專利名稱：：易切削非調(diào)質(zhì)鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于冶金
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種易切削非調(diào)質(zhì)鋼及其制造方法，尤其涉及一種具有較高切削性能的切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
：非調(diào)質(zhì)鋼是不經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理可達到性能要求的機械結(jié)構(gòu)鋼，采用此類鋼制造零件，可省去調(diào)質(zhì)熱處理工序和裝備，同時，避免了熱處理過程中的所產(chǎn)生的廢品，減少了污染，降低了能耗，這種鋼屬節(jié)能型鋼材。我國有豐富的釩、鈦等資源、發(fā)展非調(diào)質(zhì)鋼不僅符合我國國情，而且有助于釩、鈦的綜合利用。同時采用非調(diào)質(zhì)鋼可得到均勻的截面性能，降低零件的制造成本，對提高我國汽車和機械產(chǎn)品的質(zhì)量具有特殊的意義。我國非調(diào)質(zhì)鋼的開發(fā)和應(yīng)用最廣泛的是汽車行業(yè)，非調(diào)質(zhì)鋼的市場主要集中在幾家汽車制造廠及配件制造廠。熱鍛用非調(diào)質(zhì)鋼多用于制造汽車的連桿、曲軸、前軸、半軸等發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的零部件；高強度、高韌性非調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用于抽油桿、汽車的保安部件前梁、船舶用發(fā)動機曲軸等；直接切削用非調(diào)質(zhì)鋼主要用來制造桿類、螺栓等零件。根據(jù)GB/T15712-1995《非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼》，非調(diào)質(zhì)鋼按使用加工方法分兩類一是切削加工用非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼，二是熱壓力加工用非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼。對于切削加工用非調(diào)質(zhì)機械結(jié)構(gòu)鋼，其基體的組織和性能完全取決于供貨狀態(tài)下熱軋鋼材的組織和性能。軋后冷卻速度和終止快冷溫度影響著鋼材的組織和性能，因此應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的軋制工藝制度。在公開號為CN1667129A(申請?zhí)?00410006571.2)，名稱為含硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼的制造方法的中國專利申請中，申請人首鋼總公司公開了一種采用轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄-控扎控冷生產(chǎn)含硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼的工藝，包括含硫鐵水-轉(zhuǎn)爐冶煉-擋渣出鋼-鋼包脫氧合金化-LF鋼包精煉-喂S線-鋼包底吹氬-全保護澆鑄-鑄坯控冷-控軋控冷步驟。CN1667129A號申請也公開了通過這種工藝生產(chǎn)的非調(diào)質(zhì)鋼的組份及含量范圍。在公開號為CN1858283A(申請?zhí)?00510039213.6)，名稱為中碳硅釩氮微合金化非調(diào)質(zhì)鋼的中國專利申請中，申請人馬鞍山鋼鐵股份有限公司公開了一種中碳硅釩氮微合金化非調(diào)質(zhì)鋼鋼種設(shè)計，其組份及含量范圍C:0.370.44%，Si《0.500.90%，Mn:0.600.90%，P《0.035%,S《0.035%,V:0.030.08%，NX).0070%，其余為Fe和雜質(zhì)。本發(fā)明通過增加廉價的Si、N元素，減少鋼中錳及貴重的釩鈦等元素，降低生產(chǎn)成本。在授權(quán)公告號為CN1218061C(申請?zhí)?2145362.4)，名稱為一種鈣處理釩一氮一鈦微合金化非調(diào)質(zhì)鋼及其制備工藝的中國專利文獻中，申請人寶山鋼鐵股份有限公司公開了發(fā)明鋼組份及含量范圍C:O.250.40%、Mn:1.01.70%、Si:0.300.70%、V:O.050.20%、Cr:O.300.20%、Ti:0.0050.025%、N:O.00800.02%、S:O.0050.025%、Ca:0.00050.0050%、其余為不可避免的雜質(zhì)。另外，還公開了發(fā)明鋼的制造工藝。該發(fā)明通過碳、錳、硅、鉻、釩和氮等合金元素的匹配設(shè)計，并實施鈣處理，解決了釩微合金化非調(diào)質(zhì)鋼無法在大截面情況下保證內(nèi)部硬度及組織均勻性的缺陷，提高了模具鋼材料耐大氣腐蝕性能。該發(fā)明中鈣處理一是為了控制硫化物形態(tài)，降低偏析，改善韌性和切削加工性；二是為了獲得含轉(zhuǎn)的硫化物，誘導(dǎo)鐵素體相變，從而進一步改善切削加工性能和硬度分布。上述專利文獻分別涉及轉(zhuǎn)爐冶煉硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼的制造方法、一種低成本中碳硅釩氮微合金化非調(diào)質(zhì)鋼設(shè)計和一種適用于大截面塑料模具的鈣處理釩一氮一鈦微合金化非調(diào)質(zhì)鋼及其制造方法。但沒有涉及解決適用于高切削速度下提高Mn-V系非調(diào)質(zhì)鋼切削性能問題。除此之外，目前我國常用的易切削加工非調(diào)質(zhì)鋼大部分為低硫易切削鋼，雖具有優(yōu)良的低、中速切削加工性能，但S易切削加工鋼的夾雜物單一，塑性太大，壓力加工時沿加工方向顯著伸長，導(dǎo)致材料具有較強的各向異性。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有較高切削性能的Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼，主要解決了低硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼在高速切削條件下切削性能問題，極大地改善了力學(xué)性能。本發(fā)明另外的目的在于提供具有較高切削性能的Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼的制備方法。切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼，其組成按重量百分?jǐn)?shù)為C:0.440.49%S:0.0400.065%Si:0.300.60%P《0.035%Mn:1.201.50%Ca:0.0010.010%V:0.080.12%Al:0.010.03%Cr、Ni、Cu《0.30%余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選的，切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼，組成按重量百分?jǐn)?shù)為C:0.440.48%S:0.0400.065%Si:0.350.45%P《0.035%Mn:1.301.45%Ca:0.0010.010%V:0.080.10%Al:0.010.03%Cr、Ni、Cu《0.30%余為Fe和不可避免的雜質(zhì)?？刂艭a含量為0.0010.010X的目的是為了克服長條形硫化物給材料力學(xué)性能帶來的弊病，改善鋼的高速切削加工性能，設(shè)計加入Ca:0.0010.010%，進行Ca-S復(fù)合處理，從而控制硫化物形態(tài)。Ca處理的易切削鋼高速切削時，在刀具上形成一層覆蓋膜，起到潤滑、減輕刀具磨損的作用，同時兼顧力學(xué)性能不降低。為了減少MnS熱脆性影響，設(shè)計w(Mn)/"(S)—般在20以上，其它成分取中限控制。當(dāng)酸溶A1小于0.005X時，不形成易于MnS在其上析出的Al必,與MnO、FeO結(jié)合的復(fù)合氧化物，大于0.030%時形成單純的八1203，不利于細小彌散的MnS析出，因此，Al含量設(shè)計控制在0.0100.030%。切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼的制備方法，包括冶煉及合金化、澆注、軋制和控冷工藝，其特征在于，控制鋼的化學(xué)成分重量百分比含量為C:0.440.49%Si:0.300.60%Mn:1.201.50%P《0.035%V:0.080.12%Ca:0.0010.010%Cr、Ni、Cu《0.30%Al:0.010.03%余為Fe和不可避免的雜質(zhì)，S:0.0400.065%通過鋼包吹氬、Ca-S復(fù)合處理控制鋼中夾雜物組成，先向鋼中加入S線后，向鋼中加入Ca-Si線進行Ca處理，控制Ca/S比0.020.05，終脫氧喂入鋁線。并且，采用連鑄澆注鑄坯，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為11801220。C，加熱時間為23h，開軋溫度11001150°C，終軋溫度8501000。C，軋后鋼材冷卻速度為1.52.5°C/s，下冷床堆冷溫度600700°C。本發(fā)明的創(chuàng)新點之一在于合理的熱軋工藝，目的是為了使非調(diào)質(zhì)鋼的熱軋材，特別是直接切削加工用非調(diào)質(zhì)鋼熱軋材達到要求的力學(xué)性能。在鋼的化學(xué)成分符合要求的情況下對含釩鋼，加熱爐的均熱溫度為U80122(TC，完全可以保證V化合物充分固溶，為其析出強化創(chuàng)作了條件；終軋溫度控制在8501000°C，因為低的終軋溫度可明顯提高非調(diào)質(zhì)鋼的塑、韌性；軋后鋼材冷卻速度為1.52.5'C/s，可保證最佳的析出強化效果；下冷床堆冷溫度控制在600700°C，可保證鋼材性能和質(zhì)量。進一步優(yōu)選的，切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼的制備方法，在保證鋼的化學(xué)成分符合要求的情況下，進行如下步驟(1)冶煉及合金化一一電爐冶煉、出鋼，LF爐外精煉。為保證鋼中易切削夾雜物形態(tài)，采用先向鋼中加入S線，后向鋼中加入Ca-Si線進行Ca處理，并控制合適的Ca/S比0.020.05，確?；瘜W(xué)成分符合設(shè)計要求，(2)澆注一一采用連鑄澆注鑄坯，控制過熱度，連鑄中間包為203CTC，控制澆注速度，連鑄拉坯速度為0.801.20m/min，保證鑄坯質(zhì)量，(3)軋制——鋼坯在加熱爐的均熱溫度為11801220°C，加熱時間為23h，開軋溫度11001150°C，終軋溫度8501000。C，(4)控冷——軋后鋼材冷卻速度為1.52.5°C/s，下冷床堆冷溫度60070(TC。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案的有下列優(yōu)點1、同目前廣泛應(yīng)用的低硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼比較(1)本發(fā)明鋼通過添加Ca元素以及控制合適的Ca/S比0.020.05，可改善硫化物夾雜物形態(tài)，提高高速切削時的加工性能，改善S對力學(xué)性能的不利影響。(2)該熱軋鋼材經(jīng)軋后控制冷卻后，鋼材組織和性能滿足零件最終使用要求，加工性能良好，用戶降低了制造成本、提高了生產(chǎn)效率，直接加工后零件具有良好的表面粗糙度，可直接使用。2、本發(fā)明的易切削非調(diào)質(zhì)鋼的制備方法CN1667129A號申請中，申請人首鋼總公司公開了一種采用轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄-控扎控冷工藝流程生產(chǎn)含硫易切削非調(diào)質(zhì)鋼，著重涉及轉(zhuǎn)爐冶煉方法以及采用該方法控制鋼質(zhì)量技術(shù)。而本發(fā)明涉及通過鋼包吹氬、Ca-S復(fù)合處理控制鋼中夾雜物組成，終脫氧喂入鋁線；采用連鑄澆注鑄坯，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1180122(TC，加熱時間為23h，開軋溫度11001150°C，開軋溫度11001150°C，終軋溫度850100(TC，軋后鋼材冷卻速度為1.52.5°C/s,下冷床堆冷溫度60070CTC的工藝方法，與CN1667129A號申請公開的方法顯著不同。本發(fā)明通過冶煉Ca-S復(fù)合處理、連鑄及軋后控冷等綜合手段控制夾雜物形態(tài)和鋼材熱軋組織狀態(tài)，保證了鋼材機械性能和易切削性能，生產(chǎn)出具有較高切削性能和內(nèi)在質(zhì)量的易切削非調(diào)質(zhì)鋼。和一般的調(diào)質(zhì)鋼相比，切削工具壽命提高約30%。圖1為本發(fā)明鋼夾雜物形貌200X照片。圖2為實驗刀具YT14切削發(fā)明鋼和45調(diào)質(zhì)鋼時的Ti曲線，其中X為切削速度v，單位誦/min;Y為刀具耐用度T，單位min。具體實施方式下面結(jié)合實施例和附圖來具體說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但不限于此。本發(fā)明切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼是采用UHP(超過功率電爐)+LF(爐外精煉)工藝冶煉，連鑄澆注鑄坯一加熱一軋制成材一軋后控制冷卻工藝生產(chǎn)鋼材。實施例1-5是以cD50mm規(guī)格鋼材的生產(chǎn)工藝來具體說明本發(fā)明是如何實施的。切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)工藝步驟為(1)冶煉及合金化，電爐冶煉、出鋼，LF爐外精煉。為保證鋼中易切削夾雜物形態(tài)，采用先向鋼中加入S線，后向鋼中加入Ca-Si線進行Ca處理，并控制合適的Ca/S比0.020.05的冶煉技術(shù)，確保化學(xué)成分符合設(shè)計要求。(2)澆注，采用連鑄澆注鑄坯，控制過熱度，連鑄中間包為203(TC,控制澆注速度，連鑄拉坯速度為O.801.20m/min，保證鑄坯質(zhì)量。(3)軋制，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1180122(TC，加熱時間為23h，開軋溫度1100115(TC，終軋溫度8501000。C。(4)軋后鋼材冷卻速度為1.52.5°C/s;下冷床堆冷溫度600700°C。具體參數(shù)見表1和表2。表1是實施例易切削非調(diào)質(zhì)鋼化學(xué)成分，表2是連鑄中間包過熱度、拉坯速度、鋼坯加熱溫度、時間及變形溫度。表l:易切削非調(diào)質(zhì)鋼實施例化學(xué)成分(重量，％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2:連鑄中間包過熱度、拉坯速度、鋼坯加熱溫度、時間及變形溫度<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>該種易切削非調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)實驗測定有關(guān)性能數(shù)據(jù)列于表3中，測試方法采用國際通用方法。表3:鋼的物理特性<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>此熱軋態(tài)易切削非調(diào)質(zhì)鋼硬度為HB255269,因此，本發(fā)明鋼具有切削性能好、性能穩(wěn)定、表面質(zhì)量良好等特點，能滿足使用要求。圖1為本發(fā)明鋼夾雜物形貌200X照片。圖2為實驗刀具YT14切削發(fā)明鋼和45調(diào)質(zhì)鋼時的T-v曲線，其中X為切削速度v，單位mm/min;Y為刀具耐用度T，單位min。從圖l可以看出鋼中生成了改善切削性能的球狀復(fù)合夾雜物；從圖2可以看出，發(fā)明鋼的Ti曲線位于45調(diào)質(zhì)鋼T-v曲線的上方，斜率比45調(diào)質(zhì)鋼小，可以得出發(fā)明鋼的切削加工性遠遠優(yōu)于45調(diào)質(zhì)鋼。權(quán)利要求1、切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼，其特征在于，組成按重量百分?jǐn)?shù)為C0.44～0.49％S0.040～0.065％Si0.30～0.60％P≤0.035％Mn1.20～1.50％Ca0.001～0.010％V0.08～0.12％Al0.01～0.03％Cr、Ni、Cu≤0.30％余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2、切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼:C:0.440.48%Si:0.350.45%Mn:1.301.45%V:0.080.10%其特征在于，組成按重量百分?jǐn)?shù)為S:0.0400.065%P《0.035%Ca:0.0010.010%Al:O.O卜O.03%余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其特征在于，組成按重量百分?jǐn)?shù)為S:0.0400.065%P《0.035%Ca:0.0010.0腦Al:0.010.03%余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。Cr、Ni、Cu《0.30%3、切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼的制備方法，包括冶煉及合金化、澆注、軋制和控冷工藝，其特征在于，控制鋼的成分重量百分比為C:0.440.49%S:0.0400.065%Si:0.300.60%P《0.035%Mn:1.201.50%Ca:0.0010.010%V:0.080.12%Al:0.010.03%Cr、Ni、Cu《0.30%余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。4、切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼的制備方法，包括冶煉及合金化、澆注、軋制和控冷工藝，其特征在于，控制鋼的成分重量百分比為C:0.440.48%Si:0.350.45%Mm1.301.45%V:0.080.10%Cr、Ni、Cu《0.30%S:0.0400.065%P《0.035%Ca:0.0010.010%Al:0.010.03%余為Fe和不可避免的雜質(zhì)'5、權(quán)利要求3或4所述切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼的制備方法，其特征在于，所述的冶煉及合金化、澆注、軋制和控冷工藝為(1)冶煉及合金化:采用電爐冶煉，LF爐外精煉，通過鋼包吹氬，先向鋼中加入S線后，向鋼中加入Ca-Si線進行Ca處理，控制Ca/S比0.020.05，終脫氧喂入鋁線，(2)澆注采用連鑄澆注鑄坯，控制過熱度，連鑄中間包2030。C，控制拉坯速度0.801.20m/min，(3)軋制控制鋼坯均熱溫度11801220°C，加熱時間23h，開軋溫度11001150。C，終軋溫度8501000。C，(4)控冷軋后鋼材冷卻速度1.52.5°C/s，下冷床堆冷溫度600700°C。全文摘要本發(fā)明公開了一種具有較高切削性能的切削加工用Ca-S復(fù)合易切削非調(diào)質(zhì)鋼及其制造方法。鋼的組成為C0.44～0.49％，Si0.30～0.60％，Mn1.20～1.50％，V0.08～0.12％，Cr、Ni、Cu≤0.30％，S0.040～0.065％，P≤0.035％，Ca0.001～0.010％，Al0.01～0.03％，余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其制造方法是通過鋼包吹氬、Ca-S復(fù)合處理控制鋼中夾雜物組成，采用連鑄澆注鑄坯，鋼坯在加熱爐的均熱溫度為1180～1220℃，加熱時間為2～3h，開軋溫度1100～1150℃，終軋溫度850～1000℃，軋后鋼材冷卻速度為1.5～2.5℃/s，下冷床堆冷溫度600～700℃。本發(fā)明的鋼材具有優(yōu)良的機械性能和易切削性能。文檔編號B21B1/46GK101255535SQ20081001448公開日2008年9月3日申請日期2008年3月17日優(yōu)先權(quán)日2008年3月17日發(fā)明者何慶文,姜艷東,偉張,張利平,張春苗,張海霞,戈文英,猛李,杜顯彬,溫建波,王學(xué)利,王廣連,翟正龍,鄭桂蕓申請人:萊蕪鋼鐵股份有限公司