專利名稱：一種錫鈣鈦系易切削鋼的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，特別涉及一種含錫鈣鈦元素的易切削鋼，可用于制造高強度螺栓、曲軸、連接桿等汽車和機械的重要零件。
背景技術：
多數硫系易切削鋼降低了材料的塑性和韌性，尤其是橫向力學性能較差。鉛系易切削鋼既提高了易切削性能又保持了較好的力學性能，然而由于在冶煉鉛易切削鋼時鉛的揮發污染環境，危害人的健康，其應用有下降的趨勢。
錫與鉛在化學元素周期表中同屬一族，物理和化學性質很相近，作為易切削元素錫是鉛的很好的替代者。
鈣易切削鋼受到了普遍的重視。冶煉鈣易切削鋼時用鈣合金控制脫氧，使鋼中形成CaO-SiO2-Al2O3三元夾雜物，大大地改進了鋼材在高速切削時的易切削性能，而且它的力學性能與基礎鋼相同。然而單純用鈣處理的鋼種只有在使用硬質合金刀具高速切削時才具有易切削性能，而且鈣易切削鋼的奧氏體晶粒長大傾向較大。
發明內容
本發明要解決的技術問題是在保持含硫及鉛易切削性能的前提下減輕硫對鋼材力學性能的影響及鉛對環保的影響。
采用鈣合金與鈦合金對鋼水聯合控制脫氧，并加入適量的錫和硫，可使鋼材無論在高切削速度還是中等切削速度均顯示良好的易切削性能。硫化物與硅酸鹽共存，可有效地減輕硅酸鹽對鋼材疲勞壽命的有害作用。而鈦形成的硫化物或氧化物有利于進一步消除易切削鋼軋制時的熱脆現象。
一種錫鈣鈦系易切削鋼，稱為Y(15-45)SnCaTi易切削鋼，其特征在于主要成份(Wt％)為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，余量為Fe。
冶煉中使用中性稀薄覆蓋渣，其成份為CaO20-35％、SiO225-40％、Al2O330-40％。
該鋼種的脫氧方法和步驟首先用錳鐵、硅鐵或含鋁20-40％的鋁灰進行脫氧，其次采用喂絲法向鋼水內部插入Ca-Si包芯線和鈦鐵進行控制脫氧。采用氧化鋯固體電解質氧濃差電池快速定氧探頭測定鋼液中的氧活度。喂絲前的鋼液氧活度應控制在40～200×10-6。
冶煉采用頂吹、或底吹氬工藝及電磁攪拌工藝。
冶煉爐型電弧爐、感應爐及轉爐碳含量為0.12-0.18％的Y15SnCaTi易切削鋼的力學性能為，熱軋(鍛)態試樣的抗拉強度達到400MPa，延伸率為22.0％，斷面收縮37％，硬度HB/≤170達到了國標GB8731-88中相應鋼種(Y15Pb)的標準(見附表1)。此鋼種可用于制造高強度螺栓等汽車和機械的重要標準零件。
碳含量為0.42-0.48％的Y45SnCaTi易切削鋼的力學性能為，熱軋(鍛)態試樣的抗拉強度達到700MPa，延伸率為12.0％，斷面收縮26％，硬度HB/≤240達到了國標GB8731-88中相應鋼種(Y15Pb)的標準(見附表1)。
具體實施例方式
1、冶煉爐型電弧爐冶煉工藝首先用鋁20-40％的鋁灰進行脫氧，其次采用喂絲法向鋼水內部插入Ca-Si包芯線和鈦鐵進行控制脫氧。
采用氧化鋯固體電解質氧濃差電池快速定氧探頭測定鋼液中的氧活度。喂絲前的鋼液氧活度應控制在100×10-6。
冶煉中使用中性稀薄覆蓋渣，其成份為CaO30％、SiO230％、Al2O340％。
冶煉出錫鈣鈦系易切削鋼，稱為Y15SnCaTi易切削鋼，主要成份(Wt％)為C0.15、Si0.25、S0.060、Mn0.60、Sn0.20，Ca0.0017、Ti0.10，P≤0.04，余量為Fe。
2、冶煉爐型感應爐冶煉工藝首先用錳鐵進行脫氧，其次采用喂絲法向鋼水內部插入Ca-Si包芯線和鈦鐵進行控制脫氧。
采用氧化鋯固體電解質氧濃差電池快速定氧探頭測定鋼液中的氧活度。喂絲前的鋼液氧活度應控制在80×10-6。
冶煉出錫鈣鈦系易切削鋼，稱為Y45SnCaTi易切削鋼，主要成份(Wt％)為C0.45、Si0.30、S0.090、Mn1.0、Sn0.30，Ca0.0015、Ti.0.20，P≤0.04，余量為Fe。
在BJ-1630GD車床上使用41605H型YT15硬質合金機卡刀具對試樣進行車削實驗時，設定車床主軸轉速為950轉/min、平均切削速度為85m/min、走刀速度0.096mm/轉、吃刀深度為1.0mm.。經過30分鐘的切削試驗，刀具后刀面磨損寬度Vb遠小于0.3mm，說明刀具壽命很長。車屑為斷屑即處理性良好。試樣的表面粗糙達到了3.2級。
附表1.易切削鋼機械性能的國家標準(熱軋態GB8731-88)
權利要求
1.一種錫鈣鈦系易切削鋼，其特征在于主要成份Wt％為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，余量為Fe。
2.如權利要求1所述的錫鈣鈦系易切削鋼，其特征在于冶煉采用頂吹或底吹氬工藝及電磁攪拌工藝，冶煉爐型電弧爐、感應爐及轉爐。
3.如權利要求2所述的錫鈣鈦系易切削鋼，其特征在于冶煉中使用中性稀薄覆蓋渣，其成份為CaO20-35％、SiO225-40％、Al2O330-40％；該鋼種的脫氧方法和步驟首先用錳鐵、硅鐵或含鋁20-40％的鋁灰進行脫氧，其次采用喂絲法向鋼水內部插入Ca-Si包芯線和鈦合金包芯線進行控制脫氧，喂絲量根據鋼種及收得率定，喂絲前的鋼液氧活度應控制在40～200×10-6。
4.如權利要求1或2或3所述的錫鈣鈦系易切削鋼，其特征在于錫的加入采用含錫的尾礦及社會廢鋼中的含錫廢鋼用于添加錫。
全文摘要
一種錫鈣鈦系易切削鋼，屬于金屬材料領域，特別涉及一種含錫鈣鈦元素的易切削鋼，可用于制造高強度螺栓、曲軸、連接桿等汽車和機械的重要零件。易切削鋼種Y(15－45)SnCaTi。碳含量為0.12－0.18％的Y15SnCaTi易切削鋼的力學性能為，熱軋(鍛)態試樣的抗拉強度達到400MPa，延伸率為22.0％，斷面收縮37％，硬度HB/≤170達到了國標GB8731－88中相應鋼種(Y15Pb)的標準，可用于制造高強度螺栓。Y45SnCaTi易切削鋼的力學性能為，熱軋(鍛)態試樣的抗拉強度達到800MPa，延伸率為17.7％，斷面收縮47％，硬度HB/≤240；超過了國標GB8731－88中相應鋼種Y45Ca的標準。可用于制造曲軸、連接桿。
文檔編號C21C5/00GK1667153SQ20051001155
公開日2005年9月14日 申請日期2005年4月11日 優先權日2005年4月11日
發明者朱榮, 李聯生 申請人:北京科技大學