CN109295384A - 含硫锡碲的易切削钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含硫锡碲的易切削钢及其制造方法，钢中Mn、S、Te质量百分比满足Mn/Te>20，0.05<Te/S<0.30。该钢种的生产工艺为：转炉冶炼→LF炉精炼→连铸→加热炉加热→轧制、冷却→缓冷，其中易切削元素Sn在转炉出钢时以含锡废钢形式加入或在精炼末期以锡锭形式加入，易切削元素Te在精炼末期以碲粉包芯线形式加入。本发明以S、Sn、Te三元易切削元素为共同主导的“超级”易切削钢，通过适当的成分调控及Mn、S、Te元素的恰当配比，既保证了钢的良好的机械性能，又能获得极佳的易切削性能，提供了一种超易切削钢产品的成分配比及生产工艺，以满足需精密加工及高速切削加工的零部件的生产需求。

Description

含硫锡碲的易切削钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种易切削钢及其制备方法，特别是涉及一种含碲易切削结构钢及其制备方法，应用于钢铁冶金技术领域。

背景技术

易切削钢是指在钢中加入一定数量的易切削元素，以改善钢的切削性能的一类钢种。易切削钢主要用于对尺寸精度和粗糙度要求严格，而对力学性能要求相对较低的零部件的生产中，广泛应用于仪器仪表、手表零件、汽车、机床、航空、航天、卫星、电子设备等领域中。随着切削加工的自动化、高速化与精密化的快速发展，机加工成本在零部件制造成本中的比例越来越高，有时甚至达到零部件制造成本的40％～60％，市场迫切需要切削性能优良的钢材来降低加工成本。

中国虽是钢铁生产大国，但我国的易切削钢起步较晚，易切削钢品种、产量、技术、质量稳定性、品种多样性与国外强国相比还有较大差距，2017年我国的易切削钢仅一百万吨，不到日本易切削钢产量的1/3,很多高端易切削钢品种需依赖进口。

硫系和铅系易切削钢是目前广泛应用的两种易切削钢。铅系易切削钢的切削性能很好，但铅是公认的非环保物质，生产过程中产生的铅蒸汽对工人的身体健康有极大的危害性；铅进入产品之后，由于化学性质稳定，不易脱除，对废钢的再利用也构成危害，欧盟已经明确禁止钢中加铅。因此，世界各大钢铁公司都在朝着无铅易切削钢的方向发展。

硫系易切削钢的切削性能随着硫的含量增加而增加，但硫系易切削钢往往难达到很好的切削性能，同等情况下，切削性能与铅系易切削钢有30％～40％的差距。过高的硫含量还将导致钢中硫化物沿轧制方向变形，造成钢性能的各向异性，降低钢的机械性能。因此开发和生产环境友好的高性能无铅易切削钢成为易切削钢发展的重要方向和亟待解决的技术问题。

锡和铅同主族，物理和化学性质相近，是易切削元素的一种。含锡钢在275℃附近有一个脆性谷，在对含锡钢进行切削加工时，当切削温度(250～400℃)在脆性谷附近时，钢材倾向于脆性断裂，在切削过程中易于产生断屑，从而提高钢材的切削性能。锡的沸点高、蒸气压低，不易挥发且无毒，生产和使用这种易切削钢不会对生态环境产生不利影响，被认为是一种“绿色环保”的新钢种。锡的资源广泛，价格适宜，是铅的理想替代元素。然而，较低的锡含量很难达到较高的切削性能，而锡含量高又会造成热轧时锡在奥氏体晶界偏聚，引起材料脆性对工艺性能产生有害影响。

碲和硫同主族，物理和化学性质相近，通常用于一些超易切削钢的生产中，起到对钢中硫化锰夹杂改质的作用，使硫化锰夹杂转变成球形或纺锤形，从而提高钢的切削性能。钢中形成的少量MnTe在切削过程中也可起到润滑作用，提高切削性能。碲的用量少，对改善钢的切削性能效果显著，但碲的价格较高，较多的添加量将导致生产成本显著增加。

公开号为CN1540022A的中国专利公开了含锡易切削结构钢，其特征在于：钢中加入较高含量的锡(0.09～0.25wt％)，钢的成分范围为：C:0.05～0.50％，Si:0～0.4％，Mn:0.3～2.0％， Cr:0～2.0％，S:0.005～0.35％，P:0.005～0.050％，Sn:0.09～0.25％，O:0.001～0.010％，铁余量。在该钢中含有一定量Sn，切削性能得到了一定的提升，但该钢种仍属于普通易切削钢，无法满足需超高切削性能零部件的生产需求。

公开号为CN106978570A的中国专利公布了一种含有较高锡含量的易切削钢及制备方法，其特征是通过对易切削钢进行Mo、W、稀土元素La的合金化，以解决目前含锡过高造成易切削钢热脆性过大问题。该易切削钢的基本化学元素及其质量百分数为：C:0.02～0.77％， Si:0.01～0.10％，Mn:0.30～1.50％，S:0～0.035％，P:0～0.025％，Sn:0.05～0.35％，Mo:0.2～0.75％， W:0.4～2.25％，La:0.002～0.020％，其余成分为铁和不可避免的杂质。该钢种为获得较好的切削性能，Sn添加量较高，且合金元素添加种类多，含量高，增加了制备工艺的复杂性，提高了能耗，增加了成本。

公开号为CN101597725A的中国专利公开了圆珠笔头用易切削铬不锈钢，其特征在于：基质为Fe，其余组分的百分含量为：C≤0.03％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，0.15％≤S≤0.5％，P≤0.05％， Cr:19～21％，Mo:1.5～2.5％，Pb:0.10～0.30％，Te:0.01～0.07％，另外其中O≥50ppm。其含有合金元素Pb，虽然能增加钢的切削性能，但是有毒且会污染环境。

公开号为CN105088106A的中国专利公开了一种含锡铋的复合易切削钢，其所含主要成分的重量百分比为：C:0.06～0.09％，Si≤0.10％，Mn:1.30～1.60％，P:0.08～0.12％，S:0.35～0.45％， Bi:0.003％，Sn:0.1％。该钢虽具有较好的切削性能，但在冶炼过程中Bi的氧化烧损和蒸发巨大，Bi的收得率较低，工业生产成本高、难度大，且含Bi铸坯的裂纹明显。

综上所述，易切削钢是一类重要的特殊钢，在一些精密零件的生产加工过程中具有不可替代的作用。随着切削加工的自动化、高速化与精密化的快速发展，传统易切削钢已无法满足高精尖产品的生产需求，而现有的具有较高切削性能的含Pb易切削钢又面临环保的压力，应用受到限制。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种含硫锡碲的易切削钢及其制备方法，并提供一种环境友好型含硫锡碲易切削钢，为了获得超高的易切削性能，本发明在含硫钢基础上通过添加适量的Sn和Te来进一步改善钢的切削性能。在保证环保的前提下，以较低的生产成本获得比含铅易切削钢更好的“超级”易切屑钢，以满足日益增长的精密零部件及大批量快速生产的需求。本发明以S、Sn、Te三元易切削元素为共同主导的“超级”易切削钢，还通过适当的成分调控及Mn、S、Te元素的恰当配比，既保证了钢的良好的机械性能，又能获得极佳的易切削性能，提供了一种超易切削钢产品的成分配比及生产工艺，以满足需精密加工及高速切削加工的零部件的生产需求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含硫锡碲的易切削钢，其组成元素及其元素质量百分比含量为：C:0.05～0.50％、 Si≤0.15％、Mn:0.8～1.5％、P≤0.10％、S:0.20～0.35％、Sn:0.05～0.20％、Te:0.005～0.050％，余量为铁及不可避免的杂质，并且Mn、S、Te质量百分比还满足Mn/Te&gt;20，0.05&lt;Te/S&lt;0.30。

作为本发明优选的技术方案，含硫锡碲的易切削钢，其组成元素及其元素质量百分比含量为：C:0.06～0.30％、Si≤0.13％、Mn:0.9～1.4％、P≤0.09％、S:0.20～0.30％、Sn:0.06～0.18％、 Te:0.008～0.040％，余量为铁及不可避免的杂质，并且Mn、S、Te质量百分比需满足Mn/Te&gt;22， 0.07&lt;Te/S&lt;0.28。

作为本发明进一步优选的技术方案，其组成元素及其元素质量百分比含量为： C:0.07～0.22％、Si≤0.10％、Mn:1.0～1.3％、P≤0.08％、S:0.25～0.30％、Sn:0.08～0.16％、 Te:0.010～0.035％，余量为铁及不可避免的杂质，并且Mn、S、Te质量百分比需满足Mn/Te&gt;25， 0.08&lt;Te/S&lt;0.25。

作为本发明优选的技术方案，其组成元素及其元素质量百分比含量为：C:0.08～0.12％、 Si≤0.11％、Mn:1.1～1.15％、P≤0.09％、S:0.24～0.28％、Sn:0.14～0.16％、Te:0.015～0.020％，余量为铁及不可避免的杂质，并且Mn、S、Te质量百分比需满足Mn/Te&gt;57，0.06&lt;Te/S&lt;0.08。

一种本发明含硫锡碲的易切削钢的制备方法，工艺流程如下：转炉冶炼→LF炉精炼→连铸→加热炉加热→轧制、冷却→缓冷；其中，易切削元素Sn在转炉出钢时以含锡废钢形式加入，或在LF炉精炼末期以锡锭形式加入，易切削元素Te在LF炉精炼末期以碲粉包芯线形式加入。

作为本发明优选的技术方案，含硫锡碲的易切削钢的制备方法，包含以下步骤：

(1)转炉冶炼：转炉铁水不进行脱硫，仅脱碳和脱磷，根据铁水硅、磷含量调整控制石灰加入量，控制出钢的钢液的磷含量不高于0.10％；出钢1/4时加入硅锰合金及渣料，进行弱脱氧，全氧含量控制在60～150ppm；在出钢时加入含锡废钢进行合金化，或在出钢时不加入含锡废钢，而后在后续LF炉精炼工艺中进行合金化；

(2)LF炉精炼：加入精炼渣、埋弧渣，加入硅铁、碳化硅对钢液进行渣面脱氧，通电后吹氩气的压力控制以钢水不翻出渣面为标准要求，在进行白渣处理后，再向钢液中加入硅铁、高碳锰铁、碲粉包芯线进行合金化；若在所述步骤(1)中的出钢时未加含锡废钢，则在LF炉精炼环节加入锡锭进行合金化；并加入硫化铁控制硫含量，控制合金化精炼时间不小于 30min，并保持白渣精炼时间不小于15min；

(3)连铸工艺：在连铸过程采用高硫保护渣进行保护浇铸，中间包温度控制在1530～1550 ℃，连铸拉速控制在0.70～1.0m/min，二冷水采用弱冷，调控冷却强度，控制在二冷区的比水量为0.18-0.30吨水/吨钢，以确保连铸坯质量；

(4)铸坯加热制度：将连铸坯热送，进加热炉加热到1150～1200℃，加热总时间按铸坯厚度0.95～1.05min/mm控制；

(5)铸坯轧制、冷却工艺：采用再结晶区轧制，开轧温度1150～1200℃，终轧温度≥980 ℃，轧后空冷；

(6)缓冷工艺：将热轧后钢材在720～760℃进保温箱缓冷，控制缓冷时间≥48小时，从而得到含硫锡碲的易切削钢材。

本发明原理：

本发明中元素成分对含硫锡碲的易切削钢的切削性能的影响：

C：碳含量的高低直接影响钢材的强度、塑性、韧性和焊接性能等。碳含量的增加能够显著提高钢的强度，为保证钢有足够的强硬度，必须使钢中有一定量的碳含量，但是碳含量过高会导致钢材磨损严重，切削性变差。此外，碳元素易与Mo、Fe、Cr等生成碳化物。合金碳化物在回火过程中析出而产生的二次硬化效应能使材料的硬度进一步提高。本发明含硫锡碲的易切削钢的含碳量在0.05～0.50％范围内。

Si：硅作为脱氧剂可控制脱氧程度，从而影响钢中夹杂物的变形以及钢的切削性能。硅能强烈提高渗层的淬透性，但在渗碳过程中容易发生晶界氧化而形成黑色网状缺陷；随合金元素添加量的增加，钢的马氏体点下降，使淬火后渗层中含有大量残余奥氏体，影响材料的疲劳性能和耐磨性，恶化其切削性能。本发明含硫锡碲的易切削钢的含硅量控制在0.15％以下。

Mn：锰能提高珠光体的形核功和转变激活能，降低珠光体的形核率和长大速度。锰元素及其碳化物溶于奥氏体中，使奥氏体等温转变曲线右移，增大过冷奥氏体稳定性，抑制珠光体转变，提高淬透性。锰与钢中的硫生成的MnS是一种重要的易切削相，可以帮助改善切削性能。为了保证良好的切削性能和力学性能，本发明含硫锡碲的易切削钢控制锰的含量在0.8～1.5％范围内。

P：对于结构钢，磷一般被看作有害元素，但其溶于铁素体可提高材料强度。因此，为避免磷的冷脆性，一般控制磷的含量在0.10％以下，但磷有改善钢易切削能的作用，因此，本发明含硫锡碲的易切削钢的磷含量控制在0.10％以下。

S：硫是主要的易切削元素之一，随着钢中硫含量的增加，钢的切削性能指数明显提高。但过高的硫含量还将导致钢中硫化物沿轧制方向变形，造成钢性能的各向异性，降低钢的机械性能。因此，本发明含硫锡碲的易切削钢控制硫含量为0.20％～0.35％。

Sn：锡与铁高温液态互溶，固态α-Fe中最大溶解度达17.7％。然而随温度降低锡在钢中溶解度变小，在200℃以下Sn在α-Fe中的固溶度急剧降低，理论上将生成FeSn。但Sn扩散非常缓慢，Sn以固溶形式存在，没有明显宏观偏析；只有一小部分形成FeSn，但实际上难检测出。含锡钢在275℃附近有一个脆性谷。当切削加工时，切削温度在脆性谷附近时，钢材倾向于脆性断裂，在切削过程中易于产生断屑，从而提高钢材的切削性能。但锡含量高时，锡在奥氏体晶界偏聚引起材料脆性对工艺性能产生有害影响。因此本发明含硫锡碲的易切削钢控制锡含量为0.05％～0.20％。

Te：碲通常一部分固溶在MnS，达到饱和后形成MnTe并包裹MnS。固溶状态和MnTe的包裹状态均能使MnS夹杂球化，有利于切削性能的改善，同时也避免了钢性能的各向异性。在切削过程中可降低切削力，降低工件表面粗糙度，提高刀具寿命等。少量碲的添加即可显著改善钢的切削性能，且不影响其机械强度。但当Te的含量超过0.1％时会使钢的塑性和冲击韧性下降。为了得到良好的切削性能，且不影响钢的机械性能，本发明含硫锡碲的易切削钢的碲含量为0.005％～0.050％。

钢中Mn/Te小于10时，钢中将生成铁的碲化物，有可能使钢产生冷、热晶间脆化。因此本发明含硫锡碲的易切削钢的Mn和Te的含量需满足Mn/Te&gt;20。

当钢中Te含量较少时，Te主要固溶在MnS夹杂中，随着Te含量的增加，MnS夹杂长宽比逐渐减小。当Te含量在MnS夹杂中达到饱和时，将形成MnTe，并包裹MnS夹杂，在热加工过程中可抑制MnS变形且在切削过程中可起到润滑作用。通常以Te/S比值来衡量Te 在MnS固溶程度，为保证较好的MnS夹杂形态及对切削过程产生有利作用，需保证一定的 Te/S比值。同时考虑Te的成本问题，Te含量也不宜添加过高。本发明含硫锡碲的易切削钢的Te和S含量需满足0.05&lt;Te/S&lt;0.30。

经本发明工艺生产的含硫锡碲易切削钢，其钢中夹杂物主要为固溶有Te的MnS或MnTe 包裹MnS的复合夹杂物，除此之外还含有一定量的MnS，CaO，SiO₂，Al₂O₃等组成的复合夹杂物。固溶Te可使MnS夹杂长宽比减小，有利于切削性能的提高也可减轻长条状MnS夹杂引起的钢的性能的各向异性。MnTe可包裹MnS，在热加工过程中避免MnS变形，且在切削过程中可起到润滑作用，有利于提高钢的切削性能。Sn在高温固态钢中有较大固溶度，但在室温下溶解度很小，在降温过程中，Sn在钢中固溶度急剧降低，并易在晶界处产生一定量的偏聚，可起到晶界致脆作用，从而提高钢的切削性能。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明提供一种环境友好型含硫锡碲易切削钢，为了获得超高的易切削性能，本发明在含硫钢基础上通过添加适量的Sn和Te来进一步改善钢的切削性能；

2.本发明含硫锡碲易切削钢的材料横向、纵向硬度比较均匀，平均相差不超过10％，材料均匀，质量高；

3.采用本发明含硫锡碲易切削钢进行切削加工时，加工过程无积屑现象，切屑呈短小卷曲的C形屑，加工后工件表面光洁，粗糙度小，实现了显著改善钢材的切削性能的目的；在其他成分相同的情况下，本发明含硫锡碲的易切削钢比传统的含硫铅的易切削钢切削性能更加优异。

附图说明

图1为本发明实施例一含硫锡碲的易切削钢的含硫锡碲钢金相图。

图2为本发明实施例一含硫锡碲的易切削钢的一种夹杂物SEM图。

图3为本发明实施例一含硫锡碲的易切削钢的另一种夹杂物SEM图。

图4为本发明实施例一含硫锡碲的易切削钢的切屑形貌图。

图5为现有技术含硫铅钢的切屑形貌图。

图6为本发明实施例二含硫锡碲的易切削钢的含硫锡碲钢金相图。

图7为本发明实施例二含硫锡碲的易切削钢的一种夹杂物SEM图。

图8为本发明实施例二含硫锡碲的易切削钢的另一种夹杂物SEM图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一

在本实施例中，一种含硫锡碲易切削钢，其组成元素及其元素质量百分比含量如下表1 所示，本实施例含硫锡碲易切削钢包含C、Si、Mn、P、S、Sn、Te，余量为铁及不可避免的杂质。

表1.实施例一含硫锡碲易切削钢主要化学成分控制

一种本实施例含硫锡碲的易切削钢的制备方法，包含以下步骤：

(1)转炉冶炼：转炉铁水不进行脱硫，仅脱碳和脱磷，根据铁水硅、磷含量调整控制石灰加入量，控制出钢的钢液的磷质量含量不高于0.09％；出钢1/4时加入硅锰合金、含锡废钢及渣料，进行弱脱氧，全氧含量控制在150ppm；

(2)LF炉精炼：加入精炼渣、埋弧渣，加入硅铁、碳化硅对钢液进行渣面脱氧，通电后吹氩气的压力控制以钢水不翻出渣面为标准要求，在进行白渣处理后，再向钢液中加入硅铁、高碳锰铁、碲粉包芯线进行合金化；并加入硫化铁控制硫含量，控制合金化精炼时间为 35min，并保持白渣精炼时间为22min；

(3)连铸工艺：在连铸过程采用高硫保护渣进行保护浇铸，中间包温度控制在1530℃，连铸拉速控制在0.8m/min，二冷水采用弱冷，调控冷却强度，控制在二冷区的比水量为0.20 吨水/吨钢，以确保连铸坯质量；

(4)铸坯加热制度：将连铸坯热送，进加热炉加热到1150℃，加热总时间按铸坯厚度 1.0min/mm控制；

(5)铸坯轧制、冷却工艺：采用再结晶区轧制，开轧温度1150℃，终轧温度为980℃，轧后空冷；

(6)缓冷工艺：将热轧后钢材在720℃进保温箱缓冷，控制缓冷时间为50小时，从而得到含硫锡碲的易切削钢材。

实验测试分析：

对本实施例含硫锡碲的易切削钢进行微观检测观察，参见图1～图3，锰与钢中的硫生成的MnS是一种重要的易切削相，可以帮助改善切削性能。碲一部分固溶在MnS，达到饱和后形成MnTe并包裹MnS。固溶状态和MnTe的包裹状态均能使MnS夹杂向球化发展，有利于切削性能的改善，同时也避免了钢性能的各向异性。本实施例含硫锡碲的易切削钢材料横向、纵向硬度比较均匀，平均相差不超过10％。

对本实施例含硫锡碲的易切削钢进行切削实验测试，参见图4和图5，对本实施例含硫锡碲的易切削钢切削加工时，加工过程无积屑现象，切屑呈短小卷曲的C形屑，加工后工件表面光洁，粗糙度小，切削性能优异。图5为现有技术含硫铅钢的切屑形貌图，相比现有技术含硫铅钢的切屑，本实施例含硫锡碲的易切削钢切削的C形屑更加短小，C形屑更加细碎，表明，本发明含硫锡碲的易切削钢比传统的含硫铅的易切削钢切削性能更加优异。

本实施例含硫锡碲的易切削钢是一种环境友好的高性能无铅易切削钢，含有超易切削元素Te，通过对钢中硫化锰夹杂形态进行调控，进一步提高钢的切削性能，形成一种超易切削钢。本实施例不需较高的Sn添加量，避免了钢热脆性过大的问题；Te的添加能满足高切削性能的需求，且Te添加量少，工序简便。本实施例以Sn代Pb，不仅保证了钢的较好的切削性能，同时避免了Pb对人体健康及环境的危害，更加环保。本实施例采用碲粉包芯线进行喂线合金化，Te不易氧化烧损，收得率高，易生产。且Te可促进硫化物夹杂成球形或纺锤形，避免轧制过程中变成细长条，减轻了钢性能的各向异性。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种含硫锡碲易切削钢，其组成元素及其元素质量百分比含量如下表1 所示，本实施例含硫锡碲易切削钢包含C、Si、Mn、P、S、Sn、Te，余量为铁及不可避免的杂质。

表2.实施例二含硫锡碲易切削钢化学成分控制

一种本实施例含硫锡碲的易切削钢的制备方法，包含以下步骤：

(1)转炉冶炼：转炉铁水不进行脱硫，仅脱碳和脱磷，根据铁水硅、磷含量调整控制石灰加入量，控制出钢的钢液的磷质量含量不高于0.05％；出钢1/4时加入硅锰合金及渣料，进行弱脱氧，全氧含量控制在70ppm；

(2)LF炉精炼：加入精炼渣、埋弧渣，加入硅铁、碳化硅对钢液进行渣面脱氧，通电后吹氩气的压力控制以钢水不翻出渣面为标准要求，在进行白渣处理后，再向钢液中加入硅铁、高碳锰铁、碲粉包芯线、锡锭进行合金化；并加入硫化铁控制硫含量，控制合金化精炼时间为40min，并保持白渣精炼时间为20min；

(3)连铸工艺：在连铸过程采用高硫保护渣进行保护浇铸，中间包温度控制在1550℃，连铸拉速控制在0.9m/min，二冷水采用弱冷，调控冷却强度，控制在二冷区的比水量为0.25 吨水/吨钢，以确保连铸坯质量；

(4)铸坯加热制度：将连铸坯热送，进加热炉加热到1200℃，加热总时间按铸坯厚度 1.02min/mm控制；

(5)铸坯轧制、冷却工艺：采用再结晶区轧制，开轧温度1200℃，终轧温度为980℃，轧后空冷；

(6)缓冷工艺：将热轧后钢材在760℃进保温箱缓冷，控制缓冷时间为55小时，从而得到含硫锡碲的易切削钢材。

实验测试分析：

对本实施例含硫锡碲的易切削钢进行微观检测观察，参见图6～图8，锰与钢中的硫生成的MnS是一种重要的易切削相，可以帮助改善切削性能。碲一部分固溶在MnS，达到饱和后形成MnTe并包裹MnS。固溶状态和MnTe的包裹状态均能使MnS夹杂球化，有利于切削性能的改善，同时也避免了钢性能的各向异性。本实施例含硫锡碲的易切削钢材料横向、纵向硬度比较均匀，平均相差不超过10％。

对本实施例含硫锡碲的易切削钢切削加工时，加工过程无积屑现象，切屑呈短小卷曲的 C形屑，加工后工件表面光洁，粗糙度小，切削性能优异。

实施例三

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种含硫锡碲易切削钢，其组成元素及其元素质量百分比含量如下表3 所示，本实施例含硫锡碲易切削钢包含C、Si、Mn、P、S、Sn、Te，余量为铁及不可避免的杂质。

表3.实施例三含硫锡碲易切削钢主要化学成分控制

一种本实施例含硫锡碲的易切削钢的制备方法，包含以下步骤：

(1)转炉冶炼：转炉铁水不进行脱硫，仅脱碳和脱磷，根据铁水硅、磷含量调整控制石灰加入量，控制出钢的钢液的磷质量含量不高于0.08％；出钢1/4时加入硅锰合金、含锡废钢及渣料，进行弱脱氧，全氧含量控制在60ppm；

(2)LF炉精炼：加入精炼渣、埋弧渣，加入硅铁、碳化硅对钢液进行渣面脱氧，通电后吹氩气的压力控制以钢水不翻出渣面为标准要求，在进行白渣处理后，再向钢液中加入硅铁、高碳锰铁、碲粉包芯线进行合金化；并加入硫化铁控制硫含量，控制合金化精炼时间为 35min，并保持白渣精炼时间为22min；

(3)连铸工艺：在连铸过程采用高硫保护渣进行保护浇铸，中间包温度控制在1530℃，连铸拉速控制在0.8m/min，二冷水采用弱冷，调控冷却强度，控制在二冷区的比水量为0.30 吨水/吨钢，以确保连铸坯质量；

(4)铸坯加热制度：将连铸坯热送，进加热炉加热到1150℃，加热总时间按铸坯厚度 1.0min/mm控制；

(5)铸坯轧制、冷却工艺：采用再结晶区轧制，开轧温度1150℃，终轧温度为980℃，轧后空冷；

(6)缓冷工艺：将热轧后钢材在720℃进保温箱缓冷，控制缓冷时间为50小时，从而得到含硫锡碲的易切削钢材。

实验测试分析：

对本实施例含硫锡碲的易切削钢的锰与钢中的硫生成的MnS是一种重要的易切削相，可以帮助改善切削性能。碲一部分固溶在MnS，达到饱和后形成MnTe并包裹MnS。固溶状态和MnTe的包裹状态均能使MnS夹杂球化，有利于切削性能的改善，同时也避免了钢性能的各向异性。本实施例含硫锡碲的易切削钢材料横向、纵向硬度比较均匀，平均相差不超过10％。对本实施例含硫锡碲的易切削钢切削加工时，加工过程无积屑现象，切屑呈短小卷曲的C形屑，加工后工件表面光洁，粗糙度小，切削性能优异。

实施例四

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种含硫锡碲易切削钢，其组成元素及其元素质量百分比含量如下表4 所示，本实施例含硫锡碲易切削钢包含C、Si、Mn、P、S、Sn、Te，余量为铁及不可避免的杂质。

表4.实施例四含硫锡碲易切削钢主要化学成分控制

一种本实施例含硫锡碲的易切削钢的制备方法，包含以下步骤：

(1)转炉冶炼：转炉铁水不进行脱硫，仅脱碳和脱磷，根据铁水硅、磷含量调整控制石灰加入量，控制出钢的钢液的磷质量含量不高于0.08％；出钢1/4时加入硅锰合金、含锡废钢及渣料，进行弱脱氧，全氧含量控制在60ppm；

(2)LF炉精炼：加入精炼渣、埋弧渣，加入硅铁、碳化硅对钢液进行渣面脱氧，通电后吹氩气的压力控制以钢水不翻出渣面为标准要求，在进行白渣处理后，再向钢液中加入硅铁、高碳锰铁、碲粉包芯线进行合金化；并加入硫化铁控制硫含量，控制合金化精炼时间为 35min，并保持白渣精炼时间为22min；

(3)连铸工艺：在连铸过程采用高硫保护渣进行保护浇铸，中间包温度控制在1530℃，连铸拉速控制在0.8m/min，二冷水采用弱冷，调控冷却强度，控制在二冷区的比水量为0.30 吨水/吨钢，以确保连铸坯质量；

(4)铸坯加热制度：将连铸坯热送，进加热炉加热到1150℃，加热总时间按铸坯厚度 1.0min/mm控制；

(5)铸坯轧制、冷却工艺：采用再结晶区轧制，开轧温度1150℃，终轧温度为980℃，轧后空冷；

(6)缓冷工艺：将热轧后钢材在720℃进保温箱缓冷，控制缓冷时间为50小时，从而得到含硫锡碲的易切削钢材。

实验测试分析：

对本实施例含硫锡碲的易切削钢的锰与钢中的硫生成的MnS是一种重要的易切削相，可以帮助改善切削性能。碲一部分固溶在MnS，达到饱和后形成MnTe并包裹MnS。固溶状态和MnTe的包裹状态均能使MnS夹杂球化，有利于切削性能的改善，同时也避免了钢性能的各向异性。本实施例含硫锡碲的易切削钢材料横向、纵向硬度比较均匀，平均相差不超过10％。对本实施例含硫锡碲的易切削钢切削加工时，加工过程无积屑现象，切屑呈短小卷曲的C形屑，加工后工件表面光洁，粗糙度小，切削性能优异。

综上所述，本发明上述实施例含硫锡碲的易切削钢的生产工艺为：转炉冶炼→LF炉精炼→连铸→加热炉加热→轧制、冷却→缓冷，其中易切削元素Sn在转炉出钢时以含锡废钢形式加入或在精炼末期以锡锭形式加入，易切削元素Te在精炼末期以碲粉包芯线形式加入。本发明上述实施例以S、Sn、Te三元易切削元素为共同主导的“超级”易切削钢，通过适当的成分调控及Mn、S、Te元素的恰当配比，既保证了钢的良好的机械性能，又能获得极佳的易切削性能，提供了一种超易切削钢产品的成分配比及生产工艺，以满足需精密加工及高速切削加工的零部件的生产需求。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明含硫锡碲的易切削钢及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种含硫锡碲的易切削钢，其特征在于，其组成元素及其元素质量百分比含量为：C:0.05～0.50％、Si≤0.15％、Mn:0.8～1.5％、P≤0.10％、S:0.20～0.35％、Sn:0.05～0.20％、Te:0.005～0.050％，余量为铁及不可避免的杂质，并且Mn、S、Te质量百分比还满足关系式Mn/Te&gt;20，0.05&lt;Te/S&lt;0.30。

2.根据权利要求1所述含硫锡碲的易切削钢，其特征在于：其组成元素及其元素质量百分比含量为：C:0.06～0.30％、Si≤0.13％、Mn:0.9～1.4％、P≤0.09％、S:0.20～0.30％、Sn:0.06～0.18％、Te:0.008～0.040％，余量为铁及不可避免的杂质，并且Mn、S、Te质量百分比需满足关系式Mn/Te&gt;22，0.07&lt;Te/S&lt;0.28。

3.根据权利要求2所述含硫锡碲的易切削钢，其特征在于：其组成元素及其元素质量百分比含量为：C:0.07～0.22％、Si≤0.10％、Mn:1.0～1.3％、P≤0.08％、S:0.25～0.30％、Sn:0.08～0.16％、Te:0.010～0.035％，余量为铁及不可避免的杂质，并且Mn、S、Te质量百分比需满足关系式Mn/Te&gt;25，0.08&lt;Te/S&lt;0.25。

4.根据权利要求1所述含硫锡碲的易切削钢，其特征在于：其组成元素及其元素质量百分比含量为：C:0.08～0.12％、Si≤0.11％、Mn:1.1～1.15％、P≤0.09％、S:0.24～0.28％、Sn:0.14～0.16％、Te:0.015～0.020％，余量为铁及不可避免的杂质，并且Mn、S、Te质量百分比需满足关系式Mn/Te&gt;57，0.06&lt;Te/S&lt;0.08。

5.一种权利要求1所述含硫锡碲的易切削钢的制备方法，其特征在于，工艺流程如下：转炉冶炼→LF炉精炼→连铸→加热炉加热→轧制、冷却→缓冷；其中，易切削元素Sn在转炉出钢时以含锡废钢形式加入，或在LF炉精炼末期以锡锭形式加入，易切削元素Te在LF炉精炼末期以碲粉包芯线形式加入。

6.根据权利要求5所述含硫锡碲的易切削钢的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)转炉冶炼：转炉铁水不进行脱硫，仅脱碳和脱磷，根据铁水硅、磷含量调整控制石灰加入量，控制出钢的钢液的磷质量含量不高于0.10％；出钢1/4时加入硅锰合金及渣料，进行弱脱氧，全氧含量控制在60～150ppm；在出钢时加入含锡废钢进行合金化，或在出钢时不加入含锡废钢，而后在后续LF炉精炼工艺中进行合金化；

(2)LF炉精炼：加入精炼渣、埋弧渣，加入硅铁、碳化硅对钢液进行渣面脱氧，通电后吹氩气的压力控制以钢水不翻出渣面为标准要求，在进行白渣处理后，再向钢液中加入硅铁、高碳锰铁、碲粉包芯线进行合金化；加入硫化铁控制硫含量，控制合金化精炼时间不小于30min，并保持白渣精炼时间不小于15min；若在所述步骤(1)中的出钢时未加含锡废钢，则在LF炉精炼环节加入锡锭进行合金化；

(3)连铸工艺：在连铸过程采用高硫保护渣进行保护浇铸，中间包温度控制在1530～1550℃，连铸拉速控制在0.70～1.0m/min，二冷水采用弱冷，调控冷却强度，控制在二冷区的比水量为0.18-0.30吨水/吨钢，以确保连铸坯质量；

(4)铸坯加热制度：将连铸坯热送，进加热炉加热到1150～1200℃，加热总时间按铸坯厚度0.95～1.05min/mm控制；

(5)铸坯轧制、冷却工艺：采用再结晶区轧制，开轧温度1150～1200℃，终轧温度≥980℃，轧后空冷；

(6)缓冷工艺：将热轧后钢材在720～760℃进保温箱缓冷，控制缓冷时间≥48小时，从而得到含硫锡碲的易切削钢材。