[发明专利]一种低碳微合金化易切削钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种易切削钢，具体地属于一种低碳微合金化易切削钢，确切地为一种汽车中既不仅要求较高的强度，而且易切削的高端汽车用小型零部件的钢种。

背景技术

相对于新兴的增材制造（3D打印），传统机械制造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显著提高生产效率、降低生产成本。现代制造业如汽车工业，多以数控机床加工中心，机床的自动化、精密化和高效化对材料的切削性能要求越来越高，但同时一些重要零部件又需要很高的力学性能，这就要求钢材同时兼具较高的强度和良好的切削性能这两个矛盾体，即需要一种高强度的易切削钢。

传统易切削钢可分为铅系、硫系以及稀有金属系易切削钢等类别。含铅易切削钢因力学性能、热处理性能、冷热加工性能和焊接性能不受加铅的影响，而切削性能（刀具寿命、切屑处理性、加工面光洁度等）优良的特点，获得广泛应用。但由于铅对环境和人体危害极大，因此欧盟和美国等发达国家对含Pd易切削钢的生产、使用和回收均进行严格限制，可预见无Pd化是易切削钢的发展方向。硫系、铋系等易切削钢均为常见无Pd易切削钢，但其生产或应用均面临各种问题：硫系易切削钢中较高的硫、氧含量，会降低钢质纯净度、严重恶化钢材力学性能且钢中MnS夹杂会导致力学性能各向异性增大，限制了其应用范围；Se（硒）、Te（蹄）、Bi（铋）等稀有元素有助于改善钢的切削性能且不会显著恶化钢材力学性能，但因成本昂贵而无法大规模应用。

经检索：中国专利公开号为CN102703839A的专利文献，其公开了一种高强度易切削钢。其化学成分重量百分比为，C：0.05－0.20％、Si：0.10－0.40％、Mn：1.00－2.00％、P：≤0.040％、S：0.070－0.200％、Al：≤0.010％、Cr：0.20－0.50％、Ti：0.03－0.10％、B：0.008－0.0035％，其余为铁和不可避免的杂质。其存在的不足：该文献为硫系易切削钢，力学性能存在各向异性因而限制了其应用范围；虽然该文献采用Ti微合金化，但其力学性能不佳，即屈服强度Rel≥450MPa，抗拉强度Rm≥650MPa，延伸率A≥20%，断面收缩率Z≥55%，难以满足高端汽车和机械的要求，且钛微合金控制过程复杂，钢中容易出现大颗粒TiN夹杂，而影响生产的顺行和钢材性能。而本发明属于BN型新型易切削钢，其切削性能与Pd系易切削钢类似并显著优于硫系易切削钢，且BN夹杂对钢材力学性能无害属于新型环保型易切削钢，在低碳含量情况下，本发明采用铌钼微合金化使钢材力学性能满足屈服强度Rel≥600Mpa，抗拉强度Rm≥850Mpa，延伸率A≥20%，断面收缩率Z≥55%且切削性能优良。

中国专利公开号为CN103397255的专利文献，其公开了一种各向异性小的高性能易切削钢，其化学组分重量百分比为，C：0.10－0.70％、Si：0.10－0.60％、Mn：0.20－1.50％、P：<0.025％、S：<0.010％、Al：0.02％至0.08％、B：0.021－0.028％、N：0.02-0.04％、Cu：0.70-2.00%，余量为铁及不可避免的杂质。其存在的不足：该文献钢种力学性能较低，即屈服强度Rel≥400Mpa，抗拉强度Rm≥600Mpa，延伸率A≥16%，并且其钢中铝含量由于较高，对钢质纯净度不利，影响钢材使用性能。

随着汽车轻量化的发展和对汽车安全性要求日趋严苛，在降低钢材用量的条件下对材质性能提出更高的要求，在现有技术中，尺寸较小且非关键或重要的汽车部件多采用低碳钢，但其力学性能和切削性能难以满足要求；而如果采用强度高的中碳甚至高碳钢用于现有加工技术中，则难以切削加工，不仅加工精度难以保证且效率低，对加工设备也损耗大。另有相关专利报道采用Nb-V复合微合金化生产非调质易切削钢的技术，但其属于中碳钢且合金加入量较多，并对夹杂物控制要求严格，因而成本较高，且其多用于受力及尺寸较大的零部件，如汽车连杆、曲轴等，而不适用于小尺寸零部件的加工制造。

发明内容

本发明针对汽车尺寸较小且非关键或重要的部件用钢不经济现象的不足，提供一种在满足较小且非关键或重要的部件的用零部件用钢力学性能，及不含对环境有害元素的前提下，切削性能同于Pd系易切削钢，并优于硫系且成分简单易切削钢，采用常规工艺即可的低碳微合金化易切削钢。

实现上述目的的措施：