石墨化熱處理用鋼材及切削性和冷鍛性優(yōu)異的石墨鋼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種石墨化熱處理用鋼材及切削性和冷鍛性優(yōu)異的石墨鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 一般來說，工業(yè)機械或汽車等機械部件通常是通過切削加工工序或冷鍛工序中的 一種方式加工成具有復(fù)雜形狀的部件。但是，為了將原材料加工成最終形狀，切削工序具有 加工量增加、由此導(dǎo)致的部件損失大、生產(chǎn)成本過多的問題。相反，相比切削工序，冷鍛工序 具有材料損失比較少，且通過簡單的工序就能實施的優(yōu)點，但在部件的最終形狀復(fù)雜的情 況下，僅通過鍛造工序很難完成復(fù)雜的形狀。因此，通過冷鍛工序加工成與最終形狀相近的 形狀，然后通過切削工序最終加工成復(fù)雜形狀，運種方式在節(jié)約材料和減少生產(chǎn)成本等方 面最為適宜。但是，為了在冷鍛后進行切削工序，材料需要具有優(yōu)異的切削性、冷鍛性，但普 通的鋼無法滿足所述物理性質(zhì)。
[0003] 一般，要求具備切削性的機械部件等的材料使用添加了化、Bi、S等具有切削性的 元素的快銷鋼。然而，在進行切削工序時，雖然運種快銷鋼從表面粗糖度、忍片處理、工具壽 命等鋼的快削性方面來看非常有利，但利用所述快銷鋼進行冷鍛工序時冷鍛性處于劣勢， 因為由切削性提高元素組成的夾雜物導(dǎo)致的裂縫，即使微小的變形也會產(chǎn)生龜裂等。
[0004] 而且，具有代表性的添加了化的快銷鋼在進行切削工序時會排放有毒煙氣 (fume)等有害物質(zhì)，不僅具有對人體非常有害，而卻對鋼材的二次利用也很不利的問題。因 此，為了代替運種快銷鋼，曾提出添加 S、Bi、Te、Sn等元素，但添加 Bi的鋼材在制造過程中 易發(fā)生龜裂，由此具有在生產(chǎn)方面非常苛刻的問題，S、Te及Sn等是在熱社時導(dǎo)致龜裂。
[0005] 一方面，冷鍛用鋼具有優(yōu)異的初性和延展性，因此在進行冷鍛工序時材料幾乎不 會發(fā)生龜裂，有利于加工成與最終形狀相似的形狀，但隨后進行切削工序時，從忍片可處理 性和工具磨損度等切削性方面考慮非常欠佳，因此存在難W使用的問題。
[0006] 為解決上述問題而提出的鋼就是石墨鋼。石墨鋼為在鐵酸鹽基體或鐵酸鹽及珠 光體基體內(nèi)部包含微細石墨粒的鋼，其具有良好的沖擊初性和延展性，從而具有優(yōu)異的冷 鍛性，同時其內(nèi)部的微細石墨粒在切削時作為裂縫來源（source),充當著斷屑器（chip breaker)的作用，因此所述石墨鋼是同時具有良好的切削性的鋼。
[0007] 但是，運種石墨鋼盡管擁有上述優(yōu)點，但現(xiàn)在還沒有被普及。其主要原因是盡管鋼 里添加碳會使石墨的性質(zhì)更穩(wěn)定，但由于被析出亞穩(wěn)狀態(tài)碳化鐵，若不經(jīng)過額外的長時間 的熱處理難W析出石墨，在運種長時間的熱處理過程中會發(fā)生脫碳，對成品的性能產(chǎn)生負 面影響。而且，即便通過石墨化熱處理析出石墨粒，如果鋼基體內(nèi)石墨被粗略地析出，發(fā)生 龜裂的可能性就會高，從而冷鍛性低下，當W非球形的不規(guī)則地形狀不均勻地分布時，因切 削時物理性質(zhì)分布不均勻，忍片可處理性或表面粗糖度會變得很差，工具壽命也會縮短，從 而很難獲得石墨鋼的優(yōu)點。因此，需要提供一種能夠大幅度縮短熱處理時間的同時，熱處理 時使微細石墨粒W規(guī)則的形狀在基體內(nèi)均勻分布的石墨化熱處理用鋼材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引（一）要解決的技術(shù)問題
[0009] 本發(fā)明的一個方面是提供一種能夠大幅度縮短熱處理時間的同時，使微細石墨粒 W規(guī)則的形狀在基體內(nèi)均勻分布的石墨化熱處理用鋼材。
[0010] 本發(fā)明的另一方面是提供一種切削性及冷鍛性優(yōu)異的石墨鋼。 柳川（二）技術(shù)方案
[0012] 本發(fā)明的一個方面是提供一種石墨熱處理用鋼材，W重量％計，其包括：0. 30~ 0. 80% 的碳（C)、2. 0 ~3. 0% 的娃（Si)、0. 01 ~1. 00% 的儘（Μη)、0. 001 ~0. 020% 的侶 (Α1)、0. 01 ~0. 02 % 的儀（Mg)、0. 01 ~0. 50 % 的銅（Cu)、0. 030 % W下的憐（Ρ)、0. 030 % W 下的硫（S)、0. 002~0.006 %的棚度）、0. 006~0.012 %的氮（腳、0. 005 % W下的氧（0)、 余量的化和不可避免的雜質(zhì)。
[0013] 并且，本發(fā)明的另一個方面是提供一種切削性優(yōu)秀的石墨鋼，W重量％計，其包 括：0.30 ~0.80 % 的碳似、2.0 ~3.0 % 的娃（su、0. 01 ~1.00 % 的儘（Μη)、0. 01 ~ 0.03%的侶（41)、0.01~0.02%的儀（]\%)、0.01~0.50%的銅（〇1)、0.030%^下的憐 任）、0. 030%W下的硫（S)、0. 002 ~0. 006%的棚度）、0. 006 ~0. 012%的氮（腳、0. 005% W下的氧（0)、余量的化和不可避免的雜質(zhì)，鐵酸鹽基體包括面積分數(shù)為1%W上的石墨 粒，所述石墨粒的平均縱橫比（長軸/短軸）小于或等于1. 5。
[0014] (S)有益效果
[0015] 本發(fā)明的石墨鋼同時具有切削性和冷鍛性，優(yōu)選地，可用作工業(yè)機械或汽車等的 機械部件的原材料。
【具體實施方式】
[0016] 下面，對本發(fā)明的一個方面的石墨化熱處理用鋼材進行詳細說明。首先，對鋼材的 合金組成及成分范圍進行詳細說明。 陽017] 碳似：0. 30~0. 80重量％
[0018] 碳是形成石墨粒的必要元素。所述碳含量小于0. 30重量％的情況下，提高切削性 的效果不足，相反，在其含量過多的情況下，石墨粒會被粗略地析出，從而存在冷鍛性會降 低的隱患。因此，所述碳含量的上限優(yōu)選為0. 80重量％，更優(yōu)選為0. 70重量％。
[0019] 娃儀）：2. 0~3.0重量％
[0020] 娃是制造鋼錠時作為脫氧劑所必要的成分，是通過將鋼中的碳化鐵變得不穩(wěn)定， 使碳變成石墨而析出的石墨化促進元素，因此積極添加。為了實現(xiàn)所述效果，本發(fā)明包括所 述娃的含量優(yōu)選為2. 0重量％，更優(yōu)選為2. 2重量％。相反，其含量過多不僅效果會飽和， 且由于固溶強化效果，存在切削性降低，誘發(fā)根據(jù)非金屬夾雜物的增加的易碎性，且熱社時 誘發(fā)脫碳的隱患。因此，所述娃含量的上限優(yōu)選為3. 0重量％，更優(yōu)選為2. 8重量％。
[0021] 儘（Μη) :0. 01 ~1. 00 重量 ％
[0022] 儘提高鋼材的強度和沖擊特性，與鋼中的硫（巧結(jié)合形成MnS夾雜物，從而有助于 提高切削性。為了實現(xiàn)所述效果，本發(fā)明包括所述儘的含量優(yōu)選為0.01重量％^上，更優(yōu) 選為0. 1重量％。相反，其含量過多會抑制石墨化，從而存在延遲石墨化時間的隱患。因此， 所述儘（Μη)含量的上限優(yōu)選為1. 00重量％，更優(yōu)選為0. 6重量％。
[0023] 侶（Al) :0. 01 ~0. 03 重量％
[0024] 侶（A1)是強脫氧元素，不僅有助于脫氧，而且是促進石墨化的有用元素。侶在石 墨化熱處理過程中促進碳化鐵分解的同時，與氮結(jié)合形成A1N，從而起到妨礙碳化鐵穩(wěn)定性 的作用。并且，添加侶之后，鋼中形成的侶氧化物將成為BN的析出核，在促進石墨結(jié)晶化方 面也有效果。為了實現(xiàn)所述效果，本發(fā)明包括所述侶的含量優(yōu)選為0.01重量％^上，更優(yōu) 選為0. 012重量％。相反，其含量過多不僅效果會飽和，而且熱變形性也會明顯下降。因此， 所述侶含量的上限優(yōu)選為0. 03重量％，更優(yōu)選為0. 028重量％。 陽0巧]儀（Mg) :0. 01~0. 02重量％ 陽0%] 儀與鋼中氧結(jié)合形成MgO等氧化物，運些會形成單獨或與硫化物的復(fù)合夾雜物， 作為石墨或BN的成核位置，并在基體內(nèi)均勻分散石墨粒，使石墨粒變成球狀。為了實現(xiàn)所 述效果，本發(fā)明包括所述儀的含量優(yōu)選為0. 01重量％ ^上，更優(yōu)選為0. 012重量％。相反， 其含量過多會出現(xiàn)