環保型無鉛易切削鋼及其冶金方法

2023-06-04 20:08:36 2

專利名稱：環保型無鉛易切削鋼及其冶金方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼材，特別涉及一種環保型無鉛易切削鋼及其冶金方法。
背景技術：
隨著機械加工智能化的快速發展，各種易切削鋼在世界不斷地被研製生產。成本較低，技術較成熟的產品，一般公認為硫系易切削鋼和鉛系易切削鋼。硫系易切削鋼的代表鋼號為1215 ;鉛系易切削鋼的代表鋼號為12L14。硫系易切削鋼1215與鉛系易切削鋼12L14的化學成分如表I所示。
表I
鋼號 I-CMn~S~Si~Pb
~1215S= O. 09 0.75 ~ 1.05 O. 04 O. 09 O. 26 O. 35 S= O. 10 ~ O. 35
~12L14 S= O. 15 O. 85 I. 15 O. 04 O. 09 O. 26 O. 35 S= O. 10 ~ O. 35 O. 15 O. 35~從碳、錳、磷、硫、矽五大基礎化學元素比較來看鉛系易切削鋼與硫系易切削鋼相比碳含量較高；最低錳含量比硫系鋼增加了 O. I個數值，其他元素相同。鉛系鋼在硫系鋼的五大元素基礎上僅添加了鉛元素。從易切削鋼的演變經歷來看，鉛系易切削鋼，實際就是硫系易切削鋼的改良型或為硫系易切削鋼的延續型產品。能改善加工切削性能的主要元素為硫和鉛。1215與12L14鋼中硫、鉛元素作用分析如下硫在鋼中作用硫在鋼中與錳結合形成硫化錳夾雜物，使鋼基存在裂紋源，鋼在機械加工過程中，受加工應力影響，使微小的裂紋源擴展，從而達到易斷屑的目的。易斷屑的效果取決於機械加工時金屬材料中硫化物夾雜的尺寸大小、形態、分布狀態及單位體積內夾雜物的數量。硫形成的硫化錳夾雜物在機械加工中雖然起到斷屑的作用，但硫元素及其化合物沒有改善加工過程中工件與刀具之間的潤滑難題，使加工溫度升高，縮短刀具使用壽命。由於硫系鋼的這種缺點，使加工速度無法提高。加工刀具易損和加工速度的低下，工件表面質量差，造成生產成本居高不下。隨著對易切削鋼的研究的不斷發展，人們在硫系鋼中添加了一定量的鉛，利用鉛的低熔點易溶的特性，使機械加工過程中工件與刀具摩擦得到了潤滑，從而使高速切削得以實現。Pb的熔點327. 502°C，沸點1740°C，密度11. 3437克/釐米3。金屬切削加工過程中產生的摩擦熱與變形熱疊加，使得加工溫度急劇升高，低熔點的Pb能過早熔融，在機械加工過程中起到浸溼潤滑刀具，改善加工摩擦條件，降低加工溫度的作用，達到了高速加工，減少刀具磨損，提高工件表面質量的目的。但是，鉛在加熱至400°C以上時，即有大量鉛煙氣逸出，並在空氣中迅速氧化成氧化亞鉛，而凝集為煙塵。隨著熔鉛溫度的升高，還可進一步氧化為氧化鉛(又稱黃丹、密陀僧)、三氧化二鉛、四氧化三鉛(又稱紅丹)。鉛及其化合物侵入人體的途徑主要是呼吸道，其次是消化道。鑑於鉛對人體和環境的危害，全世界對鉛製品中含鉛量進行了嚴格的限制。直至拒絕進口或使用含鉛製品。因此，鉛系易切削鋼的應用又受到了限制，人們必須尋找一種既具有鉛系易切削鋼的易切削性能，又無毒無害的新型易切削鋼產品。

發明內容
本發明的目的，就在於解決上述問題，提供一種既具有鉛系易切削鋼的易切削性能，又無毒無害的環保型無鉛易切削鋼及其冶金方法。本發明的目的是這樣實現的一種環保型無鉛易切削鋼，其化學成分及重量百分含量為:C O. 04 O. 15%; Mn O. 95 I. 40%;P O. 04 O. 09%;S O. 25 O. 45%;Si ^ O. 03% ；Bi O. 025 O. 25%;Ca O. 10 O. 35%;As、^ O. 03% ；Cu ^ O. 03% ；Cr ^ O. 03% ；Ni ^ O. 03% ；Mo ^ O. 03% ；Al ^ O. 03% ；其餘為Fe。上述環保型無鉛易切削鋼的冶金方法是先用轉爐或電爐冶煉，再用精煉爐冶煉，然後連鑄或模鑄成坯，先用轉爐或電爐冶煉，再用精煉爐冶煉，然後連鑄或模鑄成坯，在精煉爐冶煉過程中根據鋼水總重量計量加入少量納米化石墨，使得產品中含有O. 008 O. 015%的納米化固體C。各成分及其含量的基本作用如下碳含量的高低可調整熱軋材的原始硬度；錳含量較1215和12L14高出一個數級，主要為提高硫與錳的結合機率；低矽的作用是降低鋼的脆性；鉍的作用是利用熔點比鉛更低，無毒無害的特性取代鉛的潤滑作用；鈣的作用是與硫生成硫化鈣，對硫化錳進行改性，及利用硫化鈣高熔點不易分解的特性增加和固化硫質點的作用；砷起到防止和延緩鋼的鏽化作用；納米化固體碳指經納米化處理後的石墨，起到補充及強化潤滑效果的作用；Cu、Cr、Ni、Mo的作用主要是防止硬度、脆性和粘性的產生。Al的作用是鋼的脫氧，控制Al含量主要是防止產生脆性夾雜物。要實現上述技術方案，首先必須克服的難點有二
UBi的熔點271. 3°C沸點1560±5°C密度9. 8克/釐米3。與Pb相比，熔點更低，對加工刀具的潤滑作用更佳。Bi無毒。在化妝品、口服胃藥中都有添加。但Bi在凝固時體積增大，硬度略高於Pb，性脆，導電和導熱性都較差。給金屬材料的壓力加工帶來較大困難，在熱加工過程中易造成裂紋性翹皮。克服Bi的上述缺點，Bi才能在易切削鋼中的潤滑作用優於Pb。2、納米化石墨(炭精)與鋼鐵本體中所含碳的晶體結構不同，存在於易切削鋼中能起到補充和強化潤滑的效果。在冶煉過程中不使之改變自身結構並防止與鋼中碳融合，必須克服炭精高溫添加的難題。炭精在真空狀態下的熔點高於1600°C，但在大氣中900°C遇明火時就焚燒氣化。由於生產裝備的現代化程度的提高和不斷完善，使上述二個難題都得以解決。本發明通過添加比鉛熔點更低的鉍和潤滑效果極好的炭精材料，使金屬材料機械加工過程中對刀具的潤滑效果更好。並具有以下優點·(I)工藝簡單、可操作性強；(2)生產成本低；(3)杜絕了有害元素鉛對人體與環境的危害。
具體實施例方式本發明的環保型無鉛易切削鋼，其化學成分及重量百分含量為C O. 04 O. 15%;Mn O. 95 I. 40%;P O. 04 O. 09%;S O. 25 O. 45%;Si ^ O. 03% ；Bi O. 025 O. 25%;Ca O. 10 O. 35%;As、^ O. 03% ；Cu ^ O. 03% ；Cr ^ O. 03% ；Ni ^ O. 03% ；Mo ^ O. 03% ；Al ^ O. 03% ；其餘為Fe。上述環保型無鉛易切削鋼的冶金方法是先用轉爐或電爐冶煉，再用精煉爐冶煉，然後連鑄或模鑄成坯，先用轉爐或電爐冶煉，再用精煉爐冶煉，然後連鑄或模鑄成坯，在精煉爐冶煉過程中根據鋼水總重量計量加入少量納米化石墨，使得產品中含有O. 008
O.015%的納米化固體C。某冶金廠按本發明配方元素進行生產400噸現線和棒材。經與1215硫系易切削鋼及含鉛的12L14易切削鋼進行切削性能比較，本發明的易切削鋼切削性能好於1215和12L14 鋼。
權利要求
1.一種環保型無鉛易切削鋼，其特徵在於，所述環保型無鉛易切削鋼的化學成分及重量百分含量為 C O. 04 O. 15% ；Mn O. 95 I. 40% ； P O. 04 O. 09% ； S O. 25 O. 45% ； Si ( O. 03% ；Bi O. 025 O. 25% ； Ca O. 10 O. 35% ；As、彡 O. 03% ； Cu ( O. 03% ； Cr ( O. 03% ； Ni ( O. 03% ； Mo ( O. 03% ； Al ( O. 03% ； 其餘為Fe。
2.根據權利要求I所述的環保型無鉛易切削鋼的冶金方法其特徵在於先用轉爐或電爐冶煉，再用精煉爐冶煉，然後連鑄或模鑄成坯，在精煉爐冶煉過程中根據鋼水總重量計量加入少量納米化石墨，使得產品中含有O. 008 O. 015%的納米化固體C。
全文摘要
一種環保型無鉛易切削鋼，成分及重量百分含量為C 0.04～0.15％、Mn0.95～1.40％、P 0.04～0.09％、S 0.25～0.45％、Si≤0.03％、Bi 0.025～0.25％、Ca0.10～0.35％、As≤0.03％、Cu≤0.03％、Cr≤0.03％、Ni≤0.03％、Mo≤0.03％、Al≤0.03％其餘為Fe。上述環保型無鉛易切削鋼的冶金方法是，先用轉爐或電爐冶煉，再用精煉爐冶煉，然後連鑄或模鑄成坯，在精煉爐冶煉過程中加入相當於鋼水總重量0.008～0.015％的納米化石墨，使得產品中含有0.008～0.015％的納米化固體C。本發明通過添加比鉛熔點更低的鉍和潤滑效果極好的炭精材料，使金屬材料機械加工過程中對刀具的潤滑效果更好，又無毒無害。並且具有工藝簡單、可操作性強、生產成本低的優點。
文檔編號C22C33/02GK102952995SQ20111024739
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者徐薌明, 吳孟宗 申請人:徐薌明