专利名称：一种改善切削性能的优质结构钢及生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种优质结构钢及其生产工艺，特别是一种改善切削性能的优质结构钢及其生产工艺，属于冶金技术领域。
背景技术：
随着现代高速数控机床技术的发展，机加工行业的竞争越来越激烈，对金属材料的要求也越来越高，不仅要求金属材料本身具有一定的力学性能，而且要求其具有良好的机加工性能。钢中的金属Mn和S可以高熔点(1600°C)的MnS形态存在于钢中，当Mn/S 达到一定比例时，其以纺锤状形式存在于钢中，可以消除钢中S的危害。铅(Pb)在钢中一般以金属夹杂物的形式单独存在或者附着在硫化物等夹杂物上，不但不影响基础钢的力学性能，而且具有润滑和脆化作用，具有改善钢的切削和机加工性能作用。但由于铅的比重较大，又不溶于钢中，因而在钢中难以形成分布均勻、稳定的组织，造成严重的偏析；同时由于铅熔点低，在凝固过程中容易产生严重的凝固偏析；加之铅本事具有毒性，控制不当会对环境及人体健康造成一定危害；此外铅因比重较大而易于沉积，且在高温、带有氩气搅拌的条件下易挥发，因而回收率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种改善切削性能的优质结构钢及生产工艺，通过在优质结构钢中添加一定量的铅并将S控制在一定范围，以获得分布比较均勻稳定的1 的成分组织，在不改变基础钢的力学性能和纯净度的前提下改善钢的机加工性能。为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案一种改善切削性能的优质结构钢。该优质结构钢以重量百分比计，含有Pb :0. 05 0.35%、S :0. 02 0.06%，其余成分符合GB/T699优质碳素结构钢、GB/T3077合金结构钢的要求，余量为！^及不可避免的杂质。上述的改善切削性能的优质结构钢，具体说，以重量百分比计，含有C :0. 48%， Si 0. 25%,Mn :0. 70%,P :0. 020%, S :0. 028%, Pb :0. 21%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。 此钢种命名为W5Pb。前述的改善切削性能的优质结构钢，具体说，以重量百分比计，含有C :0. 50%， Si 0. 28%,Mn :0. 64%,P :0. 015%，S :0. 024%, Pb :0. 12%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。 此钢种命名为TOOPb。前述的改善切削性能的优质结构钢，具体说，以重量百分比计，含有C :0. 52%， Si 0. 23%,Mn :0. 78%,P :0. 018%, S :0. 022%, Pb :0. 23%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。 此钢种命名为Υ50Μη ^。一种改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，包括冶炼工艺和连铸工艺或者是冶炼工艺和模铸工艺，所述的冶炼工艺是采用电弧炉(EAF)出钢，经LF炉(钢包精炼炉)初还原或经LF炉初还原和VD炉(真空脱气炉)脱气处理后，采用搅拌强度为压力10 12MPa、流量400 500NL/min的钢包底吹氩气强搅拌方式，并采用喂丝机将复合1 包芯线从钢包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，将Pb%成分控制在0. 05% 0. 35% ；喂完1 线后，继续强搅拌2 3min，以达到1 成分分布均勻稳定；然后将钢包底吹氩气的搅拌强度恢复到压力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶炼状态，进行还原再处理，同时进行合金成分和渣的调整，并根据含量情况，通过喂入硫铁包芯线方式，将控制在0. 02% 0. 06%，以控制其硫化物夹杂物形态；还原后期，将钢包底吹氩气的搅拌强度调到压力彡0. 25MPa、流量50 lOONL/min进行软吹，以提高钢水纯净度，然后吊包浇铸。上述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，所述的连铸工艺是采用 150mm X 150mm 300mm X 400mm的连铸机进行连铸，拉速控制在0. 50 2. 45m/min ；正常过热度控制在35士5°C ；中间包烘烤温度> IlOO0C ；结晶器液位自动控制并带电磁搅拌，全程保护浇铸。上述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，所述的模铸工艺是采用方形、六角形或八角形的锭型浇注700kg 16000kg的铸锭，正常过热度控制在40士5°C，采取缓冷脱模和保温缓冷48 72小时处理措施，以消除应力和进行气体扩散。前述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，所述^5 优质结构钢以重量百分比计，含有 C 0. 48%, Si 0. 25%, Mn :0. 70%, P :0. 020%, S :0. 028%, Pb :0. 21%，余量为狗及不可避免的杂质；采用超高功率60t偏心底出钢电弧炉出钢，经60tLF炉初还原后， 采用150mmX 150mm合金钢方坯连铸机进行连铸；电弧炉钢包温度控制在1000°C 1100°C， 电弧炉出钢温度控制在1630°C，出钢终点C控制在0. 12%，P彡0. 020% ；LF炉座包后，采用搅拌强度为压力10 12MPa、流量400 500NL/min的钢包底吹氩气强搅拌方式，并采用喂丝机将复合1 包芯线从钢包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，将1 %成分控制在0. 20 0. 22%，喂完1 线后，继续强搅拌2 3min，以达到1 成分分布均勻、稳定； 然后将钢包底吹氩气的搅拌强度恢复到压力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶炼状态，进行还原再处理，同时进行合金成分和渣的调整，并根据含量情况，通过喂入硫铁包芯线方式，将控制在0. 027% 0. 029%,以控制其硫化物夹杂物形态；还原后期，将钢包底吹氩气的搅拌强度调到压力在0. 20Mpa下，将流量控制在70NL/min进行软吹 12min，以提高钢水纯净度，然后吊包浇铸；连铸中间包烘烤温度控制在1100 1150°C，采用钢包至结晶器全程保护浇铸，中间包连续测温，结晶器液位检测与控制采用Co60放射源配合伺服电机控制塞棒开度进行自动控制，全过程采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌； 根据中间包过热度控制拉速，过热度控制在35°C，拉速控制在1. 90 2. 2m/min。前述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，所述TOOin3优质结构钢以重量百分比计，含有 C 0. 50%, Si 0. 28%, Mn :0. 64%, P :0. 015%, S :0. 024%, Pb :0. 12%，余量为1 及不可避免的杂质；采用超高功率30t偏心底出钢电弧炉出钢，经30tLF炉初还原和VD炉脱气处理后，采用260mmX 300mm合金钢矩形坯连铸机进行连铸；电弧炉钢包温度控制在1000°C IlOO0C,电弧炉出钢温度控制在1660°C，出钢终点C控制在0. 13%, P彡0. 020%;LF炉座包后，采用搅拌强度为压力10 12MPa、流量400 500NL/min的钢包底吹氩气强搅拌方式，并采用喂丝机将复合1 包芯线从钢包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，将1 %成分控制在0. 10 0. 13%，喂完1 线后，继续强搅拌2 3min，以达到1 成分分布均勻、稳定；然后将钢包底吹氩气的搅拌强度恢复到压力0. 2 0. 4MPa、 流量100 300NL/min的正常冶炼状态，进行还原再处理，同时进行合金成分和渣的调整， 并根据含量情况，通过喂入硫铁包芯线方式，将控制在0. 023% 0. 025%，以控制其硫化物夹杂物形态；还原后期，将钢包底吹氩气的搅拌强度调到压力在0. ISMPa下，将流量控制在60NL/min进行软吹lOmin，以提高钢水纯净度，然后吊包浇铸；连铸中间包烘烤温度控制在1150 1200°C，采用钢包至结晶器全程保护浇铸，结晶器液位检测与控制采用涡流检测配合电动推杆控制塞棒开度进行自动控制，全过程采用结晶器电磁搅拌。根据中间包过热度控制拉速，过热度控制在40°C，拉速控制在0. 55 0. 65m/min。前述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，所述TOOMrfb优质结构钢以重量百分比计，含有 C 0. 52%, Si 0. 23%, Mn :0. 78%, P :0. 018%, S :0. 022%, Pb :0. 23%，余量为1 及不可避免的杂质；采用超高功率30t偏心底出钢电弧炉出钢，经30tLF炉初还原和VD炉脱气处理后，采用4000Kg方形锭型进行模铸；电弧炉钢包温度控制在1000°C IlOO0C,电弧炉出钢温度控制在1660°C，出钢终点C控制在0. 13%, P^O. 020% ；LF炉座包后，采用搅拌强度为压力10 12MPa、流量400 500NL/min的钢包底吹氩气强搅拌方式，并采用喂丝机将复合1 包芯线从钢包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，将1 % 成分控制在0. 22 0. 25%，喂完1 线后，继续强搅拌2 3min，以达到1 成分分布均勻、 稳定；然后将钢包底吹氩气的搅拌强度恢复到压力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min 的正常冶炼状态，进行还原再处理，同时进行合金成分和渣的调整，并根据含量情况，通过喂入硫铁包芯线方式，将控制在0. 021% 0. 023%，以控制其硫化物夹杂物形态；还原后期，将钢包底吹氩气的搅拌强度调到在0. ISMPa下，将流量控制在60NL/min进行软吹 13min,以提高钢水纯净度，然后吊包浇铸；采用4000Kg方形锭型进行模铸，过热度控制在 40°C，浇注时间控制在30min，根据浇注时间和过热度控制要求，将钢水温度控制在1520°C; 在浇注完毕后，缓冷M小时脱模，再保温缓冷52小时后转入下道工序。本发明的有益效果与现有技术相比，本发明在优质结构钢(符合GB/T699、GB/ T3077)中适当添加一定量的金属铅(以重量％计0. 05 0. 35% )，同时将S含量控制在一定范围(以重量％计0. 02 0. 06% )，以控制MnS夹杂物形态和1 的均勻分布，不仅不会对基础钢(符合GB/T699、GB/T3077的优质结构钢)的力学性能和纯净度造成影响，而且有利于改善钢的机加工性能，因而该类优质结构钢是一种既具有一定强度，又具有优良机加工性能的金属材料。本发明通过独特的生产工艺技术，在优质结构钢中获得分布状态比较均勻、稳定的1 的成分组织，改善了钢的机加工性能，获取了较高的工件表面光洁度和尺寸精度，提高了劳动生产效率。采用本发明的生产工艺生产的优质结构钢，具有铸坯(或铸锭)表面质量好，1 %成分的分布均勻、稳定，同时机加工过程中性能较为稳定等特点。下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的说明。
具体实施例方式实施例1。优质结构钢W5Pb。其主要化学成分如下表所示
权利要求
1.一种改善切削性能的优质结构钢，其特征在于以重量百分比计，含有1 0. 05 0. 35%, S 0. 02 0. 06%，其余成分符合GB/T699优质碳素结构钢、GB/T3077合金结构钢的要求，余量为及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的改善切削性能的优质结构钢，其特征在于以重量百分比计， 含有 C 0. 48%, Si 0. 25%, Mn :0. 70%, P :0. 020%, S :0. 028%, Pb :0. 21%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的改善切削性能的优质结构钢，其特征在于以重量百分比计， 含有 C 0. 50%, Si 0. 28%, Mn :0. 64%, P :0. 015%, S :0. 024%, Pb :0. 12%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的改善切削性能的优质结构钢，其特征在于以重量百分比计， 含有 C 0. 52%, Si 0. 23%, Mn :0. 78%, P :0. 018%, S :0. 022%, Pb :0. 23%，余量为 Fe 及不可避免的杂质。
5.一种改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，包括冶炼工艺和连铸工艺或模铸工艺，其特征在于所述的冶炼工艺是采用电弧炉出钢，经LF炉初还原或经LF炉初还原和VD 炉脱气处理后，采用搅拌强度为压力10 12MPa、流量400 500NL/min的钢包底吹氩气强搅拌方式，并采用喂丝机将复合1 包芯线从钢包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，将Pb%成分控制在0. 05% 0. 35%;喂完Pb线后，继续强搅拌2 3min，以达到Pb成分分布均勻稳定；然后将钢包底吹氩气的搅拌强度恢复到压力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶炼状态，进行还原再处理，同时进行合金成分和渣的调整，并根据含量情况，通过喂入硫铁包芯线方式，将控制在0. 02% 0. 06%，以控制其硫化物夹杂物形态；还原后期，将钢包底吹氩气的搅拌强度调到压力彡0. 25MPa、流量50 lOONL/min 进行软吹，以提高钢水纯净度，然后吊包浇铸。
6.根据权利要求5所述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，其特征在于所述的连铸工艺是采用150mm X 150mm 300mm X 400mm的连铸机进行连铸，拉速控制在0. 50 2. 45m/min ；正常过热度控制在35士5°C ；中间包烘烤温度彡IlOO0C ；结晶器液位自动控制并带电磁搅拌，全程保护浇铸。
7.根据权利要求5所述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，其特征在于所述的模铸工艺是采用方形、六角形或八角形的锭型浇注700kg 16000kg的铸锭，正常过热度控制在40士5°C，采取缓冷脱模和保温缓冷48 72小时处理措施，以消除应力和进行气体扩散。
8.根据权利要求2或6所述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，其特征在于 所述优质结构钢以重量百分比计，含有C :0. 48%, Si 0. 25%, Mn :0. 70%, P 0. 020%, S 0. 028%, Pb :0. 21%，余量为!^e及不可避免的杂质；采用超高功率60t偏心底出钢电弧炉出钢，经60tLF炉初还原后，采用150mmX 150mm合金钢方坯连铸机进行连铸；电弧炉钢包温度控制在1000°C 1100°C，电弧炉出钢温度控制在1630°C，出钢终点C控制在0. 12%, P彡0. 020% ;LF炉座包后，采用搅拌强度为压力10 12MPa、流量400 500NL/min的钢包底吹氩气强搅拌方式，并采用喂丝机将复合1 包芯线从钢包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，将1 %成分控制在0. 20 0. 22%，喂完1 线后，继续强搅拌2 3min，以达到1 成分分布均勻、稳定；然后将钢包底吹氩气的搅拌强度恢复到压力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶炼状态，进行还原再处理，同时进行合金成分和渣的调整， 并根据含量情况，通过喂入硫铁包芯线方式，将控制在0. 027% 0. 0四％，以控制其硫化物夹杂物形态；还原后期，将钢包底吹氩气的搅拌强度调到压力在0. 20Mpa下，将流量控制在70NL/min进行软吹12min，以提高钢水纯净度，然后吊包浇铸；连铸中间包烘烤温度控制在1100 1150°C，采用钢包至结晶器全程保护浇铸，中间包连续测温，结晶器液位检测与控制采用C060放射源配合伺服电机控制塞棒开度进行自动控制，全过程采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌；根据中间包过热度控制拉速，过热度控制在35°C，拉速控制在 1. 90 2. 2m/min。
9.根据权利要求3或6所述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，其特征在于 所述优质结构钢以重量百分比计，含有C :0. 50%, Si 0. 28%, Mn :0. 64%, P :0.015%, S 0. 024%, Pb 0. 12%，余量为！^及不可避免的杂质；采用超高功率30t偏心底出钢电弧炉出钢，经30tLF炉初还原和VD炉脱气处理后，采用260mmX300mm合金钢矩形坯连铸机进行连铸；电弧炉钢包温度控制在1000°C 1100°C，电弧炉出钢温度控制在1660°C，出钢终点C控制在0. 13%，P彡0. 020% ；LF炉座包后，采用搅拌强度为压力10 12MPa、流量 400 500NL/min的钢包底吹氩气强搅拌方式，并采用喂丝机将复合1 包芯线从钢包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，将Pb%成分控制在0. 10 0. 13%，喂完Pb线后， 继续强搅拌2 3min，以达到1 成分分布均勻、稳定；然后将钢包底吹氩气的搅拌强度恢复到压力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶炼状态，进行还原再处理，同时进行合金成分和渣的调整，并根据含量情况，通过喂入硫铁包芯线方式，将控制在 0. 023% 0. 025%，以控制其硫化物夹杂物形态；还原后期，将钢包底吹氩气的搅拌强度调到压力在0. 18MPa下，将流量控制在60NL/min进行软吹lOmin，以提高钢水纯净度，然后吊包浇铸；连铸中间包烘烤温度控制在1150 1200°C，采用钢包至结晶器全程保护浇铸， 结晶器液位检测与控制采用涡流检测配合电动推杆控制塞棒开度进行自动控制，全过程采用结晶器电磁搅拌。根据中间包过热度控制拉速，过热度控制在40°C，拉速控制在0. 55 0.65m/min。
10.根据权利要求4或7所述的改善切削性能的优质结构钢的生产工艺，其特征在于 所述优质结构钢以重量百分比计，含有C :0. 52%, Si 0. 23%, Mn :0. 78%, P :0.018%, S 0. 022%, Pb 0. 23%，余量为!^e及不可避免的杂质；采用超高功率30t偏心底出钢电弧炉出钢，经30tLF炉初还原和VD炉脱气处理后，采用4000Kg方形锭型进行模铸；电弧炉钢包温度控制在1000°C 1100°C，电弧炉出钢温度控制在1660°C，出钢终点C控制在0. 13%, P彡0. 020% ;LF炉座包后，采用搅拌强度为压力10 12MPa、流量400 500NL/min的钢包底吹氩气强搅拌方式，并采用喂丝机将复合1 包芯线从钢包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，将1 %成分控制在0. 22 0. 25%，喂完1 线后，继续强搅拌2 3min，以达到1 成分分布均勻、稳定；然后将钢包底吹氩气的搅拌强度恢复到压力0. 2 0. 4MPa、 流量100 300NL/min的正常冶炼状态，进行还原再处理，同时进行合金成分和渣的调整， 并根据S%含量情况，通过喂入硫铁包芯线方式，将控制在0. 021% 0. 023%,以控制其硫化物夹杂物形态；还原后期，将钢包底吹氩气的搅拌强度调到在0. ISMPa下，将流量控制在60NL/min进行软吹13min，以提高钢水纯净度，然后吊包浇铸；采用4000Kg方形锭型进行模铸，过热度控制在40°C，浇注时间控制在30min，根据浇注时间和过热度控制要求，将钢水温度控制在1520°C ；在浇注完毕后，缓冷M小时脱模，再保温缓冷52小时后转入下道工序。
全文摘要
本发明公开了一种改善切削性能的优质结构钢及生产工艺，该优质结构钢以重量百分比计，含有Pb0.05～0.35％、S0.02～0.06％，其余成分符合GB/T699优质碳素结构钢、GB/T3077合金结构钢的要求，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产工艺包括冶炼工艺和连铸工艺或模铸工艺。本发明在优质结构钢中适当添加一定量的金属铅，同时将S含量控制在一定范围，不仅不会对基础钢的力学性能和纯净度造成影响，而且有利于改善钢的机加工性能；采用本发明的生产工艺生产的优质结构钢，具有铸坯(或铸锭)表面质量好，Pb％成分的分布均匀、稳定，同时机加工过程中性能较为稳定等特点。
文档编号C21C7/00GK102321856SQ20111028266
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者代飞, 何勇, 刘华, 刘银波, 叶朗, 周英豪, 夏辉华, 张国成, 白映林, 肖丹, 陈昌贵, 高皓 申请人:首钢贵阳特殊钢有限责任公司