一种利用辉锑矿生产易切削钢的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用辉锑矿生产易切削钢的方法，属于钢铁冶金及金属材料领域。该方法是在钢包炉精炼过程中加入占钢水总量的0.01％～0.5％的辉锑矿，在精炼过程中辉锑矿的加入时间是在钢水脱氧后合金化前加入到钢包中，加入条件是脱氧后的钢水氧活度不高于120×10?6，加入辉锑矿时，钢包炉中钢水温度要比不加辉锑矿的钢水温度高30～50℃，辉锑矿加入钢水中锑和硫含量不足时，加入金属锑和硫化亚铁补足。本方法以辉锑矿作为易切削钢的有益合金料，辉锑矿中的锑和硫利用率均达到95％以上，合理地利用了矿产资源，既解决辉锑矿冶炼环境污染问题，又降低了易切削钢的生产成本。
【专利说明】
-种利用辉键矿生产易切削钢的方法
技术领域
[0001] 本发明属于钢铁冶金及金属材料领域，具体设及一种利用辉錬矿生产易切削钢的 方法。
【背景技术】
[0002] 辉錬矿是錬的硫化物(Sb2S3)矿物，含錬71.69%，是錬的最重要的矿石矿物。中国 是世界上最主要的产錬国，储量居世界第一。湖南、贵州、广西、广东、云南等省都有辉錬矿 床分布，尤其W湖南新化锡矿山的大型辉錬矿储量大质量高闻名于世。
[0003] 现代工业中，辉錬矿主要用于金属錬的提炼。在我国有色金属的生产中，硫化矿冶 炼过程产生的低浓度二氧化硫烟气一直是我国酸雨的重要来源之一。由于硫化錬矿冶炼规 模较小、硫化錬易挥发，现行从硫化錬精矿中提取金属錬的工艺主要鼓风炉挥发烙炼- 反射炉还原烙炼"为主。此工艺对原料适应性强，处理能力大，但普遍存在焦率高、能耗大、 收尘系统庞大、操作繁杂等缺陷。尤其是在鼓风炉挥发烙炼工序中和产生的低浓度S〇2烟 气，严重污染生态环境，是一个至今尚未解决的技术难题。
[0004] 錬在钢中通常被认为是残余有害元素。近年来随着易切削钢研究的深入，研究者 们发现錬能改善钢铁材料的切削性能。錬在切削加工过程中易呈烙融状态，可W成为切削 刀具与切屑、工件界面之间的润滑剂，从而起到改善材料切削性能的作用。此外，对易切削 钢来说錬还具有W下优点。
[0005] ①錬的烙点很低(630°C)、在钢水中呈液态，不如铁活泼(Sb2S3+3Fe 一 2Sb+3FeS)， 在炼钢时不被氧化，且不与钢中的常存元素反应而产生新的夹杂物，同时比较容易加入钢 中，收得率杉95%)很高。
[0006] ②对于低碳钢或C《0.35%的中碳钢而言，W片状珠光体的可切削性最好、索氏体 次之、屈氏体更次之。对于高碳钢，W球化处理后的珠光体组织其可切削性最好。錬作为一 种廉价的强烈促进和稳定珠光体的元素，其促进珠光体作用居各元素之首。为使易切削钢 的珠光体量在15%~20%最适宜的范围内，在钢中加入一定量的錬元素，可W达到增强其 切削性的目的。
[0007] ③我国是世界主要产錬国，价格较为便宜，为錬的开发利用提供良好基础。
[000引④由于錬的氧势比铁低，在废钢循环过程中难W经济有效的去除，废钢中的含錬 量会越来越高。未来利用含錬废钢生产易切削钢有望成为解决废钢中残余元素危害钢性能 问题的新方法。
[0009] ⑤在自然界中錬主要存在于硫化物矿物辉錬矿(Sb2S3)中，而辉錬矿可在加热炉中 直接被铁还原出錬和硫化亚铁，故有望在精炼炉中实现直接使用辉錬矿获得易切削钢所需 的錬和硫，减少环境污染。同时錬在钢液中稳定存在且含量较少，在生产过程中一般不容易 对工作人员造成危害。
[0010] 经检索，利用辉錬矿生产易切削钢还未见文献报道。
【发明内容】
[0011] 为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用辉錬矿生产易切削钢的方 法，W期一方面为利用辉錬矿开辟新的思路，有效解决辉錬矿冶炼严重污染环境的问题;另 一方面，可W降低易切削钢的生产成本，提高经济效益。
[0012] 为了实现上述技术目的，本发明是通过W下技术方案予W实现的。
[0013] 本发明提供了一种利用辉錬矿生产易切削钢的方法，该方法是在钢包炉精炼过程 中加入占钢水总量的0.01 %~0.5 %的辉錬矿，在精炼过程中辉錬矿的加入时间是在钢水 脱氧后合金化前加入到钢包中，加入条件是脱氧后的钢水氧活度不高于120Χ10-6,加入辉 錬矿时，钢包炉中钢水溫度要比不加辉錬矿的钢水溫度高30~50°C，辉錬矿加入钢水中錬 和硫含量不足时，加入金属錬和硫化亚铁补足。
[0014] 进一步的，为了降低硫的偏析，所述辉錬矿生产易切削钢的诱注溫度高于液相线 溫度15~25°C。
[0015] 本发明利用辉錬矿生产的易切削钢主要成分的质量百分数如下：C为0.10~ 0.20%，51为0.08~0.15%，]?11为0.80~1.60%，口为0.03~0.05%，5为0.25~0.40%，41《 0.005%，訊为0.01~0.30%，余量为化。
[0016] C是钢中决定组织的重要元素。通过对钢的组织分析发现，唯有珠光体对切削加工 有利。控制或减轻铁素体和珠光体的带状组织偏析有利于切削，最适当的组织是铁素体+珠 光体。低碳钢(C《0.25wt%)退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和 初性较好。综合考虑易切削钢的切削性能与机械性能，C含量控制在不超过0.20%比较合 适。
[0017] Si在钢中主要W高硬度的Si化形式存在，在切削时会显著降低钢的可切削性，但 Si作为脱氧元素加入到钢中可W增大钢液的流动性。因此，Si含量控制在0.15% W下比较 合适。
[0018] S不仅是钢中常见的残余元素，容易造成钢的热脆，且在易切削钢中它是主要的易 切削元素，是所有易切削钢必不可少的元素，它含量的高低直接反映钢的可切削性能。因此 S含量控制为0.25~0.40%。
[0019] Μη在钢中主要WMnS夹杂物形式存在，为避免或减轻钢中S带来的热脆，通过向钢 中加入合金元素 Μη,使之代替低烙点的FeS中的Fe，生成高烙点的MnS。它们使切屑易于折 断，从而提高切削加工性能。且MnS本身具有润滑作用，硬度低，可W减少对刀具的磨损。但 是，如果MnS的加入量不足，将生成富Fe的（Fe，Mn)S，仍不能避免热脆。所W，Mn含量控制为 0.80~1.60%，且胞/5比不低于4。
[0020] P在低碳钢中也是一种有益的易切削元素，可使铁素体组织脆化并降低切削加工 面的粗糖度。但是，钢中P太高会增加冷脆，因此其含量控制应不超过0.05%。
[0021] A1在钢中形成高硬度的Al2〇3,在切削时会导致刀具的磨损疲劳，因此钢中A1含量 要尽可能的低，在0.005%?下。
[0022] Sb作为一种廉价的强烈促进和稳定珠光体的元素，其促进珠光体作用居各元素之 首。为使易切削钢的珠光体量在15%~20%最适宜的范围内，在钢中加入一定量的錬元素， 可W达到增强其切削性的目的。但同时Sb作为残余元素容易由于氧化富集而引起钢的力学 性能W及表面质量问题。因此錬含量控制在ο. ο 1~ο. 30 %。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有W下技术效果：
[0024] (1)辉錬矿在钢包精炼炉内可被铁水直接还原为錬和硫化亚铁(Sb2S3+3Fe 一 2Sb+ 3FeS)，生成的Sb和FeS直接进入钢液成为高硫含錬易切削钢的合金料，实现资源的综合利 用。
[0025] (2)Sb在高硫易切削钢中大部分We-Fe訊形式在MnS夹杂物上异质析出，一方面通 过润滑和脆化作用来改善切削性能，另一方面，降低了Sb在晶界的富集偏析减轻其对力学 性能的危害。
[0026] (3)本发明W辉錬矿作为易切削钢的有益合金料，辉錬矿中的錬和硫利用率均达 到95 % W上，合理地利用了矿产资源，既解决辉錬矿冶炼环境污染问题，又降低了高硫含錬 易切削钢的生产成本。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附表及实施例，对 本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0028] 相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修 改、等效方法W及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细 节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有运些细节部分的 描述也可W完全理解本发明。
[0029] -、本发明易切削钢的制备
[0030] 天然辉錬矿的主要化学成分为Sb2S3,含量一般超过98%，根据文献，辉錬矿成矿 时，由于机械作用或物理化学作用，常混有少量的二氧化、娃、铁、锡、神、错、铜、铅、锋、儀和 钻等杂质，杂质含量小于1 %。
[0031] 实施例1
[0032] 在100kg真空感应炉中加入占钢水总量的0.4 %的辉錬矿，辉錬矿的加入时间是在 钢水脱氧后合金化前，烙清后先用娃巧合金脱氧。加入辉錬矿时钢水氧活度为120Χ10-6,辉 錬矿的加入量为0.4kg，加入0.4kg的硫化亚铁。
[0033] 实施例2
[0034] 在100kg真空感应炉中加入占钢水总量的0.2%的辉錬矿，辉錬矿的加入时间是在 钢水脱氧后合金化前，烙清后先用娃巧合金脱氧。加入辉錬矿时钢水氧活度为120Χ10-6,辉 錬矿的加入量为0.化g，加入0.1kg的金属錬和0.化g的硫化亚铁。
[0035] 实施例3
[0036] 在100kg真空感应炉中加入占钢水总量的0.05%的辉錬矿，辉錬矿的加入时间是 在钢水脱氧后合金化前，烙清后先用娃巧合金脱氧。加入辉錬矿时钢水氧活度为120Χ10-6， 辉錬矿的加入量为0.05kg，加入0.化g的金属錬和0.化g的硫化亚铁。
[0037] 二、本发明制备的易切削钢的性能表征
[0038] 在100kg真空感应炉内冶炼试验用钢，设置两组，包括实施例（原料烙清娃巧脱氧 后直接加辉錬矿，本发明选择上述实施例1作为代表）W及比较例(烙清脱氧后添加金属錬 和硫化亚铁）。
[0039] 实施例W及比较例试验钢的化学成分重量百分含量如表1所示。
[0040] 分别通过CMT4105微机控制电子万能试验机和ZBC2452-B型摆键式冲击试验机对 两组钢的塑性和冲击初性进行研究，W试样的断面收缩率和冲击功分别作为塑性和冲击初 性的评价指标。使用布氏硬度计测量基体的硬度。切削实验在CA6140A车床上进行，车刀选 择YT-15硬质合金刀具。如表2所示，实施例中Sb对钢的力学性能有所降低，但是差别不大， 而切削性能稍稍优于比较例，从而说明利用辉錬矿生产含錬易切削钢是可行的。
[0041] 表1本发明实施例W及比较例试验钢的化学成分(重量百分比，wt%)
[0042]
[0045] 注:刀面磨损为切削20min后，切削刀具主后刀面磨损的平均值。
【主权项】
1. 一种利用辉锑矿生产易切削钢的方法，其特征在于，在钢包炉精炼过程中加入占钢 水总量的0.01 %~0.5%的辉锑矿； 所述辉锑矿的加入时间是在钢水脱氧后合金化前加入到钢包中； 所述辉锑矿加入条件是:脱氧后的钢水氧活度不高于120 X ΚΓ6;加入辉锑矿时，钢包炉 中钢水温度要比不加辉锑矿的钢水温度高30~50°C ; 所述辉锑矿加入钢水中锑和硫含量不足时，加入金属锑和硫化亚铁补足。2. 如权利要求1所述的利用辉锑矿生产易切削钢的方法，其特征在于，为了降低硫的偏 析，所述辉锑矿生产易切削钢的浇注温度高于液相线温度15~25°C。3. 如权利要求1所述的利用辉锑矿生产易切削钢的方法得到的易切削钢，其特征在于， 该易切削钢成分组成的质量百分数如下：C为0.10~0.20%，Si为0.08~0.15%，Mn为0.80 ~1.60%，卩为0.03~0.05%，5为0.25~0.40%，厶1彡0.005%，513为0.01~0.30%，余量为 Fe〇
【文档编号】C22C38/02GK106011692SQ201610416184
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】孙桂林, 陶素芬, 范鼎东, 王海川, 夏云进
【申请人】安徽工业大学