一种精密导轨用钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种精密导轨用钢及其生产方法，用于代替传统55钢的全新精密导轨用钢，其化学成分质量百分比为：C：0.48%

【技术实现步骤摘要】
一种精密导轨用钢及其生产方法


[0001]本专利技术涉及钢铁行业中的机械制造用钢，具体涉及一种精密导轨用钢及其生产方法。

技术介绍

[0002]导轨是一种金属或其他材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的导向装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨主要用于直线往复运动，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时还可以承担一定的扭矩，可以实现负载情况下的高精度直线运动。导轨作为导向装置，具有导向精度、精度保持性、刚度、低速运动平稳性等性能。影响导向精度的主要因素有导轨的几何精度和接触精度，导轨的结构形式，导轨的刚度和热变形。影响导轨精度保持性的主要因素是其耐磨性。影响导轨刚度的主要因素是导轨的形状、尺寸与支承件的连接方式及受力状况。影响导轨低速运动平稳性的主要因素是导轨表面粗糙度和表面精度。一种优质导轨必须具备足够的刚度、耐磨性、加工精度和光洁度。
[0003]随着我国经济的持续增长，电力工业、数据通信、城市轨道交通、汽车、造船等行业的发展，对直线导轨的需求也迅速增长。近年，我国钢铁冶炼技术和导轨加工技术稳步提升，国产导轨质量已经达到甚至超过进口产品，呈现逐步替代进口的趋势。
[0004]目前国内普通直线导轨多使用GB/T 699
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2015的55钢，国家《优质碳素结构钢》（GB/T 699
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2015）标准中的55钢规定：C：0.52%～0.60%，Si：0.17%～0.37%，Mn：0.50%～0.80%，P≤0.035%，S≤0.035%，Cr≤0.25%，Ni≤0.30%，Cu≤0.25%。力学性能可达到：Rm≥645Mpa，Rel≥380Mpa，A≥13%，Z≥35%，热轧硬度≤255HBW。这种钢制造的精密导轨的缺点是性能不稳定、淬透性差、刚度低、表面光洁度差、低速运动平稳性差、导向精度低、综合使用成本高。随着现代工业的发展，机器人将逐渐替代人工进行标准化作业，机器人作业的精度受精密导轨的影响非常大；高端数控机床对精密导轨的要求也非常高，急需一种更加可靠的精密导轨用钢。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种精密导轨用钢，同时提供这种钢的生产方法。通过化学成分的全新设计、冶炼工艺的优化、控制轧制生产高纯净度、高性能稳定性、高淬透性、高刚度精密导轨用钢。
[0006]本专利技术设计了比较低的C、Si含量，在钢中添加适量Cr、Ni、Al等元素，在确保强度的同时，提高了钢的性能稳定性、淬透性、刚度和导轨的表面质量。通过添加少量的Cr元素，形成Cr的碳化物，确保钢的强度和刚度，同时提高钢的淬透性，确保热处理后导轨组织和性能的均匀一致；通过添加Ni元素提高钢的表面镀Ni层的形成速度和致密性，提高电镀后的光洁度，减少导轨的摩擦，提高运行时的平稳性，确保其导向的精度；通过添加少量的Al元素，细化晶粒，提高钢的强韧性；使用控制轧制来均匀钢的组织，控制钢的硬度，避免冷拔成
型断裂，提高导轨的综合性能；本专利技术圆钢制造精密导轨时可以经受更多次冷拔成型，相比常规的55钢冷轧导轨，优化了综合性能，提高了表面质量和尺寸精度。本专利技术具有经济、稳定、质优等优点，能很好的克服传统55钢制造精密导轨的缺点，实现了高效、低成本生产，提高了市场竞争力。
[0007]本专利技术通过以下技术方案实现：一种精密导轨用钢，其化学成分质量百分比为：C：0.48%
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0.50%，Si：0.10%
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0.15%，Mn：0.70%
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0.80%，Cr：0.30%
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0.35%，Ni：0.35%
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0.45%，Mo≤0.05%，Cu≤0.05%，Al：0.035%
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0.050%，Ti≤0.0050%，P≤0.015%，S≤0.003%，[O]≤15ppm，余量为Fe。
[0008]下面具体说明本专利技术一种精密导轨用钢化学成分的限定理由：C：能够与Mn、Cr形成碳化物，有利于提高钢的强度，但是会降低钢的塑性和冲击韧性。本专利技术相对于普通55钢，采用低碳设计，依靠合金元素来提高钢的强韧性，将C含量限定为0.48%
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0.50%。
[0009]Si：能溶于铁素体和奥氏体中起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度，尤其是提高钢的屈服强度；硅还有脱氧的作用，但含量随着硅含量的增加，硅会增加铁素体冷变形硬化率，使钢的冷加工困难，对冷加工性能有很不利的影响，因此本专利技术严格限制Si的含量0.10%
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0.15%。
[0010]Mn：有固溶强化的作用，可扩大奥氏体区、降低奥氏体向铁素体的转变温度，进而细化铁素体晶粒、提高钢的强韧性。Mn还可以提高钢的淬透性，本专利技术为了提升钢的刚性，考虑到各种元素的匹配，将Mn含量控制在0.70%
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0.80%之间；Cr：在钢中以碳化物形态存在，能显著提高钢的强度，对钢的塑性、韧性影响较小，添加0.30%以上的Cr可以显著提高钢的淬透性，确保导轨热处理后组织、性能均匀。一定量的Cr还可以提高钢的耐腐蚀性，减少导轨镀层损伤后的锈蚀。结合导轨的刚性要求，将Cr元素控制在0.30%
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0.35%之间；Ni：在钢中可以稳定奥氏体，在提高强度的同时，保持良好的塑性和韧性；Ni还可以提高钢的表面镀Ni层的形成速度和致密性，提高电镀后的光洁度。但是由于Ni是贵重合金，影响生产成本，所以本钢种添加0.35%
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0.45%的Ni。
[0011]Mo：能够细化钢的晶粒，提高钢的淬透性和耐磨性，Mo还能提高钢的回火稳定性，但是Mo元素非常昂贵。本专利技术钢种不添加Mo元素，Mo含量控制在≤0.05%。
[0012]Cu：在钢中一般作为有害元素，当Cu含量超过0.20%且钢温超过1100℃时，钢材表面产生氧化脱碳，易在脱碳层晶界富集，形成铜脆、表面龟裂，严重影响钢材质量；Cu还会引起时效硬化，影响导轨的精度，本专利技术将Cu含量限定为≤0.05%。
[0013]Al：作为强脱氧剂和细化晶粒元素；一般钢中Al含量不宜过高，Al含量高的钢在浇注过程非常容易结瘤，造成大量报废；Al能够抑制钢的时效，提高钢的低温韧性，还能提高钢的抗氧化性。所以本专利技术将Al作为细化晶粒元素，含量限定在0.035%
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0.050%。
[0014]Ti：Ti和N、C元素结合形成的碳氮化钛是一种带有棱角的硬质夹杂物，对钢的冷拔性能有非常大的危害，所以本专利技术将Ti含量限定在≤0.0050%。
[0015]P：使钢的晶粒粗化，增加钢的冷脆性，降低钢的冲击韧性、塑性，使冷加工性能变差。因此，本专利技术将P含量控制在0.015％以下；S：是易偏析元素，降低钢的延展性、韧性和耐腐蚀性。所以本专利技术对S含量进行了
严格控制，必须≤0.003%。
[0016]O：在室温时对钢的强度影响不大，但使钢的伸长率和面缩率显著的降低，在较低温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精密导轨用钢，其特征在于：其化学成分质量百分比为：C：0.48%
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0.50%，Si：0.10%
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0.15%，Mn：0.70%
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0.80%，Cr：0.30%
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0.35%，Ni：0.35%
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0.45%，Mo≤0.05%，Cu≤0.05%，Al：0.035%
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0.050%，Ti≤0.0050%，P≤0.015%，S≤0.003%，[O]≤0.0015%，余量为Fe。2.一种精密导轨用钢的生产方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的精密导轨用钢进行生产，包括步骤：铁水KR脱硫
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转炉冶炼
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LF钢包精炼
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RH真空脱气
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软吹
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方坯连铸
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缓冷
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加热
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轧制
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缓冷
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精整
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入库。3.根据权利要求2所述的一种精密导轨用钢的生产方法，其特征在于，铁水KR脱硫：在铁水包中加入250Kg石灰、萤石作为脱硫剂，单向搅拌铁水，在搅拌过程中再向铁水漩涡处投入200Kg~250Kg石灰、萤石混合脱硫剂，持续搅拌铁水，使脱硫剂与铁水中的硫充分反应，使用扒渣器去除90%以上的脱硫产物，重复以上操作，确保脱硫后铁水S<0.005%，其中，石灰、萤石的比例为3
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4:1。4.根据权利要求2所述的一种精密导轨用钢的生产方法，其特征在于，转炉冶炼：转炉采用双渣操作，控制出钢C≥0.10...

【专利技术属性】
技术研发人员：左辉，郑力宁，吕亮，潘海伟，卢煜，石可伟，朱小龙，陈坤，蒋栋初，
申请(专利权)人：江苏沙钢集团淮钢特钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：