一种具有优异切削性能的低碳高硫易切削钢及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种具有优异切削性能的低碳高硫易切削钢及其生产方法，属于易切削钢技术领域。本发明专利技术的易切削钢包括如下质量百分含量的成分：C：0.05~0.2%、Mn：0.6~2.0%、P：0.04~0.1%、S：0.2~0.45%、O：0.005~0.02%、N≤0.02%、Si≤0.005%、Al≤0.001%，生成的MnS夹杂物具有以下性质：（1）铸态钢中95%以上的MnS夹杂物为第Ⅰ类MnS，并且单相MnS夹杂物的比例≥80%；（2）轧制方向至少有70%的MnS夹杂物长度≥5微米，并且长宽比≤6；（3）轧制方向1mm2面积内MnS夹杂物的平均面积不低于50μm2。本发明专利技术采用C进行脱氧，铸锭的冷却速率控制为2~4mm/min，开轧温度控制在1200~1250℃，终轧温度控制在≥1050℃。本发明专利技术具有优异的切削性能，并且切削后零件表面的光洁度更好，总体水平接近或达到含铅低碳易切削钢的水平，适用于高速切削。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及易切削钢
，更具体地说，涉及ー种具有优异切削性能的低碳高硫易切削钢及其生产方法。
技术介绍
随着我国エ业，尤其是家电、通信/讯、汽车、办公用器材等现代化行业的快速发展和迅猛增长，以及全球经济一体化的趋势越来越突出，各种精密零部件的国内国际需求越来越旺盛，其中大部分小规格零部件，如轴类、螺丝类、螺帽类、制钉类等标准元器件，现大多由易切削钢母料加工完成。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、表面光洁度好和提高刀具的使用寿命等优点，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，大幅度提高产品质量和生产效率。近年来，由于切削机械性能的提高，可以进行高速切削，伴随这ー趋势，对于构成上述部件的原材料钢材，迫切希望提高高速切削加工时的切削性能。要求其具有良好的切削性能，所述的切削性能，不仅要延长刀具的寿命，而且还特别强调切屑细碎断裂的性质即“切屑处理性”。这种切屑处理性，是实现加工生产线自动化所不可缺少的条件，也是提高生产率所必须的。另外除了刀具寿命和切屑处理性外，从加工精度的角度考虑，还希望切屑之后的钢材加工表面状态良好，加工表面的粗糙度较小。在现有的易切削钢中，铅系易切削钢和含铅复合易切削钢的切削性能较好，但是铅比重大，容易在钢液凝固过程中产生偏析，并且铅有毒，生产过程中产生铅蒸汽所造成的公害难以解决，随着人们对环境问题的关注程度不断提高，迫切希望研制出不含Pb的易切削钢。为了适应上述要求，作为铅易切削钢的替代产品，人们提出了许多种关于不含Pb的低碳硫系易切削钢技术方案。但是，迄今为止还没有研制出能够完全满足含Pb易切削钢性能要求即有助于延长刀具寿命、切屑处理性好、加工表面粗糙度小的易切削钢。日本专利931522中公开了为了控制硫化物形态，适当控制氧含量较为重要；日本专利2000319753中公开了硫含量超过O. 4%、増加MnS含量的不含Pb的低碳硫系易切削钢，但是这种钢改善硬质合金刀具寿命效果不大，并且切削处理性也不好；日本专利0953147以及3390988公开了通过添加Ti和Zr来提高刀具寿命和改善切削性能；另外日本专利200410034730公开了通过控制氧化物类型来改善切屑处理性；国内公开的易切削钢专利大多为如何开发ー种低碳高硫系易切削钢，如CN101418422、CN101417384等，对提高低碳高硫系易切削钢切削性能和切削后零件表面光洁度方面研究较少，还有少量专利是针对易切削轧制开裂问题，如CN101972775、CN101418422。可见关于如何精确控制低碳高硫易切削钢中硫化物数量、尺寸、形态与分布，使其具有优异切削性能和良好表面光洁度方面的研究尚未见报道。
技术实现思路
I.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有技术中高硫易切削钢切屑处理性和切削后零件表面光洁度差的问题，提供ー种具有优异切削性能的低碳高硫易切削钢及其生产方法，本专利技术的低碳高硫易切削钢不含Pb，具有优异切削性能，且切削后零件表面光洁度更好。2.技术方案 为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为 本专利技术的ー种具有优异切削性能的低碳高硫易切削钢，包括如下质量百分含量的成分C 0. 05 O. 2%、Mn 0. 6 2. 0%、P 0. 04 O. 1%、S 0. 2 O. 45%、O 0. 005 O. 02%、N 彡 O. 02%、Si ( O. 005%、Al ( O. 001%,并且生成的MnS夹杂物具有以下性质(I)铸态钢中95%以上的MnS夹杂物为第I类MnS，并且单相MnS夹杂物的比例彡80% ；(2)轧制方向 至少有70%的MnS夹杂物长度> 5微米，并且长宽比彡6 ; (3)轧制方向Imm2面积内MnS夹杂物的平均面积不低于50 μ m2。本专利技术铸态钢中MnS夹杂物的分类是根据Sims的分类方法确定的。优选地，本专利技术的低碳高硫易切削钢还包括质量百分含量Te :0. 005、. 1%，其余是Fe和不可避免的杂质元素。优选地，本专利技术的低碳高硫易切削钢包括如下质量百分含量的成分C:O.05 O. 15%、Mn 1. 02 I. 56%、P 0. 061 O. 068%、S 0. 32 O. 35%、O 0. 012 O. 019%、N 彡 O. 017%、Si く O. 002%、Al く O. 0009%, Te 0. θΓθ. 03%。本专利技术的低碳高硫易切削钢的化学成分(质量百分含量)应处在以下范围内，具体说明如下 C :不低于O. 05%，确保适量的珠光体含量，提高加工表面光洁度，但是不能超过O. 2%，因为珠光体量的増加超过临界值将会恶化钢的切削性能。Mn :为了确保生成足够量MnS，避免低熔点的FeS产生，Mn含量不低于O. 6%，但是高于2%，固溶于钢中的Mn含量会増加，钢基体会变硬，降低了钢的切削加工性能。P :在钢中保留适量的P能够改善表面光洁度，因此，P含量不低于O. 04%，但是过高会损害机械性能，因此，其上限为O. 1%。S :为了提高切削性能和改善表面光洁度，S含量应大于O. 2%，但是为了避免生成低熔点的FeS和提高冷加工性能，其含量不宣超过O. 45%。O :为了控制钢中MnS形态其含量不宜低于O. 005%，但是高于O. 02%会恶化铸坯质量，并且不利于切削加工过程中的塑性变形。N :适量N会増加基体硬度，提高强度，但是N含量过高会恶化钢切削性能和冷加工性能，通常其含量不超过O. 02%。Te =Te在钢中通常以MnTe的形式存在，为了改善切削性能与切削零件表面光洁度，Te含量不低于O. 005%，但是高于O. 1%会使钢的热加工性能显著降低。Si :在钢中形成SiO2，与硫化锰形成复合夹杂，其塑性变形能力较差，限制硫化锰夹杂物在刀具边缘形成保护膜，损害加工表面光洁度。因此，其含量尽可能的向低控制，不高于 O. 005%。Al :在钢中会形成Al2O3，这种硬质粒子会显著磨损刀具，降低刀具寿命；与硫化锰形成复合夹杂时，其塑性变形能力较差，限制硫化锰夹杂物在刀具边缘形成保护膜，同样会损害加工表面光洁度。因此，其含量也是尽可能的向低控制，不高于0.001%。本专利技术的ー种具有优异切削性能的低碳高硫易切削钢的生产方法，其步骤为(O钢水冶炼用于冶炼的原材料带入Al、Si的质量百分含量为Al ^ O. 0005%、Si く O. 001%，脱氧过程中采用C进行脱氧，并将终点碳含量控制在O. 03、. 1% ;为了避免在钢中生成SiO2和Al2O3类夹杂物，本步骤中控制冶炼原材料带入的Al、Si含量，且在脱氧过程中不使用Al和Si进行脱氧，而采用C进行脱氧，将钢中氧含量控制在O. 005、. 02%范围内； (2)钢水精炼对步骤(I)中的钢水进行合金化，最后向钢液中喂入硫线，使钢水成分为C 0. 05 O. 2%、Mn 0. 6 2. 0%、P 0. 04 O. 1%、S 0. 2 O. 45%、O 0. 005 O. 02%、N 彡 O. 02%、Te :0. 005 O. l%、Si ^ O. 005%、A1 ^ O. 001% ;本步骤中向钢中加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有优异切削性能的低碳高硫易切削钢，其特征在于包括如下质量百分含量的成分c 0. 05 0. 2%、Mn :0. 6 2. 0%、P :0. 04 0. 1%、S :0. 2 0. 45%、O :0. 005 0. 02%、N^O. 02%、Si ( 0. 005%、Al ( 0. 001%，并且生成的MnS夹杂物具有以下性质:(1)铸态钢中95%以上的MnS夹杂物为第I类MnS，并且单相MnS夹杂物的比例彡80% ；(2)轧制方向至少有70%的MnS夹杂物长度彡5微米，并且长宽比彡6 ; (3)轧制方向Imm2面积内MnS夹杂物的平均面积不低于50 ii m2。2.根据权利要求I所述的一种具有优异切削性能的低碳高硫易切削钢，其特征在于还包括质量百分含量Te :0. 005、. 1%，其余是Fe和不可避免的杂质元素。3.根据权利要求2所述的一种具有优异切削性能的低碳高硫易切削钢，其特征在于包括如下质量百分含量的成分C 0. 05 0. 15%、Mn :1. 02 I. 56%、P :0. 061 0. 068%、S 0.32 0. 35%、O :0. 012 0. 019%、N 彡 0. 0...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏云进，王福明，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：