一种高性能经济复合易切削钢的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种易切削钢，具体地属于一种含硼低铅复合易切削钢。
【背景技术】
[0002] 易切削钢能有效降低切削抗力、减缓刀具磨损、提高作业效率，很好地适应现代数 控机床高效、智能化生产的需求，属于节能材料，广泛用于家电、五金、汽车以及办公设备等 领域。
[0003] 易切削钢主要有硫系和铅系两大类。
[0004] 铅系易切削钢具备最优的切削性能且兼具优良的力学性能、热处理性能、冷热加 工性能和焊接性能等。但其面临自身无法克服的问题：铅有毒且化学性质活泼，使得含铅易 切削钢生产、使用以及回收过程均面临环保压力，为满足日趋严苛的环保要求，含铅易切削 钢冶炼生产以及废料处理等均需采用特殊工艺和装备进行，导致成本快速增加，因此国内 主要由特钢企业生产，这也造成在我国钢铁产量严重过剩的大背景下易切削钢仍需大量进 口的事实。目前，欧美等发达国家正逐步立法限制含铅易切削钢的生产、使用和回收。
[0005] 硫系易切削钢是常见的无铅易切削钢，MnS在钢中形成裂纹源，并在机械加工过程 不断扩展，达到断肩的目的。硫系易切削钢切削性能取决于MnS夹杂数量、分布以及形态， 而较高的硫含量有助于提高钢中MnS夹杂数量和分布；较高的氧含量则有助于形成有利于 切削性能提尚的I型MnS夹杂，因此硫系易切削钢硫、氧含量$父尚。
[0006] 但较高的硫、氧含量会使钢材面临如下问题： (1)机械性能、热加工性能以及焊接性能显著降低。较高的氧含量，恶化钢质，导致钢中 氧化物夹杂增多，同时MnS夹杂会沿轧制方向延伸，导致钢材力学性能各向异性增大，严重 限制硫系易切削钢的使用范围。
[0007] (2)生产困难。高硫、高氧易切削钢是世界三大难连铸的钢种之一，连铸工艺难 点在于：高氧含量、高硫含量大大降低钢水表面张力，使钢渣分离困难，从而造成钢渣混卷， 形成大量表面及皮下缺陷，甚至造成漏钢；高锰含量、高氧含量高温下会与耐火材料发生反 应，加速耐火材料浸蚀，导致溢钢或中间包漏钢；钢液粘度大，流动性差，为保证其可浇性必 须提高浇注温度，但同时易切削钢又是裂纹敏感钢种，又必须采用弱冷制度。这些相互矛盾 的要求，使得硫系易切削钢连铸工艺面临极大的挑战。因此，国内硫系易切削钢主要由特钢 企业生产，普通企业缺乏相关工艺技术条件，限制了硫系易切削钢的生产、推广与应用。
[0008] 经检索：中国专利申请号为CN200380103425. 5的专利文献，公开了一种切削性优 良的钢，其特征在于，它是按质量％由C :0. 005~0. 2%、Si :0. 001~0. 5%、Mn :0. 2~ 3· 0%、P :0· 001 ~0· 2%、S :0· 03 ~L 0%、B :0· 005 ~0· 05%、总 N :0· 002 ~0· 02%、总 0 : 0. 005~0. 035%、余量为Fe和不可避免的杂质构成。其存在的不足：该文献钢种为高硫、 高氧的硫系易切削钢，冶炼生产困难、成本高，钢质纯净度差，主要依赖MnS改善钢材切削 性能，因而不可避免的导致机械性能、热加工性能等偏低；同时，该文献钢种化学成分复杂， 含有大量贵金属合金，因而工艺复杂、生产成本较高。而本发明：硫含量(< 〇. 2%)和氧含量 (< 0. 02%)较低，成分简单易控，切削性能优良(利用MnS和BN共同提高钢材切削性能）且 力学性能良好，生产工艺控制简单，适合非特钢企业生产，具有良好的可推广性和适用性。
[0009] 中国专利申请号为CN200980138439. 8的专利文献，公开了一种不含铅的快速切 削钢，其包括（以重量％计）0.03-0. 13重量％的碳（C)、0. 1重量％以下的硅（Si)、0. 7-2. 0 重量 ％ 的锰（Mn)、0. 05-0. 15 重量 ％ 的磷（P)、0. 2-0. 5 重量 ％ 的硫（S)、0. 001-0. 01 重量 ％ 的硼（B)、0· 1-0. 5 重量 ％ 的铬（Cr)、0· 05-0. 4 重量 ％ 的钛（Ti)、0· 005-0. 015 重量 ％ 的氮 (N)、0. 03重量％以下的氧（0)、余量的铁（Fe)和其他不可避免的杂质。其存在的不足：该 文献钢种属于尚硫易切削钢，B的加入目的为提尚钢的泮透性（固溶入钢中）而不是提尚切 削性能(生产BN夹杂)，且钢中Ti、N、0含量较高，容易生产大量钛的碳氮化物和氧化，导致 冶炼、连铸困难，并造成钢中硬质夹杂物增多恶化切削性能。
[0010] 中国专利申请号为CN200780048197. 4的专利文献，公开了 一种无 Pb的 易切削钢，由 〇· 03-0. 30wt % 的碳（C)、0· 01-0. 30wt % 的硅（Si)、0· 2-2. Owt % 的锰 (Mn)、0· 02-0.1 Owt % 的磷（P)、0· 06-0. 45wt % 的硫（S)、0· 04-0. 20wt % 的铋（Bi)、 0.04-0.20wt % 的锡（Sn)、0.001-0.015wt % 的硼（B)、0.001-0.010wt % 的氮（N)、 0.002-0. 025wt%的总氧（T[0])和余量的铁以及不可避免的杂质形成。其存在的不足：该 文献钢种属于复合系易切削钢，钢中稀土元素（Bi、Sn )含量高，因而生产成本高昂，同时，硫 含量较高而B含量较低，未能充分发挥BN夹杂改善钢材切削性能的效果，过多的MnS夹杂 在钢中必然会恶化钢材机械性能、热加工性能等，因而该文献钢种成本高昂、使用效能低。 [0011]目前，易切削钢往往由特钢企业生产，但现有铅系、硫系及复合系易切削钢，或因 环境污染严重；或因生产困难，切削性能、力学性能欠佳；或因成本太高、性价比低下等原 因，难以满足经济社会发展需求。为克服上述现有技术的不足，本发明利用BN和MnS共同 改善钢材切削性能，开发出一种适合非特钢企业生产的新型高性能、低成本复合易切削钢。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的再与解决现有技术的不足，提供一种不仅具有良好的力学性能，及 切削性能与铅系易切削钢相近，且吨钢成本至少能降低150元，还适合非特钢企业生产的 高性能经济复合易切削钢。
[0013] 实现上述目的的措施： 一种高性能经济复合易切削钢，其组分及重量百分比含量为：C :0. 21~0. 48 %、Si : < 0· 08 %、Mn :1· 2 ~L 5 %、P < 0· 001 %、S :0· 01 ~0· 03 %、N :0· 06 ~0· 08 %、B :0· 05 ~ 0. 07 %、0 :0. 015 ~0. 025 %、Ca :0. 001 ~0. 009 %、Mg :0. 002 ~0. 0080 %、A1 :0. 01 ~0. 02 %，其余为Fe及不可避免的杂质；同时满足N/B=l. 1~1.4 ;BN夹杂长度45~65 μ m，宽度 彡5μπι的BN夹杂数量> 3000个/mm2;MnS夹杂当量圆直径为0. 1~0. 4μπι的MnS数量 > 500 个/mm2。 优选地：Ν重量百分比含量为0. 06~0. 07%。
[0014] 优选地：Β重量百分比含量为0· 05~0· 06%。
[0015] 优选地：S重量百分比含量为0· 02~0· 03%。
[0016] 其在于：添加有重量百分比含量为：Ni :0. 01~0. 03 %、或Cu :0. 01~0. 03 %、或 Cr :0. 03~0. 05 %中的一种，或含量为0. 04~0. 06 %的Ni、Cu及Cr中两种及以上以任 意比例的混合物。
[0017] 本发明各原料的作用： C :碳含量对钢材强度、硬度有重要影响，过高的碳含量使钢中珠光体比例增加，使钢的 强度提高，不利于切削加工；而过低的碳含量会降低钢材的强度，并使得钢材偏软，降低钢 材力学性能和断肩性能。通过实验发现当碳含量低于〇. 21%时钢质偏软，钢材力学性能难 以满足要求，且切削过程铁肩长且不易断，因而切削性能不佳，同时钢材强度较低；当碳含 量超过0. 38%时钢材基体硬度偏高，对刀具磨损较为严重且力学性能富余量较高，因而综 合考虑力学性能和切削性能，碳含量设计为〇. 21~0. 48%。
[0018] Si :娃在钢中形成娃酸盐，会导致刀具磨损，娃高会促使磷从基体中析出，在晶界 易形成磷化物薄膜，恶化钢的热加工性能