[发明专利]石墨化热处理用钢材及切削性和冷锻性优异的石墨钢

说明书

本发明涉及一种石墨化热处理用钢材及切削性和冷锻性良好的石墨钢。本发明的一个方面提供一种石墨化热处理用钢材，以重量％计，其包括：0.30～0.80％的碳(C)、2.0～3.0％的硅(Si)、0.01～1.00％的锰、0.001～0.020％的铝(Al)、0.01～0.02％的镁(Mg)、0.01～0.50％的铜(Cu)、0.030％以下的磷(P)、0.030％以下的硫(S)、0.002～0.006％的硼(B)、0.006～0.012％的氮(N)、0.005％以下的氧(O)、余量的Fe及不可避免的杂质。

技术领域

本发明涉及一种石墨化热处理用钢材及切削性和冷锻性优异的石墨钢。

背景技术

一般来说，工业机械或汽车等机械部件通常是通过切削加工工序或冷锻工序中的一种方式加工成具有复杂形状的部件。但是，为了将原材料加工成最终形状，切削工序具有加工量增加、由此导致的部件损失大、生产成本过多的问题。相反，相比切削工序，冷锻工序具有材料损失比较少，且通过简单的工序就能实施的优点，但在部件的最终形状复杂的情况下，仅通过锻造工序很难完成复杂的形状。因此，通过冷锻工序加工成与最终形状相近的形状，然后通过切削工序最终加工成复杂形状，这种方式在节约材料和减少生产成本等方面最为适宜。但是，为了在冷锻后进行切削工序，材料需要具有优异的切削性、冷锻性，但普通的钢无法满足所述物理性质。

一般，要求具备切削性的机械部件等的材料使用添加了Pb、Bi、S等具有切削性的元素的快销钢。然而，在进行切削工序时，虽然这种快销钢从表面粗糙度、芯片处理、工具寿命等钢的快削性方面来看非常有利，但利用所述快销钢进行冷锻工序时冷锻性处于劣势，因为由切削性提高元素组成的夹杂物导致的裂缝，即使微小的变形也会产生龟裂等。

而且，具有代表性的添加了Pb的快销钢在进行切削工序时会排放有毒烟气(fume)等有害物质，不仅具有对人体非常有害，而却对钢材的二次利用也很不利的问题。因此，为了代替这种快销钢，曾提出添加S、Bi、Te、Sn等元素，但添加Bi的钢材在制造过程中易发生龟裂，由此具有在生产方面非常苛刻的问题，S、Te及Sn等是在热轧时导致龟裂。

一方面，冷锻用钢具有优异的韧性和延展性，因此在进行冷锻工序时材料几乎不会发生龟裂，有利于加工成与最终形状相似的形状，但随后进行切削工序时，从芯片可处理性和工具磨损度等切削性方面考虑非常欠佳，因此存在难以使用的问题。

为解决上述问题而提出的钢就是石墨钢。石墨钢为在铁酸盐基体或铁酸盐及珠光体基体内部包含微细石墨粒的钢，其具有良好的冲击韧性和延展性，从而具有优异的冷锻性，同时其内部的微细石墨粒在切削时作为裂缝来源(source)，充当着断屑器(chipbreaker)的作用，因此所述石墨钢是同时具有良好的切削性的钢。

但是，这种石墨钢尽管拥有上述优点，但现在还没有被普及。其主要原因是尽管钢里添加碳会使石墨的性质更稳定，但由于被析出亚稳状态碳化铁，若不经过额外的长时间的热处理难以析出石墨，在这种长时间的热处理过程中会发生脱碳，对成品的性能产生负面影响。而且，即便通过石墨化热处理析出石墨粒，如果钢基体内石墨被粗略地析出，发生龟裂的可能性就会高，从而冷锻性低下，当以非球形的不规则地形状不均匀地分布时，因切削时物理性质分布不均匀，芯片可处理性或表面粗糙度会变得很差，工具寿命也会缩短，从而很难获得石墨钢的优点。因此，需要提供一种能够大幅度缩短热处理时间的同时，热处理时使微细石墨粒以规则的形状在基体内均匀分布的石墨化热处理用钢材。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的一个方面是提供一种能够大幅度缩短热处理时间的同时，使微细石墨粒以规则的形状在基体内均匀分布的石墨化热处理用钢材。

本发明的另一方面是提供一种切削性及冷锻性优异的石墨钢。

(二)技术方案