[发明专利]钒微合金化BN系Rel≥1200MPa非调质易切削钢及生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种易切削钢及生产方法，具体地属于钒微合金化BN系Rel≥1200MPa非调质易切削钢及生产方法。

背景技术

非调质钢是在中碳钢中添加微合金元素（V、Ti、Nb等），通过控轧控冷，充分发挥钢中碳（氮）化物细晶强化和沉淀强化作用，不经调质处理即可获得合金结构钢或碳素结构钢调质处理后所达到的力学性能的钢种。由于省去淬火和回火处理，非调质钢具有生产效率高、能源消耗低、生产成本低等优点，在汽车制造等领域获得广泛应用，用于制造曲轴、连杆、转向节、前梁等重要零件。

随着经济社会的发展，汽车安全性、稳定性以及能耗等指标愈来愈受到关注，而采用高强度非调质钢，能有效提高汽车安全性和可靠性，减少汽车自重、降低能耗和污染排放，因此伴随着汽车轻量化，非调质钢逐渐朝高强度（抗拉强度≥1000MPa）方向发展。

相对于新兴的增材制造（3D打印），传统机械制造需要经过多次切削加工，数据显示零部件切削加工费用约占其制造成本的40%以上，因而选择符合条件且易切削的材料能显著提高生产效率、降低生产成本。现代制造业如汽车工业，多以数控机床为加工中心，机床的自动化、精密化和高效化对材料的切削性能要求越来越高，但同时一些重要零部件又需要很高的力学性能，这就要求钢材同时兼具较高的强度和良好的切削性能这两个矛盾体，即需要一种高强度的易切削钢。

易切削钢是通过向钢中添加易切削元素（S、Pd、Bi等），利用易切削元素本身或形成的化合物来改善切削性能的钢种，往往是以牺牲母材力学性能为代价来提高切削性能。

含铅易切削钢因力学性能、热处理性能、冷热加工性能和焊接性能不受加铅的影响，而切削性能（刀具寿命、切屑处理性、加工面光洁度等）优良的特点，获得广泛应用。但由于铅对环境和人体危害极大，因此欧盟和美国等发达国家对含Pd易切削钢的生产、使用和回收均进行严格限制，可预见无Pd化是易切削钢的发展方向。硫系、铋系等易切削钢均为常见无Pd易切削钢，但其生产或应用均面临各种问题：硫系易切削钢中较高的硫、氧含量，会降低钢质纯净度、严重恶化钢材力学性能；Se（硒）、Te（蹄）、Bi（铋）等稀有元素有助于改善钢的切削性能且不会显著恶化钢材力学性能，但因成本昂贵而无法大规模应用。

经检索，中国专利申请号为CN02809296.1的文献，公开了一种机械结构用含硫易切削钢，其化学组分重量百分比为，C：0.10－0.55％、Si：0.05－1.00％、Mn：0.30－2.50％、P：≤0.15％、S：0.050－0.350％、Al：＞0.010％至≤0.020％、Nb：0.015－0.200％、O：0.0015－0.0150％、N：≤0.02％；还含有按重量％：选自V：0.03－0.50％、Ti：0.02－0.20％和Zr：0.01－0.20％中的至少一种。还有中国专利申请号为CN02808349.0的文献，公开了含硫易切削钢，其化学组分重量百分比为，C：0.03－0.20％，Si：0.35％或更少(包括0％)，Mn：0.30－2.00％，P：0.01－0.15％，S：0.35－0.65％，O：0.0100－0.0250％，N：0.020％或更少，Al：0.005％或更少(包括0％)，Nb：0.02－0.20％，还包含：V：0.05－0.50％和/或Ti：0.02至0.20％，以及由Fe和不可避免的杂质组成的剩余部分。上述两个专利文献存在的不足：其两个专利均为硫系易切削钢，生产工艺控制复杂且力学性能难以保障，并且该两个专利中贵金属Nb含量较高（最高可达0.2%），因而生产成本高昂，力学性能也较低。

中国专利公开号为CN101338393B的文献，公开了一种汽车连杆用高强度非调质易切削钢，其化学成分包括（重量百分比）：0.30-0.40% C、0.50-0.70% Si、0.80-1.20% Mn、不超过0.040%的P、0.030-0.060% S、0.010-0.040% Al、0.10-0.40% Cr、0.10-0.30% V、0.010-0.015% N，其余量为铁和不可避免的夹杂。其存在的不足：其仍属于硫系易切削钢，其期望通过向钢中添加S生成MnS夹杂，来提高钢材切削性能，但该文献为保证力学性能而将S含量控制在很低的范围（0.030-0.060%），使得该钢种切削性能较差，力学性能也较低，难以满足现代机床的加工要求。

本发明属于BN型易切削钢，其切削性能与Pd系易切削钢类似并显著优于硫系易切削钢，且BN夹杂对钢材力学性能无害，使得本发明钢种能同时具备较好的切削性能和力学性能。