[发明专利]含硫锡碲的易切削钢及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含硫锡碲的易切削钢及其制造方法，钢中Mn、S、Te质量百分比满足Mn/Te20，0.05Te/S0.30。该钢种的生产工艺为：转炉冶炼→LF炉精炼→连铸→加热炉加热→轧制、冷却→缓冷，其中易切削元素Sn在转炉出钢时以含锡废钢形式加入或在精炼末期以锡锭形式加入，易切削元素Te在精炼末期以碲粉包芯线形式加入。本发明以S、Sn、Te三元易切削元素为共同主导的“超级”易切削钢，通过适当的成分调控及Mn、S、Te元素的恰当配比，既保证了钢的良好的机械性能，又能获得极佳的易切削性能，提供了一种超易切削钢产品的成分配比及生产工艺，以满足需精密加工及高速切削加工的零部件的生产需求。

技术领域

本发明涉及一种易切削钢及其制备方法，特别是涉及一种含碲易切削结构钢及其制备方法，应用于钢铁冶金技术领域。

背景技术

易切削钢是指在钢中加入一定数量的易切削元素，以改善钢的切削性能的一类钢种。易切削钢主要用于对尺寸精度和粗糙度要求严格，而对力学性能要求相对较低的零部件的生产中，广泛应用于仪器仪表、手表零件、汽车、机床、航空、航天、卫星、电子设备等领域中。随着切削加工的自动化、高速化与精密化的快速发展，机加工成本在零部件制造成本中的比例越来越高，有时甚至达到零部件制造成本的40％～60％，市场迫切需要切削性能优良的钢材来降低加工成本。

中国虽是钢铁生产大国，但我国的易切削钢起步较晚，易切削钢品种、产量、技术、质量稳定性、品种多样性与国外强国相比还有较大差距，2017年我国的易切削钢仅一百万吨，不到日本易切削钢产量的1/3,很多高端易切削钢品种需依赖进口。

硫系和铅系易切削钢是目前广泛应用的两种易切削钢。铅系易切削钢的切削性能很好，但铅是公认的非环保物质，生产过程中产生的铅蒸汽对工人的身体健康有极大的危害性；铅进入产品之后，由于化学性质稳定，不易脱除，对废钢的再利用也构成危害，欧盟已经明确禁止钢中加铅。因此，世界各大钢铁公司都在朝着无铅易切削钢的方向发展。

硫系易切削钢的切削性能随着硫的含量增加而增加，但硫系易切削钢往往难达到很好的切削性能，同等情况下，切削性能与铅系易切削钢有30％～40％的差距。过高的硫含量还将导致钢中硫化物沿轧制方向变形，造成钢性能的各向异性，降低钢的机械性能。因此开发和生产环境友好的高性能无铅易切削钢成为易切削钢发展的重要方向和亟待解决的技术问题。

锡和铅同主族，物理和化学性质相近，是易切削元素的一种。含锡钢在275℃附近有一个脆性谷，在对含锡钢进行切削加工时，当切削温度(250～400℃)在脆性谷附近时，钢材倾向于脆性断裂，在切削过程中易于产生断屑，从而提高钢材的切削性能。锡的沸点高、蒸气压低，不易挥发且无毒，生产和使用这种易切削钢不会对生态环境产生不利影响，被认为是一种“绿色环保”的新钢种。锡的资源广泛，价格适宜，是铅的理想替代元素。然而，较低的锡含量很难达到较高的切削性能，而锡含量高又会造成热轧时锡在奥氏体晶界偏聚，引起材料脆性对工艺性能产生有害影响。

碲和硫同主族，物理和化学性质相近，通常用于一些超易切削钢的生产中，起到对钢中硫化锰夹杂改质的作用，使硫化锰夹杂转变成球形或纺锤形，从而提高钢的切削性能。钢中形成的少量MnTe在切削过程中也可起到润滑作用，提高切削性能。碲的用量少，对改善钢的切削性能效果显著，但碲的价格较高，较多的添加量将导致生产成本显著增加。

公开号为CN1540022A的中国专利公开了含锡易切削结构钢，其特征在于：钢中加入较高含量的锡(0.09～0.25wt％)，钢的成分范围为：C:0.05～0.50％，Si:0～0.4％，Mn:0.3～2.0％，Cr:0～2.0％，S:0.005～0.35％，P:0.005～0.050％，Sn:0.09～0.25％，O:0.001～0.010％，铁余量。在该钢中含有一定量Sn，切削性能得到了一定的提升，但该钢种仍属于普通易切削钢，无法满足需超高切削性能零部件的生产需求。