專利名稱：一種改善切削性能的優質結構鋼及生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種優質結構鋼及其生產工藝，特別是一種改善切削性能的優質結構鋼及其生產工藝，屬于冶金技術領域。
背景技術：
隨著現代高速數控機床技術的發展，機加工行業的競爭越來越激烈，對金屬材料的要求也越來越高，不僅要求金屬材料本身具有一定的力學性能，而且要求其具有良好的機加工性能。鋼中的金屬Mn和S可以高熔點(1600°C)的MnS形態存在于鋼中，當Mn/S 達到一定比例時，其以紡錘狀形式存在于鋼中，可以消除鋼中S的危害。鉛(Pb)在鋼中一般以金屬夾雜物的形式單獨存在或者附著在硫化物等夾雜物上，不但不影響基礎鋼的力學性能，而且具有潤滑和脆化作用，具有改善鋼的切削和機加工性能作用。但由于鉛的比重較大，又不溶于鋼中，因而在鋼中難以形成分布均勻、穩定的組織，造成嚴重的偏析；同時由于鉛熔點低，在凝固過程中容易產生嚴重的凝固偏析；加之鉛本事具有毒性，控制不當會對環境及人體健康造成一定危害；此外鉛因比重較大而易于沉積，且在高溫、帶有氬氣攪拌的條件下易揮發，因而回收率低。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種改善切削性能的優質結構鋼及生產工藝，通過在優質結構鋼中添加一定量的鉛并將S控制在一定范圍，以獲得分布比較均勻穩定的1 的成分組織，在不改變基礎鋼的力學性能和純凈度的前提下改善鋼的機加工性能。為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案一種改善切削性能的優質結構鋼。該優質結構鋼以重量百分比計，含有Pb :0. 05 0.35%、S :0. 02 0.06%，其余成分符合GB/T699優質碳素結構鋼、GB/T3077合金結構鋼的要求，余量為！^及不可避免的雜質。上述的改善切削性能的優質結構鋼，具體說，以重量百分比計，含有C :0. 48%， Si 0. 25%,Mn :0. 70%,P :0. 020%, S :0. 028%, Pb :0. 21%，余量為 Fe 及不可避免的雜質。 此鋼種命名為W5Pb。前述的改善切削性能的優質結構鋼，具體說，以重量百分比計，含有C :0. 50%， Si 0. 28%,Mn :0. 64%,P :0. 015%，S :0. 024%, Pb :0. 12%，余量為 Fe 及不可避免的雜質。 此鋼種命名為TOOPb。前述的改善切削性能的優質結構鋼，具體說，以重量百分比計，含有C :0. 52%， Si 0. 23%,Mn :0. 78%,P :0. 018%, S :0. 022%, Pb :0. 23%，余量為 Fe 及不可避免的雜質。 此鋼種命名為Υ50Μη ^。一種改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，包括冶煉工藝和連鑄工藝或者是冶煉工藝和模鑄工藝，所述的冶煉工藝是采用電弧爐(EAF)出鋼，經LF爐(鋼包精煉爐)初還原或經LF爐初還原和VD爐(真空脫氣爐)脫氣處理后，采用攪拌強度為壓力10 12MPa、流量400 500NL/min的鋼包底吹氬氣強攪拌方式，并采用喂絲機將復合1 包芯線從鋼包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，將Pb%成分控制在0. 05% 0. 35% ；喂完1 線后，繼續強攪拌2 3min，以達到1 成分分布均勻穩定；然后將鋼包底吹氬氣的攪拌強度恢復到壓力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶煉狀態，進行還原再處理，同時進行合金成分和渣的調整，并根據含量情況，通過喂入硫鐵包芯線方式，將控制在0. 02% 0. 06%，以控制其硫化物夾雜物形態；還原后期，將鋼包底吹氬氣的攪拌強度調到壓力彡0. 25MPa、流量50 lOONL/min進行軟吹，以提高鋼水純凈度，然后吊包澆鑄。上述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，所述的連鑄工藝是采用 150mm X 150mm 300mm X 400mm的連鑄機進行連鑄，拉速控制在0. 50 2. 45m/min ；正常過熱度控制在35士5°C ；中間包烘烤溫度> IlOO0C ；結晶器液位自動控制并帶電磁攪拌，全程保護澆鑄。上述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，所述的模鑄工藝是采用方形、六角形或八角形的錠型澆注700kg 16000kg的鑄錠，正常過熱度控制在40士5°C，采取緩冷脫模和保溫緩冷48 72小時處理措施，以消除應力和進行氣體擴散。前述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，所述^5 優質結構鋼以重量百分比計，含有 C 0. 48%, Si 0. 25%, Mn :0. 70%, P :0. 020%, S :0. 028%, Pb :0. 21%，余量為狗及不可避免的雜質；采用超高功率60t偏心底出鋼電弧爐出鋼，經60tLF爐初還原后， 采用150mmX 150mm合金鋼方坯連鑄機進行連鑄；電弧爐鋼包溫度控制在1000°C 1100°C， 電弧爐出鋼溫度控制在1630°C，出鋼終點C控制在0. 12%，P彡0. 020% ；LF爐座包后，采用攪拌強度為壓力10 12MPa、流量400 500NL/min的鋼包底吹氬氣強攪拌方式，并采用喂絲機將復合1 包芯線從鋼包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，將1 %成分控制在0. 20 0. 22%，喂完1 線后，繼續強攪拌2 3min，以達到1 成分分布均勻、穩定； 然后將鋼包底吹氬氣的攪拌強度恢復到壓力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶煉狀態，進行還原再處理，同時進行合金成分和渣的調整，并根據含量情況，通過喂入硫鐵包芯線方式，將控制在0. 027% 0. 029%,以控制其硫化物夾雜物形態；還原后期，將鋼包底吹氬氣的攪拌強度調到壓力在0. 20Mpa下，將流量控制在70NL/min進行軟吹 12min，以提高鋼水純凈度，然后吊包澆鑄；連鑄中間包烘烤溫度控制在1100 1150°C，采用鋼包至結晶器全程保護澆鑄，中間包連續測溫，結晶器液位檢測與控制采用Co60放射源配合伺服電機控制塞棒開度進行自動控制，全過程采用結晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌； 根據中間包過熱度控制拉速，過熱度控制在35°C，拉速控制在1. 90 2. 2m/min。前述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，所述TOOin3優質結構鋼以重量百分比計，含有 C 0. 50%, Si 0. 28%, Mn :0. 64%, P :0. 015%, S :0. 024%, Pb :0. 12%，余量為1 及不可避免的雜質；采用超高功率30t偏心底出鋼電弧爐出鋼，經30tLF爐初還原和VD爐脫氣處理后，采用260mmX 300mm合金鋼矩形坯連鑄機進行連鑄；電弧爐鋼包溫度控制在1000°C IlOO0C,電弧爐出鋼溫度控制在1660°C，出鋼終點C控制在0. 13%, P彡0. 020%;LF爐座包后，采用攪拌強度為壓力10 12MPa、流量400 500NL/min的鋼包底吹氬氣強攪拌方式，并采用喂絲機將復合1 包芯線從鋼包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，將1 %成分控制在0. 10 0. 13%，喂完1 線后，繼續強攪拌2 3min，以達到1 成分分布均勻、穩定；然后將鋼包底吹氬氣的攪拌強度恢復到壓力0. 2 0. 4MPa、 流量100 300NL/min的正常冶煉狀態，進行還原再處理，同時進行合金成分和渣的調整， 并根據含量情況，通過喂入硫鐵包芯線方式，將控制在0. 023% 0. 025%，以控制其硫化物夾雜物形態；還原后期，將鋼包底吹氬氣的攪拌強度調到壓力在0. ISMPa下，將流量控制在60NL/min進行軟吹lOmin，以提高鋼水純凈度，然后吊包澆鑄；連鑄中間包烘烤溫度控制在1150 1200°C，采用鋼包至結晶器全程保護澆鑄，結晶器液位檢測與控制采用渦流檢測配合電動推桿控制塞棒開度進行自動控制，全過程采用結晶器電磁攪拌。根據中間包過熱度控制拉速，過熱度控制在40°C，拉速控制在0. 55 0. 65m/min。前述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，所述TOOMrfb優質結構鋼以重量百分比計，含有 C 0. 52%, Si 0. 23%, Mn :0. 78%, P :0. 018%, S :0. 022%, Pb :0. 23%，余量為1 及不可避免的雜質；采用超高功率30t偏心底出鋼電弧爐出鋼，經30tLF爐初還原和VD爐脫氣處理后，采用4000Kg方形錠型進行模鑄；電弧爐鋼包溫度控制在1000°C IlOO0C,電弧爐出鋼溫度控制在1660°C，出鋼終點C控制在0. 13%, P^O. 020% ；LF爐座包后，采用攪拌強度為壓力10 12MPa、流量400 500NL/min的鋼包底吹氬氣強攪拌方式，并采用喂絲機將復合1 包芯線從鋼包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，將1 % 成分控制在0. 22 0. 25%，喂完1 線后，繼續強攪拌2 3min，以達到1 成分分布均勻、 穩定；然后將鋼包底吹氬氣的攪拌強度恢復到壓力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min 的正常冶煉狀態，進行還原再處理，同時進行合金成分和渣的調整，并根據含量情況，通過喂入硫鐵包芯線方式，將控制在0. 021% 0. 023%，以控制其硫化物夾雜物形態；還原后期，將鋼包底吹氬氣的攪拌強度調到在0. ISMPa下，將流量控制在60NL/min進行軟吹 13min,以提高鋼水純凈度，然后吊包澆鑄；采用4000Kg方形錠型進行模鑄，過熱度控制在 40°C，澆注時間控制在30min，根據澆注時間和過熱度控制要求，將鋼水溫度控制在1520°C; 在澆注完畢后，緩冷M小時脫模，再保溫緩冷52小時后轉入下道工序。本發明的有益效果與現有技術相比，本發明在優質結構鋼(符合GB/T699、GB/ T3077)中適當添加一定量的金屬鉛(以重量％計0. 05 0. 35% )，同時將S含量控制在一定范圍(以重量％計0. 02 0. 06% )，以控制MnS夾雜物形態和1 的均勻分布，不僅不會對基礎鋼(符合GB/T699、GB/T3077的優質結構鋼)的力學性能和純凈度造成影響，而且有利于改善鋼的機加工性能，因而該類優質結構鋼是一種既具有一定強度，又具有優良機加工性能的金屬材料。本發明通過獨特的生產工藝技術，在優質結構鋼中獲得分布狀態比較均勻、穩定的1 的成分組織，改善了鋼的機加工性能，獲取了較高的工件表面光潔度和尺寸精度，提高了勞動生產效率。采用本發明的生產工藝生產的優質結構鋼，具有鑄坯(或鑄錠)表面質量好，1 %成分的分布均勻、穩定，同時機加工過程中性能較為穩定等特點。下面結合具體實施方式
對本發明作進一步的說明。
具體實施例方式實施例1。優質結構鋼W5Pb。其主要化學成分如下表所示
權利要求
1.一種改善切削性能的優質結構鋼，其特征在于以重量百分比計，含有1 0. 05 0. 35%, S 0. 02 0. 06%，其余成分符合GB/T699優質碳素結構鋼、GB/T3077合金結構鋼的要求，余量為及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的改善切削性能的優質結構鋼，其特征在于以重量百分比計， 含有 C 0. 48%, Si 0. 25%, Mn :0. 70%, P :0. 020%, S :0. 028%, Pb :0. 21%，余量為 Fe 及不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的改善切削性能的優質結構鋼，其特征在于以重量百分比計， 含有 C 0. 50%, Si 0. 28%, Mn :0. 64%, P :0. 015%, S :0. 024%, Pb :0. 12%，余量為 Fe 及不可避免的雜質。
4.根據權利要求1所述的改善切削性能的優質結構鋼，其特征在于以重量百分比計， 含有 C 0. 52%, Si 0. 23%, Mn :0. 78%, P :0. 018%, S :0. 022%, Pb :0. 23%，余量為 Fe 及不可避免的雜質。
5.一種改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，包括冶煉工藝和連鑄工藝或模鑄工藝，其特征在于所述的冶煉工藝是采用電弧爐出鋼，經LF爐初還原或經LF爐初還原和VD 爐脫氣處理后，采用攪拌強度為壓力10 12MPa、流量400 500NL/min的鋼包底吹氬氣強攪拌方式，并采用喂絲機將復合1 包芯線從鋼包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，將Pb%成分控制在0. 05% 0. 35%;喂完Pb線后，繼續強攪拌2 3min，以達到Pb成分分布均勻穩定；然后將鋼包底吹氬氣的攪拌強度恢復到壓力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶煉狀態，進行還原再處理，同時進行合金成分和渣的調整，并根據含量情況，通過喂入硫鐵包芯線方式，將控制在0. 02% 0. 06%，以控制其硫化物夾雜物形態；還原后期，將鋼包底吹氬氣的攪拌強度調到壓力彡0. 25MPa、流量50 lOONL/min 進行軟吹，以提高鋼水純凈度，然后吊包澆鑄。
6.根據權利要求5所述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，其特征在于所述的連鑄工藝是采用150mm X 150mm 300mm X 400mm的連鑄機進行連鑄，拉速控制在0. 50 2. 45m/min ；正常過熱度控制在35士5°C ；中間包烘烤溫度彡IlOO0C ；結晶器液位自動控制并帶電磁攪拌，全程保護澆鑄。
7.根據權利要求5所述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，其特征在于所述的模鑄工藝是采用方形、六角形或八角形的錠型澆注700kg 16000kg的鑄錠，正常過熱度控制在40士5°C，采取緩冷脫模和保溫緩冷48 72小時處理措施，以消除應力和進行氣體擴散。
8.根據權利要求2或6所述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，其特征在于 所述優質結構鋼以重量百分比計，含有C :0. 48%, Si 0. 25%, Mn :0. 70%, P 0. 020%, S 0. 028%, Pb :0. 21%，余量為!^e及不可避免的雜質；采用超高功率60t偏心底出鋼電弧爐出鋼，經60tLF爐初還原后，采用150mmX 150mm合金鋼方坯連鑄機進行連鑄；電弧爐鋼包溫度控制在1000°C 1100°C，電弧爐出鋼溫度控制在1630°C，出鋼終點C控制在0. 12%, P彡0. 020% ;LF爐座包后，采用攪拌強度為壓力10 12MPa、流量400 500NL/min的鋼包底吹氬氣強攪拌方式，并采用喂絲機將復合1 包芯線從鋼包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，將1 %成分控制在0. 20 0. 22%，喂完1 線后，繼續強攪拌2 3min，以達到1 成分分布均勻、穩定；然后將鋼包底吹氬氣的攪拌強度恢復到壓力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶煉狀態，進行還原再處理，同時進行合金成分和渣的調整， 并根據含量情況，通過喂入硫鐵包芯線方式，將控制在0. 027% 0. 0四％，以控制其硫化物夾雜物形態；還原后期，將鋼包底吹氬氣的攪拌強度調到壓力在0. 20Mpa下，將流量控制在70NL/min進行軟吹12min，以提高鋼水純凈度，然后吊包澆鑄；連鑄中間包烘烤溫度控制在1100 1150°C，采用鋼包至結晶器全程保護澆鑄，中間包連續測溫，結晶器液位檢測與控制采用C060放射源配合伺服電機控制塞棒開度進行自動控制，全過程采用結晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌；根據中間包過熱度控制拉速，過熱度控制在35°C，拉速控制在 1. 90 2. 2m/min。
9.根據權利要求3或6所述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，其特征在于 所述優質結構鋼以重量百分比計，含有C :0. 50%, Si 0. 28%, Mn :0. 64%, P :0.015%, S 0. 024%, Pb 0. 12%，余量為！^及不可避免的雜質；采用超高功率30t偏心底出鋼電弧爐出鋼，經30tLF爐初還原和VD爐脫氣處理后，采用260mmX300mm合金鋼矩形坯連鑄機進行連鑄；電弧爐鋼包溫度控制在1000°C 1100°C，電弧爐出鋼溫度控制在1660°C，出鋼終點C控制在0. 13%，P彡0. 020% ；LF爐座包后，采用攪拌強度為壓力10 12MPa、流量 400 500NL/min的鋼包底吹氬氣強攪拌方式，并采用喂絲機將復合1 包芯線從鋼包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，將Pb%成分控制在0. 10 0. 13%，喂完Pb線后， 繼續強攪拌2 3min，以達到1 成分分布均勻、穩定；然后將鋼包底吹氬氣的攪拌強度恢復到壓力0. 2 0. 4MPa、流量100 300NL/min的正常冶煉狀態，進行還原再處理，同時進行合金成分和渣的調整，并根據含量情況，通過喂入硫鐵包芯線方式，將控制在 0. 023% 0. 025%，以控制其硫化物夾雜物形態；還原后期，將鋼包底吹氬氣的攪拌強度調到壓力在0. 18MPa下，將流量控制在60NL/min進行軟吹lOmin，以提高鋼水純凈度，然后吊包澆鑄；連鑄中間包烘烤溫度控制在1150 1200°C，采用鋼包至結晶器全程保護澆鑄， 結晶器液位檢測與控制采用渦流檢測配合電動推桿控制塞棒開度進行自動控制，全過程采用結晶器電磁攪拌。根據中間包過熱度控制拉速，過熱度控制在40°C，拉速控制在0. 55 0.65m/min。
10.根據權利要求4或7所述的改善切削性能的優質結構鋼的生產工藝，其特征在于 所述優質結構鋼以重量百分比計，含有C :0. 52%, Si 0. 23%, Mn :0. 78%, P :0.018%, S 0. 022%, Pb 0. 23%，余量為!^e及不可避免的雜質；采用超高功率30t偏心底出鋼電弧爐出鋼，經30tLF爐初還原和VD爐脫氣處理后，采用4000Kg方形錠型進行模鑄；電弧爐鋼包溫度控制在1000°C 1100°C，電弧爐出鋼溫度控制在1660°C，出鋼終點C控制在0. 13%, P彡0. 020% ;LF爐座包后，采用攪拌強度為壓力10 12MPa、流量400 500NL/min的鋼包底吹氬氣強攪拌方式，并采用喂絲機將復合1 包芯線從鋼包上方以130 150m/min的速度均勻喂入，將1 %成分控制在0. 22 0. 25%，喂完1 線后，繼續強攪拌2 3min，以達到1 成分分布均勻、穩定；然后將鋼包底吹氬氣的攪拌強度恢復到壓力0. 2 0. 4MPa、 流量100 300NL/min的正常冶煉狀態，進行還原再處理，同時進行合金成分和渣的調整， 并根據S%含量情況，通過喂入硫鐵包芯線方式，將控制在0. 021% 0. 023%,以控制其硫化物夾雜物形態；還原后期，將鋼包底吹氬氣的攪拌強度調到在0. ISMPa下，將流量控制在60NL/min進行軟吹13min，以提高鋼水純凈度，然后吊包澆鑄；采用4000Kg方形錠型進行模鑄，過熱度控制在40°C，澆注時間控制在30min，根據澆注時間和過熱度控制要求，將鋼水溫度控制在1520°C ；在澆注完畢后，緩冷M小時脫模，再保溫緩冷52小時后轉入下道工序。
全文摘要
本發明公開了一種改善切削性能的優質結構鋼及生產工藝，該優質結構鋼以重量百分比計，含有Pb0.05～0.35％、S0.02～0.06％，其余成分符合GB/T699優質碳素結構鋼、GB/T3077合金結構鋼的要求，余量為Fe及不可避免的雜質。其生產工藝包括冶煉工藝和連鑄工藝或模鑄工藝。本發明在優質結構鋼中適當添加一定量的金屬鉛，同時將S含量控制在一定范圍，不僅不會對基礎鋼的力學性能和純凈度造成影響，而且有利于改善鋼的機加工性能；采用本發明的生產工藝生產的優質結構鋼，具有鑄坯(或鑄錠)表面質量好，Pb％成分的分布均勻、穩定，同時機加工過程中性能較為穩定等特點。
文檔編號C21C7/00GK102321856SQ20111028266
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者代飛, 何勇, 劉華, 劉銀波, 葉朗, 周英豪, 夏輝華, 張國成, 白映林, 肖丹, 陳昌貴, 高皓 申請人:首鋼貴陽特殊鋼有限責任公司