專利名稱：一種自潤滑易切削鋼及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及易切削鋼生產(chǎn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控車床得到日益廣泛的應(yīng)用，對鋼切削性能要求，特別是對切削性能穩(wěn)定性要求越來越高。由于在高速和無潤滑“干”切削加工條件下可以通過降低切削進(jìn)給量來提高鋼的表面加工精度，以至于可以用切削工序可替代磨削工序和銑削工序，而作為零件終加工工序，使汽車零部件加工產(chǎn)量大幅增加，加工成本大大減低?，F(xiàn)在數(shù)控車床集成度，自動化程度和加工速度越來越高，WC刀具和CBN、TiN和TiAlN等涂層刀具得到越來越廣泛的應(yīng)用。然而，鋼的切削性能相對卻比較落后，特別是加工速度大于200米/分時的切削性能。另外，目前深受汽車零部件加工業(yè)歡迎的切削鋼是含鉛易鋼(如AISI 12L14鋼)。但是，含鉛鋼在煉鋼過程中加鉛時會產(chǎn)生有毒鉛蒸汽，危害操作人員健康，西方一些發(fā)達(dá)國家已立法禁止含鉛易切鋼生產(chǎn)。為了替代含鉛易切削鋼，一些含Bi、Se、Te等元素的易切削鋼相繼問世。不過，這些鋼在大于200米/分切削速度下切削性仍不理想，圖1給出了用碳化鎢刀具以每分鐘200米切削速度加工AISI 12L14鋼，加工15分鐘后，刀具的損壞狀況。另外，某些鋼種，如含鉍鋼的成本也較高。
參閱圖1，其為切削速度200米/分鐘，加工含鉛易切削鋼15分鐘后碳化鎢刀具的掃描電鏡照片，顯示出典型的三種刀具損壞頂面凹坑損壞、側(cè)面損壞和刀角角部損壞。圖2給出了鋼在切削加工中切屑3的剪切變形現(xiàn)象，切屑3與刀具1的作用，以及刀具損壞原因的分析。如圖所示，二次局部剪切變形區(qū)5的高溫粘結(jié)造成了刀具1頂面102凹坑損壞c，切屑3中一次和局部剪切變形區(qū)4和二次局部剪切變形區(qū)5的高溫聯(lián)合作用造成了刀具尖角部位損壞a，工件2與刀具前端清理面101間的磨擦造成了刀具側(cè)面損壞b。由于切屑厚度變化，在切屑內(nèi)部出現(xiàn)一次局部剪切變形。在高速切削下變形量大，變形速度極快，在一次局部剪切變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生高溫。在相同切削進(jìn)給量6條件下，切割角α越小，切屑變形量越大，溫度就越高。在刀具與切屑接觸界面上，由于刀具對快速移動切屑的粘滯作用，切屑中產(chǎn)生了二次局部剪切變形。在較低速切削加工時，這種粘滯屬于物理磨擦現(xiàn)象。但在高速切削加工時，作用在切屑上正應(yīng)力超過了材料的屈服強(qiáng)度，在刀具與切屑界面上產(chǎn)生了化學(xué)粘結(jié)現(xiàn)象。一旦化學(xué)粘結(jié)形成，在二次局部剪切變形區(qū)就會產(chǎn)生高溫，而高溫愈進(jìn)一步加劇化學(xué)粘結(jié)。在高溫粘結(jié)條件下，刀具材料就向切屑中進(jìn)行化學(xué)擴(kuò)散，造成了刀具頂面凹坑損壞。另外，隨著切削速度提高，加工時間增加，凹坑會向角部擴(kuò)展，以至造成刀具角部損壞，見圖1。切屑中一次和二次局部剪切變形區(qū)的高溫，使刀具刀尖部位溫度升高，加劇了刀角氧化損壞。在刀具前端清理面上，由于工件與刀具間摩擦造成了刀具側(cè)面損壞。工件中不變形硬性夾雜物則加劇了這種磨損損壞。
傳統(tǒng)易切削鋼中加入硫和鉛，以利于切削過程中切屑初始斷裂。然而，鉛和硫化錳只能在較低切削加工速度下對鋼切削性能有利。隨著切削速度提高，刀具損壞機(jī)理由物理磨損轉(zhuǎn)化為化學(xué)損壞。在數(shù)控車床用碳化陶瓷或氮化鈦等刀具以較高切削速度加工條件下，由于刀具與切屑接觸界面上出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象，鋼中MnS、Pb、Bi、Se、Te等第二項粒子或元素均不能降低凹坑損壞，切削過程中外部注入潤滑劑和冷卻劑也不起潤滑和冷卻作用，降低凹坑損壞。圖1是以每分鐘200米切削速度加工AISI 12L14鋼15分鐘后，碳化鎢刀具的電鏡掃描圖?？梢?，由于鋼中非金屬夾雜物沒有得到有效控制，不能在切削過程中在刀具與切屑接觸界面上形成一層起潤滑作用的粘性層以避免刀具的高溫化學(xué)損壞，此外，鋼中硬性夾雜物還導(dǎo)致了刀具的物理損壞。

發(fā)明內(nèi)容
通過上述分析，刀具損壞的關(guān)鍵是二次局部剪切變形區(qū)的高溫和粘結(jié)現(xiàn)象，除了直接造成刀具凹坑損壞外，刀具頂面凹坑向刀角擴(kuò)展還造成刀角損壞；二次局部剪切變形區(qū)高溫造成刀角尖部位氧化損壞；二次局部剪切變形區(qū)中切屑與刀具的接觸狀態(tài)和切屑形狀及其高溫還影響刀具前端面上刀具與工件的摩擦損壞。
本發(fā)明提出，如果在被加工材料中存在一定量的玻璃相第二相顆粒，在切削加工中，這些玻璃相顆粒就會在切屑和刀具接觸界面上形成一層具有一定粘性的潤滑層。這層粘性潤滑層可以在切削加工時，起到自潤滑接觸界面的作用，避免發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象。該層粘性潤滑層還阻斷了刀具材料向刀屑的化學(xué)擴(kuò)散。
本發(fā)明的目的在于提供一種自潤滑易切削鋼及其生產(chǎn)方法，使用此鋼制成的工件中存在一些玻璃狀夾雜物，這些夾雜物在切削加工過程中自發(fā)地在刀具與切屑界面上形成一層起潤滑作用粘性薄膜，大大減弱了化學(xué)損壞和物理損壞，刀具壽命提高200％以上。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種自潤滑易切削鋼，其組分及其組分含量的重量百分比為C 0.05～0.5％Mn 0.6～1.7％Si 0.03～0.8％S 0.05～0.4％Al 0.0005～0.03％Ca 0.0002～0.006％O 0.003～0.016％其余為鐵和不可避免雜質(zhì)；其中氧化物夾雜為CaO-Al2O3-SiO2，其組分的重量百分比為CaO＝15～55％，Al2O3＝0～45％，SiO2＝25～65％。
一種自潤滑易切削鋼，其組分及其組分含量的重量百分比為C 0.05～0.5％Mn 0.6～1.7％Si 0.03～0.8％S 0.05～0.4％Al 0.0005～0.
Ca 0.0002～0.006％
O0.003～0.016％其余為鐵和不可避免雜質(zhì)，其中氧化物夾雜為CaO-MnO-SiO2，其組分的重量百分比為CaO＝0～55％，MnO＝0～75％，SiO2＝30～65％。
一種自潤滑易切削鋼，其組分及其組分含量的重量百分比為C 0.05～0.5％Mn 0.6～1.7％Si 0.03～0.8％S 0.05～0.4％Al 0.0005～0.03％Ca 0.0002～0.006％O 0.003～0.016％其余為鐵和不可避免雜質(zhì)，其中氧化物夾雜為MnO-Al2O3-SiO2，其組分重量百分比為MnO＝15～75％，Al2O3＝0～35％，SiO2＝25～65％。
一種自潤滑易切削鋼，其組分及其組分含量的重量百分比為C 0.05～0.5％Mn 0.6～1.7％Si 0.03～0.8％S 0.05～0.4％Al 0.0005～0.03％Ca 0.0002～0.006％O 0.003～0.016％其余為鐵和不可避免雜質(zhì)，其中氧化物夾雜為CaO-MnO-Al2O3-SiO2，其組分的重量百分比為CaO＝0～55％，MnO＝0～75％，Al2O3＝0～45％，SiO2＝25～65％。
本發(fā)明的自潤滑易切削鋼中進(jìn)一步還包含硫化夾雜物為MnS-CaS，其組分重量百分比，MnS 70～100％，CaS 0～30％；所述的硫化夾雜物還包含MgS，含量＜5％，其作用是適當(dāng)提高硫化物夾雜的硬度，改善鋼在切削過程中切屑斷裂性能，降低切削力。
所述的硫化夾雜物的長/寬比為1.5～4.5。
又，本發(fā)明的自潤滑易切削鋼中還包含有P、Ti、V或Nb中的一種或幾種，其中，Ti＜0.05％、V＜0.1％、Nb＜0.05％、P≤0.10％。
還包含MnO-SiO2二元系氧化物，其Si/Mn比為0.025～0.4。
本發(fā)明應(yīng)用夾雜物工程技術(shù)，通過鋼液預(yù)脫氧控制、合成渣技術(shù)、鋼包精煉技術(shù)(包括底吹氬攪拌，升溫，合金化，喂線及噴粉等)，系統(tǒng)地控制鋼的脫氧和脫硫過程。用熱力學(xué)模擬設(shè)計鋼的基本成分和確定冶煉的方法參數(shù)，利用鈣處理對鋼中氧化物夾雜進(jìn)行變形控制，加入鈣/鎂合金控制硫化物夾雜的形態(tài)，通過鋼包精煉爐渣-金平衡控制鋼中溶解氧含量和鋼中脫氧元素含量以及溶解鋁含量，使鋼中氧化物形成玻璃狀氧化物夾雜和塑性硫化物夾雜。
在鋼包精煉爐中鋼中溶解氧和鋼中氧化物夾雜控制條件下，用喂FeS絲法和喂鈣/鎂合金包芯線控制鋼中硫含量和硫化物夾雜形態(tài)。最后，鋼液在碳、硅、錳、磷、硫和溶解氧、溶解鋁和溫度控制條件下，通過中間包澆注到方坯結(jié)晶器，鋼中的溶解氧與溶解鋁、鈣、硅和錳反應(yīng)生成復(fù)合玻璃相氧化物夾雜。液體鋼中，這些氧化物夾雜在已存在的玻璃相氧化物夾雜或硫化鈣或硫化鈣/鎂夾雜物上析出，也可以從鋼液中獨立析出。在凝固過程中，硫與錳反應(yīng)，形成硫化錳。這些硫化錳與鋼中早先析出的硫化鈣或硫化鈣/鎂結(jié)合形成復(fù)合硫化物夾雜，或在鋼中已存在的氧化物夾雜上析出，或從鋼液中獨立析出，鋼中非金屬夾雜物尺寸小，分布均勻。
本發(fā)明的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，包括如下步驟a.電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉鋼液中含碳、氧和溫度控制，其中含碳量≥0.03％，總氧含量為500-1200ppm，出鋼鋼液溫度為1600～1680℃；b.出鋼脫氧和合金化控制出鋼過程通過向鋼包添加鐵合金、脫氧劑和合成渣，以控制鋼包精煉爐中鋼液的成分和鋼包渣的成分；c.鋼包精煉爐渣-金平衡調(diào)整鋼包渣成分，控制鋼液成分和溫度；d.鋼包精煉鈣處理當(dāng)鋼中C，Si，Mn等成分、溶解氧和溶解鋁達(dá)到要求，向鋼中喂入Ca+CaF2或CaSi合金包芯線；e.增硫處理吹氬攪拌數(shù)分鐘后，向鋼中喂入FeS合金線，是鋼中硫含量應(yīng)達(dá)到成分控制要求；
f.喂入鈣/鎂合金包芯線吹氬攪拌數(shù)分鐘后，向鋼中喂入鈣/鎂合金包芯線；g.鋼液溫度調(diào)整吹氬攪拌數(shù)分鐘，并調(diào)整鋼液溫度為鋼的液相溫度以上，結(jié)束鋼包精煉；h.鑄造完成鋼包精煉后，鋼液通過結(jié)晶器等澆鑄成鑄坯。
其中，所述的步驟b中添加的鐵合金可以是FeSi、FeMn和MnSi中的一種或幾種；脫氧劑可以是C、CaC2、CaSi和Al中的一種或幾種；合成渣含有CaO、SiO2、MgO、Al2O3和CaF2中的一種或幾種。
所述的步驟c中鋼包精煉爐的鋼包渣成分為，CaO＝25～45％，MgO＝5～10％，Al2O3＝5～25％，SiO2＝30～45％，MnO＜10％，F(xiàn)eO＜2％，以上均為重量百分比。
所述的步驟c中鋼液成分控制為總氧量為30-160ppm，其中溶解氧為≤100ppm，溶解鋁為≤40ppm，溶解鈣為≤20ppm，鋼液溫度為1540℃～1620℃。
所述的步驟c中鋼包精煉爐的鋼包渣成分中的CaO/SiO2＝0.85～1.10。
所述的步驟d中鋼包精煉鈣處理為向鋼中喂入Ca+CaF2或CaSi合金包芯線，0.5～5公斤/噸鋼。
所述的步驟e中，吹氬攪拌3～5分鐘后，向鋼中喂入FeS合金線。
所述的步驟f中，吹氬攪拌3～5分鐘后，向鋼中喂入鈣/鎂合金包芯線，0.5～3公斤/噸鋼。
所述的步驟g中，吹氬攪拌3～5分鐘后，調(diào)整鋼液溫度為鋼液相溫度以上60～120℃，結(jié)束鋼包精煉。
當(dāng)結(jié)晶器中鋼液溶解氧高于溶解鋁，鋼在凝固過程是會形成MnO-SiO2二元系氧化物，為了使形成的該二元氧化物夾雜在目標(biāo)夾雜物范圍，必須控制鋼中Si/Mn比。為了形成目標(biāo)MnO-SiO2二元系夾雜物，鋼中Si/Mn比應(yīng)控制在0.025-0.4％。
本發(fā)明確定了為控制所述的鋼中溶解氧和溶解鋁含量，應(yīng)控制的鋼包精煉爐爐渣成分為CaO＝20～50％，MgO＝5～15％，Al2O3＝5～25％，SiO2＝20～50％，MnO＜10％，F(xiàn)eO＜2％，CaF2＜5，CaO/SiO2＝0.8～1.20。
煉鋼熔煉爐出鋼脫氧和合金化控制出鋼過程通過向鋼包加鐵合金、脫氧劑和合成渣，以控制鋼包精煉爐中鋼液成分和爐渣成分。鐵合金可以是FeSi，F(xiàn)eMn，MnSi；脫氧劑可以是C，CaC2，CaSi，Al；合成渣含有CaO，SiO2，MgO，Al2O3等；出鋼過程中控制煉鋼爐下渣量(0～15公斤渣/噸鋼，+20％)。
鋼包精煉爐爐渣成分控制為CaO＝25～45％，MgO＝5～10％，Al2O3＝5～25％，SiO2＝30～45％，MnO＜10％，F(xiàn)eO＜2％，CaF2＜5，CaO/SiO2＝0.85～1.10。鋼包爐渣成分可以在鋼包精煉爐中進(jìn)行在線調(diào)整控制。
在鋼包精煉爐鋼液成分和溫度控制為C≤0.05～0.5％，Mn＝0.6～1.7％，Si＝0.03～0.6％，P≤0.10％，S＝0.05～0.4％，Al＝0.0005～0.01％，Ca＝0.0002～0.006％，O＝30-160ppm，其中溶解氧為≤100ppm，溶解鋁為≤40ppm，溶解鈣為≤20ppm，鋼液溫度為1540℃～1620℃。
當(dāng)鋼中C，Si，Mn等成分、溶解氧和溶解鋁達(dá)到上述要求，及在鋼-渣平衡條件下，向鋼中喂入Ca+CaF2或CaSi合金包芯線，0.5～5公斤/噸鋼，以控制鋼中氧化物成分。然后向鋼中喂入FeS合金線以控制鋼中硫含量為0.05～0.4％。再向鋼中喂入鈣/鎂合金包芯線，0.5～3公斤/噸鋼，以控制鋼中硫化物夾雜。
鋼液通過長水口進(jìn)入中間包，再通過浸入式水口澆注到結(jié)晶器。中間包用覆蓋渣，結(jié)晶器用保護(hù)渣，這些液態(tài)爐渣很好地覆蓋在鋼液面上，整個連鑄過程無鋼液的二次氧化發(fā)生。
在鋼液成分，包括溶解氧含量和溶解鋁含量控制的條件下，結(jié)晶器鋼液中將形成玻璃相氧化物夾雜和塑性硫化物夾雜。
本發(fā)明的有益效果是，通過應(yīng)用這種自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)技術(shù)，控制這種鋼易切削中非金屬夾雜物，使該易切削鋼在切削加工中能自發(fā)地在刀具與切屑接觸界面上形成一層起潤滑作用粘性薄膜，大大減弱了粘結(jié)現(xiàn)象，刀具壽命大大提高，能替代含鉛易切削鋼應(yīng)用，特別在高速切削速度下具有優(yōu)良切削性能；另外，本發(fā)明控制了這種易切削鋼中硫化物成分、流變性能和數(shù)量，在鋼中形成了具有一定變形能力和硬度的硫化物夾雜，并在鋼中均勻分布。在切削加工過程中，由于變形速度極快，這些硫化物夾雜就會成為切屑斷裂源，促使切屑斷裂，從而降低切削力和二次局部剪切變形區(qū)切屑的正壓力，減輕粘結(jié)程度。


圖1為傳統(tǒng)碳化鎢刀具的掃描電鏡照片。
圖2為金屬切削加工中切削的局部剪切變形現(xiàn)象，切屑與刀具的作用，以及刀具損壞的原因分析簡圖。
圖3為用CaO-Al2O3-SiO2三元系相圖表示的本發(fā)明鋼中氧化物夾雜成分控制。
圖4為用CaO-MnO-SiO2三元相圖表示的本發(fā)明鋼中氧化物夾雜成分控制。
圖5為用MnO-Al2O3-SiO2三元相圖表示的本發(fā)明鋼中氧化物夾雜成分控制。
圖6為本發(fā)明的鋼中硫化物夾雜成分控制示意圖。
圖7為本發(fā)明用CaO-MgO(10％)-Al2O3-SiO2四元相圖表示的鋼包精煉渣中爐渣成分控制示意圖。
圖8a為現(xiàn)有切削鋼中非金屬夾雜物對刀具的作用示意圖。
圖8b為本發(fā)明的易切削鋼中形成的玻璃相非金屬夾雜物對刀具的作用示意圖。
圖9為本發(fā)明的易切削鋼與傳統(tǒng)含Bi、Se、Te易切削鋼切削加工中碳化鎢刀具壽命的比較示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實施例見表1，實施例中相應(yīng)的非金屬典型成分見表2表1

*其余為鐵和不可避免雜質(zhì)表2

參見圖3～圖5，其分別給出了三個相圖中控制的氧化物成分，它們也是鋼中CaO-MgO-Al2O3-MnO-FeO-SiO2復(fù)雜氧化物夾雜在這三個三元系相圖上的投影，該三元相圖中所構(gòu)成的區(qū)域即為氧化物夾雜組分范圍；其中，Al為CaO-Al2O3-SiO2氧化物夾雜的控制成分范圍，A2為CaO-MnO-SiO2氧化物夾雜的控制成分范圍，A3為Al2O3-MnO-SiO2氧化物夾雜的控制成分范圍；同時，確定為改善鋼在切削過程中切屑斷裂性能，降低切削力，應(yīng)控制的硫化物夾雜成分MnS70-100％，CaS(+MgS)0-30％(MgS＜5％)。
圖6給出了MnS-CaS復(fù)合硫化物控制成分，及其對硫化物硬度的影響，S1為硫化物控制成分范圍。切削加工鋼材中硫化物夾雜的長/寬比為1.5～4.5。
當(dāng)結(jié)晶器中鋼液溶解氧高于溶解鋁，鋼在凝固過程是會形成MnO-SiO2二元系氧化物，為了使形成的該二元氧化物夾雜在目標(biāo)夾雜物范圍，必須控制鋼中Si/Mn比，其為0.025～0.4。如在1510℃和1％Mn，為了形成目標(biāo)MnO-SiO2二元系夾雜物，鋼中硅含量應(yīng)控制在0.026-0.07％。
本發(fā)明確定了為控制所述的鋼中溶解氧和溶解鋁含量，應(yīng)控制的鋼包精煉爐渣成分為CaO＝20～50％，MgO＝5～15％，Al2O3＝5～25％，SiO2＝20～50％，MnO＜10％，F(xiàn)eO＜2％，CaF2＜5，CaO/SiO2＝0.8～1.20，典型的鋼包渣成分如圖7所示，該三元相圖中所構(gòu)成的區(qū)域B1即為鋼包精煉爐渣成分控制范圍。
表2所示為鋼中脫氧和脫硫反應(yīng)。在鋼包精煉爐中鋼中溶解氧和鋼中氧化物夾雜控制條件下，用喂入FeS合金線和鈣/鎂合金包芯線，控制鋼中硫含量和硫化物夾雜成分。最后，鋼液在碳、硅、錳、磷、硫和溶解氧、溶解鋁和溫度控制條件下，通過中間包澆注到方坯結(jié)晶器，鋼中的溶解氧與溶解鋁、鈣、硅和錳反應(yīng)生成復(fù)合的玻璃狀氧化物夾雜。液體鋼中，這些氧化物夾雜將在已存在的玻璃相氧化物夾雜或硫化鈣夾雜上析出，也可以從鋼液中獨立析出。在凝固過程中，硫與錳反應(yīng)，形成硫化錳。這些硫化錳與鋼中早先析出的硫化鈣或硫化鈣/鎂結(jié)合形成復(fù)合硫化物夾雜，或在鋼中已存在的氧化物夾雜上析出，或從鋼液中獨立析出，鋼中非金屬夾雜物尺寸小，分布均勻。
煉鋼熔煉爐出鋼脫氧和合金化控制出鋼過程通過向鋼包加鐵合金、脫氧劑和合成渣，以控制鋼包精煉爐中鋼液的成分和爐渣的成分。鐵合金可以是FeSi，F(xiàn)eMn，MnSi；脫氧劑可以是C，CaC2，CaSi，Al；合成渣含有CaO，SiO2，MgO，Al2O3等；出鋼過程中控制煉鋼爐下渣量(0～15公斤渣/噸鋼，+20％)。
表3所示為一個電弧爐出鋼操作控制的實施例。
鋼包精煉爐渣成分控制為CaO＝25～45％，MgO＝5～10％，Al2O3＝5～25％，SiO2＝30～45％，MnO＜10％，F(xiàn)eO＜2％，CaF2＜5，CaO/SiO2＝0.85～1.10。鋼包爐渣成分可以在鋼包精煉爐中進(jìn)行在線調(diào)整控制。
在鋼包精煉爐鋼液成分和溫度控制為C≤0.05～0.5％，Mn＝0.6～1.7％，Si＝0.03～0.6％，P≤0.10％，S＝0.05～0.4％，Al＝0.0005～0.01％，Ca＝0.0002～0.006％，O＝30-160ppm，其中溶解氧為≤100ppm，溶解鋁為≤40ppm，溶解鈣為≤20ppm，鋼液溫度為1540℃～1620℃。
當(dāng)鋼中C，Si，Mn等成分、溶解氧和溶解鋁達(dá)到上述要求，及在鋼-渣平衡條件下，向鋼中喂入Ca+CaF2或CaSi合金包芯線，0.5～5公斤/噸鋼，以控制鋼中氧化物成分。
鋼包中鈣處理結(jié)束，吹氬攪拌3分鐘后，向鋼中喂入FeS合金線以控制鋼中硫含量為0.05～0.4％；喂入FeS合金線后，吹氬攪拌大于3分鐘，再向鋼中喂入鈣/鎂合金包芯線，0.5～3公斤/噸鋼，以控制鋼中硫化物夾雜；然后吹氬攪拌大于3分鐘，并調(diào)整鋼液溫度為鋼的液相溫度60～120℃內(nèi)，結(jié)束鋼包精煉操作，移動鋼包到連鑄區(qū)進(jìn)行連鑄。
鋼液通過長水口進(jìn)入中間包，在通過浸入式水口澆注到結(jié)晶器。中間包用覆蓋渣，結(jié)晶器用保護(hù)渣，這些爐渣很好地覆蓋在鋼液面上，整個連鑄過程無鋼液的二次氧化發(fā)生。
在鋼液成分，包括溶解氧含量和溶解鋁含量控制的條件下，結(jié)晶器鋼液中將形成玻璃相的氧化物夾雜。
表2

表3

參見圖8a，其為傳統(tǒng)切削鋼中的MnS夾雜物不具備潤滑作用，在切削過程中，刀具1與工件2切屑接觸界面上的高溫化學(xué)粘結(jié)現(xiàn)象。
參見圖8b，其為本發(fā)明的易切削鋼中的玻璃相非金屬夾雜物，能在鋼的切削過程中在刀具1與工件2切屑接觸界面上形成一層粘性自潤滑層，避免了該接觸界面的粘結(jié)現(xiàn)象。
參見圖9，其給出了本發(fā)明夾雜物工程技術(shù)生產(chǎn)的易切削鋼(自潤滑易切削鋼-1，自潤滑易切削鋼-2和自潤滑易切削鋼-1-3)與含Bi、Se、Te傳統(tǒng)易切削鋼的碳化鎢刀具壽命的比較。從圖中可以看出，用碳化鎢刀具，以200-400米/分切削速度加工本發(fā)明的自潤滑易切削鋼，其刀具壽命比加工含Bi、Se、Te傳統(tǒng)易切削鋼提高200％以上。
綜上所述，本發(fā)明應(yīng)用夾雜物工程技術(shù)后，在工件中形成了一些玻璃狀的夾雜物，這些夾雜物在切削加工過程中自發(fā)地在刀具與切屑接觸界面上形成一層起潤滑作用粘性薄膜，大大減弱了化學(xué)損壞，刀具壽命提高200％以上。應(yīng)用煉鋼中的夾雜物工程技術(shù)穩(wěn)定地生產(chǎn)出切削性能優(yōu)良的易切削鋼。
權(quán)利要求
1.一種自潤滑易切削鋼，其組分及其組分含量的重量百分比為C 0.05～0.5％Mn0.6～1.7％Si0.03～0.8％S 0.05～0.4％Al0.0005～0.03％Ca0.0002～0.006％O 0.003～0.016％其余為鐵和不可避免雜質(zhì)；其中氧化物夾雜為CaO-Al2O3-SiO2，其組分重量百分比為CaO＝15～55％，Al2O3＝0～45％，SiO2＝25～65％。
2.一種自潤滑易切削鋼，其組分及其組分含量的重量百分比為C 0.05～0.5％Mn0.6～1.7％Si0.03～0.8％S 0.05～0.4％Al0.0005～0.03％Ca0.0002～0.006％O 0.003～0.016％其余為鐵和不可避免雜質(zhì)，其中氧化物夾雜為CaO-MnO-SiO2，其組分重量百分比為CaO＝0～55％，MnO＝0～75％，SiO2＝30～65％。
3.一種自潤滑易切削鋼，其組分及其組分含量的重量百分比為C 0.05～0.5％Mn0.6～1.7％Si0.03～0.8％S 0.05～0.4％Al0.0005～0.03％Ca0.0002～0.006％O 0.003～0.016％其余為鐵和不可避免雜質(zhì)，其中氧化物夾雜為MnO-Al2O3-SiO2，其組分重量百分比為MnO＝15～75％，Al2O3＝0～35％，SiO2＝25～65％。
4.一種自潤滑易切削鋼，其組分及其組分含量的重量百分比為C 0.05～0.5％Mn 0.6～1.7％Si 0.03～0.8％S 0.05～0.4％Al 0.0005～0.03％Ca 0.0002～0.006％O 0.003～0.016％其余為鐵和不可避免雜質(zhì)，其中氧化物夾雜為CaO-MnO-Al2O3-SiO2，其組分的重量百分比為CaO＝0～55％，MnO＝15～75％，Al2O3＝0～45％，SiO2＝25～65％。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的自潤滑易切削鋼，其特征是，還包含硫化夾雜物為MnS-CaS，其組分的重量百分比，MnS 70～100％，CaS 0～30％。
6.如權(quán)利要求5所述的自潤滑易切削鋼，其特征是，所述的硫化夾雜物還包含MgS，＜5％。
7.如權(quán)利要求5所述的自潤滑易切削鋼，其特征是，所述的硫化夾雜物的長/寬比為1.5～4.5。
8.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的自潤滑易切削鋼，其特征是，還包含有P、Ti、V或Nb中的一種或幾種，其中，Ti＜0.05％、V＜0.1％、Nb＜0.05％、P≤0.10％。
9.如權(quán)利要求5所述的自潤滑易切削鋼，其特征是，還包含有P、Ti、V或Nb中的一種或幾種，其中，Ti＜0.05％、V＜0.1％、Nb＜0.05％、P≤0.10％。
10.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的自潤滑易切削鋼，其特征是，還包含MnO-SiO2二元系氧化物，其Si/Mn比為0.025～0.4。
11.自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，包括如下步驟a)電弧爐或轉(zhuǎn)爐冶煉鋼液中含碳、氧和溫度控制，其中含碳量≥0.03％，總氧含量為500-1200ppm，出鋼鋼液溫度為1600～1680℃；b)出鋼脫氧和合金化控制出鋼過程通過向鋼包添加鐵合金、脫氧劑和合成渣，以控制鋼包精煉爐中鋼液的成分和鋼包渣的成分；c)鋼包精煉爐渣-金平衡調(diào)整鋼包渣成分，控制鋼液成分和溫度；d)鋼包精煉鈣處理當(dāng)鋼中C，Si，Mn等成分、溶解氧和溶解鋁達(dá)到要求，向鋼中喂入Ca+CaF2或CaSi合金包芯線；e)增硫處理吹氬攪拌數(shù)分鐘后，向鋼中喂入FeS合金線，是鋼中硫含量應(yīng)達(dá)到成分控制要求；f)喂入鈣/鎂合金包芯線吹氬攪拌數(shù)分鐘后，向鋼中喂入鈣/鎂合金包芯線；g)鋼液溫度調(diào)整再吹氬攪拌數(shù)分鐘，并調(diào)整鋼液溫度為鋼的液相溫度以上，結(jié)束鋼包精煉；h)鑄造完成鋼包精煉后，鋼液通過結(jié)晶器等澆鑄成鑄坯。
12.如權(quán)利要求11所述的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的步驟b中添加的鐵合金可以是FeSi、FeMn和MnSi中的一種或幾種；脫氧劑可以是C、CaC2、CaSi和Al中的一種或幾種；合成渣含有CaO、SiO2、MgO和Al2O3和CaF2中的一種或幾種。
13.如權(quán)利要求11所述的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的步驟c中鋼包精煉爐的鋼包渣成分為，CaO＝25～45％，MgO＝5～10％，Al2O3＝5～25％，SiO2＝30～45％，MnO＜10％，F(xiàn)eO＜2％，CaF2＜5，以上均為重量百分比。
14.如權(quán)利要求11所述的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的步驟c中鋼液成分控制為總氧量為30-160ppm，其中溶解氧為≤100ppm，溶解鋁為≤40ppm，溶解鈣為≤20ppm，鋼液溫度為1540℃～1620℃。
15.如權(quán)利要求11所述的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的步驟c中鋼包精煉爐的鋼包渣成分中的CaO/SiO2＝0.85～1.10。
16.如權(quán)利要求11所述的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的步驟d中鋼包精煉鈣處理為向鋼中喂入Ca+CaF2或CaSi合金包芯線，0.5～5公斤/噸鋼。
17.如權(quán)利要求11所述的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的步驟e中，吹氬攪拌3～5分鐘后，向鋼中喂入FeS合金線。
18.如權(quán)利要求11所述的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的步驟f中，喂入FeS合金線并吹氬攪拌3～5分鐘后，向鋼中喂入鈣/鎂合金包芯線，0.5～3公斤/噸鋼。
19.如權(quán)利要求11所述的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，其特征是，所述的步驟g中，喂入鈣/鎂合金包芯線后，吹氬攪拌3～5分鐘并調(diào)整鋼液溫度為鋼的液相溫度以上60～120℃，結(jié)束鋼包精煉。
20.如權(quán)利要求11所述的自潤滑易切削鋼的生產(chǎn)方法，其特征是，鋼液溶解氧含量高于溶解鋁含量，鋼中形成MnO-SiO2二元系氧化物，其Si/Mn比為0.025～0.4。
全文摘要
一種自潤滑易切削鋼及其生產(chǎn)方法，其組分為(重量百分比)C0.05～0.5％、Mn 0.6～1.7％、Si 0.03～0.8％、S 0.05～0.4％、Al 0.0005～0.03％、Ca 0.0002～0.006％、O 0.003～0.016％、其余為鐵和不可避免雜質(zhì)；其中氧化物夾雜為CaO－Al
文檔編號C22C38/60GK1566393SQ0312909
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者張曉兵 申請人:張曉兵