[发明专利]一种含锡易切削钢的制备方法及含锡易切削钢

说明书

本发明公开了一种含锡易切削钢的制备方法及含锡易切削钢，涉及金属材料类及冶金技术领域，所述方法包括：将合金原料进行打磨处理和烘烤处理，得到炉料；将所述炉料进行熔炼工艺处理，得到铸锭；将所述铸锭进行锻造工艺处理，得到含锡易切削钢。本发明通过使用真空感应炉对合金原料进行熔化、精炼，在真空条件下，没有空气和炉渣污染，金属不易挥发氧化，能够精准地控制和调整含锡易切削钢的化学成分，同时真空冶炼也创造了良好的去气的条件，可以用碳进行脱氧，脱氧产物是气体，同时熔池中存在一定的电磁搅拌，可以促进钢水成分和温度均匀，使钢中的夹杂物上浮，从而得到高品质的含锡易切削钢铸锭。

技术领域

本发明涉及金属材料类及冶金技术领域，尤其涉及一种含锡易切削钢的制备方法及含锡易切削钢。

背景技术

易切削钢是指在钢中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，以改善切削性能的合金钢。根据所含易切削元素的不同，可以将易切削钢分为硫系易切削钢、铅系易切削钢、钛系易切削钢以及复合易切削钢等。硫系易切削钢是问世时间最早，迄今为止用量最大且用途最广的易切削钢，占世界和我国易切削钢总产量的比例分别为70％与90％以上。硫系易切削钢主要应用在螺栓、螺母、管接头、汽车制动零部件、弹簧座和模具等复杂部件，这些复杂零部件需要在数控机床上进行切削加工，为了延长刀具使用寿命，降低加工成本，提高生产效率，必须要求钢材具有良好的切削加工性能。硫系易切削钢中的硫主要以硫化锰的形式存在，硫化锰夹杂物可作为应力集中源诱发基体产生许多微裂纹，降低切削抗力并致使钢材在车削加工时容易断屑。

Sims和Dahle最早对钢铁铸造组织中的硫化锰进行了分类，根据硫化锰的形貌与分布不同分了三类：第一类为球形复合夹杂物，任意分布，存在于不用铝脱氧的钢中；第二类是短棒状，沿晶界呈链状或网状分布，存在于用少量铝脱氧的钢中；第三类为块状，无规则分布，存在于加铝量高且有残铝的钢中；后来研究人员又追加了第四类：树枝状硫化物。

Oikawa等人研究了易切削钢中合金元素对硫化锰形态的影响，并对硫化锰进行了分类：第一类球形，由偏晶反应形成；第二类短棒或树枝状，由共晶反应形成；第三类不规则形状，由伪共晶反应生成。含硫易切削钢中硫化锰的尺寸、形貌与分布对钢材的力学性能有着显著的影响，为了获得最佳的切削性能，生产中希望得到球形或纺锤形长宽比较小的硫化物夹杂，这类夹杂物在轧制过程中因塑性小不易变形，可以在基体变形后仍保持纺锤形或椭球形，对改善切削性能非常有益。而长宽比超过4:1的细长条状硫化锰不但破坏基体的连续性，还会造成切削屑粘结，降低工件表面质量。易切削钢在锻造变形后容易生成细长条状的硫化锰，引起钢材的各向异性，降低钢材的综合力学性能。

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，当切削温度在脆谷附近时，钢材倾向于脆性断裂，在切削过程中易产生断屑，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，生产和使用含锡易切削钢不会对生态产生不利影响，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。因此，如何制备锡含量高的易切削钢及其相关的锻造工艺成为关键技术。

专利CN1450192A，公布了“一种含锡易切削钢”，该方法采用中性覆盖渣钢液、扩散脱氧、固体电解质氧浓差电池快速定氧等措施，研制出力学性能和易切削性能兼优的无铅易切削钢种，其抗拉强度为460MPa，延伸率为25％～30％，断面收缩率55％～60％。该发明所制备的易切削钢的抗拉强度仅为460MPa，其强度较低，严重限制了材料的应用范围。