專利名稱：一種含鉍易切削鋼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領域，具體涉及一種含鉍易切削鋼。
背景技術：
隨著機械加工自動化、精密化、高速化的發(fā)展，特別是汽車工業(yè)、精密儀表工業(yè)的發(fā)展，各種零配件的形狀越來越復雜、精密要求越來越高，因此，迫切需要切削性能優(yōu)良的鋼材以降低生產(chǎn)成本。含鉛易切削鋼的切削加工性能非常優(yōu)秀，其易切削機理在于鉛在鋼中的固溶度幾乎為零，一般以單獨或附著的夾雜物形式存在，形貌多為球形，直徑I 2μπι。在切削加工過程中，鉛顆粒主要起潤滑的作用，也容易使切屑卷曲、脆化，改善了斷屑特性，從而顯著降低了刀具磨損并改善鋼表面的光滑度。含鉛易切削鋼的代表鋼號為12L14，按重量百分比為:C:彡 0.15%, S1:彡 0.15%, Mn:0.85% 1.15%, P:0.04% 0.09%, S:0.26% 0.35%,Pb:0.15% 0.35%，其余為鐵和雜質(zhì)。因其優(yōu)越的切削加工性能而廣泛應用于機械與汽車行業(yè)，用于切削加工各種零部件。但是鉛的密度大，與鐵的密度差大，在鑄造時容易出現(xiàn)宏觀偏析，這種缺陷在后續(xù)的加工過程也很難消除，造成含鉛易切削鋼的力學性能偏低。同時，隨著環(huán)保要求的日益提高，對鉛的限制將越來越嚴格。金屬鉍(Bi)外觀呈銀白色，有強烈的金屬光澤，呈脆性，晶體結構為斜方晶系，由于金屬鉍無毒，且具有與金屬鉛相近的低熔點和高柔韌性，因此，在工業(yè)上被廣泛作為鉛的替代品。申請公布號為CN102952995A的中國發(fā)明專利申請公開了一種環(huán)保型無鉛易切削鋼及其冶金方法，所述環(huán)保型無鉛易切削鋼由以下重量百分含量的化學成分組成:C0.04% 0.15%, Mn0.9 5% 1.4%, P0.04% 0.09%, S0.25% 0.45%, Si ( 0.03%,Bi0.025% 0.25%, Ca0.1% 0.35%, As ( 0.03%, Cu ( 0.03%, Cr ( 0.03%, Ni ( 0.03%,Mo ( 0.03%, Al ( 0.03%，其余為鐵。采用金屬鉍替代鉛，并復配其他化學成分，使得該無鉛易切削鋼既具有鉛系易切削鋼的易切削性能，又無毒無害。但是該無鉛易切削鋼的熱塑性不佳，斷后伸長率較低，從而導致盤條軋制中，出現(xiàn)斷裂，不適合盤條的生產(chǎn)。申請公布號為CN 102330039A的中國發(fā)明專利申請公開了一種低碳含鉍環(huán)保易切削鋼，以質(zhì)量百分比計算，含有K0.15%、Mn:0.75% 1.5%、S:0.23% 0.42%、Si:(0.10%、P:彡 0.ll%、Bi..( 0.05% 0.2%、N:0.001% 0.0200%，其余為 Fe 及雜質(zhì)，Mn 與S的質(zhì)量百分比比值Mn/S=l.79 6.52，Bi與S的質(zhì)量百分比比值Bi/S=0.12 0.87。該低碳含鉍環(huán)保易切削鋼成本較低、環(huán)保性較好以及具有不遜于相應碳含量含鉛易切削鋼結構的切削性能，但是該低碳含鉍環(huán)保易切削鋼的熱塑性仍不佳，斷后伸長率仍較低，在盤條軋制中仍容易斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種含鉍易切削鋼，以鉍替鉛，解決了鉛污染問題，同時，力學性能和切削加工性能好。一種含鉍易切削鋼，由以下重量百分含量的化學成分組成:
C0.04% 0.15% ；Si0% 0.15%;Mn0.9% 1.6%;P0.02% 0.11%;S0.25% 0.45%;CrO 0.2%;NiO 0.2%;CuO 0.2%;Bi0.05% 0.2%;Ti0.005% 0.05% ;N0.005% 0.05% ;雜質(zhì)O 0.2% ;余量為Fe。本發(fā)明含鉍易切削鋼中，碳含量的高低可以調(diào)整熱軋鋼的原始硬度。當C的重量百分含量小于0.04%，鋼材過軟，在切削過程中，容易出現(xiàn)擠裂、纏刀等問題，當C的重量百分含量大于0.15%，包晶反應嚴重，容易導致鑄坯裂紋以及后續(xù)鑄坯加工性惡化。作為優(yōu)選，C的重量百分含量為0.09% 0.14%，該碳含量的鋼材的硬度適當，有利于鋼材的制備，同時，切削性能優(yōu)異，有利于加工。低含量(重量百分含量0% 0.15%)的娃可以降低鋼的脆性,較高的娃含量(高于0.2%)會使切削阻抗增高，損害被切削性能。作為優(yōu)選，Si的重量百分含量為0.01% 0.10%，該硅含量不但可以保證本發(fā)明含鉍易切削鋼具有優(yōu)異的切削加工性能，而且，更為重要的是，能夠提高本發(fā)明含鉍易切削鋼的力學性能。硫與錳結合為硫化錳夾雜物，使得鋼材(即含鉍易切削鋼)存在裂紋源，使得本發(fā)明含鉍易切削鋼在機械加工過程中，受加工應力影響，微小的裂紋源擴展，從而達到易切削鋼的目的。作為優(yōu)選，Mn與S的質(zhì)量比為2.5 6: 1，有利于硫化錳夾雜物的生成，具有優(yōu)異的切削加工性能。進一步優(yōu)選，Mn與S的質(zhì)量比為3.5 4:1，具有更加優(yōu)異的切削性倉泛。硫化錳夾雜物形成，可防止硫引起的紅脆性，錳的重量百分含量超過2%，鐵素體被固溶強化，會降低切削性，作為優(yōu)選，Mn的重量百分含量為1.0% 1.5%。硫化錳夾雜物形成，可限制切削瘤的生成從而降低工具的磨損并提高切削過沖中工件的表面光潔度，但是當S含量多過時，容易生成低熔點的FeS，降低熱延展性并使熱軋制變得困難，作為優(yōu)選，S的重量百分含量為0.26% 0.40%，不但有利于硫化錳夾雜物形成，提高切削性能，并且能夠具有較好的熱延展性，有利于熱軋制。P在晶間的偏析，有利于提高切削性和斷屑性，作為優(yōu)選，P的重量百分含量為0.04% 0.09%,能夠進一步提高本發(fā)明含鉍易切削鋼的切削加工性能。Cr、N1、Cu的作用是防止硬度、脆性和粘性的產(chǎn)生，作為優(yōu)選，Cr的重量百分含量為0.01% 0.08%, Ni的重量百分含量為0.01% 0.08%, Cu的重量百分含量為0.01% 0.08%，上述含量的Cr、N1、Cu能夠避免本發(fā)明含鉍易切削鋼過硬、過脆和過粘，使得本發(fā)明含鉍易切削鋼具有優(yōu)異的切削加工性能。Bi的熔點比鉛更低，無毒無害的特性取代鉛的潤滑作用。Bi以微細的顆粒形式彌散分布在鋼中，Bi熔點較低，當對含鉍易切削鋼進行切削加工時產(chǎn)生的摩擦熱會使Bi顆粒進一步軟化，當含鉍易切削鋼被切削時，這些彌散的Bi顆粒相當于鋼中存在的一個空洞，應力容易在此集中，產(chǎn)生所謂的“切口效應”，從而導致切削易于在此斷裂。另外，在刀頭和切削的接觸局部因切削加工受熱而瞬間熔化，有助于改變切削的形狀，并起到潤滑刀具的作用，可以使刀頭磨損較少到最低。因此，Bi在本發(fā)明含鉍易切削鋼的切削加工過程中起著碎裂切削、減少粘結和焊合以及提高切削速度的作用，可大大提高切削加工的效率，并增加刀具的使用壽命，降低加工表面的粗糙度，使加工表面平整光滑。作為優(yōu)選，Bi的重量百分含量為0.1% 0.15%，使得本發(fā)明含鉍易切削鋼具有更優(yōu)異的切削加工性能。Bi易于依附于硫化錳，硫化錳會影響B(tài)i的分布，作為優(yōu)選，Bi與S的質(zhì)量比為
0.25 0.6:1，從而有利于Bi的分布，提高本發(fā)明含鉍易切削鋼的切削加工性能。進一步優(yōu)選，Bi與S的質(zhì) 量比為0.35 0.4:1，使得本發(fā)明含鉍易切削鋼具有更優(yōu)異的切削加工性能。鈦能夠提高本發(fā)明含鉍易切削鋼的硬度，Ti能夠與其他化學成分結合，氮化鈦對刀具的潤滑和保護作用能夠彌補鋼中含鈦帶來的切削性能的影響，提高本發(fā)明含鉍易切削鋼的切削性能。作為優(yōu)選，Ti的重量百分含量為0.01% 0.03%，N的重量百分含量為
0.01% 0.03%,上述Ti含量和N含量不但能夠提高本發(fā)明含鉍易切削鋼的力學性能，而且還能提高本發(fā)明含鉍易切削鋼的切削性能，效果顯著。一般在含鉍易切削鋼的生產(chǎn)工藝中，由于原料鐵水主要是通過鐵礦石經(jīng)過燒結等處理過程得到，該原料鐵水中本身就有較多的雜質(zhì)；在原料廢鋼中，也會引入一些雜質(zhì)；此夕卜，在合金化過程中，由于合金化主要采用加入鐵合金，這些鐵合金一般含有伴生礦雜質(zhì)；雖然鐵水和廢鋼中的雜質(zhì)大部分能在煉鋼過程中除去，但是，仍有少量雜質(zhì)會留在制備的含鉍易切削鋼的生產(chǎn)工藝中，如氧等。作為優(yōu)選，所述的含鉍易切削鋼，由以下重量百分含量的化學成分組成:C0.09% 0.14% ；Si0.01% 0.10%;Mn1.0% 1.5% ；P0.04% 0.09% ；S0.26% 0.40% ；Cr0.01% 0.08%;Ni0.01% 0.08%;Cu0.01% 0.08%;Bi0.10% 0.15% ；Ti0.01% 0.03%;N0.01% 0.03%;雜質(zhì)O 0.2% ;余量為Fe。
上述重量百分含量的化學成分下，本發(fā)明含鉍易切削鋼具有優(yōu)良的綜合力學性能和優(yōu)異的切削加工性能。進一步優(yōu)選，雜質(zhì)的重量百分含量為O 0.05%。再進一步優(yōu)選，雜質(zhì)的重量百分含量為O 0.01%。最理想的狀態(tài)下,雜質(zhì)的重量百分含量為O。進一步優(yōu)選，所述的含鉍易切削鋼，由以下重量百分含量的化學成分組成:C0.12% ；Si0.07% ；Mn1.2% ；P0.07% ；S0.33% ；Cr0.05% ；Ni0.05% ；Cu0.05% ；Bi0.12% ；

Ti0.02% ；N0.02% ；余量為Fe。上述特定重量百分含量的化學成分下，本發(fā)明含鉍易切削鋼具有非常優(yōu)異的綜合力學性能和切削加工性能。所述的含鉍易切削鋼的生產(chǎn)工藝，可采用現(xiàn)有技術，可采用多種方式，如“電爐或轉爐+連鑄”、“電爐或轉爐+模鑄”、“電爐或轉爐+精煉爐+連鑄”或者“電爐或轉爐+精煉爐+真空處理+連鑄”等，生產(chǎn)工藝基本與普通鋼相同。采用重點不同在于，根據(jù)含鉍易切削鋼中各種化學成分和含量相應的調(diào)整合金的種類和加入量，這屬于本領域技術人員可知曉的技術內(nèi)容。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明含鉍易切削鋼具有如下優(yōu)點:本發(fā)明含鉍易切削鋼，以鉍替鉛，解決了鉛污染問題，同時，熱塑性和斷后伸長率較好，在軋制過程不容易斷裂。本發(fā)明含鉍易切削鋼，具有優(yōu)良的綜合力學性能，各項性能指標能達到國家標準GB/T8371-2008中規(guī)定的相應碳含量的易切削鋼的性能要求，切削性能遠超過普通易切削鋼，具有與含鉛易切削鋼相當?shù)那邢餍阅?。本發(fā)明含鉍易切削鋼，鋼中不含鉛，環(huán)保性較好。同時，鉍和鈦的添加量不多，成本不高，有利于本發(fā)明含鉍易切削鋼的推廣利用。
具體實施例方式一、實施例中含鉍易切削鋼采用光譜法測得其含有的各種化學成分及其質(zhì)量百分含量，結果如表I所示。表I
權利要求
1.一種含鉍易切削鋼，其特征在于，由以下重量百分含量的化學成分組成 CO. 04% O. 15% ； Si0% O. 15% ； MnO. 9% I. 6% ； PO. 02% O. 11% ； SO. 25% O. 45% ； CrO O. 2% ； NiO O. 2% ； CuO O. 2% ； BiO. 05% O. 2% ； TiO. 005% O. 05% ； NO. 005% O. 05% ；雜質(zhì)O O. 2% ； 余量為Fe。
2.根據(jù)權利要求I所述的含鉍易切削鋼，其特征在于，C的重量百分含量為O.09% O. 14%。
3.根據(jù)權利要求I所述的含鉍易切削鋼，其特征在于，Si的重量百分含量為O.01% 0.10% ； P的重量百分含量為O. 04% O. 09%O
4.根據(jù)權利要求I所述的含鉍易切削鋼，其特征在于，Mn的重量百分含量為I.0% 1.5% ； S的重量百分含量為O. 26% O. 40% ； Bi的重量百分含量為O. 1% O. 15%。
5.根據(jù)權利要求I或4所述的含鉍易切削鋼，其特征在于，Mn與S的質(zhì)量比為2.5 61 ； Bi與S的質(zhì)量比為O. 25 O. 6 :1。
6.根據(jù)權利要求5所述的含鉍易切削鋼，其特征在于，Mn與S的質(zhì)量比為3.5 4 :1 ; Bi與S的質(zhì)量比為O. 35 O. 4 :1。
7.根據(jù)權利要求I所述的含鉍易切削鋼，其特征在于，Cr的重量百分含量為O.01% O. 08% ； Ni的重量百分含量為O. 01% O. 08% ； Cu的重量百分含量為O. 01% O. 08%ο
8.根據(jù)權利要求I所述的含鉍易切削鋼，其特征在于，Ti的重量百分含量為O.01% O. 03% ； N的重量百分含量為O. 01% O. 03%。
9.根據(jù)權利要求I所述的含鉍易切削鋼，其特征在于，由以下重量百分含量的化學成分組成 CO. 09% O. 14% ； SiO. 01% O. 10%;Mn1.0% 1.5%; PO. 04% O. 09% ； SO. 26% O. 40% ； CrO. 01% O. 08%; NiO. 01% O. 08%; CuO. 01% O. 08%; BiO. 10% O. 15% ； TiO. 01% O. 03%; NO. 01% O. 03%;雜質(zhì)O O. 2% ； 余量為Fe。
10.根據(jù)權利要求9所述的含鉍易切削鋼，其特征在于，由以下重量百分含量的化學成分組成CO. 12% ；SiO. 07% ；MnI. 2% ；PO. 07% ；SO. 33% ；CrO. 05% ；NiO. 05% ；CuO. 05% ；BiO. 12% ；TiO. 02% ；NO. 02% ； 余量為Fe。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鉍易切削鋼，由重量百分含量0.04～0.15%的C、0～0.15%的Si、0.9～1.6%的Mn、0.02～0.11%的P、0.25～0.45%的S、0～0.2%的Cr、0～0.2%的Ni、0～0.2%的Cu、0.05～0.2%的Bi、0.005～0.05%的Ti、0.005～0.05%的N、0～0.2%的雜質(zhì)以及余量為Fe。本發(fā)明含鉍易切削鋼，以鉍替鉛，解決了鉛污染問題，同時，熱塑性和斷后伸長率較好，在軋制過程不容易斷裂。本發(fā)明含鉍易切削鋼，具有優(yōu)良的綜合力學性能，切削性能遠超過普通易切削鋼，具有與含鉛易切削鋼相當?shù)那邢餍阅堋Ｍ瑫r，鋼中不含鉛，環(huán)保性好，有利于推廣利用。
文檔編號C22C38/60GK103255359SQ20131013543
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權日2013年4月17日
發(fā)明者葉健松, 余國松, 吳小良, 俞利權, 張鑫, 吳洪義, 李秦歡, 毛文俊, 李世偉, 王朝明, 盧文偉 申請人:杭州鋼鐵集團公司