含有鉍的易切削鋼的制作方法
【專利摘要】本發明涉及含鐵冶金，特別是涉及用于制造汽車部件的具有高切削性能的易切削鋼的生產。本發明提出的鋼具有以下以重量百分比計的組成：碳-不多于0.16；硅-不多于0.15；錳-1.2-1.68；硫-0.2-0.4；磷-0.06-0.15；鋁-不多于0.01；鉍-0.06-0.12；總氧-0.003-0.015；其余為鐵及雜質。如果考慮成本，可以使用少量的鉍用于合金化鋼。本發明的技術效果是在整個截面區域和軋制范圍內具有增強機械加工性的校準產品，機械性能類似于含鉛的鋼，在金屬制造過程中改善環境，及以不同的成本生產不同類型的鋼。
【專利說明】含有鉍的易切削鋼
[0001] 本發明涉及含鐵冶金，特別涉及用于制造汽車部件的具有高切削性能的易切削鋼 (free machining steel)的生產。
[0002] 本領域中已知的含鉛的易切削鋼具有以下重量％的組分比：
[0003] 碳-0. 10-0. 17
[0004] 硅-不多于〇. 12
[0005] 錳-0. 1-1. 3
[0006] 硫-0· 15-0. 30
[0007] 磷-不多于0.1
[0008] 鉛-0_ 15-0. 30
[0009] 其余為鐵及雜質[1]。
[0010] 所述鋼在機械性能、組成和其目標應用上最接近本發明提出的鋼，因而將其選作 原型。
[0011] 所述鋼的缺點是過量的變形的膜狀夾雜物，其有害地影響金屬的物理和機械工藝 性能并損害機械加工性。另一個缺點是鉛的毒性，其是1類危害物質。含鉛鋼的制造需要 鋼廠安裝非常復雜的用于吸收生成氣體的裝置。在乳制車間，對于含鉛化合物影響的保護 特別難達到。
[0012] 本發明的主要技術效果是在整個橫截面和軋制范圍內改善加工性能，同時保持類 似于含鉛鋼的機械性能，改善含鐵冶煉廠的環境，并以不同的成本制造不同類型的鋼。
[0013] 所述技術目的通過本發明提出的具有以下重量百分比的含祕的易切削鋼的組成 實現：
[0014] 碳-不多于0.16
[0015] 硅-不多于0.15
[0016] 錳-1.2-1. 68
[0017] 硫-0.2-0.4
[0018] 磷-0.06-0. 15
[0019] 錯-不多于0.01
[0020] 鉍-0· 06-0· 12
[0021] 總氧-0· 003-0. 015
[0022] 其余為鐵及雜質。所述提出的鋼的等級稱為AM14。
[0023] 所提出的含有鉍的低成本微合金化鋼的組成具有如下的重量百分比：
[0024] 碳-不多于0.16
[0025] 硅-不多于0.15
[0026] 錳-1· 2-1. 68
[0027] 硫-0· 2-0. 4
[0028] 磷-0. 06-0. 15
[0029] 鋁-不多于0.01
[0030] 鉍-0· 03-0· 05
[0031] 總氧-0· 003-0. 015
[0032] 其余為鐵及雜質。所提出的鋼的等級稱為AM12。
[0033]通過熔合金屬與硫和鉍并在整個金屬內形成均勻分布的橢圓或圓形的硫化物夾 雜物而實現所述目的。硫化物夾雜物的數量取決于硫含量，而形態由鋼的脫氧和其中的氧 含量以及結晶過程中的冷卻速率決定。為了得到鋼的更好的機械加工性，優選的硫化物的 形狀是圓形、近球狀及輕微的變形；在總氧含量為0. 0030-0. 0150%的輕微脫氧的鋼中形 成。為實現以上目的，在鋼的澆鑄過程中的氧活性保持在20-70ppm。在金屬內存在的近球 狀和輕微變形的硫化物很好地對應于活性氧和殘余鋁的含量；較高的氧含量，包括較少量 的殘余招，在金屬內得到較高量的球狀硫化物。
[0034] 最高的鋁含量（〇· 01% )由部件的降低的機械加工性限定。
[0035] 最高的鋁含量〇· I6%得到所需的機械性能。如果超過了上限，降低的塑性和增大 的硬度妨礙鋼的預期使用。
[0036] 硫化物和錳的含量的比率為3. 4-8.0。所述比率降低了熱脆性的威脅。如果硫的 含量低于〇· 2%，可接受的機械加工性水平降低。
[0037]磷含量的下限（〇· 06% )使得鋼的機械加工性增加。如果磷濃度超過〇. 15%，其 有害地影響金屬的塑性。
[0038]為了達到與含鉛鋼相同的機械加工性，要求鋼內鉍含量最小為0.03%。最大 〇· 12%的含量是實驗選擇的，以達到在CCM上鑄造的最佳條件，支持鉍在空氣中需要的最 大的允許的濃度（MAC)要求（其設定在〇. 5mg/m3)。
[0039] 圖1是在100倍放大倍數和400mcm刻度標尺下由晶粒尺寸數為8-9的一個鑄件 改性的易切削鋼的微觀結構的照片。
[0040] 圖2是在500倍放大倍數和90mcm刻度尺下粒狀珠光體與片狀珠光體（過量的片 狀珠光體）的微觀結構的照片。
[0041] 圖3示出了在100倍放大倍數下由一個鑄件改性的易切削鋼的縱向截面的表面上 的硫化物夾雜物的分布和形狀。
[0042] 圖4示出了在500倍放大倍數下改性的易切削鋼的縱向截面的表面上的硫化物夾 雜物的分布和形狀。
[0043]圖5示出了在100倍放大倍數下的改性的易切削鋼的鑄造樣品中的一個樣品的縱 向截面的中心部分中的硫化物夾雜物的分布和形狀。
[0044] 圖6示出了在500倍放大倍數下的改性的易切削鋼的鑄造樣品中的一個樣品的中 心部分縱向截面上的硫化物夾雜物的分布和形狀。

【具體實施方式】
[0045] 本發明的等級的鋼在ZAO OMutninsk metallurgical plant的煉鋼設備中鑄造。 在將鋼從煉鋼單元澆注到鋼包內的過程中，鋁使鋼脫氧，其中將脫氧組分以[Mn]/[Si] >3 的最優比率引入到鋼包的底部。然后通入氬氣在鋼包爐內進行第二次精煉，在石灰-高鋁 爐渣的存在下，在用全燒鎂石增厚金屬塊后，引入填充硫元素的藥芯焊絲。然后引入填充有 鉍的藥芯焊絲（MnBi)。通過"調平"的方法在CCM內進行鑄造。以連續鑄坯的形式獲得鋼。
[0046] 然后根據ZAO 0ΜΡ的運行程序和方法流程圖在熱軋機上軋制鑄坯。然后使用具 有10噸的壓緊裝置的冷拉拔機校準（calibrate)半成品的軋制材以獲得10-27πιπι圓和 14-27mm六邊形的成品。
[0047] 對本發明的鋼等級AM12和AM14的三個鑄件進行了試驗。在表1中列出了與原型 相比較的最終的化學組成。
[0048] AM12和AM14的機械性能和結構的測試在ZAO 0ΜΡ的實驗工廠實驗室進行。機械 性能在25噸QUASAR 250拉伸測試機上測試；硬度在Brinell硬度測試機Till-2M上測試。 已知的和本發明的校準鋼（calibrated steel)的機械性能測試的結果在表2中示出。實 驗的鑄件被用于制造不同形式的典型尺寸。機械性能的一些變化是由于拉拔不同尺寸的形 式的減小。
[0049] 在"ΝΕ0ΡΗ0Τ-21"顯微鏡下研究鋼的微觀結構和形狀以及硫化物夾雜物的分布。發 現鋼的微觀結構是亞珠光體，主要是不大于5的片狀珠光體和顆粒。根據G0ST 5639,在100 倍的放大倍數下在校準形式的截面上評價晶粒尺寸（圖1);根據G0ST 5639,在500倍的放 大倍數下在截面上評價顆粒狀和片狀珠光體的比率（圖2)。沒有觀察到本發明的AM12和 AM14等級之間在微觀結構方面的不同。
[0050] 非金屬夾雜物的形狀的評價顯示在軋制-拉拔過程中在金屬邊形上平均間隔、分 離、輕微變形的圓形（橢圓形）硫化物，沒有積聚膜狀夾雜物，其包括金屬的物理、機械和工 藝性能。硫化物顆粒的長度和其厚度之間的比率在表面上是2-4(圖3,4)，在中間部分是 4-6(圖 5,6)。
[0051] 得到的硫化物夾雜物的形式抑制了處理材料和工具之間形成粘合，從而使得表面 粗糙度和刀具磨損率（工具耐用性）類似于含鉛鋼。
[0052] 進行實驗測試以確定金屬切割工具的耐用性、表面粗糙度和由本發明的易切削鋼 制成的軋制金屬產品的機械加工性的碎屑去除特性。
[0053] 幾個工廠（例如 0A0 Ulyanovsk Auto Plant、0A0 Autodetatail-Service、000 Laguna，S_ Petersburg，ZAO Okulovsky Furniture Plant 等）報道了車床加工 AMI2 鋼測 試后的積極結果。刀具耐用性增加了 15-20%;在加工區域中，碎屑被容易地粉碎而沒有積 聚。
[0054] Dimitrovgrad的000 AutopartnerOOO報道加工的汽車部件的成品表面拋光的 1_2個等級改善。在Ryazan市的000 PR0SAM公司的實驗測試中顯示汽車部件的受控尺寸 的恒定準確性及在滾絲中沒有金屬片疊層。
[0055]本發明提出的化學組成及脫氧、熔煉、拉拔和校準方法得到兩種校準產品,其由不 同成本的兩種等級鋼組成，與含鉛AC14鋼比較，其在整個橫截面和軋制范圍具有改善的機 械加工性，在金屬制造過程中其保持了機械性能并改善了環境。
[0056] 表 1
[0057]

【權利要求】
1. 具有高加工性能的易切削鋼，其包括碳、硅、錳、硫、磷、鋁和鐵，其中所述鋼還包括鉍 和特定含量的氧，其中在澆鑄所述鋼的過程中所述氧的活性保持在20-70ppm ;所述鋼包括 均勻分布的近球形和略微變形的硫化物夾雜物，所述硫化物夾雜物具有以下重量％的組分 比： 碳-不多于〇. 16 娃-不多于0. 15 猛-L 2-L 68 硫-0· 2-0. 4 磷-0· 06-0. 15 鋁-不多于0.01 秘-0. 06-0. 12 總氧-0· 003-0. 015 其余為鐵及雜質。
2. 根據權利要求1的鋼，其中所述鋼包括低含量的鉍，具有以下重量％的組分比： 碳-不多于〇. 16 娃-不多于0. 15 猛-L 2-L 68 硫-0· 2-0. 4 磷-0· 06-0. 15 鋁-不多于0.01 秘-0. 03-0. 05 總氧-0· 003-0. 015 其余為鐵及雜質。
【文檔編號】C22C38/60GK104245992SQ201380010511
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年2月12日 優先權日:2012年8月6日
【發明者】A·D·沃洛斯科夫 申請人:“奧穆特寧斯克冶金廠”封閉式股份公司