本发明涉及一种含有较高锡含量的易切削钢，属于冶金技术领域。
背景技术：
随着国民经济的发展，自动机床的数量迅速增加，其应用范围也日益扩大。同时，由于采用新型刀具和新工艺，使切削速度日趋提高，要求各种机加工件的表面粗糙度和精密度更加严格，因此，钢的可切削性受到普遍重视。各国竞相研制具有优良可切削性的钢种——易切削钢。目前，易切削钢主要消费国均为发达国家，我国的易切削钢消费量还很少，但在不断扩大。易切削钢在汽车、拖拉机、摩托车、航空、航天、卫星、战略导弹及常规武器零部件、办公及电子设备等领域中应用广泛。
常用的硫系和铅系易切削钢，其冶炼时空气污染严重，且铅有毒，对人体有害。铅易切削钢的使用将逐渐受到限制，欧共同体已经限制回收含铅的汽车构件。因此，开发和生产环境友好的低硫、无铅易切削钢是重要的发展方向。
含锡易切削钢正是顺应这种发展趋势而提出的，它主要利用锡在钢中引起的脆性，如晶界致脆、切削过程中在刀具和被切削材料之间的接触面上呈熔融状态的sn而引起的熔融金属脆性，以及熔融金属sn对刀具的润滑作用来提高切削性能。sn的沸点高、蒸汽压低，不易挥发，生产、使用这种易切削钢不会对生态环境产生不利影响，被认为是一种“绿色环保”的新钢材。
目前，已公开发表的有关含锡易切削钢的专利、文献中，其易切削元素sn的含量高低不一，如“tin-bearingfree-machiningsteel”(us5961747,1999年)专利，其sn含量为0.04～0.08％；“含锡易切削结构钢”(cn1219903c，2004年)专利，其sn含量为0.09～0.25％。
锡含量低很难达到较高的切削性能。但是，锡含量高又会造成加工困难，这主要是由于热轧时锡在奥氏体晶界偏聚引起的材料脆性对工艺性能的有害影响。热轧时，常常因其导致的热脆性而使轧材端部开裂，出现轧堵现象致使热轧过程无法连续、稳定进行；不仅如此，还会在轧材表面引起结疤等质量缺陷。这既影响热轧效率，又影响成材率。这是目前推广应用含锡易切削钢遇到的主要问题。
针对由锡沿奥氏体晶界偏聚引起脆性对热轧工艺不利影响这一问题。本发明提出利用mo、w、稀土元素la合金化的方法，来抑制引起热轧脆性的易切削元素sn在晶界的偏聚，进而避免或减少热轧时轧材端部开裂，以及轧材表面结疤缺陷，达到在该易切削钢具有良好切削性能的同时，又具有良好热轧工艺性能及轧材表面质量的目的。
目前，关于易切削钢成分中加入mo、w、稀土元素la，尤其是在利用这些合金元素来抑制易切削元素sn沿奥氏体晶界偏聚来提高热轧工艺性能方面，还未见有公开报道。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有较高锡含量的易切削钢，主要是通过mo、w、稀土元素la合金化的方法，抑制引起热轧脆性的易切削元素sn在奥氏体晶界的偏聚，进而避免或减少热轧时轧材端部开裂而导致的轧堵现象，以及轧材表面的结疤缺陷；同时，借助这些元素的合金化作用，该钢中的易切削元素锡含量又可以大幅度提高；进而达到在该易切削钢具有良好切削性能的同时，又具有良好热轧工艺性能及轧材表面质量的目的。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种含有较高锡含量的易切削钢，该钢的基本化学元素为c、si、mn、s、p、sn，主要的合金化元素为mo、w、稀土元素la等。其中，碳含量范围在0.02～0.77％；硅含量范围在0.01～0.20％；锰含量范围在0.50～1.50％；硫含量范围在0.004～0.035％；磷含量范围在0.004～0.025％；锡含量范围在0.05～0.35％；钼含量范围在0.2～0.75％；钨含量范围在0.4～2.25％；稀土元素la含量范围在0.002～0.020％；其余成分为铁及不可避免的杂质。该易切削钢的制备主要采用炼钢(转炉或电炉)→精炼(lf、vd、rh)→连铸→热轧等工艺过程，其中，抑制易切削元素sn沿奥氏体晶界偏聚的合金元素mo、w、稀土元素la主要在精炼过程，根据不同的sn含量，选择单独加入或复合加入。当锡含量在0.05～0.10％范围内时，可以选择将合金元素mo、w、稀土元素la分别单独加入；当锡含量在0.11～0.25％范围内时，可以选择将合金元素mo、w、稀土元素la中的任意两种合金元素复合加入，如mo和w、mo和稀土元素la、w和稀土元素la。当锡含量在0.26～0.35范围内时，可以选择将合金元素mo、w、稀土元素la同时复合加入。
本发明的有益效果：
本发明借助mo、w、稀土元素la的合金化化作用，进一步提高了易切削钢中的锡含量，最高可以到0.35％。这不仅保证了该钢既良好的切削性能，又保证了该钢具有较高的热轧工艺性能及其表面质量。不仅如此，由于本发明提出的易切削钢中硫含量远低于传统硫系易切削钢，同时由于锡的熔点高、蒸汽压低，不会遇到冶炼时空气污染问题。因此，可以认为该钢种符合目前易切削钢无铅低硫的发展趋势，是一种对环境非常友好的钢种，产品投入市场后，将会为企业带来较高的经济效益和环境效益。
具体实施方式
各实施例采用的工艺路线为：
炼钢(转炉或电炉)→精炼(lf、vd、rh)→连铸→热轧。其中，各实施例中的合金元素mo、w、稀土元素la在精炼过程加入，根据sn含量的不同，采用单独加入或复合加入，如表1所示。
表1为本发明各实施例的主要化学成分及其质量百分数，铁及不可避免杂质未在表1中列出。
表1各实施例主要化学成分及其质量百分数(％)
在热轧过程的连续性、稳定性评价方面，主要是对各实施例在热轧时，对轧材端部是否存在开裂现象进行了统计，编号为1的实施例所对应的轧材存在端部开裂现象，其余各实施例所对应的轧材则未观察到端部开裂现象，如表2所示。端部开裂，无法保证机架间轧材的顺利过钢，进而降低了热轧过程的连续性、稳定性。
在轧材表面质量评价方面，主要是对各实施例的轧材表面是否出现结疤等表面缺陷现象进行统计，编号为1的实施例所对应的轧材表面存在结疤现象，其余各实施例所对应的轧材表面未观察到结疤现象，如表2所示。
在切削性能评价方面，主要利用无级调速c6140车床,在保持进给量和切削深度不变情况下,改变切削速度,分别对正火状态的45钢(作为基准试样)和各实施例进行刀具耐用度切削试验。试验用试样为φ200mm×500mm的棒材，试验刀具为yt5硬质合金机夹式可转位外圆车刀，其刀具前角为10°、后角为6°，刃倾角为3°，主偏角为75°，副偏角为15°。切削在不使用切削液的条件下进行，选用的进给量f＝0.2mm/r,切削深度ap＝1.0mm；对45钢，切削速度选用v＝80,100,120,140m/min,各实施例的切削速度选用v＝130,140,150,170m/min。测量不同切削时间t时的刀具后磨损宽度vb，由此确定相应的v60值(即刀具耐用度t定为切削60分钟时，所允许的切削速度)，再与45钢的(v60)j值相比，得到了各实施例的相对切削系数kr＝v60/(v60)j，如表2所示。kv越大，切削加工性越好；kv越小，切削加工性越差。表2中的数据显示各实施例都具有良好的刀具耐用度，kr大于1，说明该钢切削加工性能好于基准试样45钢。同时，又对切屑的类型进行了统计，切削各实施例时，切屑以c型屑为主，说明各实施例都具有良好的切屑处理性。在sn含量低的实施例中伴有少量螺旋屑，如表2所示。这表明该钢可以满足高速切削的要求。
表2各实施例的轧材端部开裂、轧材表面结疤缺陷及相对切削系数kr和切屑类型的统计情况
由实施例可见，未经mo、w、稀土元素la合金化的编号为1的实施例，相较于其他实施例，具有极高的切削性能。但由于易切削元素sn引起的晶界偏聚脆化现象严重，导致热轧时轧材端部开裂，热轧过程不能稳定进行，即热轧工艺性较差；经mo、w、稀土元素la合金化的其他实施例，虽然相对切削系数kr略有下降，但仍能满足高速切削要求。同时，由于mo、w、稀土元素la等合金元素，可以抑制易切削元素sn沿奥氏体晶界偏聚(即热轧时沿奥氏体晶界不出现易切削元素sn的偏聚现象)，致使对含有较高锡含量的易切削钢，仍会在热轧时显现出良好的塑性，热轧时既不出现轧材端部开裂，也不出现轧材表面结疤现象，表现出良好的热轧工艺性能。