本发明专利技术公开了易切削钢的铋碲添加方法、易切削渗碳钢及其应用，本发明专利技术提供的易切削渗碳钢，以重量百分数计，包括如下化学元素：C：0.16％～0.22％，Si：0.10％～0.30％，Mn：0.55％～0.75％，P：0.015％～0.030％，S：0.045％～0.065％，Cr：0.90％～1.30％；Te：0.0018％～0.0065％，Ti：0.015％～0.035％，N：0.010％～0.015％，Bi：0.009％～0.039％，其余为Fe和不可避免的杂质，Te/S重量比：0.04～0.10，Bi/S重量比：0.25～0.60。添加Te、Bi的易切削渗碳钢，轧制后硫化物长宽比≤3的纺锤状占比≥70％，切削加工性能优异。本发明专利技术利用压缩惰性气体喷射工艺添加碲源及铋源的合金颗粒，工艺过程稳定，反应平缓，没有剧烈喷溅；且碲、铋元素收得率高，实测碲的收得率＞85％，铋的收得率＞60％。的收得率＞60％。的收得率＞60％。
【技术实现步骤摘要】
易切削钢的铋碲添加方法、易切削渗碳钢及其应用
[0001]本专利技术涉及易切削渗碳钢材料及应用，具体涉及到一种易切削钢的铋碲添加方法、易切削渗碳钢及其应用，属于汽车零件材料与工艺领域。
技术介绍
[0002]易切削钢是以优异切削加工性能为突出特征的钢种，由于该钢种在切削加工过程中具有较低的切削力及切削温度、切屑处理性好、加工效率高、表面光洁度好和提高刀具使用寿命等优点，而被广泛应用于切削加工量大、加工自动化程度高的行业中，可降低切削加工成本，大幅提高产品质量和生产效率。
[0003]硫系和铅系易切削钢是目前广泛应用的两种易切削钢。铅系易切削钢的切削性能很好，但铅是公认的非环保物质，生产过程中产生的铅蒸汽对工人的身体健康有极大的危害；铅进入产品之后，由于化学性质稳定，不易脱除，对废钢的再利用也构成危害，欧盟已经明确禁止在钢中加铅。因此，世界各大钢铁公司都在朝着无铅易切削钢的方向发展。硫系易削钢是当今易切削钢中品种最多、产量最大的钢种，约占易切削钢总产量的70％。以切削性能为主的硫及硫复合易切削钢，硫含量一般在 0.20％～0.40％之间，最高达到0.60％。硫系易切削钢中的MnS夹杂物割断了基体的连续性而使车屑易断，同时又起润滑作用而降低刀具的磨损，从而改善了钢材的切削性能。然而，渗碳钢中MnS等硫化物夹杂通常在轧制方向上呈长线状偏聚分布，使得易切削钢的横向力学性能显著降低，加剧了钢材横向和纵向的各向异性，会损害轴齿类零件的疲劳性能；另一方面，长线状偏聚分布的硫化物对锻件的切削性能提升效果有限，轴类零件深孔钻削及薄壁环形零件花键拉削过程中的刀具使用寿命仍然较低。目前，而渗碳钢中S含量通常控制在0.030 ％以内，尚未见采用Te、Bi复合微合金化工艺生产易切削渗碳钢的专利、文献及相关报道。
[0004]为了改善硫系易切削钢的切削性能，需要控制钢中硫化物的形态为球形或纺锤形。现有技术大多通过添加碲、铋、锆、稀土和钛等元素改善切削性能。其中，碲与硫同主族，性质相近，是易切削钢中的重要易切削元素。碲不仅本身是易切削元素，其对硫化物还具有改质作用，使硫化锰夹杂转变成球形或纺锤形，钢中形成的少量MnTe在切削过程中也可起到润滑作用，进一步提高钢的切削性能。但是碲的熔点为452℃，沸点为1390℃，在1500℃以上的炼钢温度下易挥发，且碲的价格昂贵，如何确保较高的收得率以及较好的添加效果，是工业生产应用的关键。铋和铅是同周期相邻元素，物理和化学性质近似，是易切削元素的一种。由于金属铋无毒，且具有与金属铅相近的低熔点(271℃)和高柔韧性，目前，金属铋被公认是替代铅的最佳环保易切削元素之一，当钢中铋含量相当于铅含量一半的水平时，即可达到同样的易切削效果。因此，复合添加碲、铋不仅可以利用铋取得与含铅钢近似的切削性能，还能利用碲对硫化物改质进一步提高钢的切削性能，生产出切削性能超过含铅易切削钢的“超级”易切削钢。
[0005]中国专利检索和文献查询结果表明，Te、Bi复合微合金化制备易切削钢，除专利文献CN109971918A以外，尚未见有其他报道。专利文献CN109971918A公开了易切削钢的铋碲
复合添加工艺方法，其研究对象为碳素易切削钢和易切削不锈钢。在钢液精炼末期，通过含铋碲包芯线的喂线添加工艺，来制备目标含铋碲易切削钢液。该方法虽然喂线过程稳定，没有剧烈喷溅，但因Te的沸点为1390℃、Bi的沸点为1560℃，两种元素在炼钢温度下易挥发，因此，铋和碲的收得率较低，专利文献CN109971918A中铋收得率≤51％、碲收得率≤79％， Te、Bi昂贵的价格以及低收得率导致该易切削钢的生产成本高。因此，如何提高易切削钢中Te、Bi的收得率是工业生产中亟待解决的难题。
技术实现思路
[0006]针对以上技术问题，本专利技术提供一种采用Te、Bi复合微合金化的易切削渗碳钢，由该易切削渗碳钢制造的轴齿类零件硫化物形态呈短棒状或纺锤状、带状组织均匀、冷加工工艺性能优异，同时，本专利技术提供一种易切削钢的铋碲添加方法，铋碲元素收得率高，降低易切削渗碳钢的生产成本。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种易切削渗碳钢，化学成分按重量百分数计如下：C 0.16％～0.22％，Si 0.10％～0.30％，Mn 0.55％～0.75％，P0.015％～0.030％，S 0.045％～0.065％，Cr 0.90％～1.30％，Te 0.0018％～ 0.0065％，Ti 0.015％～0.035％，N 0.010％～0.015％，Bi 0.009％～0.039％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Te/S重量比：0.04～0.10，Bi/S 重量比：0.25～0.60。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，化学成分按重量百分数计如下：C0.17％～0.21％，Si 0.19％～0.27％，Mn 0.59％～0.73％，P 0.015％～0.023 ％，S 0.049％～0.064％，Cr 1.05％～1.20％，Te 0.0039％～0.0045％，Ti0.022％～0.028％，N 0.011％～0.012％，Bi0.018％～0.037％，其余为Fe 和不可避免的杂质；其中，Te/S重量比：0.06～0.09，Bi/S重量比：0.33～ 0.58。
[0009]第二方面，本专利技术提供上述易切削渗碳钢在生产重型变速箱轴齿零件中的应用。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，专利技术提供上述易切削渗碳钢在生产重型变速箱轴齿零件中的应用包括：
[0011]先将易切削渗碳钢锻造成锻坯，锻坯充分奥氏体化后出炉淬火；
[0012]将淬火后的锻坯进行高温回火；
[0013]对高温回火后的锻坯依次进行粗加工、精加工，形成精加工半成品件；
[0014]对精加工半成品件进行渗碳淬火处理；
[0015]对渗碳淬火后的零件进行低温回火处理。
[0016]优选地，奥氏体化后出炉与高温回火的间隔时间不超过2h；高温回火温度为720℃～750℃，高温回火时间为2.5～3.5h；低温回火温度为160℃～200℃，低温回火时间为1～3h。
[0017]第三方面，本专利技术提供上述易切削渗碳钢制备的重型变速箱轴齿零件。.
[0018]第四方面，本专利技术提供一种易切削钢的铋碲添加方法：在钢液精炼末期，除铋、碲以外的其它成分调整完成后，通过压缩惰性气体将碲源和铋源喷射至钢液底部，制备含铋碲的易切削钢液。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，通过压缩惰性气体将碲源和铋源喷射至钢液底部包括：将耐高温陶瓷管一端伸至钢液底部，用压缩惰性气体将碲锰合金颗粒及铋锰铁合金颗
粒通过耐高温陶瓷管喷射至钢液底部。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，用压缩惰性气体将碲锰合金颗粒及铋锰铁合金颗粒通过耐高温陶瓷管喷射至钢液底部包括：先利用耐高温陶瓷管将碲锰合金颗粒快速均匀地喷射到VD炉内的钢液内部，压缩惰性气体压力为30～50kPa；碲锰合金颗粒添加完毕后，保持40～50s，再利用耐高温陶瓷管将铋本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种易切削渗碳钢，其特征在于，化学成分按重量百分数计如下：C 0.16％～0.22％，Si 0.10％～0.30％，Mn 0.55％～0.75％，P 0.015％～0.030％，S 0.045％～0.065％，Cr 0.90％～1.30％，Te 0.0018％～0.0065％，Ti 0.015％～0.035％，N 0.010％～0.015％，Bi 0.009％～0.039％，其余为Fe和不可避免的杂质，其中，Te/S重量比：0.04～0.10，Bi/S重量比：0.25～0.60。2.根据权利要求1所述的易切削渗碳钢，其特征在于：化学成分按重量百分数计如下：C 0.17％～0.21％，Si 0.19％～0.27％，Mn 0.59％～0.73％，P 0.015％～0.023％，S 0.049％～0.064％，Cr 1.05％～1.20％，Te 0.0039％～0.0045％，Ti 0.022％～0.028％，N 0.011％～0.012％，Bi0.018％～0.037％，其余为Fe和不可避免的杂质；其中，Te/S重量比：0.06～0.09，Bi/S重量比：0.33～0.58。3.权利要求1或2所述的易切削渗碳钢在生产重型变速箱轴齿零件中的应用。4.根据权利要求3所述的易切削渗碳钢在生产重型变速箱轴齿零件中的应用，其特征在于，包括：先将易切削渗碳钢锻造成锻坯，锻坯充分奥氏体化后出炉淬火；将淬火后的锻坯进行高温回火；对高温回火后的锻坯依次进行粗加工、精加工，形成精加工半成品件；对精加工半成品件进行渗碳淬火处理；对渗碳淬火后的零件进行低温回火处理。5.根据权利要求4所述的易切削渗碳钢在生产重型变速箱轴齿零件中的应用，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈郧，皇百红，张宇，张峰，梁蕾蕾，郭修锋，王路，
申请(专利权)人：东风商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：
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