专利名称：一种锡钙钛系易切削钢的制作方法
技术领域：
本发明属于金属材料领域，特别涉及一种含锡钙钛元素的易切削钢，可用于制造高强度螺栓、曲轴、连接杆等汽车和机械的重要零件。
背景技术：
多数硫系易切削钢降低了材料的塑性和韧性，尤其是横向力学性能较差。铅系易切削钢既提高了易切削性能又保持了较好的力学性能，然而由于在冶炼铅易切削钢时铅的挥发污染环境，危害人的健康，其应用有下降的趋势。
锡与铅在化学元素周期表中同属一族，物理和化学性质很相近，作为易切削元素锡是铅的很好的替代者。
钙易切削钢受到了普遍的重视。冶炼钙易切削钢时用钙合金控制脱氧，使钢中形成CaO-SiO2-Al2O3三元夹杂物，大大地改进了钢材在高速切削时的易切削性能，而且它的力学性能与基础钢相同。然而单纯用钙处理的钢种只有在使用硬质合金刀具高速切削时才具有易切削性能，而且钙易切削钢的奥氏体晶粒长大倾向较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在保持含硫及铅易切削性能的前提下减轻硫对钢材力学性能的影响及铅对环保的影响。
采用钙合金与钛合金对钢水联合控制脱氧，并加入适量的锡和硫，可使钢材无论在高切削速度还是中等切削速度均显示良好的易切削性能。硫化物与硅酸盐共存，可有效地减轻硅酸盐对钢材疲劳寿命的有害作用。而钛形成的硫化物或氧化物有利于进一步消除易切削钢轧制时的热脆现象。
一种锡钙钛系易切削钢，称为Y(15-45)SnCaTi易切削钢，其特征在于主要成份(Wt％)为C0.12～0.50、Si0.20～0.50、S0.01～0.17、Mn0.40～1.20、Sn0.10-0.4，Ca0.002～0.016、Ti0.05～0.30，P≤0.04，余量为Fe。
冶炼中使用中性稀薄覆盖渣，其成份为CaO20-35％、SiO225-40％、Al2O330-40％。
该钢种的脱氧方法和步骤首先用锰铁、硅铁或含铝20-40％的铝灰进行脱氧，其次采用喂丝法向钢水内部插入Ca-Si包芯线和钛铁进行控制脱氧。采用氧化锆固体电解质氧浓差电池快速定氧探头测定钢液中的氧活度。喂丝前的钢液氧活度应控制在40～200×10-6。
冶炼采用顶吹、或底吹氩工艺及电磁搅拌工艺。
冶炼炉型电弧炉、感应炉及转炉碳含量为0.12-0.18％的Y15SnCaTi易切削钢的力学性能为，热轧(锻)态试样的抗拉强度达到400MPa，延伸率为22.0％，断面收缩37％，硬度HB/≤170达到了国标GB8731-88中相应钢种(Y15Pb)的标准(见附表1)。此钢种可用于制造高强度螺栓等汽车和机械的重要标准零件。
碳含量为0.42-0.48％的Y45SnCaTi易切削钢的力学性能为，热轧(锻)态试样的抗拉强度达到700MPa，延伸率为12.0％，断面收缩26％，硬度HB/≤240达到了国标GB8731-88中相应钢种(Y15Pb)的标准(见附表1)。
具体实施例方式
1、冶炼炉型电弧炉冶炼工艺首先用铝20-40％的铝灰进行脱氧，其次采用喂丝法向钢水内部插入Ca-Si包芯线和钛铁进行控制脱氧。
采用氧化锆固体电解质氧浓差电池快速定氧探头测定钢液中的氧活度。喂丝前的钢液氧活度应控制在100×10-6。
冶炼中使用中性稀薄覆盖渣，其成份为CaO30％、SiO230％、Al2O340％。
冶炼出锡钙钛系易切削钢，称为Y15SnCaTi易切削钢，主要成份(Wt％)为C0.15、Si0.25、S0.060、Mn0.60、Sn0.20，Ca0.0017、Ti0.10，P≤0.04，余量为Fe。
2、冶炼炉型感应炉冶炼工艺首先用锰铁进行脱氧，其次采用喂丝法向钢水内部插入Ca-Si包芯线和钛铁进行控制脱氧。
采用氧化锆固体电解质氧浓差电池快速定氧探头测定钢液中的氧活度。喂丝前的钢液氧活度应控制在80×10-6。
冶炼出锡钙钛系易切削钢，称为Y45SnCaTi易切削钢，主要成份(Wt％)为C0.45、Si0.30、S0.090、Mn1.0、Sn0.30，Ca0.0015、Ti.0.20，P≤0.04，余量为Fe。
在BJ-1630GD车床上使用41605H型YT15硬质合金机卡刀具对试样进行车削实验时，设定车床主轴转速为950转/min、平均切削速度为85m/min、走刀速度0.096mm/转、吃刀深度为1.0mm.。经过30分钟的切削试验，刀具后刀面磨损宽度Vb远小于0.3mm，说明刀具寿命很长。车屑为断屑即处理性良好。试样的表面粗糙达到了3.2级。
附表1.易切削钢机械性能的国家标准(热轧态GB8731-88)
权利要求
1.一种锡钙钛系易切削钢，其特征在于主要成份Wt％为C0.12～0.50、Si0.20～0.50、S0.01～0.17、Mn0.40～1.20、Sn0.10-0.40，Ca0.002～0.016、Ti0.05～0.30，P≤0.04，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的锡钙钛系易切削钢，其特征在于冶炼采用顶吹或底吹氩工艺及电磁搅拌工艺，冶炼炉型电弧炉、感应炉及转炉。
3.如权利要求2所述的锡钙钛系易切削钢，其特征在于冶炼中使用中性稀薄覆盖渣，其成份为CaO20-35％、SiO225-40％、Al2O330-40％；该钢种的脱氧方法和步骤首先用锰铁、硅铁或含铝20-40％的铝灰进行脱氧，其次采用喂丝法向钢水内部插入Ca-Si包芯线和钛合金包芯线进行控制脱氧，喂丝量根据钢种及收得率定，喂丝前的钢液氧活度应控制在40～200×10-6。
4.如权利要求1或2或3所述的锡钙钛系易切削钢，其特征在于锡的加入采用含锡的尾矿及社会废钢中的含锡废钢用于添加锡。
全文摘要
一种锡钙钛系易切削钢，属于金属材料领域，特别涉及一种含锡钙钛元素的易切削钢，可用于制造高强度螺栓、曲轴、连接杆等汽车和机械的重要零件。易切削钢种Y(15－45)SnCaTi。碳含量为0.12－0.18％的Y15SnCaTi易切削钢的力学性能为，热轧(锻)态试样的抗拉强度达到400MPa，延伸率为22.0％，断面收缩37％，硬度HB/≤170达到了国标GB8731－88中相应钢种(Y15Pb)的标准，可用于制造高强度螺栓。Y45SnCaTi易切削钢的力学性能为，热轧(锻)态试样的抗拉强度达到800MPa，延伸率为17.7％，断面收缩47％，硬度HB/≤240；超过了国标GB8731－88中相应钢种Y45Ca的标准。可用于制造曲轴、连接杆。
文档编号C21C5/00GK1667153SQ20051001155
公开日2005年9月14日 申请日期2005年4月11日 优先权日2005年4月11日
发明者朱荣, 李联生 申请人:北京科技大学