[发明专利]一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于易切削钢领域，特别涉及一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法。

背景技术

随着机械加工零件的自动化程度增加，对加工材料切削性能的要求也在不断提高。易切削钢由于具有良好的综合力学性能、高的加工效率和低的加工成本，广泛应用于切削加工量大、自动化程度高的汽车、家电、仪器等行业中。

硫系易切削钢应用最广，占我国易切削钢总量的90％。硫主要以硫化物的形式分布于易切削钢中，硫化物夹杂对切削性能有着非常重要的影响。在切削过程中，硫化物作为应力集中源，起到割断集体连续性的作用，显著提高了车屑的断屑性，同时其润滑作用能够减少刀具磨损，提高刀具的使用寿命。球形或纺锤形硫化物对切削性能的改善最为明显，然而在热轧过程中硫化物容易沿着轧制方向伸长，对切削性能不利，另外还使钢的横向力学性能明显降低。

为了改善硫系易切削钢的切削性能，需要控制钢中硫化物的形态为球形或纺锤形。国内专利大多为通过添加碲、锆、稀土和钛等元素以改善切削性能。专利CN102676955采用模铸生产易切削钢，通过添加Te元素来提高切削性能，其不足在于生产成本较高，且开轧温度高达1200～1250℃，不适合车间生产。专利CN102816979B采用中方坯连铸生产易切削钢，成本较高，且转炉冶炼时钢水过氧化严重，采用Al脱氧会形成Al₂O₃夹杂，影响切削性能。本发明采用小方坯连铸，不添加其他合金元素，通过优化生产工艺来控制钢中硫化物的形态，生产出表面光洁度高、切削性能优异的易切削钢，节约了成本，具有极佳的经济效益。

发明内容

本发明旨在提供一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法，通过控制钢中氧含量、连铸冷却工艺及热轧加热工艺，解决现有技术中低碳高硫易切削钢由于硫化物形态差导致切削性能差的问题。

本发明提供的技术方案为：

一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法，其步骤为：

(1)电炉终点碳含量控制在0.03～0.05％，出钢温度为1610～1640℃。采用留渣出钢，出钢过程中按序加入1.5～2.5kg/t硅锰、10～15kg/t低碳锰铁、10～13kg/t硫铁矿、1～2kg/t磷铁矿进行合金化，加入6～8kg/t专用合成渣及1～2kg/t石灰造渣。

(2)精炼渣中TFe含量为3～5％，精炼后期向钢水中喂入80～100米硫磺包芯线。出钢前钢水中游离氧含量控制在50～100ppm，出钢钢水温度为1560～1590℃。

(3)连铸采用易切削钢专用保护渣，结晶器水流量为1700～1900L/min，二冷区采用喷雾冷却，比水量为0.7～0.9L/kg，拉速为2.0～2.6m/min。

(4)加热炉温度为1230～1280℃，保温0.5～1.5h。开轧温度为1100～1130℃，终轧温度为1050～1120℃，斯太尔摩线冷却速度为0.5～1.5K/s。

一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法，其中间包成品样的全氧含量控制在150～200ppm。

一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法，其铸坯尺寸为140mm×140mm。

一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法，其热轧态盘条的布氏硬度为120～130。

一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法，其热轧态盘条中硫化物具有以下性质：平均直径≥3μm，单位面积个数≥1000个/mm²，面积占比≥1.1％，长宽比≥10的硫化物占25％以下。

本发明中工艺参数的技术原理：

良好的硬度及其金相组织是使切削性能提高的重要影响因素，因此对于低碳高硫易切削钢要求成品碳含量控制在0.05～0.10％。过高的碳含量，易切削钢中珠光体含量增加，钢的强度和硬度增加，不利于切削加工；碳含量过低时，易切削钢中珠光体含量减少，钢的强度和硬度降低，切削加工时易粘刀、不容易断屑。由于成品碳含量的要求范围较窄，为避免后续精炼和连铸过程中的增碳，因此需要将电炉终点碳含量控制在0.03～0.05％，在精炼过程中不使用电石脱氧。

精炼出钢时游离氧需控制在50～100ppm，有利于在钢水凝固早期形成大量的Mn-Fe-O系氧化物颗粒，这些氧化物构成硫化物形核的异质核心，促进硫化物析出，形成(Mn、Fe)(S、O)复合夹杂物，该类夹杂物在高温下塑性差，在热轧过程中变形困难，使盘条中的复合夹杂物呈纺锤形。但是氧浓度过高会增加连铸过程的难度，降低铸坯表面质量，使铸坯缺陷增加。