一種高性能經濟復合易切削鋼的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種易切削鋼，具體地屬于一種含硼低鉛復合易切削鋼。
【背景技術】
[0002] 易切削鋼能有效降低切削抗力、減緩刀具磨損、提高作業(yè)效率，很好地適應現代數 控機床高效、智能化生產的需求，屬于節(jié)能材料，廣泛用于家電、五金、汽車以及辦公設備等 領域。
[0003] 易切削鋼主要有硫系和鉛系兩大類。
[0004] 鉛系易切削鋼具備最優(yōu)的切削性能且兼具優(yōu)良的力學性能、熱處理性能、冷熱加 工性能和焊接性能等。但其面臨自身無法克服的問題：鉛有毒且化學性質活潑，使得含鉛易 切削鋼生產、使用以及回收過程均面臨環(huán)保壓力，為滿足日趨嚴苛的環(huán)保要求，含鉛易切削 鋼冶煉生產以及廢料處理等均需采用特殊工藝和裝備進行，導致成本快速增加，因此國內 主要由特鋼企業(yè)生產，這也造成在我國鋼鐵產量嚴重過剩的大背景下易切削鋼仍需大量進 口的事實。目前，歐美等發(fā)達國家正逐步立法限制含鉛易切削鋼的生產、使用和回收。
[0005] 硫系易切削鋼是常見的無鉛易切削鋼，MnS在鋼中形成裂紋源，并在機械加工過程 不斷擴展，達到斷肩的目的。硫系易切削鋼切削性能取決于MnS夾雜數量、分布以及形態(tài)， 而較高的硫含量有助于提高鋼中MnS夾雜數量和分布；較高的氧含量則有助于形成有利于 切削性能提尚的I型MnS夾雜，因此硫系易切削鋼硫、氧含量$父尚。
[0006] 但較高的硫、氧含量會使鋼材面臨如下問題： (1)機械性能、熱加工性能以及焊接性能顯著降低。較高的氧含量，惡化鋼質，導致鋼中 氧化物夾雜增多，同時MnS夾雜會沿軋制方向延伸，導致鋼材力學性能各向異性增大，嚴重 限制硫系易切削鋼的使用范圍。
[0007] (2)生產困難。高硫、高氧易切削鋼是世界三大難連鑄的鋼種之一，連鑄工藝難 點在于：高氧含量、高硫含量大大降低鋼水表面張力，使鋼渣分離困難，從而造成鋼渣混卷， 形成大量表面及皮下缺陷，甚至造成漏鋼；高錳含量、高氧含量高溫下會與耐火材料發(fā)生反 應，加速耐火材料浸蝕，導致溢鋼或中間包漏鋼；鋼液粘度大，流動性差，為保證其可澆性必 須提高澆注溫度，但同時易切削鋼又是裂紋敏感鋼種，又必須采用弱冷制度。這些相互矛盾 的要求，使得硫系易切削鋼連鑄工藝面臨極大的挑戰(zhàn)。因此，國內硫系易切削鋼主要由特鋼 企業(yè)生產，普通企業(yè)缺乏相關工藝技術條件，限制了硫系易切削鋼的生產、推廣與應用。
[0008] 經檢索：中國專利申請?zhí)枮镃N200380103425. 5的專利文獻，公開了一種切削性優(yōu) 良的鋼，其特征在于，它是按質量％由C :0. 005~0. 2%、Si :0. 001~0. 5%、Mn :0. 2~ 3· 0%、P :0· 001 ~0· 2%、S :0· 03 ~L 0%、B :0· 005 ~0· 05%、總 N :0· 002 ~0· 02%、總 0 : 0. 005~0. 035%、余量為Fe和不可避免的雜質構成。其存在的不足：該文獻鋼種為高硫、 高氧的硫系易切削鋼，冶煉生產困難、成本高，鋼質純凈度差，主要依賴MnS改善鋼材切削 性能，因而不可避免的導致機械性能、熱加工性能等偏低；同時，該文獻鋼種化學成分復雜， 含有大量貴金屬合金，因而工藝復雜、生產成本較高。而本發(fā)明：硫含量(< 〇. 2%)和氧含量 (< 0. 02%)較低，成分簡單易控，切削性能優(yōu)良(利用MnS和BN共同提高鋼材切削性能）且 力學性能良好，生產工藝控制簡單，適合非特鋼企業(yè)生產，具有良好的可推廣性和適用性。
[0009] 中國專利申請?zhí)枮镃N200980138439. 8的專利文獻，公開了一種不含鉛的快速切 削鋼，其包括（以重量％計）0.03-0. 13重量％的碳（C)、0. 1重量％以下的硅（Si)、0. 7-2. 0 重量 ％ 的錳（Mn)、0. 05-0. 15 重量 ％ 的磷（P)、0. 2-0. 5 重量 ％ 的硫（S)、0. 001-0. 01 重量 ％ 的硼（B)、0· 1-0. 5 重量 ％ 的鉻（Cr)、0· 05-0. 4 重量 ％ 的鈦（Ti)、0· 005-0. 015 重量 ％ 的氮 (N)、0. 03重量％以下的氧（0)、余量的鐵（Fe)和其他不可避免的雜質。其存在的不足：該 文獻鋼種屬于尚硫易切削鋼，B的加入目的為提尚鋼的泮透性（固溶入鋼中）而不是提尚切 削性能(生產BN夾雜)，且鋼中Ti、N、0含量較高，容易生產大量鈦的碳氮化物和氧化，導致 冶煉、連鑄困難，并造成鋼中硬質夾雜物增多惡化切削性能。
[0010] 中國專利申請?zhí)枮镃N200780048197. 4的專利文獻，公開了 一種無 Pb的 易切削鋼，由 〇· 03-0. 30wt % 的碳（C)、0· 01-0. 30wt % 的硅（Si)、0· 2-2. Owt % 的錳 (Mn)、0· 02-0.1 Owt % 的磷（P)、0· 06-0. 45wt % 的硫（S)、0· 04-0. 20wt % 的鉍（Bi)、 0.04-0.20wt % 的錫（Sn)、0.001-0.015wt % 的硼（B)、0.001-0.010wt % 的氮（N)、 0.002-0. 025wt%的總氧（T[0])和余量的鐵以及不可避免的雜質形成。其存在的不足：該 文獻鋼種屬于復合系易切削鋼，鋼中稀土元素（Bi、Sn )含量高，因而生產成本高昂，同時，硫 含量較高而B含量較低，未能充分發(fā)揮BN夾雜改善鋼材切削性能的效果，過多的MnS夾雜 在鋼中必然會惡化鋼材機械性能、熱加工性能等，因而該文獻鋼種成本高昂、使用效能低。 [0011]目前，易切削鋼往往由特鋼企業(yè)生產，但現有鉛系、硫系及復合系易切削鋼，或因 環(huán)境污染嚴重；或因生產困難，切削性能、力學性能欠佳；或因成本太高、性價比低下等原 因，難以滿足經濟社會發(fā)展需求。為克服上述現有技術的不足，本發(fā)明利用BN和MnS共同 改善鋼材切削性能，開發(fā)出一種適合非特鋼企業(yè)生產的新型高性能、低成本復合易切削鋼。

【發(fā)明內容】

[0012] 本發(fā)明的目的再與解決現有技術的不足，提供一種不僅具有良好的力學性能，及 切削性能與鉛系易切削鋼相近，且噸鋼成本至少能降低150元，還適合非特鋼企業(yè)生產的 高性能經濟復合易切削鋼。
[0013] 實現上述目的的措施： 一種高性能經濟復合易切削鋼，其組分及重量百分比含量為：C :0. 21~0. 48 %、Si : < 0· 08 %、Mn :1· 2 ~L 5 %、P < 0· 001 %、S :0· 01 ~0· 03 %、N :0· 06 ~0· 08 %、B :0· 05 ~ 0. 07 %、0 :0. 015 ~0. 025 %、Ca :0. 001 ~0. 009 %、Mg :0. 002 ~0. 0080 %、A1 :0. 01 ~0. 02 %，其余為Fe及不可避免的雜質；同時滿足N/B=l. 1~1.4 ;BN夾雜長度45~65 μ m，寬度 彡5μπι的BN夾雜數量> 3000個/mm2;MnS夾雜當量圓直徑為0. 1~0. 4μπι的MnS數量 > 500 個/mm2。 優(yōu)選地：Ν重量百分比含量為0. 06~0. 07%。
[0014] 優(yōu)選地：Β重量百分比含量為0· 05~0· 06%。
[0015] 優(yōu)選地：S重量百分比含量為0· 02~0· 03%。
[0016] 其在于：添加有重量百分比含量為：Ni :0. 01~0. 03 %、或Cu :0. 01~0. 03 %、或 Cr :0. 03~0. 05 %中的一種，或含量為0. 04~0. 06 %的Ni、Cu及Cr中兩種及以上以任 意比例的混合物。
[0017] 本發(fā)明各原料的作用： C :碳含量對鋼材強度、硬度有重要影響，過高的碳含量使鋼中珠光體比例增加，使鋼的 強度提高，不利于切削加工；而過低的碳含量會降低鋼材的強度，并使得鋼材偏軟，降低鋼 材力學性能和斷肩性能。通過實驗發(fā)現當碳含量低于〇. 21%時鋼質偏軟，鋼材力學性能難 以滿足要求，且切削過程鐵肩長且不易斷，因而切削性能不佳，同時鋼材強度較低；當碳含 量超過0. 38%時鋼材基體硬度偏高，對刀具磨損較為嚴重且力學性能富余量較高，因而綜 合考慮力學性能和切削性能，碳含量設計為〇. 21~0. 48%。
[0018] Si :娃在鋼中形成娃酸鹽，會導致刀具磨損，娃高會促使磷從基體中析出，在晶界 易形成磷化物薄膜，惡化鋼的熱加工性能