[发明专利]一种高硫易切削工具钢棒材及制备方法

说明书

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高硫易切削工具钢棒材及制备方法，本发明中工具钢棒材控制碳含量为0.52～0.58％，使碳含量与55#钢保持一致，以满足高耐磨性耐冲击性的要求，同时将S的质量分数控制在0.15～0.25％之间，控制ω[Mn]/ω[S]比值为4.5‑8.6，以便抑制S的偏析并能形成足够的MnS，使其无需球化退火即可保证其具有较好的切削性，但是由于MnS硬度小，通过工艺参数控制90％以上的MnS尺寸≤4μm，防止粗大的MnS或MnS偏析聚集而削弱材料的力学性能，并且由于碳含量增加会降低钢液的凝固温度，同时MnS的凝固温度低，MnS析出在钢液凝固末期完成，细小弥散分布的MnS夹杂作为晶内铁素体形核核心，导致晶粒细化，使其改善切削性能的同时也有利于机械性能的提升。

技术领域

本发明涉及一种高硫易切削工具钢棒材及制备方法，属于冶金技术领域。

背景技术

S55C相当于中国优质碳素结构钢55#钢，与45#钢一样属于中碳钢高级优质中碳钢，热轧状态下抗压强度≥645Mpa，硬度在未热处理时≤255HB。该钢是由电炉、平炉或纯氧转炉炼钢法制造的全静钢，具有加工性优良、金相组织均匀的特点。S55C钢价格便宜，加工容易，适合于高频淬火、火焰淬火等表面硬化处理。S55C钢含碳量(质量分数，％)≥0.4，耐磨性优良，但延展性减少，淬火易变形和开裂，故淬火极为重要，且回火后必须急冷，以避免发生回火脆性。由于含碳量在中碳钢中偏高，形成的三次渗碳体为片状，导致材料硬度增加，切削困难，需进行球化退火改善切削性能，退火后硬度≤217HB，以利于机械加工。但是球化处理只是将片状渗碳体转变成球状渗碳体，由于渗碳体含量较多，机加工时渗碳体依然会对刀具造成磨损；另外加工后工件硬度不够，并且容易产出应力集中，还需要淬火等热处理进行力学性能的提升，因此造成能耗增加，成本提升。

传统机械制造往往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有效提高生产效率、降低生产成本。随着机械制造和汽车工业蓬勃发展以及生产日趋高速化和自动化，特别是数控机床的普及和应用，具有易断屑、表面光洁度高、刀具损耗小、生产效率高、能耗低等优点的易切削钢获得迅猛发展，易切削钢棒主要用作加工成各种轴类零件的原材料。它切削性能好、表面光洁度高、尺寸精度高，广泛用于家用电器和仪器仪表行业。

易切削钢是在优质碳素钢中加入适量的易切削元素如S、P、Pb、Se、Te、Ca、Bi等，使碳素钢具有优良的切削性能。

其中硫系易切削钢占易切削钢总产量的90％，根据加入硫质量分数不同，可分为低硫钢(W(S)≤0.025％)、中硫钢(W(S):0.040％～0.090％)和高硫钢(W(S):0.100％～0.300％)。钢中硫以(Mn、Fe)S的形式存在钢中，由于MnS夹杂物割断了基体的连续性和应力集中源作用而使车屑易断，润滑作用使刀具的磨损减小，从而改善了钢材的切削性能。由于硫易切削钢用途广泛、生产成本低且经济环保，近年来得到了快速发展，硫易切削钢的可切削性随硫质量分数的增多而改善，即在刀具同样寿命的条件下，硫质量分数越高，可切削性能越好。

虽然通过增加硫含量能够改善钢的切削性能，但是采用连铸方式生产，含硫易切削钢连铸可浇性差，主要表现为：(1)夹杂物易吸附在中间包水口上，造成水口堵塞；(2)水口结瘤也造成结晶器液面波动，引起结晶器弯月面卷渣，影响钢水质量甚至出现非金属低倍夹杂。因此制备出力学性能和切削性能均衡的中碳高硫易切削钢在实际生产中仍然比较困难；并且碳含量越高，浇注过程中的中心偏析越严重，因此含碳量及含硫量越高则制备出兼具力学性能和切削性能的成品越困难。

发明内容