行冷卻粗軋結束后，以20°C /秒的冷卻速度將粗軋板冷卻到990 1000°C ；6)進行精軋按照6道次進行精軋，控制每道次的間隔時間2. 0秒鐘，每道次變形 量在48% ；7)進行空冷空冷時間為120秒；8)進行快速水冷以1000°C /秒的冷卻速度冷卻到室溫；9)對精軋板進行加熱，加熱溫度為700 708°C，并在此溫度下保溫5小時；10)空冷到室溫。經對本發(fā)明實施例生產的易切削鋼檢測結果或附圖表明，鋼組織中石墨的晶粒尺 寸較小，分布也較為均勻，其切削性能優(yōu)良，工件表面光潔度較高，刀具磨損較少，是一種性 能優(yōu)良的環(huán)保型易切削鋼。
權利要求
一種石墨化易切削鋼的生產方法，其步驟1)對鑄坯進行加熱將經冶煉并連鑄的鋼坯加熱到1200～1250℃；2)進行保溫在溫度為1200～1250℃下保溫60～180分鐘；3)進行冷卻以10～20℃/秒的冷卻速度將鑄坯冷卻到1050～1150℃；4)進行粗軋在1050～1150℃內進行3～8次粗軋，控制每道次壓下率在20～40％；5)進行冷卻粗軋結束后，以5～20℃/秒的冷卻速度將粗軋板冷卻到850～1000℃；6)進行精軋按照4～6道次進行精軋，控制每道次的間隔時間＜3秒鐘，每道次變形量在10～50％；7)進行空冷空冷時間為30～120秒；8)進行快速水冷以30～1000℃/秒的冷卻速度冷卻到室溫；9)對精軋板進行加熱，加熱溫度為650～710℃，并在此溫度下保溫2～5小時；10)進行空冷或爐冷到室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及以中碳錳硅鋼或中碳錳硅鋁鋼等來生產石墨化易切削鋼的方法。其步驟對鑄坯加熱；保溫；冷卻到1050～1150℃；粗軋控制每道次壓下率在20～40％；冷卻到850～1000℃；按照4～6道次進行精軋；空冷；快速水冷到室溫；對精軋板加熱并保溫；空冷或爐冷到室溫。本發(fā)明根據低溫軋制-弛豫相變-淬火-石墨化回火的工藝路線，通過控制回火前鋼中C原子的狀態(tài)和奧氏體中的C含量，在較短的時間內(5h)將鋼中的C原子全部轉化為石墨。根據本發(fā)明生產的石墨化易切削鋼，組織中石墨的晶粒尺寸較小，分布也較為均勻。
文檔編號C21D8/02GK101899555SQ201010242000
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權日2010年8月4日
發(fā)明者劉吉斌, 尹云祥, 方芳, 朱叢茂, 朱玉秀, 羅國華, 范植金, 陳瑋 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司