具有優異切削性和熱加工性的環保無鉛易切鋼制造技術

本發明專利技術提供一種無Ｐｂ的易切鋼，其由０．０３－０．３０ｗｔ％的碳（Ｃ）、０．０１－０．３０ｗｔ％的硅（Ｓｉ）、０．２－２．０ｗｔ％的錳（Ｍｎ）、０．０２－０．１０ｗｔ％的磷（Ｐ）、０．０６－０．４５ｗｔ％的硫（Ｓ）、０．０４－０．２０ｗｔ％的鉍（Ｂｉ）、０．０４－０．２０ｗｔ％的錫（Ｓｎ）、０．００１－０．０１５ｗｔ％的硼（Ｂ）、０．００１－０．０１０ｗｔ％的氮（Ｎ）、０．００２－０．０２５ｗｔ％的總氧（Ｔ［Ｏ］）和余量的鐵以及不可避免的雜質形成，其中Ｓ、Ｂｉ、Ｓ、Ｂ和Ｎ滿足特定關系。所述鋼具有不弱于傳統的含Ｐｂ易切鋼的優異切削性，而且是環保的。另外，所述鋼具有優異的熱延性，能夠減少表面缺陷的發生從而提高熱軋制可加工性。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及環保無鉛易切鋼，其可用作汽車精密油壓部件、辦公室自動設備部件、家電產品部件的材料，更具體而言，涉及具有優異切削性的環保無鉛易切鋼，其不僅使用了能夠代替對環境或人體有害的Pb的用于提高切削性的元素，而且使用了通過精確脫氧作用而在鋼線材上形成的低熔點的氧化物。另外，本專利技術還涉及由于優異的熱延性而在熱軋時不會發生表面缺陷如角裂的環保易切鋼。
技術介紹
易切鋼通常用作精密零件的材料，具有優異的切削性。所述易切鋼的優異切削性是由于易切鋼中存在的金屬或非金屬夾雜物。當通過使用工具切削鋼產品時，非金屬夾雜物如MnS起到所述工具的尖端與鋼產品接觸位置的應力集中元素的作用，從而在很容易在所述夾雜物和基體之間的界面處產生空隙和開裂并且減少切削所需的力。 另外，金屬夾雜物如Pb在比切削熱還低的溫度下熔化并起到切口和切削工具之間的界面處的潤滑劑的作用，從而限制所述切削工具的磨損并降低切削力。 因此，為提高鋼產品的切削性，要加入能夠形成金屬或非金屬夾雜物的元素。傳統上使用的非金屬夾雜物有MnS。特別地，形成為混有氧化物的球形的MnS提供最優異的切削性。 在另一方面，金屬夾雜物通常稱為切削性提高元素。Pb是一種代表性的切削性提高元素。由于Pb與鐵的溶度低，因此其容易以金屬夾雜物的形式存在于易切鋼中。另外，由于327.5℃的適度的低熔點，Pb能夠很容易地被割尖產生的熱量熔化。 因此，由于Pb完全具有提高切削性所需的特性，至今含Pb的易切鋼仍是最具代表性的易切鋼并被作為最適于切削的鋼產品而在實際中應用。 然而，所述含Pb的易切鋼在反復切削操作過程中會產生鉛蒸氣。由于鋼產品中存在的Pb對人體有害，長期以來一直需要替代含Pb的鋼。 研發出的替代含Pb易切鋼的鋼產品有含Bi的易切鋼。由于Bi是一種低熔點金屬并且與鐵的溶度低，因此Bi可非常有利地用來提高切削性。 然而，由于Bi的熔點為290℃，比Pb的熔點低120℃，因此Bi很容易熔化。由于表面張力比Pb低，Bi具有更高的可濕性。這些特性可導致鋼產品的晶界脆化。 相應地，由于晶界脆化造成熱延性降低，含Bi的易切鋼的熱加工性顯著下降。另外，所述易切鋼的切削性不如含Pb的易切鋼，用含Bi的易切鋼替代含Pb的易切鋼仍存在多種問題。 然而，含Pb的易切鋼也存在問題。特別是，隨著CNC機器工具的快速發展，已實現高速切削和自動化。發生的一種現象是，切削工具的特定元素如對碳化鎢最重要的元素鎢(W)，在高速切削時1000℃或更高溫度的熱量下快速擴散到切口上。由于這種所述元素如W的擴散，所述切削工具會很快地磨損。 特別地，由于含Pb的易切鋼不能有效防止工具因熱擴散所致的磨損，需要開發在高速切削方面具有優異切削性的易切鋼。
技術實現思路
技術問題 本專利技術的一個方面提供環保無Pb的易切鋼，其通過在鋼產品中加入可替代對環境和人體有害的元素如Pb的Bi和Sn而具有環保性質，通過形成低熔點的復合氧化物而提供優異的切削性，能夠減小工具的磨損，以及通過以優化比例加入如Mn和B等元素而具有優異的熱加工性。 技術方案 本專利技術的一個方面提供無Pb易切鋼，其由0.03-0.30wt％的碳(C)、0.01-0.30wt％的硅(Si)、0.2-2.0wt％的錳(Mn)、0.02-0.10wt％的磷(P)、0.06-0.45wt％的硫(S)、0.04-0.20wt％的鉍(Bi)、0.04-0.20wt％的錫(Sn)、0.001-0.015wt％的硼(B)、0.001-0.010wt％的氮(N)、0.002-0.025wt％的總氧含量(T)和余量的鐵以及不可避免的雜質形成，其中Sn、Bi、S、B和N滿足一個或多個選自以下關系表達式1-3的關系， ...關系表達式1， ...關系表達式2，和 ...關系表達式3。 本專利技術的另一方面提供無Pb的易切鋼，其由0.03-0.30wt％的C、0.01-0.30wt％的Si、0.2-2.0wt％的Mn、0.02-0.10wt％的P、0.06-0.45wt％的S、0.04-0.20wt％的Bi、0.04-0.20wt％的Sn、0.001-0.015wt％的B、0.001-0.010wt％的N、0.002-0.025wt％的T和余量的鐵以及不可避免的雜質形成，其中所述鋼含有MnO-SiO2-Al2O3基的氧化物、CaO-SiO2-Al2O3基的氧化物以及MnO-SiO2-Al2O3基氧化物和CaO-SiO2-Al2O3基氧化物混合的低熔點復合氧化物中的一種。 有益效果 根據本專利技術的示例性實施方式，環保無Pb易切鋼具有優異的不弱于含Pb易切鋼的切削性。另外，由于優異的熱延性，熱軋制時發生的表面缺陷可被減少從而提高熱加工性。 具體實施例方式 如上所述，本專利技術提供無Pb的易切鋼，其通過分別或協同控制元素體系、元素之間的關系和若干低熔點復合氧化物，不僅在低速切削時而且在高速切削時表現出優異性質。 以下將詳細描述形成本專利技術無Pb易切鋼的元素體系。 碳(C)0.03-0.30wt％ 為提供表面光潔度和機械性質，應加入0.03wt％或更多的C，更特別地，加入0.05wt％或更多。然而，當加入超過0.30wt％的C時，切削性由于硬珠光體結構的增多而降低。 硅(Si)0.01-0.30wt％ Si用作脫氧劑并生成SiO2。為形成能夠降低工具因高速切削時的熱擴散而引起的磨損的低熔點復合氧化物，可加入0.01wt％或更多的Si，更特別地，加入0.05wt％或更多。然而，當加入超過0.30wt％的硅時，會形成高熔點夾雜物或不相容的SiO2夾雜物區域，從而顯著增加工具磨損的速度。 錳(Mn)0.2-2.0wt％ Mn形成MnS夾雜物，其可防止S引起的紅脆性。可加入0.2wt％或更多的Mn。然而，當加入超過2.0wt％的Mn時，鐵素體被固溶強化，其可降低切削性。Mn用作脫氧劑形成MnO，并用作MnS夾雜物的核。 磷(P)0.02-0.10wt％ P被偏析到邊界并提高切削性。可加入0.02wt％或更多的P。然而，要提供機械性能和冷加工性，只能加入0.10或更少的P。 硫(S)0.06-0.45wt％ S形成MnS夾雜物，其限制切屑瘤的生成從而降低切削工具的磨損并提高切削過程中工件的表面光潔度。為此可加入0.06wt％或更多的S。然而，當S的含量過多時，容易生成低熔點的FeS，其降低熱延性并使熱軋制變得困難。因此，S的含量應為0.45wt％或更低。 鉍(Bi)0.04-0.20wt％ Bi加入鋼產品時獨立地以金屬夾雜物存在或附著于MnS夾雜物上。Bi在切削時容易受熱熔化，這提高了切削性，并作為切口和切削工具之間的潤滑膜降低了摩擦力并限制了所述切削工具的磨損。當Bi含量少于0.04wt％，對切削性的作用下降。在另一方面，當Bi含量超過0.20wt％時，更特別地，0.16wt％時，鑄造和軋制性能不佳。Bi的含量可被限制在0.04-0.20wt％的范圍內。 錫(Sn)0.04-0.20wt％ Sn的作用與Pb類似。即，Sn對于液體金屬脆性有與Pb相同的作用機制，從而可提高鋼的切削性。具體地，這種現象的出現是由于Sn移動鐵素體晶界并發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無Ｐｂ易切鋼，其由０．０３－０．３０ｗｔ％的碳（Ｃ）、０．０１－０．３０ｗｔ％的硅（Ｓｉ）、０．２－２．０ｗｔ％的錳（Ｍｎ）、０．０２－０．１０ｗｔ％的磷（Ｐ）、０．０６－０．４５ｗｔ％的硫（Ｓ）、０．０４－０．２０ｗｔ％的鉍（Ｂｉ）、０．０４－０．２０ｗｔ％的錫（Ｓｎ）、０．００１－０．０１５ｗｔ％的硼（Ｂ）、０．００１－０．０１０ｗｔ％的氮（Ｎ）、０．００２－０．０２５ｗｔ％的總氧含量（Ｔ［Ｏ］）和余量的鐵以及不可避免的雜質形成，　其中Ｓ、Ｂｉ、Ｓ、Ｂ和Ｎ滿足一個或多個選自以下關系表達式１－３的關系，　（Ｂｉ＋Ｓｎ＋Ｓ）／Ｍｎ≥０．４　．．．關系表達式１，　Ｍｎ↑［３］／Ｓ≥４．６　．．．關系表達式２，和　Ｂ／Ｎ≥２．０　．．．關系表達式３。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李炯直，沈相喆，
申請(專利權)人：POSCO公司，
類型：發明
國別省市：KR[韓國]