專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高強(qiáng)度易切削鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)易切削鋼，特別屬于ー種屈服強(qiáng)度Rel彡450MPa，抗拉強(qiáng)度Rm彡650MPa的高強(qiáng)度易切削鋼。
背景技術(shù)：
易切削鋼是以?xún)?yōu)秀切削加工性能為突出特征的鋼種，由于該鋼種在切削加工過(guò)程 中具有較低的切削力及切削溫度，切屑處理好、表面光潔度好和提高刀具的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于切削加工量大，切削加工自動(dòng)化程度高的汽車(chē)、拖拉機(jī)、機(jī)床、儀器儀表及IT等行業(yè)中。由此帶來(lái)了切削成本成倍降低，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高和生產(chǎn)效率成倍提聞。隨著加工自動(dòng)化程度増大，對(duì)材料的可切削加工性能要求提高，切削加工的費(fèi)用占零件成本的50%左右。因此，降低切削加工費(fèi)用，使易切削鋼能適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)線，并提高勞動(dòng)生產(chǎn)率是鋼鐵材料用戶(hù)的迫切需要。磷對(duì)鐵素體基體的脆化作用和硫化物的內(nèi)部缺ロ效應(yīng)是含硫易切削鋼可切削性高的根源。直至今日，含硫易切削鋼仍然是應(yīng)用最廣泛和數(shù)量最大的易切削鋼。近年來(lái)采用鋼包精煉、吹氬處理和連鑄方法生產(chǎn)的含硫易切削鋼成分穩(wěn)定，硫化物顆粒分布均勻，減少了化學(xué)成分偏祈。易切削鋼中添加鉛在鋼中以球狀形態(tài)存在，因此鉛幾乎不影響鋼的力學(xué)性能。然而在過(guò)去的10多年中，盡管鋼廠采用了防護(hù)裝置解決鉛中毒問(wèn)題，但仍難滿足人們對(duì)環(huán)境愈來(lái)愈苛刻的要求。日本是易切削鋼的生產(chǎn)和使用大國(guó)，近幾年易切削鋼的年產(chǎn)量均為100萬(wàn)噸左右。日本將易切削鋼大致分為兩類(lèi)，一類(lèi)為注重切削性能的易切削鋼，即Jis G4804 (硫及硫復(fù)合易切削鋼鋼材)規(guī)定的SUM系易切削鋼(美國(guó)為AISI 11XXU2X X系列) ’另ー類(lèi)為注重力學(xué)性能的切削性改善鋼(易切削碳鋼及合金鋼)，即JASO M106 (汽車(chē)結(jié)構(gòu)用鋼鋼材)規(guī)定的SC系碳結(jié)鋼及SCr系、SCM系合結(jié)鋼。其中前者約占易切削鋼總產(chǎn)量的20%，后者約占80%。我國(guó)從1953年開(kāi)始生產(chǎn)硫易切削鋼，由于易切削鋼質(zhì)量要求高，生產(chǎn)難度大，因而造成了特殊鋼廠不愿意生產(chǎn)和普通鋼廠無(wú)能力生產(chǎn)局面，致使我國(guó)易切削鋼需大量進(jìn)ロ。目前，我國(guó)易切削鋼牌號(hào)較少，且出于環(huán)保原因不生產(chǎn)Pb系易切削鋼，現(xiàn)有S系、Ca系易切削鋼不能適合高速車(chē)床的加工要求，毎年大量進(jìn)ロ Pb系易切削鋼。通過(guò)對(duì)硫化物的分布進(jìn)行均勻化處理、改善其形貌，可以在同等S含量下，少加或不加Pb，而達(dá)到Pb-S鋼的加エ性能；同樣的，也可以達(dá)到以比原來(lái)少的S含量，滿足原有的加工性能的目的，進(jìn)而改善了機(jī)械性能，増加了鋼材的適用范圍。據(jù)現(xiàn)有資料估計(jì)，僅江、浙、滬地區(qū)毎年使用的中高硫易切削鋼、Pb系易切削鋼就達(dá)到10萬(wàn)噸左右，大部分依賴(lài)進(jìn)ロ。因此，開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)易切削鋼，滿足當(dāng)前廣泛的市場(chǎng)需求，是當(dāng)前急待開(kāi)展的工作。隨著對(duì)鋼材的高速切削和產(chǎn)品光潔度要求越來(lái)越突出，但同時(shí)又存在減重和設(shè)備性能増加的要求，這就必須要求易切削鋼要同時(shí)兼顧切削性能與力學(xué)性能這兩個(gè)矛盾體。而傳統(tǒng)的含硫易切削鋼，如JIS SUM鋼、SAE Ilxx鋼和SAE 12xx鋼，雖然它們具有優(yōu)異的易切削性能，但作為部分機(jī)械結(jié)構(gòu)的部件，其機(jī)械性能不能滿足機(jī)械構(gòu)件的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的含砷元素存在不環(huán)保、力學(xué)性能不能滿足要求的不足，提供一種通過(guò)控制鋼中C、p、S含量，使鋼不僅具有優(yōu)良的切削加工性能，而且屈服強(qiáng)度Rel彡450MPa，抗拉強(qiáng)度Rm彡650MPa，延伸率A彡20%，斷面收縮率Z ^ 55%,MnS質(zhì)點(diǎn)不低于700個(gè)/mm2以上的一種高強(qiáng)度易切削鋼。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)措施
一種高強(qiáng)度易切削鋼，其組分及重量百分比含量為c:0. 05 O. 20%，Si :0. 10 O. 40%，Mn :I. 00 2. 00%，P :彡 O. 040%，S 0. 070 O. 200%,Al :彡 O. 010%,Cr 0. 20 O. 50%, Ti :0. 03 O. 10%, B :0. 0008 O. 0035%，其余為鐵和不可避免的夾雜。優(yōu)選的S:0. 10 O. 160%。 優(yōu)選的Ti:0. 05 O. 08%。優(yōu)選的B :0. 001 O. 0025%。優(yōu)選的C :0· 05 O. 15%。本發(fā)明各元素的機(jī)理及作用
C :對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)用易切削鋼，都要求有一定的強(qiáng)度和硬度，而基體鋼的硬度取決于含碳量。過(guò)高的碳含量使鋼中的珠光體比例増加，使鋼的強(qiáng)度提高，不利于易切削鋼的切削加工；過(guò)低的碳含量使鋼中的鐵素體比例増加，鋼的強(qiáng)度降低，韌性增加，鋼變得很軟，切削加エ性能下降。因此，易切削鋼的碳含量設(shè)計(jì)為O. 05 O. 20%，優(yōu)選的C :0. 05 O. 15%。Si :Si與Mn均用于鋼中的沉淀脫氧。適當(dāng)?shù)腟i能固溶于鐵素體中影響鋼的強(qiáng)度性能。過(guò)高的Si能使鋼的硬度増加，其脫氧產(chǎn)物具有較高的硬度，對(duì)刀具有磨損作用，使刀具壽命降低。因此，設(shè)計(jì)的鋼中Si含量為O. 10 O. 40%。Mn:在鐵素體中，Mn的固溶強(qiáng)化作用僅次于P和Si，但含量低于O. 80%時(shí)，其強(qiáng)化效果不明顯；Mn還能防止導(dǎo)致熱脆性的低熔點(diǎn)FeS在晶界的析出，加入Mn以析出穩(wěn)定的MnS,改善鋼的切削性能。因此設(shè)計(jì)的鋼中Mn含量為I. 00 2. 00%。P P能強(qiáng)化鐵素體相，因此在材料加工過(guò)程中表現(xiàn)出很好的抑制變形的能力，但P在鋼中的飽和度有限，過(guò)高的P對(duì)鋼的表面成型性能表現(xiàn)不利，因此設(shè)計(jì)鋼中P含量く O. 040%。S :鋼中硫主要以(Mn、Fe) S的形式存在鋼中，由于MnS夾雜物割斷了基體的連續(xù)性和應(yīng)カ集中源作用而使車(chē)屑易斷，潤(rùn)滑作用使刀具的磨損減小，從而改善了鋼材的切削性能，因此，選擇S :0· 070 O. 200%，優(yōu)選的S 0. 10 O. 160%。為了使鋼材具有更好的切削性能，應(yīng)使鋼中的MnS具有一定的長(zhǎng)寬比(L / W )，而研究表明夾雜物成球狀和紡錘狀比線條狀更有利于切削。然而MnS在熱軋過(guò)程中沿著軋制方向伸長(zhǎng)，使硫易切削鋼的橫向力學(xué)性能明顯降低，加劇了鋼材的各向異性。因此設(shè)計(jì)鋼中 S 含量 O. 070 O. 200% οCr :鋼中的Cr，一部分置換鐵形成合金滲碳體，提高其穩(wěn)定性；一部分溶入鐵素體中，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鐵素體的強(qiáng)度和硬度。因此設(shè)計(jì)的Cr含量為O. 20 O. 50%。Ti Ti是強(qiáng)碳化物形成元素，它和N、O、C都有極強(qiáng)的親和力。Ti和S的親和力強(qiáng)于Fe和S的親和力，因此可利用在鋼中形成硫化鈦以避免導(dǎo)致鋼熱脆的硫化鐵的產(chǎn)生。它與C形成ー種結(jié)合力極強(qiáng)、極穩(wěn)定、不易分解的碳化物，在鋼中，只有加熱到1000°C以上才能緩慢地溶入固溶體中，在未溶入前，TiC微粒有阻止晶粒長(zhǎng)大粗化的作用。與Ti生成的氮化物有利于鋼中B的收得率。因此，設(shè)計(jì)的Ti含量為O. 03 O. 10%，優(yōu)選的Ti :0· 05 O. 08%。B :鋼中添加微量的B可以顯著提高鋼的淬透性，而對(duì)其它性能沒(méi)有明顯影響。微量B提高淬透性的效果相當(dāng)于I. 6%Ni、0. 3%Cr或O. 2%Mo。在亞共析鋼中，B顯著推遲鐵素體開(kāi)始析出和珠光體開(kāi)始轉(zhuǎn)變的時(shí)間，及推遲貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)間，因而能有效地增加淬透性。B超過(guò)一定量后，會(huì)形成火量的粗大Fe23(BX)6M淀，降低了鋼的淬透性。因此，鋼的淬透性并不是隨B含量單調(diào)增加的，而是存在ー個(gè)最佳硼含量，高于或低于這ー含量，都 不利于鋼的淬透性。因此設(shè)計(jì)的B含量為O. 0005 O. 0008%，優(yōu)選的B :0. 001 O. 0025%。Al :A1在鋼中易于形成細(xì)小且具有較高硬度的AlN顆粒而對(duì)刀具有較強(qiáng)的磨損作用，使刀具壽命降低。因此設(shè)計(jì)的Al含量< 0.010%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，特點(diǎn)是只需進(jìn)行適當(dāng)C、Mn、Si、Cr、Ti、B、P、S、Al等成分設(shè)計(jì)，無(wú)需改造任何生產(chǎn)設(shè)備、利用現(xiàn)有エ藝，就可以生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度Rel彡450MPa，抗拉強(qiáng)度Rm彡650MPa，延伸率A彡20%，斷面收縮率Z彡55%，MnS質(zhì)點(diǎn)不低于700個(gè)/mm2的高強(qiáng)度易切削鋼，既保證了發(fā)明的易切削鋼具有機(jī)械部件所需要的強(qiáng)度，又使其易切削性能沒(méi)有顯著下降，從而提高了產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
具體實(shí)施例方式下面各實(shí)施例采用的現(xiàn)有エ藝路線為
電爐(轉(zhuǎn)爐)一精煉(LF、VD、RH)—連鑄一(加熱)軋制成材 表I為本發(fā)明各實(shí)施例與對(duì)比例的組分及wt%取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例與對(duì)比例的力學(xué)性能及硫化物數(shù)量、大小和長(zhǎng)寬比列表。表I 本發(fā)明各實(shí)施例與對(duì)比例的組分及wt%取值列表
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度易切削鋼，其組分及重量百分比含量為c 0. 05 O. 20%，Si :0. 10 O. 40%,Mn :I. 00 2. 00%，P :彡 O. 040%, S 0. 070 O. 200%,Al :彡 O. 010%,Cr 0. 20 O. 50%, Ti :0. 03 O. 10%, B :0. 0008 O. 0035%，其余為鐵和不可避免的夾雜。
2.如權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)度易切削鋼，其特征在于S0. 10 O. 160%。
3.如權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)度易切削鋼，其特征在于Ti0. 05 O. 08%。
4.如權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)度易切削鋼，其特征在于B0. 001 O. 0025%。
5.如權(quán)利要求I所述的一種高強(qiáng)度易切削鋼，其特征在于C0. 05 O. 15%。
全文摘要
一種高強(qiáng)度易切削鋼，其組分及重量百分比含量為C0.05～0.20％，Si0.10～0.40％，Mn1.00～2.00％，P≤0.040％，S0.070～0.200％，Al≤0.010％，Cr0.20～0.50％，Ti0.03～0.10%，B0.0008～0.0035%，其余為鐵和不可避免的夾雜。本發(fā)明的特點(diǎn)是只需進(jìn)行成分的適當(dāng)設(shè)計(jì)，無(wú)需改造任何生產(chǎn)設(shè)備、利用現(xiàn)有工藝，就可以生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度Rel≥450MPa，抗拉強(qiáng)度Rm≥650MPa，延伸率A≥20％，斷面收縮率Z≥55％，MnS質(zhì)點(diǎn)不低于700個(gè)/mm2的高強(qiáng)度易切削鋼，既保證了發(fā)明的易切削鋼具有機(jī)械部件所需要的強(qiáng)度，又使其易切削性能沒(méi)有顯著下降，從而提高了產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
文檔編號(hào)C22C38/60GK102703839SQ20121020942
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者張賢忠, 徐冠宇, 楊帆, 陳華強(qiáng), 陳子宏, 陳慶豐 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司