[发明专利]一种高强韧易切削调质圆钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于机械加工用钢铁材料领域，具体涉及一种高强韧、易切削的调质圆钢及其制造方法。

背景技术

随着机械切削加工不断向自动化、高速化和精密化方向发展，对材料的切削性提出更高的要求，多种形式的易切削钢陆续问世。所谓易切削钢(free cutting steel)是一种加入一定数量的一种或一种以上的硫、磷、铅、钙、硒、碲等易切削元素，以改善其切削性的钢材，又称自动机床加工用钢，简称自动钢。这类钢可以用较高的切削速度和较大的切削深度进行切削加工。

硫易切削钢是易切削钢的主要种类，硫在钢中与锰和铁形成长条状硫化锰夹杂，这类夹杂物能中断基体金属的连续性，在切削时促使断屑形成小而短的卷曲半径，而易于排除，减少刀具磨损，降低加工表面粗糙度，提高刀具寿命。该类钢一般是低、中碳钢，基本不含Cr、Ni、Mo等合金元素，均在热轧、热锻等非调质状态下使用，金相组织为铁素体加珠光体组织或贝氏体组织，一般具有不错的强度及塑形，也有的通过添加Mn、V、Nb等元素进一步提高钢材强度。但这些非调质钢与传统调质钢相比，强韧性匹配较差，强度级别越高，冲击韧性指标越低。

另一方面，传统的调质钢因含有较高的Cr、Mo、Ni等合金元素，并且经调质处理，具有均匀的回火索氏体组织，强韧性匹配较好，但因硫含量较低，切削性能较差。因为棒料在调质淬火过程中经受急速冷却收缩的热应力与马氏体转变膨胀的组织应力，过多的长条状硫化物夹杂会大大增加淬火时裂纹敏感性，导致热处理开裂，造成大量废品。目前传统调质钢硫含量一般均控制在0.025%以下，有些钢级为了改善切削性能，炼钢时加了少量硫，但含量也均控制在0.040%以下，实际切削性能的提高效果不明显。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种兼顾良好的强韧性匹配以及切削性能的调质圆钢，能够同时满足零件高承载能力、高尺寸精度以及低刀具损耗，低加工成本的要求。

本发明的另一目的是提供制造上述高强韧且易切削的调质圆钢的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高强韧易切削调质圆钢，该圆钢的化学成分按质量百分比计为C：0.20～0.55%，Si：0.15～0.60%，Mn：0.60～1.30%，P：≤0.015%，S：0.05～0.15%，Cr：0.70～1.30%，Mo：0.15～1.00%，Ni：0-2.0%；Alt：0.010～0.050%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素；所述圆钢整体调质后进行加工使用。

进一步地，圆钢的合金元素进一步限定为Cr：0.70-1.20%，Mo：0.15-0.60%，Ni：0～2.0%，同时，S：0.05～0.15%。

钢材的最大直径可达140mm，室温以及-40℃冲击性能优良，具有均匀的回火索氏体或回火索氏体+贝氏体，不含未溶铁素体、珠光体组织；高硫合金圆钢采用辊底式连续炉调质，无淬火开裂，同时具有高的强韧性匹配以及易切削的特性，断屑具有小而短的卷曲半径，适用于加工机械性能要求高、切削量大并且尺寸精度要求高的零部件。调质后的圆钢在距表面二分之一半径以内取样检验，圆钢的屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥700MPa，延伸率≥16%，断面收缩率≥60%，室温下夏比冲击功≥90J，-40℃冲击功≥60J。

本发明高强韧、易切削调质圆钢的化学成分是这样确定的:

C：增加材料淬透性、强度和硬度，但降低塑性和韧性，升高韧脆转变温度，使材料低温冲击性能降低，为了达到较高的强度以及高韧性的要求，本发明采用较低的碳含量。本发明控制其含量为0.20～0.55%。

Si：是钢中的脱氧元素，并以固溶强化形式提高钢的强度。Si 含量低于0.10%时，脱氧效果较差，Si 含量较高时降低韧性。本发明Si 含量控制为0.15～0.60%。

Mn：是提高钢淬透性的元素，并起固溶强化作用以弥补钢中因C 含量降低而引起的强度损失，在本发明中也起到与S形成长条状MnS夹杂、提高切削性的作用。但Mn易促进有害元素P、Sn、Sb等向晶界偏析，引起氢致沿晶断裂。本发明Mn 含量控制在0.60～1.30%。

Cr、Mo：增加材料淬透性及强韧性，Mo还具有降低韧脆转变温度，抑制回火脆性，阻碍P偏析等作用，促进长条状硫化物夹杂形态。因此，本发明将Cr含量控制在0.70～1.30%，Mo含量控制在0.15～1.00%。

Ni：是提高钢的淬透性并可以显著改善其低温韧性的元素，对冲击韧性和韧脆转变温度具有良好的影响，本发明Ni含量控制在0-2.0%，根据性能要求进行调整。