含鉛易切削鋼的冶煉工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含鉛易切削鋼的冶煉工藝，包括原材料的選擇及加入方法：按照材料成分進行配料，使用工業(yè)純鐵作為原料，在熔化前加入爐中；裝料：先在坩堝底部裝入底渣；熔化：裝料完畢后送電熔化；還原精煉；成分調(diào)整；出鋼澆鑄；脫模和冷卻：澆鑄后靜置脫模，脫模后冷卻；鍛造開坯；電渣重熔。發(fā)明所提供的冶煉工藝所得到的鋼錠表面質(zhì)量好，如表面光潔，無疏松、無縮孔等的缺陷，并增加了鋼的致密度，細化了晶粒，提高了鋼材的塑性、韌性、橫向機械性能，減小了鋼材的各項異性；同時提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】含鉛易切削鋼的冶煉工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼的冶煉工藝，尤其涉及一種含鉛易切削鋼的冶煉工藝。

【背景技術(shù)】
[0002] 易切削鋼（簡稱易切鋼）是通過加入適量的能改善可切削性的化學(xué)元素（稱易切 削元素），從而獲得良好切削加工性能的鋼種。按易切削元素分類，目前的易切削鋼種類主 要有硫易切削鋼、鉛易切削鋼、鈣易切削鋼、鈦易切削鋼和復(fù)合易切削鋼。
[0003] 其中鉛易切削鋼中的鉛在易切削鋼中含量一般< 0. 35%，有單獨加鉛和復(fù)合加鉛 的。鉛在鋼中一般以1?2μm的球狀顆粒單獨存在，或附著在硫化物等夾雜物上，因而其 大小和分散均勻程度成為制鋼的關(guān)鍵所在。鉛易切削鋼在切削加工過程中，切削刀具和鐵 屑之間產(chǎn)生強烈的摩擦，使分布在鋼中的鉛微粒呈熔融狀態(tài)析出，產(chǎn)生潤滑，起減摩作用， 使切屑細碎，刀具壽命延長，從而改善鋼的切削性能。另外，鉛也容易使切屑卷曲和起脆化 作用，改善斷屑特性。鉛易切削鋼異向性小，故其機械性能比硫易切削鋼好，一般多用于較 重要的結(jié)構(gòu)件，廣泛用作制造精密儀表零件、汽車零件、各類機械的重要零件。
[0004] 然而，如何控制鋼中夾雜物的種類、形態(tài)、尺寸、數(shù)量及分布，從而使鑄出的鋼錠表 面質(zhì)量好，如表面光潔，無疏松、無縮孔等的缺陷，并增加鋼的致密度，細化晶粒，提高鋼材 的塑性、韌性、橫向機械性能，減小鋼材的各項異性；同時生產(chǎn)效率也得到提高是一個重要 的研究課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種含鉛易切削剛的冶煉工藝。本發(fā)明所提供的冶煉工藝 所得到的鋼錠表面質(zhì)量好，如表面光潔，無疏松、無縮孔等的缺陷，并增加了鋼的致密度，細 化了晶粒，提高了鋼材的塑性、韌性、橫向機械性能，減小了鋼材的各項異性；同時提高了生 產(chǎn)效率。
[0006] 本發(fā)明所提供的含鉛易切削鋼的冶煉工藝，包括如下步驟：
[0007] (1)原材料的選擇及加入方法：按照材料成分進行配料，使用工業(yè)純鐵作為原料， 在熔化前加入爐中；
[0008] ⑵裝料：在坩堝底部裝入占爐料重量2%?5%的底渣；
[0009] (3)熔化：裝料完畢后送電熔化，熔化期使爐料迅速熔化、脫硫并減少合金的損 失，爐料中配入一定量的硅和錳并在渣中加入脫氧劑，鋼液澄清后取樣進行爐前分析C、Si、 Μη、P、S以及隨爐料加入的合金元素和殘余元素；
[0010] ⑷還原精煉：加入渣料成渣后，提升鋼液溫度，向新渣表面加入脫氧劑，鋼液在 白漁層下保持10?60min;
[0011] (5)成分調(diào)整：由爐前取樣進行全元素分析鋼液成分，若有需要進行補料調(diào)整；
[0012] (6)出鋼澆鑄：出鋼方式采用除渣出鋼，澆鑄采用模鑄下鑄法，澆鑄時速度均勻；
[0013] (7)脫模和冷卻：澆鑄后靜置、脫模，脫模后冷卻；
[0014] (8)鍛造開坯：鋼錠開坯采用火焰加熱，終鍛溫度控制在705?800°C，鍛后空冷， 再結(jié)晶退火，將鍛件加熱到700?800°C，然后出爐在空氣中冷卻；
[0015] (9)電渣重熔：在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)盛有熔融的爐漁，自耗電極一端插入熔渣內(nèi)。 [0016]其中步驟（2)中底渣的作用是熔化后覆蓋在鋼液面上，保護合金元素不被氧化， 并起脫硫作用。
[0017] 其中步驟（3)中熔化期的主要反應(yīng)有碳、硅和錳的氧化及脫硫反應(yīng)。爐料中配入 一定量的硅和錳并在渣中加入脫氧劑可防止碳的氧化。鋼液熔清的標志是液面平靜，無氣 泡自鋼液內(nèi)部逸出。取樣時在杯中放人少量鋁粉脫氧，提高分析結(jié)果的準確性。
[0018] 其中步驟（9)中電渣重熔時強大的電流通過自耗電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底 水箱通過短網(wǎng)導(dǎo)線和變壓器形成的回路時，由于液態(tài)渣具有一定的電阻而產(chǎn)生渣阻熱，由 此熔化自耗電極。被熔化的電極金屬以熔滴形式通過渣池滴入溶池，從而在水冷結(jié)晶器中 自上而下地逐漸凝固成電渣錠。采用電渣重熔可使鋼錠表面光潔，無疏松、縮孔等缺陷，增 加了致密度，細化了晶粒，提高了鋼材的塑性、韌性、橫向機械性能，減小了鋼材的各項異 性。
[0019] 電渣重熔過程包括：重熔前準備，送電啟動，重熔精煉、補縮，錠子處理等。
[0020] 重熔前準備。將Pb粉和Te粉混入油漆以便在自耗電極上涂刷粘結(jié)均勻，由于Pb和Te均有毒性，在重熔過程中采用排氣裝置?？紤]冶煉過程中元素的燒損，按照成分配比， 每根電極棒需涂刷220克Pb粉和Te粉，本發(fā)明采用的渣量為3kg/43kg，即每根鋼錠使用渣 量 3kg。
[0021] 送電啟動。采用固渣啟動，引燃前已在保護結(jié)晶器底水箱的引錠板上放好導(dǎo)電渣， 其配比為W(CaF2):w(Ti02) =50:50。
[0022] 正常重熔。在重熔過程中電極下端至金屬溶池的中心區(qū)域溫度最高可達1700? 1800°C。自耗電極經(jīng)過約40min基本熔化，在此期間要監(jiān)控重熔的電壓、電流及水壓、水溫。 然后進行補縮，其作用在于減慢熔化速度，填充鋼錠頭部縮孔，避免加工時錠頭中央開裂， 提高產(chǎn)品成材率。補縮操作在重熔結(jié)束前10?15min進行，結(jié)束重熔時，停止下放電極，令 其末端自行熔化，直到電極露出渣面并發(fā)生電弧時即可停電，約10?15min后錠子全部凝 固，用吊車將錠子全部從結(jié)晶器取出，除去渣皮，在空氣中冷卻。
[0023] 其中步驟（6)的出鋼澆鑄必須使鑄錠工序準備完畢、剩鋼桶烘烤良好、爐臺和出鋼 口清掃干凈，才能出鋼。除渣出鋼即將爐渣除凈后進行出鋼和澆鑄，澆鑄時速度應(yīng)均勻，不 能太快或太慢。該方法優(yōu)點是鋼液在錠模內(nèi)能平穩(wěn)上升，不會引起鋼流飛濺，同時便于采取 保護澆鑄措施，鑄出的鋼錠表面質(zhì)量好，生產(chǎn)效率也較高。
[0024] 其中步驟（9)鍛造完畢，切除有偏析、縮孔等缺陷的頭尾，然后采用砂輪清理。該 步中為消除冷卻中產(chǎn)生的應(yīng)力和鍛造過程中殘余應(yīng)力，必須進行再結(jié)晶退火。
[0025] 作為優(yōu)選技術(shù)方案本發(fā)明所提供的冶煉方法，步驟（1)中硅鐵作為硅加入劑，在 熔清后與錳同時加入鋼液，少量錳以錳鐵的形式在熔清后與硅鐵同時加入爐中，大量錳以 錳鐵的形式在熔化后期加入。
[0026]優(yōu)選地，鉻以微碳鉻鐵形式加入，大部分含鉻爐料隨爐裝入，微碳鉻鐵在熔化期末 分批加入鋼液。
[0027]優(yōu)選地，鑰以鑰條形式加入，含鑰爐料在裝料時加入爐內(nèi)，少量含鑰爐料在熔清后 加入鋼液。鑰在高純鐵素體鋼中主要提高鋼的強度和耐蝕性。鑰料加入時應(yīng)做到料塊要小、 裝入高溫區(qū)、熔清后仔細檢查爐底狀況、加強攪拌。
[0028] 優(yōu)選地，采用硫化亞鐵增硫。用鋁箔或鐵皮包扎好插入鋼液內(nèi)部或加入鋼流、鋼包 中，即鋼包加硫，回收率高而且穩(wěn)定。
[0029] 優(yōu)選地，鉛和碲均采用電渣重熔加鉛法。加入形式為粉末和油漆混合后涂刷在電 極棒上。
[0030] 優(yōu)選地，造渣材料采用堿性坩堝通用爐渣。即其組成為：石灰70%?80%，螢石 20%?30%。
[0031] 優(yōu)選地，使用鋁塊作為脫氧劑。
[0032] 作為優(yōu)選技術(shù)方案本發(fā)明所提供的冶煉方法，步驟（4)中所述脫氧劑為硅鐵粉或 /和鋁粉。脫氧劑可迅速降低渣中（FeO)含量，使爐渣呈白色。鋼液在白渣層下保持一定時 間，為了使鋼液含氧量下降以達到脫氧目的。
[0033] 作為優(yōu)選技術(shù)方案本發(fā)明所提供的冶煉方法，步驟（6)中所述出鋼時溫度為 1450?1650°C，優(yōu)選1500?1600°C，進一步優(yōu)選1550°C;
[0034] 所述澆鑄時溫度為1500?1600°C，優(yōu)選1520?1550°C，進一步優(yōu)選1525? 15300C；
[0035] 所述的燒鑄速度為5min/ 5?10支錠，優(yōu)選5min/ 6?9支錠，進一步優(yōu)選 5min/ 8 支錠。
[0036] 作為優(yōu)選技術(shù)方案本發(fā)明所提供的冶煉方法，步驟（7)中所述的靜置時間為5? 40min優(yōu)選10?25min，進一步優(yōu)選15?20min。
[0037] 作為優(yōu)選技術(shù)方案本發(fā)明所提供的冶煉方法，步驟（7)中所述的脫模溫度為 600 ?850°C，優(yōu)選 650 ?750°C，進一步優(yōu)選 750°C。
[0038] 作為優(yōu)選技術(shù)方案本發(fā)明所提供的冶煉方法，步驟（7)中所述的冷卻采用砂冷，即 在熱砂堆中冷卻。
[0039] 作為優(yōu)選技術(shù)方案本發(fā)明所提供的冶煉方法，步驟（8)中加熱方式為緩慢加熱到 700?800°C，優(yōu)選760°C，為防止晶粒粗大，加熱溫度不能太高，保溫時間不能太長，然后快 速升溫到始鍛溫度1000?1150°C，優(yōu)選1040?1120°C。
[0040] 本發(fā)明所提供的含鉛易切削剛的冶煉方法使得到的鋼錠表面質(zhì)量好，如表面光 潔，無疏松、無縮孔等的缺陷，并增加了鋼的致密度，細化了晶粒，提高了鋼材的塑性、韌性、 橫向機械性能，減小了鋼材的各項異性；同時提高了生產(chǎn)效率。

【具體實施方式】
[0041] 為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實施 例僅僅用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。
[0042] 實施例1
[0043] 本發(fā)明所提供的含鉛易切削鋼的冶煉工藝步驟如下：
[0044] (1)原材料的選擇及加入方法：按照材料成分(表1中1#鋼）進行配料，使用工業(yè) 純鐵作為原料，在熔化前加入爐中；
[0045] (2)裝料：在坩堝底部裝入占爐料重量2 %的底渣；
[0046] (3)熔化：裝料完畢后送電熔化，熔化期使爐料迅速熔化、脫硫，爐料中配入一定 量的硅和錳并在渣中加入脫氧劑，然后取樣進行爐前分析C、Si、Mn、P、S以及隨爐料加入的 合金元素和殘余元素；
[0047] (4)還原精煉：加入渣料成渣后，提升鋼液溫度，向新渣表面加入脫氧劑，鋼液在 白漁層下保持30min;
[0048] (5)成分調(diào)整：由爐前取樣進行全元素分析鋼液成分，若有需要進行補料調(diào)整；
[0049] (6)出鋼澆鑄：出鋼方式采用除渣出鋼，澆鑄采用模鑄下鑄法，澆鑄時速度均勻； [0050] (7)脫模和冷卻：澆鑄后靜置、脫模，脫模后冷卻；
[0051] (8)鍛造開坯：鋼錠開坯采用火焰加熱，終鍛溫度控制在750°C，鍛后空冷，再結(jié)晶 退火，將鍛件加熱到750°C，然后出爐在空氣中冷卻；
[0052] (9)電渣重熔：在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)盛有熔融的爐漁，自耗電極一端插入熔渣內(nèi)。
[0053] 實施例2
[0054] 本發(fā)明所提供的含鉛易切削鋼的冶煉工藝步驟如下：
[0055] (1)原材料的選擇及加入方法：按照材料成分(表1中2#鋼）進行配料，使用工業(yè) 純鐵作為原料，在熔化前加入爐中；
[0056] (2)裝料：在坩堝底部裝入占爐料重量5 %的底渣；
[0057] (3)熔化：裝料完畢后送電熔化，熔化期使爐料迅速熔化、脫硫，爐料中配入一定 量的硅和錳并在渣中加入脫氧劑，然后取樣進行爐前分析C、Si、Mn、P、S以及隨爐料加入的 合金元素和殘余元素；
[0058] (4)還原精煉：加入渣料成渣后，提升鋼液溫度，向新渣表面加入脫氧劑，鋼液在 白漁層下保持60min;
[0059] (5)成分調(diào)整：由爐前取樣進行全元素分析鋼液成分，若有需要進行補料調(diào)整；
[0060] (6)出鋼澆鑄：出鋼方式采用除渣出鋼，澆鑄采用模鑄下鑄法，澆鑄時速度均勻；
[0061] (7)脫模和冷卻：澆鑄后靜置、脫模，脫模后冷卻；
[0062] (8)鍛造開坯：鋼錠開坯采用火焰加熱，終鍛溫度控制在800°C，鍛后空冷，再結(jié)晶 退火，將鍛件加熱到700°C，然后出爐在空氣中冷卻；
[0063] (9)電渣重熔：在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)盛有熔融的爐漁，自耗電極一端插入熔渣內(nèi)。
[0064] 實施例3
[0065] 本發(fā)明所提供的含鉛易切削鋼的冶煉工藝步驟如下：
[0066] (1)原材料的選擇及加入方法：按照材料成分(表1中3#鋼）進行配料，使用工業(yè) 純鐵作為原料，在熔化前加入爐中；
[0067] (2)裝料：在坩堝底部裝入占爐料重量4%的底渣；
[0068] (3)熔化：裝料完畢后送電熔化，熔化期使爐料迅速熔化、脫硫，爐料中配入一定 量的硅和錳并在渣中加入脫氧劑，然后取樣進行爐前分析C、Si、Mn、P、S以及隨爐料加入的 合金元素和殘余元素；
[0069] (4)還原精煉：加入渣料成渣后，提升鋼液溫度，向新渣表面加入脫氧劑，鋼液在 白漁層下保持IOmin;
[0070] (5)成分調(diào)整：由爐前取樣進行全元素分析鋼液成分，若有需要進行補料調(diào)整；
[0071] (6)出鋼澆鑄：出鋼方式采用除渣出鋼，澆鑄采用模鑄下鑄法，澆鑄時速度均勻；
[0072] (7)脫模和冷卻：澆鑄后靜置、脫模，脫模后冷卻；
[0073] (8)鍛造開坯：鋼錠開坯采用火焰加熱，終鍛溫度控制在705°C，鍛后空冷，再結(jié)晶 退火，將鍛件加熱到800°C，然后出爐在空氣中冷卻；
[0074] (9)電渣重熔：在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)盛有熔融的爐漁，自耗電極一端插入熔渣內(nèi)。
[0075] 所得產(chǎn)品中成分分析見表1。
[0076] 表 1
[0077]

【權(quán)利要求】
1. 一種含鉛易切削鋼的冶煉工藝，包括如下步驟： (1) 原材料的選擇及加入方法：按照材料成分進行配料，使用工業(yè)純鐵作為原料，在熔 化前加入爐中； (2) 裝料：在坩堝底部裝入占爐料重量2 %?5 %的底渣； (3) 熔化：裝料完畢后送電熔化，熔化期使爐料迅速熔化、脫硫并減少合金的損失，爐 料中配入一定量的硅和錳并在渣中加入脫氧劑，鋼液澄清后取樣進行爐前分析C、Si、Mn、P、 S以及隨爐料加入的合金元素和殘余元素； (4) 還原精煉：加入渣料成渣后，提升鋼液溫度，向新渣表面加入脫氧劑，鋼液在白渣 層下保持10?60min ; (5) 成分調(diào)整：由爐前取樣進行全元素分析鋼液成分，若有需要進行補料調(diào)整； (6) 出鋼澆鑄：出鋼方式采用除渣出鋼，澆鑄采用模鑄下鑄法，澆鑄時速度均勻； (7) 脫模和冷卻：澆鑄后靜置、脫模，脫模后冷卻； (8) 鍛造開坯：鋼錠開坯采用火焰加熱，終鍛溫度控制在705?800°C，鍛后空冷，再結(jié) 晶退火，將鍛件加熱到700?800°C，然后出爐在空氣中冷卻； (9) 電渣重熔：在銅制水冷結(jié)晶器內(nèi)盛有熔融的爐渣，自耗電極一端插入熔渣內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的冶煉方法，其特征在于，步驟（1)中硅鐵作為硅加入劑，在熔清 后與錳同時加入鋼液，少量錳以錳鐵的形式在熔清后與硅鐵同時加入爐中，大量錳以錳鐵 的形式在熔化后期加入； 優(yōu)選地，鉻以微碳鉻鐵形式加入，大部分含鉻爐料隨爐裝入，微碳鉻鐵在熔化期末分批 加入鋼液； 優(yōu)選地，鑰以鑰條形式加入，含鑰爐料在裝料時加入爐內(nèi)，少量含鑰爐料在熔清后加入 鋼液； 優(yōu)選地，采用硫化亞鐵增硫； 優(yōu)選地，鉛和碲均采用電渣重熔加鉛法； 優(yōu)選地，造渣材料采用堿性坩堝通用爐渣； 優(yōu)選地，使用鋁塊作為脫氧劑。
3. 如權(quán)利要求1所述的冶煉方法，其特征在于，步驟（4)中所述脫氧劑為硅鐵粉或/和 錯粉。
4. 如權(quán)利要求1所述的冶煉方法，其特征在于，步驟（6)中所述出鋼時溫度為1450? 1650°C，優(yōu)選 1500 ?1600°C，進一步優(yōu)選 1550°C ; 所述澆鑄時溫度為1500?1600°C，優(yōu)選1520?1550°C，進一步優(yōu)選1525?1530°C; 所述的燒鑄速度為5min / 5?10支錠，優(yōu)選5min / 6?9支錠，進一步優(yōu)選5min / 8支錠。
5. 如權(quán)利要求1所述的冶煉方法，其特征在于，步驟（7)中所述的靜置時間為5? 40min優(yōu)選10?25min，進一步優(yōu)選15?20min。
6. 如權(quán)利要求1所述的冶煉方法，其特征在于，步驟（7)中所述的脫模溫度為600? 850°C，優(yōu)選 650 ?750°C，進一步優(yōu)選 750°C。
7. 如權(quán)利要求1所述的冶煉方法，其特征在于，步驟（7)中所述的冷卻采用砂冷，即在 熱砂堆中冷卻。
8.如權(quán)利要求1所述的冶煉方法，其特征在于，步驟（8)中加熱方式為緩慢加熱到 700?800°C，優(yōu)選760°C，然后快速升溫到始鍛溫度1000?1150°C，優(yōu)選1040?1120°C。
【文檔編號】C21C7/06GK104278158SQ201310293798
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】李飛 申請人:無錫成博科技發(fā)展有限公司