CN110777244B - 中碳高硫易切削钢及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种中碳高硫易切削钢及其制备工艺,属于易切削钢技术领域。中碳高硫易切削钢的制备工艺,包括熔炼、精炼、连铸、轧制及分段冷却。分段冷却包括:以15‑30℃/s的冷却速率使经过轧制的钢材降温至640℃‑660℃,使钢材快速进入相变区,避免晶粒长大和产生不均匀晶粒,减少铁素体的析出。然后以1‑5℃/s的冷却速率降温至490℃‑510℃,使钢的组织充分发生珠光体相变。然后以3‑8℃/s的冷却速率降温至340℃‑360℃,保证组织均匀。再以11‑13℃/s的冷却速率降温至300℃以下,避免组织发生相变。通过该冷却控制方法能够使钢组织晶粒均匀细化,减少淬火裂纹,使得钢不易出现开裂。
Description
技术领域
本申请涉及易切削钢技术领域,且特别涉及一种中碳高硫易切削钢及其制备工艺。
背景技术
易切削钢主要应用于切削加工量大、自动化程度高的家电、仪器、汽车小电机马达等行业中,其特点是切削速度快、刀具损耗小,加工成本低以及成品表面光洁度高。通常,易切削钢是在钢中加入一定数量的易切削元素(如硫、磷、铅、钙、硒等),以改善其切削性能。但是含硫钢具有热脆问题,使用时经常发生开裂,给金属后续加工生产带来巨大的经济损失。
CN108642397A公开了一种提高高硫易切削钢切削性的控制方法,综合考虑成分设计、铸坯精整及加热、控轧控冷的工艺,来获得较理想的纺锤状的硫化物,从而提高易切削钢的切削性能。冷却工艺采用两段冷却,高温段采用大的冷却速度为了快速通过析出物或碳化物的析出区间,避免其过多产生,低温段采用缓冷为了获得铁素体与珠光体组织,便于后续加工。
有文献公开了通过控制钢的化学成分、钢水过度热、浇注速度、采用弱冷实现慢浇铸,获得质量良好的含硫易切削钢连铸坯。
CN109207840A公开了一种易切削非调质钢,通过对钢的化学成分进行调整,结合V、N、Ti的析出强化及细晶强化作用,提高材料的强度。制造方法采用冶炼、精炼、浇铸、轧制、锻造以及两段式冷却,第一段冷却有利于形成细小的组织,使得组织转变成铁素体和珠光体,第二段冷却使组织转变完成。通过该制造方法提高钢种的强度,提升切削加工性能。
发明内容
针对现有技术的不足,本申请实施例的目的包括提供一种中碳高硫易切削钢及其制备工艺,以改善含硫钢易开裂、具有淬火裂纹的技术问题。
第一方面,本申请实施例提供了一种中碳高硫易切削钢的制备工艺,包括熔炼、精炼、连铸、轧制及分段冷却。分段冷却包括:将经过轧制的钢材以15-30℃/s的冷却速率降温至640℃-660℃。然后以1-5℃/s的冷却速率降温至490℃-510℃。然后以3-8℃/s的冷却速率降温至340℃-360℃。再以11-13℃/s的冷却速率降温至300℃以下。
本申请发明人经过大量试验研究得出,通过控制冷却工艺调控中碳高硫易切削钢的组织结构,控制细晶粒,以改善钢的加工性能,解决淬火开裂的问题。
本申请对钢材生产过程中的冷却进行分段处理。先以15-30℃/s的冷却速率使经过轧制的钢材降温至640℃-660℃,使钢材快速进入相变区,避免晶粒长大和产生不均匀晶粒,减少铁素体的析出。然后以1-5℃/s的冷却速率降温至490℃-510℃,使钢的组织充分发生珠光体相变,避免残留奥氏体。然后以3-8℃/s的冷却速率降温至340℃-360℃,保证组织均匀,减少搭接点组织粗大情况。再以11-13℃/s的冷却速率降温至300℃以下,充分冷却钢材,避免后期钢材反红,导致组织发生相变,发生异常。通过该冷却控制方法能够使钢组织晶粒均匀细化,减少淬火裂纹,使得钢不易出现开裂。
在本申请的部分实施例中,经过轧制的钢材降温至640℃-660℃的冷却速率为20-25℃/s;降温至490℃-510℃的冷却速率为2-4℃/s;降温至340℃-360℃的冷却速率为5-6℃/s。
在本申请的部分实施例中,轧制包括粗轧,连铸得到的钢坯在开轧温度为1145±20℃的条件下进行轧制。该开轧温度能够避免钢坯在轧制生产过程中出现开裂,能够保证轧制的效果。
在本申请的部分实施例中,在粗轧的步骤之后,还包括预精轧和精轧,预精轧的开轧温度为900±20℃,精轧的开轧温度为890±30℃。该条件的预精轧和精轧能够降低钢开裂的概率。
在本申请的部分实施例中,在轧制和分段冷却步骤之间还包括:对经过轧制的钢材在吐丝温度为850℃-910℃的条件下进行吐丝处理。通过该条件的吐丝处理,能够降低丝材的开裂概率。
在本申请的部分实施例中,经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ5.5mm-Φ6.5mm,吐丝温度为900±10℃。或者,经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ7.5mm,吐丝温度为890±10℃。或者,经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ9mm-Φ12mm,吐丝温度为860±10℃。根据丝材的规格调控吐丝温度,以避免丝材组织结构的变化,保证分段冷却的组织转变。
在本申请的部分实施例中,经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ5.5mm-Φ7.5mm,精轧过程中的开轧温度为880±20℃。或者,经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ9mm-Φ12mm,精轧过程中的开轧温度为900±20℃。
在本申请的部分实施例中,按质量百分比计,中碳高硫易切削钢包括C:0.400-0.480%,Si:0.150-0.350%,Mn:1.350-1.650%,P≤0.040%,S:0.240-0.330%,Al:≤0.008%,B:≤0.003%,V:≤0.020%,Ti:≤0.020%,Sb≤0.010%,Nb≤0.020%、Bi≤0.010%、Pb≤0.008%,As≤0.040%,其它为Fe和不可避免的杂质,Mn/S为4.08-6.875。
经过本申请提供的制备工艺,该成分配比的中碳高硫易切削钢具有较好的力学性能、加工工艺性能以及抗裂性能。在上述Mn/S范围内,钢中硫化物分布均匀弥散,有利于细化晶粒。
第二方面,本申请实施例提供了一种中碳高硫易切削钢,由上述制备工艺制得,中碳高硫易切削钢的组织包括铁素体和珠光体,铁素体的占比为30%-40%,珠光体的占比为60%-70%。该组织结构不会出现晶粒过分粗大和组织不均匀的问题。
在本申请的部分实施例中,中碳高硫易切削钢在经过淬火后,组织中的铁素体晶粒度为12-13级,奥氏体晶粒度为9-10级。该组织结构中的晶粒细小均匀,能够减少淬火裂纹。
本申请的有益效果包括:
(1)采用多分段冷却,以15-30℃/s的冷却速率使经过轧制的钢材降温至640℃-660℃,使钢材快速进入相变区,避免晶粒长大和产生不均匀晶粒,减少铁素体的析出。然后以1-5℃/s的冷却速率降温至490℃-510℃,使钢的组织充分发生珠光体相变,避免残留奥氏体。然后以3-8℃/s的冷却速率降温至340℃-360℃,保证组织均匀,减少搭接点组织粗大情况。再以11-13℃/s的冷却速率降温至300℃以下,充分冷却钢材,避免后期钢材反红,导致组织发生相变,发生异常。通过该冷却控制方法能够使钢组织晶粒均匀细化,减少淬火裂纹,使得钢不易出现开裂。
(2)本申请发明人通过试验研究得知,Mn/S比过低,在轧制过程中容易开裂,轧制经常堆钢,无法正常生产;Mn/S比过高,会影响钢材的力学性能,容易诱发微小裂纹的形成,很可能会成为开裂的诱因。通过发明人大量创造性的试验得,Mn/S比为4.08-6.875,钢中硫化物分布均匀弥散,MnS的形貌为I类或II类硫化物,有利于细化晶粒,对切削性能也有利。
(3)通过本申请的制备工艺结合钢中的成分,可以稳定控制组织中铁素体比例为30-40%,珠光体比例60-70%,铁素体晶粒度12-13级,晶粒均匀细小,能够减少淬火裂纹。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本申请的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例中碳高硫易切削钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT)曲线;
图2为本申请实施例2-6的轧制、吐丝以及分段冷却的具体工艺;
图3为本申请对比例1的轧制、吐丝以及分段冷却的具体工艺;
图4为本申请实施例1提供的中碳高硫易切削钢的金相图;
图5为本申请实施例2提供的中碳高硫易切削钢盘圆的金相图;
图6为本申请实施例3提供的中碳高硫易切削钢盘圆的金相图;
图7为本申请实施例4提供的中碳高硫易切削钢盘圆的金相图;
图8为本申请实施例5提供的中碳高硫易切削钢盘圆的金相图;
图9为本申请实施例6提供的中碳高硫易切削钢盘圆的金相图;
图10为本申请对比例1提供的中碳高硫易切削钢盘圆的金相图;
图11为本申请对比例3提供的中碳高硫易切削钢盘圆的金相图;
图12为本申请对比例4提供的中碳高硫易切削钢盘圆的金相图;
图13为本申请对比例5提供的中碳高硫易切削钢盘圆的金相图;
图14为本申请实施例2提供的中碳高硫易切削钢盘圆淬火后微观结构图;
图15为本申请实施例6提供的中碳高硫易切削钢盘圆淬火后微观结构图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
硫系易切削钢因钢中添加硫元素,形成硫化锰(MnS)的成分,润滑刀具,易于断屑,可提高切削速度。中碳硫系易切削钢碳含量较高,具有一定的强度,该钢种在国内使用量逐步扩大。但是硫系易切削钢容易出现淬火裂纹,使用时出现开裂情况。
目前,为了改善钢材使用开裂的问题,有介绍优化热处理工艺的,有研究硫化锰夹杂物形貌的,有研究成分降低硫含量的,有研究钢中气体含量的。然而没有发现相关研究控制细晶粒,达到减少淬火裂纹目的的文献,也没有发现与本申请相同的通过控制合适的组织结构,特别是中碳易切削钢通过控轧控冷工艺控制细化晶粒,控制组织结构,改善后续加工性能,特别是解决淬火开裂问题。
下面对本申请实施例的一种中碳高硫易切削钢及其制备工艺进行具体说明。
本申请实施例提供了一种中碳高硫易切削钢的制备工艺,包括:熔炼、精炼、连铸、轧制及分段冷却。即将铁矿等原料进行熔炼得到铁水,对铁水进行精炼再连铸得到钢坯,对钢坯进行轧制和分段冷却,然后进行精整等工艺得到成品。其中,在实际生产中的具体工艺流程为:高炉铁水→转炉冶炼→LF炉精炼→小方坯连铸机连铸→铸坯保温车送高线堆冷→坯料检验、清理→钢坯冷装加热炉加热→高线控轧控冷→精整→检验→打包→称重→入库。实际工艺流程中的高线控轧控冷即为本申请中的轧制及分段冷却。
本申请发明人经过研究提出通过控制轧制和冷却速率控制钢组织,减少钢组织出现淬火裂纹。由于开轧温度过低,钢材会产生开裂;开轧温度过高,轧制过程会打滑。为了避免连铸得到的钢坯在轧制生产过程中出现开裂,保证轧制的效果,本申请的轧制工艺的开轧温度为1145±20℃。可选的,开轧温度为1125℃、1130℃、1140℃、1145℃、1150℃、1160℃或1165℃。
在一种可能实现的方式中,钢坯在加热炉中加热的温度分布见表1,通过表1中的加热方式使得钢坯达到开轧温度。
表1加热温度分布
位置 | 上均热段左 | 上均热段中 | 上均热段右 |
温度(℃) | 1215 | 1217 | 1230 |
位置 | 下均热段左 | 下均热段中 | 下均热段右 |
温度(℃) | 1236 | 1217 | 1243 |
位置 | 上加热段左 | - | 上加热段右 |
温度(℃) | 1112 | - | 1130 |
位置 | 下加热段左 | - | 下加热段右 |
温度(℃) | 1147 | - | 1170 |
本申请的部分实施例中,轧制包括依次进行的粗轧、中轧、预精轧和精轧,粗轧的开轧温度为1145±20℃,在粗轧、中轧过程中,钢坯在轧制过程的温降和轧制过程产生的变形热基本平衡,所以粗轧、中轧过程温度基本在1145±20℃的范围,然后再经过水箱的降温进行预精轧。本申请实施例中的预精轧的开轧温度为900±20℃,精轧的开轧温度为890±30℃。通过上述条件的预精轧和精轧,能够降低钢坯开裂的概率。在本申请的部分实施例中,预精轧机组(BGV)入口温度为900±20℃,精轧机组(TMB)入口温度为890±30℃。可选的,预精轧的开轧温度为880℃、890℃、900℃、910℃或920℃。精轧的开轧温度为860℃、880℃、880℃、890℃、900℃、910℃、920℃或930℃。
在本申请的部分实施例中,在轧制和分段冷却步骤之间还包括吐丝处理,以制备易切削钢盘圆。对经过轧制的钢材在吐丝温度为850℃-910℃的条件下进行吐丝处理。其中,经过吐丝处理的丝材的规格为Φ5.5mm-Φ12mm。可选的,丝材的规格可以为Φ5.5mm、Φ6mm、Φ6.5mm、Φ7mm、Φ7.5mm、Φ8mm、Φ9mm、Φ10mm、Φ11mm或Φ12mm。
丝材的规格为Φ5.5mm-Φ6.5mm时,吐丝温度为900±10℃;丝材的规格为Φ7.5mm时,吐丝温度为890±10℃;丝材的规格为Φ9mm-Φ12mm时,吐丝温度为860±10℃。
根据丝材规格的不同,精轧的开轧温度进行相应的调整。在本申请的部分实施例中,规格为Φ5.5mm-Φ7.5mm的丝材在精轧过程中的开轧温度为880±20℃。规格为Φ9mm-Φ12mm的丝材在精轧过程中的开轧温度为900±20℃。
目前通用的控轧控冷工艺通过保温罩和辊道速度的控制,整个风冷线冷却速率为0-10℃/s。该冷却工艺使得钢组织在相变和再结晶过程发生了部分晶粒长大的情况,造成组织不均匀。本申请采用分段冷却,根据相变温度,通过保温罩、风机、辊道速度的控制,实现采用合适的冷却速率使钢组织完全转变为铁素体和珠光体,达到较佳的组织结构和晶粒度。
在本申请的部分实施例中,经过轧制的钢材处于高温状态,钢材由高温冷却至640℃-660℃的过程中,冷却速率为15℃/s-30℃/s。在该冷却区间内,钢组织进入相变区间,奥氏体转变为铁素体。可选的,钢材由高温冷却至640℃、650℃或660℃,冷却速率为15℃/s、20℃/s、25℃/s或30℃/s。
在冷却的前阶段,为了使高温的钢材尽快进入相变区间,防止晶粒长大和产生不均匀晶粒冷却速率大于15℃/s。但同时冷却速率小于30℃/s是为了避免产生马氏体组织,保证生成的组织均为铁素体和珠光体。在冷却的后阶段冷却速率仍为15℃/s-30℃/s,由于该阶段铁素体析出过多会形成网状铁素体,网状在晶界是裂纹源,容易沿晶开裂,造成加工裂纹和淬火裂纹。该冷却方式使得钢材尽快通过铁素体析出线,减少网状铁素体形成,显著减少铁素体的析出。可选的,钢材温度降至640℃-660℃的冷却速率为20-25℃/s。
钢材继续冷却,当钢材温度降至640℃-660℃以下时,钢组织开始进入珠光体转变区间。为了使得钢组织的珠光体转变充分,避免残留奥氏体,钢材由640℃-660℃降温至490℃-510℃区间的冷却速率为1-5℃/s。在该过程中,转变产物珠光体片层间距小,部分转变为机械性能更好的索氏体,有利于后续机械加工。可选的,钢材降温至490℃-510℃的冷却速率为2-4℃/s。钢材可以降温至490℃、500℃或510℃,冷却速率为1℃/s、2℃/s、3℃/s、4℃/s或5℃/s。钢材由490℃-510℃继续冷却至340℃-360℃,为了保证组织均匀,减少搭接点的组织粗大现象,冷却速率为3-8℃/s。可选的,钢材降温至340℃-360℃的冷却速率为5-6℃/s。钢材可以降温至340℃、350℃或360℃,冷却速率为3℃/s、4℃/s、5℃/s、6℃/s、7℃/s或8℃/s。
钢材的温度为340℃-360℃时,钢材的表面温度较低。在继续冷却的过程中,提高冷却速率,以11-13℃/s的冷却速率使钢材降温至300℃以下。钢材温度降低至300℃进入集卷筒,保持11-13℃/s的冷却速率防止钢材芯部温度往表面扩散,造成集卷打包以后钢材反红,使组织再发生相变,造成组织异常。
通过本申请提供的轧制、冷却工艺可以实现钢材组织为铁素体和珠光体,没有其他异常组织,如贝氏体、马氏体等影响使用的组织。组织结构晶粒细小均匀,能够减少淬火裂纹。
在本申请的部分实施例中,采用的中碳高硫易切削钢按质量百分比计,包括C:0.400-0.480%,Si:0.150-0.350%,Mn:1.350-1.650%,P≤0.040%,S:0.240-0.330%,Al:≤0.008%,B:≤0.003%,V:≤0.020%,Ti:≤0.020%,Sb≤0.010%,Nb≤0.020%、Bi≤0.010%、Pb≤0.008%,As≤0.040%,其它为Fe和不可避免的杂质,Mn/S为4.08-6.875。
Mn/S为中碳高硫易切削钢中锰元素的含量与硫元素的含量比。本申请发明人通过试验研究得知,Mn/S比过低,在轧制过程中容易开裂,轧制经常堆钢,无法正常生产;Mn/S比过高,会影响钢材的力学性能,容易诱发微小裂纹的形成,很可能会成为开裂的诱因。通过发明人大量创造性的试验得:Mn/S比为4.08-6.875,钢中硫化物分布均匀弥散,MnS的形貌为I类或II类硫化物,有利于细化晶粒,对切削性能也有利。
在本申请的部分实施例中,中碳高硫易切削钢按质量百分比计,包括C:0.440%,Si:0.240%,Mn:1.530%,P:0.017%,S:0.284%,Al:0.003%,B:0.001%,V:0.004%,Ti:0.001%,Sb:0.001%,Nb:0.003%、Bi:0.001%、Pb:0.001%,As:0.009%,其它为Fe和不可避免的杂质。本申请发明人通过Gleeble 3800热模拟试验机试验测定该钢种的相变温度:Ac3=797℃,Ac1=735℃,Ar3=723℃,Ar1=656℃。其中,Ac3为加热时先共析铁素体全部转变成奥氏体的终了温度。Ac1为加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度。Ar3为铁碳合金冷却时自A(奥氏体)中开始析出F的临界温度线。Ar1为冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度。再通过Gleeble 3800热模拟试验机试验测得该钢种的CCT曲线,如图1。
根据测得的CCT曲线,上述成分的中碳高硫易切削钢在轧制后,以15℃/s-30℃/s的冷却速率由高温冷却至723℃,使钢材尽快进入相变区间,防止晶粒长大和产生不均匀晶粒。钢材温度由723℃降至656℃之间,冷却速率为15℃/s-30℃/s以快速通过铁素体析出线,减少铁素体的析出。钢材温度降至656℃以下,开始进入珠光体转变区间,在656℃至500℃的温度区间内,冷却速率为1-5℃/s,使珠光体转变充分。钢材温度由500℃降至350℃区间,冷却速率为3-8℃/s,减少搭接点的组织粗大现象。钢材以12℃/s左右的冷却速率由350℃降温至300℃以下,使钢材快速冷却,然后结束控制冷却。
第二方面,本申请实施例提供了一种中碳高硫易切削钢,由上述制备工艺制得。中碳高硫易切削钢组织包括铁素体和珠光体,铁素体的占比为30%-40%,珠光体的占比为60%-70%。该组织结构不会出现晶粒过分粗大和组织不均匀的问题。显微组织中的铁素体晶粒度为12-13级,奥氏体晶粒度为9-10级。该组织结构中的晶粒细小均匀,能够减少淬火裂纹。在本申请的部分实施例中,淬火工艺为将钢材在860℃的加热炉中保温1h,然后对钢材进行水冷。然后将淬火的钢材制成金相磨片,用饱和苦味酸溶液直接侵蚀显示组织结构,以观察组织结构。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种S1144中碳高硫易切削钢,按质量百分比计,包括:C:0.440%,Si:0.240%,Mn:1.530%,P:0.017%,S:0.284%,Al:0.003%,B:0.001%,V:0.004%,Ti:0.001%,Sb:0.001%,Nb:0.003%、Bi:0.001%、Pb:0.001%,As:0.009%,其它为Fe和不可避免的杂质。其中,Mn/S为5。
制备工艺包括:高炉铁水→转炉冶炼→LF炉精炼→小方坯连铸机连铸→铸坯保温车送高线堆冷→坯料检验、清理→钢坯冷装加热炉加热→高线控轧控冷→精整→检验→打包→称重→入库。
高线控轧控冷包括:
步骤一:将连铸钢坯在开轧温度为1145℃的条件下进行轧制。经过粗轧和中轧后,预精轧机组(BGV)入口温度为900℃进行预精轧,精轧机组(TMB)入口温度为890℃进行精轧。
步骤二:将轧制后的钢材进行冷却。以冷却速率20℃/s将钢材由高温冷却至656℃。然后以5℃/s的冷却速率继续降温至500℃,再以6℃/s的冷却速率降温至350℃,最后以12℃/s的冷却速率降温至300℃控制冷却结束。
实施例2
本实施例提供一种规格为Φ5.5mm的S1144中碳高硫易切削钢盘圆,成分及含量与实施例1的中碳高硫易切削钢成分及含量相同。
制备工艺与实施例1的区别仅在于:
步骤一:将连铸钢坯在开轧温度为1145±20℃的条件下进行轧制。经过粗轧和中轧后,预精轧机组(BGV)入口温度为900±20℃进行预精轧,精轧机组(TMB)入口温度为880±20℃进行精轧。
步骤二:对经过轧制的钢材在吐丝温度为900±10℃的条件下进行吐丝处理。
步骤三:将轧制后的钢材进行冷却。以冷却速率18℃/s将钢材由高温冷却至656℃。然后以4.5℃/s的冷却速率继续降温至500℃,再以6.5℃/s的冷却速率降温至350℃,最后以11℃/s的冷却速率降温至300℃控制冷却结束。
实施例3
本实施例提供一种规格为Φ6.5mm的S1144中碳高硫易切削钢盘圆,与实施例2的不同之处仅在于:
步骤一:将连铸钢坯在开轧温度为1145±20℃的条件下进行轧制。经过粗轧和中轧后,预精轧机组(BGV)入口温度为900±20℃进行预精轧,精轧机组(TMB)入口温度为880±20℃进行精轧。
步骤二:对经过轧制的钢材在吐丝温度为900±10℃的条件下进行吐丝处理。
步骤三:将轧制后的钢材进行冷却。以冷却速率17℃/s将钢材由高温冷却至656℃。然后以4℃/s的冷却速率继续降温至500℃,再以5.5℃/s的冷却速率降温至350℃,最后以12℃/s的冷却速率降温至300℃控制冷却结束。
实施例4
本实施例提供一种规格为Φ9mm的S1144中碳高硫易切削钢盘圆,与实施例2的不同之处仅在于:
步骤一:将连铸钢坯在开轧温度为1145±20℃的条件下进行轧制。经过粗轧和中轧后,预精轧机组(BGV)入口温度为900±20℃进行预精轧,精轧机组(TMB)入口温度为880±20℃进行精轧。
步骤二:对经过轧制的钢材在吐丝温度为860±10℃的条件下进行吐丝处理。
步骤三:将轧制后的钢材进行冷却。以冷却速率16℃/s将钢材由高温冷却至656℃。然后以3℃/s的冷却速率继续降温至500℃,再以4℃/s的冷却速率降温至350℃,最后以12.5℃/s的冷却速率降温至300℃控制冷却结束。
实施例5
本实施例提供一种规格为Φ10mm的S1144中碳高硫易切削钢盘圆,与实施例2的不同之处仅在于:
步骤一:将连铸钢坯在开轧温度为1145±20℃的条件下进行轧制。经过粗轧和中轧后,预精轧机组(BGV)入口温度为900±20℃进行预精轧,精轧机组(TMB)入口温度为880±20℃进行精轧。
步骤二:对经过轧制的钢材在吐丝温度为860±10℃的条件下进行吐丝处理。
步骤三:将轧制后的钢材进行冷却。以冷却速率15℃/s将钢材由高温冷却至656℃。然后以3.5℃/s的冷却速率继续降温至500℃,再以3.5℃/s的冷却速率降温至350℃,最后以11.8℃/s的冷却速率降温至300℃控制冷却结束。
实施例6
本实施例提供一种规格为Φ12mm的S1144中碳高硫易切削钢盘圆,与实施例2的不同之处仅在于:
步骤一:将连铸钢坯在开轧温度为1145±20℃的条件下进行轧制。经过粗轧和中轧后,预精轧机组(BGV)入口温度为900±40℃进行预精轧,精轧机组(TMB)入口温度为900±30℃进行精轧。
步骤二:对经过轧制的钢材在吐丝温度为860±10℃的条件下进行吐丝处理。
步骤三:将轧制后的钢材进行冷却。以冷却速率15.5℃/s将钢材由高温冷却至656℃。然后以4.2℃/s的冷却速率继续降温至500℃,再以3.6℃/s的冷却速率降温至350℃,最后以12.3℃/s的冷却速率降温至300℃控制冷却结束。
实施例2-实施例6的轧制、吐丝以及分段冷却的具体工艺如图2。
对比例1
本对比例提供一种Φ9mm的S1144中碳高硫易切削钢盘圆,与实施例4的不同之处仅在于:
步骤三:将轧制后的钢材进行冷却。整个冷却过程的冷却速率为5℃/s。
对比例1没有采取分段冷却,以固定的冷却速率进行冷却。对比例1的轧制、吐丝以及冷却的具体工艺如图3。
对比例2
本对比例提供45号钢,根据铁碳相图,运用杠杆原理,计算45号钢的珠光体、铁素体比例为:
珠光体P%=(0.45-0.0218)/(0.77-0.0218)×100%=57.23%,
铁素体α-Fe%=1-P%=1-57.23%=42.77%。
对比例3
本对比例提供了一种中碳高硫易切削钢,与实施例1的不同之处仅在于步骤二:
步骤二:将轧制后的钢材进行冷却。以冷却速率10℃/s将钢材由高温冷却至720℃。然后以1℃/s的冷却速率继续降温至550℃。
对比例4
本对比例提供了一种中碳高硫易切削钢,与对比例3的不同之处仅在于步骤二:
步骤二:将轧制后的钢材进行冷却。以冷却速率10℃/s将钢材由高温冷却至720℃。然后以1℃/s的冷却速率继续降温至550℃,再以6℃/s的冷却速率降温至300℃以下。
对比例5
本对比例提供了一种中碳高硫易切削钢,与对比例3的不同之处仅在于步骤二:
步骤二:将轧制后的钢材进行冷却。以冷却速率15-30℃/s将钢材由高温冷却至600℃。然后以1-5℃/s的冷却速率继续降温至500℃,再以3-8℃/s的冷却速率降温至350℃,最后以11-13℃/s的冷却速率降温至冷却结束。
试验例1
选取实施例1-6、对比例1、对比例3-5提供的中碳高硫易切削钢及盘圆,以GB/T13298-1991为标准进行金相显微组织检测,截取横向试样,经研磨、抛光制成金相试样,经4%硝酸酒精溶液腐蚀后的样品置于金相显微镜下观察,进行金相测试。以GB/T 13299-1991为标准进行金属显微组织检测,以GB/T 6394-2002为标准进行金属平均晶粒度测定,测试结果如图4-13。
由图4-9可知,实施例1-6提供的中碳高硫易切削钢及盘圆的组织结构为铁素体和珠光体。其中,实施例1提供的中碳高硫易切削钢中铁素体的占比为38.28%,珠光体的占比为61.72%。说明本申请提供的制备工艺能够减少铁素体的比例,主要在于第一段冷却过程的冷却速率为15-30℃/s,使得钢材温度快速降低,快速通过铁素体析出线,减少了共析铁素体的析出。由图10-11可知,对比例1的中碳高硫易切削钢盘圆中铁素体的比例较高,对比例2提供的45号钢的铁素体比例为42.77%,高于实施例1-6的结果。
对实施例2和实施例6提供的中碳高硫易切削钢在加热炉860℃的条件下保温1小时,然后进行水冷淬火,制成金相磨片用饱和苦味酸溶液直接侵蚀显示。对淬火后的钢材进行显微结构分析,结果如图14和图15。由图5、图9、图14和图15可知,实施例2和实施例6提供的中碳高硫易切削钢中,铁素体晶粒度为12-13级,奥氏体晶粒度为9-10级,晶粒细小均匀,该组织结构能够使得钢材避免出现淬火裂纹的问题。
对实施例2-6、对比例1、3-5提供的中碳高硫易切削钢盘圆进行性能检测。按GB/T13298-1991进行金属显微组织检测,按GB/T 13299-1991进行金属显微组织检测,按GB/T6394-2002进行金属平均晶粒度测定,按GB/T 228-2002进行金属材料室温拉伸试验,按GB/T 231.1进行金属布氏硬度试验,以得到晶粒度差值、铁素体比例、淬火及加工开裂率、抗拉强度、断后伸长率、硬度、切削性能。结果如表2。
表2性能结果
由表2可知,按照本发明工艺设定的工艺,实施例2~6生产的钢盘圆,晶粒均匀,晶粒度差≤1,铁素体比例在37.58%~39.42%,拉伸性能和硬度较好,切削性能好。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
Claims (5)
1.一种中碳高硫易切削钢的制备工艺,其特征在于,包括:熔炼、精炼、连铸、轧制及分段冷却;
所述轧制包括粗轧,连铸得到的钢坯在开轧温度为1145±20℃的条件下进行粗轧;在粗轧的步骤之后,还包括预精轧和精轧,所述预精轧的开轧温度为900±20℃,所述精轧的开轧温度为890±30℃;
在轧制和分段冷却步骤之间还包括:对经过轧制的钢材在吐丝温度为850℃-910℃的条件下进行吐丝处理;
经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ5.5mm-Φ6.5mm,所述吐丝温度为900±10℃;或者,经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ7.5mm,所述吐丝温度为890±10℃;或者,经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ9mm-Φ12mm,所述吐丝温度为860±10℃;
所述分段冷却包括:
将经过轧制的钢材以15-30℃/s的冷却速率降温至640℃-660℃;
然后以1-5℃/s的冷却速率降温至490℃-510℃;
然后以3-8℃/s的冷却速率降温至340℃-360℃;
再以11-13℃/s的冷却速率降温至300℃以下;
按质量百分比计,所述中碳高硫易切削钢包括C:0.400-0.480%,Si:0.150-0.350%,Mn:1.350-1.650%,P≤0.040%,S:0.240-0.330%,Al:≤0.008%,B:≤0.003%,V:≤0.020%,Ti:≤0.020%,Sb≤0.010%,Nb≤0.020%、Bi≤0.010%、Pb≤0.008%,As≤0.040%,其它为Fe和不可避免的杂质,Mn/S为4.08-6.875。
2.根据权利要求1所述的中碳高硫易切削钢的制备工艺,其特征在于,所述经过轧制的钢材降温至640℃-660℃的冷却速率为20-25℃/s;降温至490℃-510℃的冷却速率为2-4℃/s;降温至340℃-360℃的冷却速率为5-6℃/s。
3.根据权利要求1所述的中碳高硫易切削钢的制备工艺,其特征在于,经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ5.5mm-Φ7.5mm,精轧过程中的开轧温度为880±20℃;
或者,经过吐丝处理得到的丝材的规格为Φ9mm-Φ12mm,精轧过程中的开轧温度为900±20℃。
4.一种中碳高硫易切削钢,其特征在于,由权利要求1-3任一项所述的制备工艺制得,所述中碳高硫易切削钢的组织包括铁素体和珠光体,所述铁素体的占比为30%-40%,所述珠光体的占比为60%-70%。
5.根据权利要求4所述的中碳高硫易切削钢,其特征在于,所述中碳高硫易切削钢组织中的铁素体晶粒度为12-13级,奥氏体晶粒度为9-10级。
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