CN101899555B - 一种石墨化易切削钢的生产方法 - Google Patents

一种石墨化易切削钢的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及以中碳锰硅钢或中碳锰硅铝钢等来生产石墨化易切削钢的方法。其步骤：对铸坯加热；保温；冷却到1050～1150℃；粗轧：控制每道次压下率在20～40％；冷却到850～1000℃；按照4～6道次进行精轧；空冷；快速水冷到室温；对精轧板加热并保温；空冷或炉冷到室温。本发明根据低温轧制-弛豫相变-淬火-石墨化回火的工艺路线，通过控制回火前钢中C原子的状态和奥氏体中的C含量，在较短的时间内(5h)将钢中的C原子全部转化为石墨。根据本发明生产的石墨化易切削钢，组织中石墨的晶粒尺寸较小，分布也较为均匀。

Description

一种石墨化易切削钢的生产方法
技术领域
本发明涉及石墨钢的生产方法，尤其属于以中碳锰硅钢或中碳锰硅铝钢等来生产石墨化易切削钢的方法。
背景技术
石墨易切削钢是将钢中的碳变成石墨，利用石墨粒子的润滑作用及其在材料中的缺口作用(可视为应力集中源)来提高材料的切削性能。其切削性优于机械结构用铅易切削钢，并具有与铅、磷、硫易切削钢同等以上的性能，特别是在高速切削领域具有良好的切削性，同时还具有与低碳钢同等的冷锻性，是一种同时兼具有较高冷成形和切削性及环境友好的新钢材。石墨易切削钢中的易切削相是石墨，其具有特殊的简单六方点阵。石墨的基面很容易滑动，这是石墨能起润滑作用的原因。同时，石墨与基体相比强度很低，因此可以近似地把石墨看成是裂缝或孔洞。石墨破坏了基体的连续性，由于质软而起着内部缺口作用，引起应力集中并改变石墨缺口前沿附近基体的应力状态，从而使切屑易断。由于石墨化易切削钢由于具有良好切削性能、冷成型性，高的疲劳强度及环境友好等特点，一直受到世界各国冶金研究者和制造商的关注和研究。日本上个世纪60年代就开展了此方面的研究，如日本专利49-67817是将一定成分的钢热轧后淬火，再在600-750℃进行回火，但由于钢回火前没有进行加工变形，其回火时间较长，生产成本因此较高。日本专利63-9580则是将钢冷轧(最少30％)后，然后进行回火，然而对线、棒材来说，冷轧最低30％的形变量在实际生产中很难实现。美国专利6174384B1则是向钢种添加一定的锆作为石墨的形核核心，然后通过不同的方法石墨化，但其热轧后需进行热处理，石墨化时间也较长。美国专利5830285则是向钢中添加少量的B，热轧后直接淬火再进行回火处理，但是其开冷温度较高，冷却速率要求较大，而且回火时间必须在10小时以上，很难在实际中生产实施。国内只有首钢技术研究和北京科技大学等开展了此方面的工作，如“亚共析石墨化易切削钢的开发，《钢铁》2008.43(8).73”，其方法也是将钢进行长时间(大于10h)的退火，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种工艺简单、回火时间较短、生产成本较低的石墨化易切削钢的生产方法。
实现上述目的的技术措施：
一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对铸坯进行加热：将经冶炼并连铸的钢坯加热到1200～1250℃；
2)进行保温：在温度为1200～1250℃下保温60～180分钟；
3)进行冷却：以10～20℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1050～1150℃；
4)进行粗轧：在1050～1150℃内进行3～8次粗轧，控制每道次压下率在20～40％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以5～20℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到850～1000℃；
6)进行精轧：按照4～6道次进行精轧，控制每道次的间隔时间＜3秒钟，每道次变形量在10～50％；
7)进行空冷：空冷时间为30～120秒；
8)进行快速水冷：以30～1000℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为650～710℃，并在此温度下保温2～5小时；
10)进行空冷或炉冷到室温。
该方法首先在低的终轧温度下进行轧制，然后缓慢冷却一段时间生成部分铁素体后，水冷到室温。水冷结束后，再在石墨化温度进行一定时间的石墨化回火。利用该方法，可在较短的时间内将钢中的C全部转化为石墨，得到铁素体+石墨的易切削钢。
本发明是根据低温轧制-弛豫相变-淬火-石墨化回火的工艺路线，通过控制回火前钢中C原子的状态和奥氏体中的C含量，可以在较短的时间内(5h)将钢中的C原子全部转化为石墨。根据本发明生产的石墨化易切削钢，组织中石墨的晶粒尺寸较小，分布也较为均匀，除了在晶界上存在一定量的石墨外，在铁素体晶内还存在着一定石墨粒子。
与现有技术相比，本发明是利用精轧时在较低的形变温度及大形变条件下，使奥氏体晶粒细化及产生大量的形变缺陷，从而有利于空冷时BN等粒子的析出和铁素体相变的进行。而空冷时铁素体相变所排出的大量C原子，可进一步增加未相变奥氏体中的C含量及降低其MS点，这样就能增加未相变奥氏体的淬透性和增大其晶格畸变，从而导致在石墨化回火时，C原子能迅速形成石墨。根据本发明技术，可在较短的时间内得到铁素体+石墨所组成的复相组织，而且生产工艺简单，石墨化回火时间较短、生产成本较低，可在工业生产中容易实施。
附图说明
图1是根据石墨化前的组织(2-4％的硝酸酒精侵蚀)
图2是石墨化2h后得到的易切削钢组织(无侵蚀)
图3是图2原所用工艺制备的易切削钢组织(2-4％的硝酸酒精侵蚀)
图4是石墨化5h后得到的易切削钢组织(无侵蚀)
图5是图4原所用工艺制备的易切削钢组织(2-4％的硝酸酒精侵蚀，)
图6是石墨化3h后得到的易切削钢组织(2-4％的硝酸酒精侵蚀)
具体实施方式
实施例1
一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：0.453％C，1.70％Si，1.5％Al，0.34％Mn，＜0.020％P，＜0.035％S，余量为Fe铸坯加热到1200～1205℃；
2)进行保温：在温度为1200～1205℃下保温60分钟；
3)进行冷却：以10℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1050～1060℃；
4)进行粗轧：在1050～1060℃内进行3次粗轧，控制每道次压下率在20％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以5℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到850～855℃；
6)进行精轧：按照4道次进行精轧，控制每道次的间隔时间2.5秒钟，每道次变形量在10％；
7)进行空冷：空冷时间为30秒；
8)进行快速水冷：以30℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为650～655℃，并在此温度下保温2小时；
10)空冷到室温。
实施例2
一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：0.43％C，1.50％Si，0.005％B，0.45％Mn，0.009％P，0.010％S，余量为Fe铸坯加热到1210～1215℃；
2)进行保温：在温度为1210～1215℃下保温80分钟；
3)进行冷却：以12℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1070～1075℃；
4)进行粗轧：在1070～1075℃内进行5次粗轧，控制每道次压下率在26％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以8℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到880～885℃；
6)进行精轧：按照5道次进行精轧，控制每道次的间隔时间2秒钟，每道次变形量在25％；
7)进行空冷：空冷时间为40秒；
8)进行快速水冷：以100℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为670～675℃，并在此温度下保温4.0小时；
10)炉冷到室温。
实施例3
一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：C：0.62％，Si：0.95％，Al：0.05％，Mn：0.80％，P：0.0176％，S：0.182％，Zr：0.15％，Nb：0.1％，余量为Fe的铸坯加热到1225～1230℃；
2)进行保温：在温度为1225～1230℃下保温100分钟；
3)进行冷却：以15℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1090～1097℃；
4)进行粗轧：在1090～1097℃内进行6次粗轧，控制每道次压下率在32％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以12℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到900～910℃；
6)进行精轧：按照6道次进行精轧，控制每道次的间隔时间2.8秒钟，每道次变形量在35％；
7)进行空冷：空冷时间为75秒；
8)进行快速水冷：以300℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为690～696℃，并在此温度下保温3.5小时；
10)空冷到室温。
实施例4
一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：C：0.66％，Si：2.5％，Al：1.5％，Mn：0.81％，P：0.012％，S：0.142％，RE：0.5％，Nb：0.14％，V：0.2％，Ti：0.16％，余量为Fe的铸坯加热到1245～1250℃；
2)进行保温：在温度为1245～1250℃下保温180分钟；
3)进行冷却：以18℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1125～1130℃；
4)进行粗轧：在1125～1130℃内进行8次粗轧，控制每道次压下率在36％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以17℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到970～975℃；
6)进行精轧：按照5道次进行精轧，控制每道次的间隔时间1.5秒钟，每道次变形量在50％；
7)进行空冷：空冷时间为100秒；
8)进行快速水冷：以750℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为705～710℃，并在此温度下保温3小时；
10)空冷到室温。
实施例5
一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：C：0.62％，Si：0.95％，Al：0.05％，Mn：0.80％，P：0.0176％，S：0.182％，Zr：0.15％，Nb：0.1％，余量为Fe的铸坯加热到1225～1230℃；
2)进行保温：在温度为1225～1230℃下保温165分钟；
3)进行冷却：以20℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1145～1150℃；
4)进行粗轧：在1145～1150℃内进行7次粗轧，控制每道次压下率在40％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以20℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到990～1000℃；
6)进行精轧：按照6道次进行精轧，控制每道次的间隔时间2.0秒钟，每道次变形量在48％；
7)进行空冷：空冷时间为120秒；
8)进行快速水冷：以1000℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为700～708℃，并在此温度下保温5小时；
10)空冷到室温。
经对本发明实施例生产的易切削钢检测结果或附图表明，钢组织中石墨的晶粒尺寸较小，分布也较为均匀，其切削性能优良，工件表面光洁度较高，刀具磨损较少，是一种性能优良的环保型易切削钢。

Claims (5)

1.一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：0.453％C，1.70％Si，1.5％Al，0.34％Mn，＜0.020％P，＜0.035％S，余量为Fe铸坯加热到1200～1205℃；
2)进行保温：在温度为1200～1205℃下保温60分钟；
3)进行冷却：以10℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1050～1060℃；
4)进行粗轧：在1050～1060℃内进行3次粗轧，控制每道次压下率在20％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以5℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到850～855℃；
6)进行精轧：按照4道次进行精轧，控制每道次的间隔时间2.5秒钟，每道次变形量在10％；
7)进行空冷：空冷时间为30秒；
8)进行快速水冷：以30℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为650～655℃，并在此温度下保温2小时；
10)空冷到室温。
2.一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：0.43％C，1.50％Si，0.005％B，0.45％Mn，0.009％P，0.010％S，余量为Fe铸坯加热到1210～1215℃；
2)进行保温：在温度为1210～1215℃下保温80分钟；
3)进行冷却：以12℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1070～1075℃；
4)进行粗轧：在1070～1075℃内进行5次粗轧，控制每道次压下率在26％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以8℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到880～885℃；
6)进行精轧：按照5道次进行精轧，控制每道次的间隔时间2秒钟，每道次变形量在25％；
7)进行空冷：空冷时间为40秒；
8)进行快速水冷：以100℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为670～675℃，并在此温度下保温4.0小时；
10)炉冷到室温。
3.一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：C：0.62％，Si：0.95％，Al：0.05％，Mn：0.80％，P：0.0176％，S：0.182％，Zr：0.15％，Nb：0.1％，余量为Fe的铸坯加热到1225～1230℃；
2)进行保温：在温度为1225～1230℃下保温100分钟；
3)进行冷却：以15℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1090～1097℃；
4)进行粗轧：在1090～1097℃内进行6次粗轧，控制每道次压下率在32％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以12℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到900～910℃；
6)进行精轧：按照6道次进行精轧，控制每道次的间隔时间2.8秒钟，每道次变形量在35％；
7)进行空冷：空冷时间为75秒；
8)进行快速水冷：以300℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为690～696℃，并在此温度下保温3.5小时；
10)空冷到室温。
4.一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：C：0.66％，Si：2.5％，Al：1.5％，Mn：0.81％，P：0.012％，S：0.142％，RE：0.5％，Nb：0.14％，V：0.2％，Ti：0.16％，余量为Fe的铸坯加热到1245～1250℃；
2)进行保温：在温度为1245～1250℃下保温180分钟；
3)进行冷却：以18℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1125～1130℃；
4)进行粗轧：在1125～1130℃内进行8次粗轧，控制每道次压下率在36％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以17℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到970～975℃；
6)进行精轧：按照5道次进行精轧，控制每道次的间隔时间1.5秒钟，每道次变形量在50％；
7)进行空冷：空冷时间为100秒；
8)进行快速水冷：以750℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为705～710℃，并在此温度下保温3小时；
10)空冷到室温。
5.一种石墨化易切削钢的生产方法，其步骤：
1)对主要化学成分及重量百分比为：C：0.62％，Si：0.95％，Al：0.05％，Mn：0.80％，P：0.0176％，S：0.182％，Zr：0.15％，Nb：0.1％，余量为Fe的铸坯加热到1225～1230℃；
2)进行保温：在温度为1225～1230℃下保温165分钟；
3)进行冷却：以20℃/秒的冷却速度将铸坯冷却到1145～1150℃；
4)进行粗轧：在1145～1150℃内进行7次粗轧，控制每道次压下率在40％；
5)进行冷却：粗轧结束后，以20℃/秒的冷却速度将粗轧板冷却到990～1000℃；
6)进行精轧：按照6道次进行精轧，控制每道次的间隔时间2.0秒钟，每道次变形量在48％；
7)进行空冷：空冷时间为120秒；
8)进行快速水冷：以1000℃/秒的冷却速度冷却到室温；
9)对精轧板进行加热，加热温度为700～708℃，并在此温度下保温5小时；
10)空冷到室温。
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