本發明涉及一種含有較高錫含量的易切削鋼，屬于冶金技術領域。

背景技術：

隨著國民經濟的發展，自動機床的數量迅速增加，其應用范圍也日益擴大。同時，由于采用新型刀具和新工藝，使切削速度日趨提高，要求各種機加工件的表面粗糙度和精密度更加嚴格，因此，鋼的可切削性受到普遍重視。各國競相研制具有優良可切削性的鋼種——易切削鋼。目前，易切削鋼主要消費國均為發達國家，我國的易切削鋼消費量還很少，但在不斷擴大。易切削鋼在汽車、拖拉機、摩托車、航空、航天、衛星、戰略導彈及常規武器零部件、辦公及電子設備等領域中應用廣泛。

常用的硫系和鉛系易切削鋼，其冶煉時空氣污染嚴重，且鉛有毒，對人體有害。鉛易切削鋼的使用將逐漸受到限制，歐共同體已經限制回收含鉛的汽車構件。因此，開發和生產環境友好的低硫、無鉛易切削鋼是重要的發展方向。

含錫易切削鋼正是順應這種發展趨勢而提出的，它主要利用錫在鋼中引起的脆性，如晶界致脆、切削過程中在刀具和被切削材料之間的接觸面上呈熔融狀態的sn而引起的熔融金屬脆性，以及熔融金屬sn對刀具的潤滑作用來提高切削性能。sn的沸點高、蒸汽壓低，不易揮發，生產、使用這種易切削鋼不會對生態環境產生不利影響，被認為是一種“綠色環保”的新鋼材。

目前，已公開發表的有關含錫易切削鋼的專利、文獻中，其易切削元素sn的含量高低不一，如“tin-bearingfree-machiningsteel”(us5961747,1999年)專利，其sn含量為0.04～0.08％；“含錫易切削結構鋼”(cn1219903c，2004年)專利，其sn含量為0.09～0.25％。

錫含量低很難達到較高的切削性能。但是，錫含量高又會造成加工困難，這主要是由于熱軋時錫在奧氏體晶界偏聚引起的材料脆性對工藝性能的有害影響。熱軋時，常常因其導致的熱脆性而使軋材端部開裂，出現軋堵現象致使熱軋過程無法連續、穩定進行；不僅如此，還會在軋材表面引起結疤等質量缺陷。這既影響熱軋效率，又影響成材率。這是目前推廣應用含錫易切削鋼遇到的主要問題。

針對由錫沿奧氏體晶界偏聚引起脆性對熱軋工藝不利影響這一問題。本發明提出利用mo、w、稀土元素la合金化的方法，來抑制引起熱軋脆性的易切削元素sn在晶界的偏聚，進而避免或減少熱軋時軋材端部開裂，以及軋材表面結疤缺陷，達到在該易切削鋼具有良好切削性能的同時，又具有良好熱軋工藝性能及軋材表面質量的目的。

目前，關于易切削鋼成分中加入mo、w、稀土元素la，尤其是在利用這些合金元素來抑制易切削元素sn沿奧氏體晶界偏聚來提高熱軋工藝性能方面，還未見有公開報道。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種具有較高錫含量的易切削鋼，主要是通過mo、w、稀土元素la合金化的方法，抑制引起熱軋脆性的易切削元素sn在奧氏體晶界的偏聚，進而避免或減少熱軋時軋材端部開裂而導致的軋堵現象，以及軋材表面的結疤缺陷；同時，借助這些元素的合金化作用，該鋼中的易切削元素錫含量又可以大幅度提高；進而達到在該易切削鋼具有良好切削性能的同時，又具有良好熱軋工藝性能及軋材表面質量的目的。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術措施：

一種含有較高錫含量的易切削鋼，該鋼的基本化學元素為c、si、mn、s、p、sn，主要的合金化元素為mo、w、稀土元素la等。其中，碳含量范圍在0.02～0.77％；硅含量范圍在0.01～0.20％；錳含量范圍在0.50～1.50％；硫含量范圍在0.004～0.035％；磷含量范圍在0.004～0.025％；錫含量范圍在0.05～0.35％；鉬含量范圍在0.2～0.75％；鎢含量范圍在0.4～2.25％；稀土元素la含量范圍在0.002～0.020％；其余成分為鐵及不可避免的雜質。該易切削鋼的制備主要采用煉鋼(轉爐或電爐)→精煉(lf、vd、rh)→連鑄→熱軋等工藝過程，其中，抑制易切削元素sn沿奧氏體晶界偏聚的合金元素mo、w、稀土元素la主要在精煉過程，根據不同的sn含量，選擇單獨加入或復合加入。當錫含量在0.05～0.10％范圍內時，可以選擇將合金元素mo、w、稀土元素la分別單獨加入；當錫含量在0.11～0.25％范圍內時，可以選擇將合金元素mo、w、稀土元素la中的任意兩種合金元素復合加入，如mo和w、mo和稀土元素la、w和稀土元素la。當錫含量在0.26～0.35范圍內時，可以選擇將合金元素mo、w、稀土元素la同時復合加入。

本發明的有益效果：

本發明借助mo、w、稀土元素la的合金化化作用，進一步提高了易切削鋼中的錫含量，最高可以到0.35％。這不僅保證了該鋼既良好的切削性能，又保證了該鋼具有較高的熱軋工藝性能及其表面質量。不僅如此，由于本發明提出的易切削鋼中硫含量遠低于傳統硫系易切削鋼，同時由于錫的熔點高、蒸汽壓低，不會遇到冶煉時空氣污染問題。因此，可以認為該鋼種符合目前易切削鋼無鉛低硫的發展趨勢，是一種對環境非常友好的鋼種，產品投入市場后，將會為企業帶來較高的經濟效益和環境效益。

具體實施方式

各實施例采用的工藝路線為：

煉鋼(轉爐或電爐)→精煉(lf、vd、rh)→連鑄→熱軋。其中，各實施例中的合金元素mo、w、稀土元素la在精煉過程加入，根據sn含量的不同，采用單獨加入或復合加入，如表1所示。

表1為本發明各實施例的主要化學成分及其質量百分數，鐵及不可避免雜質未在表1中列出。

表1各實施例主要化學成分及其質量百分數(％)

在熱軋過程的連續性、穩定性評價方面，主要是對各實施例在熱軋時，對軋材端部是否存在開裂現象進行了統計，編號為1的實施例所對應的軋材存在端部開裂現象，其余各實施例所對應的軋材則未觀察到端部開裂現象，如表2所示。端部開裂，無法保證機架間軋材的順利過鋼，進而降低了熱軋過程的連續性、穩定性。

在軋材表面質量評價方面，主要是對各實施例的軋材表面是否出現結疤等表面缺陷現象進行統計，編號為1的實施例所對應的軋材表面存在結疤現象，其余各實施例所對應的軋材表面未觀察到結疤現象，如表2所示。

在切削性能評價方面，主要利用無級調速c6140車床,在保持進給量和切削深度不變情況下,改變切削速度,分別對正火狀態的45鋼(作為基準試樣)和各實施例進行刀具耐用度切削試驗。試驗用試樣為φ200mm×500mm的棒材，試驗刀具為yt5硬質合金機夾式可轉位外圓車刀，其刀具前角為10°、后角為6°，刃傾角為3°，主偏角為75°，副偏角為15°。切削在不使用切削液的條件下進行，選用的進給量f＝0.2mm/r,切削深度ap＝1.0mm；對45鋼，切削速度選用v＝80,100,120,140m/min,各實施例的切削速度選用v＝130,140,150,170m/min。測量不同切削時間t時的刀具后磨損寬度vb，由此確定相應的v60值(即刀具耐用度t定為切削60分鐘時，所允許的切削速度)，再與45鋼的(v60)j值相比，得到了各實施例的相對切削系數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中的數據顯示各實施例都具有良好的刀具耐用度，kr大于1，說明該鋼切削加工性能好于基準試樣45鋼。同時，又對切屑的類型進行了統計，切削各實施例時，切屑以c型屑為主，說明各實施例都具有良好的切屑處理性。在sn含量低的實施例中伴有少量螺旋屑，如表2所示。這表明該鋼可以滿足高速切削的要求。

表2各實施例的軋材端部開裂、軋材表面結疤缺陷及相對切削系數kr和切屑類型的統計情況

由實施例可見，未經mo、w、稀土元素la合金化的編號為1的實施例，相較于其他實施例，具有極高的切削性能。但由于易切削元素sn引起的晶界偏聚脆化現象嚴重，導致熱軋時軋材端部開裂，熱軋過程不能穩定進行，即熱軋工藝性較差；經mo、w、稀土元素la合金化的其他實施例，雖然相對切削系數kr略有下降，但仍能滿足高速切削要求。同時，由于mo、w、稀土元素la等合金元素，可以抑制易切削元素sn沿奧氏體晶界偏聚(即熱軋時沿奧氏體晶界不出現易切削元素sn的偏聚現象)，致使對含有較高錫含量的易切削鋼，仍會在熱軋時顯現出良好的塑性，熱軋時既不出現軋材端部開裂，也不出現軋材表面結疤現象，表現出良好的熱軋工藝性能。