一种易切削非调质钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种易切削非调质钢，其化学元素质量百分比为：C：0.35‑0.45％；Si：0.45‑0.0.65％；Mn：1.35‑1.65％；S：0.025‑0.065％；V：0.07‑0.15％；Ti：0.01‑0.018％；N：0.012‑0.017％；Al：0.015‑0.035％；Ca：0.0008‑0.0025％；余量为铁和其他不可避免的杂质；且满足S/Ca为20‑60。此外，本发明专利技术还提出了一种上述的易切削非调质钢的制造方法，包括步骤：(1)冶炼和精炼；(2)浇铸；(3)轧制；(4)锻造；(5)两段式冷却。本发明专利技术所述的易切削非调质钢保证塑韧性的基础上，提高了材料的强度。

A Free-cutting Non-quenched and Tempered Steel and Its Manufacturing Method

The invention discloses a free-cutting non-quenched and temptempered steel, which has a chemical element mass percentage of C:0.35 0.45%; Si:0.45 0.0.0.65%; Si:0.45 0.0.0.65%; Mn:1.35 8209 1.65 percent; S:0.025 8209 0.065 percent; S:0.07 8209 0.15 percent; Ti:0.01 8209 0.018 percent; N:0.0129 0 0.0.017 percent 0.017 percent; N:0.017 0.017 7 percent; Al:0.015 8205 8209 5 8209 0.5 0.5 percent; Ca 8209 Ca 8209 8 8 8 0.0025%; residual iron and other unavoidable impurities; and meet S/Ca 20 to 60. In addition, the invention also provides a manufacturing method of the free-cutting non-quenched and tempered steel, including steps: (1) smelting and refining; (2) casting; (3) rolling; (4) forging; (5) two-stage cooling. The free-cutting non-quenched and tempered steel of the invention improves the strength of the material on the basis of guaranteeing the plasticity and toughness.

【技术实现步骤摘要】
一种易切削非调质钢及其制造方法
本专利技术涉及一种钢及其制造方法，尤其涉及一种非调质钢及其制造方法。
技术介绍
非调质钢起源于第二次石油危机，在节能动力的推动下和微合金化技术的基础上,德国蒂森公司开发了第一个非调质锻钢49MnVS3。随后英、法等国的钢铁公司建立了一系列的非调质钢，并形成了国际标准牌号；近年来日本研究非调质钢最为活跃,处于世界先进水平,新日铁、神户、爱知、山阳特殊制钢等相继建立了各自的非调质钢系列。与国际相比，我国研制非调质钢的起步较晚，20世纪90年代相继开发了F45MnV、F35MnVN、35MnVS、40MnVS等钢种。随着汽车行业的快速发展，汽车安全性、稳定性及能耗等指标要求汽车零部件可靠、环保与减重；同时，汽车零部件的加工制造以数控机床为中心，对材料的切削性能提出越来越高的要求,因此高强韧性的易切削非调质钢成为汽车零部件的最佳选择。汽车曲轴用非调质钢是在低、中碳锰钢中添加合金元素，通过细晶强韧化，沉淀析出强化，使其强度达到调质钢的水平，同时又有一定的塑韧性。传统的易切削钢含有Pb元素，其加工性能优良，但是这种重金属元素对环境有害，随着对环保的重视，而逐步淘汰；另外一种是含硫的易切削钢，其切削加工性能随着硫含量的增加而改善，然而硫含量过高会带来轧制及锻造加工过程中的热脆现象。因此，期望一种高强韧性非调质钢,其为具有优秀切削加工性的不含Pb的易切削钢。现有技术中公开了一种技术方案，其为含硫易切削钢，在低碳钢中添加0.35-0.65％的硫，并对硫化物的比例进行了限制，来替代含Pb的易切削钢。其硫含量较高，在曲轴的轧制或锻造过程中容易发生热脆现象。此外,现有技术中还公开了一种技术方案,其为具有改善的切屑可处理性的机械结构用易切削钢，在钢中添加了一定的氧，并规定每平方毫米氧化物的数量不少于10。然而,过多的氧化物类夹杂物对加工过程中刀具的磨损及寿命影响较大。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种易切削非调质钢，针对现有技术中的产品强度不足，或者高强度低塑韧性的问题，该易切削非调质钢通过合金成分的调整，并结合V、N、Ti的析出强化及细晶强化作用，在不降低塑韧性的前提下，提高材料的强度。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种易切削非调质钢，其化学元素质量百分比为：C：0.35-0.45％；Si：0.45-0.65％；Mn：1.35-1.65％；S：0.025-0.065％；V：0.07-0.15％；Ti：0.01-0.018％；N：0.012-0.017％；Al：0.015-0.035％；Ca：0.0008-0.0025％；余量为铁和其他不可避免的杂质；且满足S/Ca为20-60。本专利技术所述的易切削非调质钢的各化学元素的设计原理如下所述：C：在本专利技术所述的易切削非调质钢中，C对钢的强韧性影响较大，钢的塑韧性随着C的质量百分比的增加而降低，因此，C的质量百分比越低，钢的塑韧性越好，但是C元素又是保证强度的重要手段，碳的质量百分比较低时，其强度不足。因此，在本专利技术所述的易切削非调质钢中对C的质量百分比控制在0.35-0.45％时，既能保证较高的强度，同时塑韧性又没有明显的下降。Si：在本专利技术所述的易切削非调质钢中，Si能够提高钢的强度，通过增加Si元素，能够在一定程度上提高钢的强度，但是随着Si的质量百分比的进一步增加，容易造成钢中生成马氏体组织，因此，本专利技术所述的易切削非调质钢对Si的质量百分比控制在0.45-0.65％。Mn：在本专利技术所述的易切削非调质钢中，Mn作为合金元素除了能够提高强度之外，Mn的质量百分比在一定的范围之内还对韧性有一定的帮助。当Mn的质量百分比较低时，强度表现不足，但是当Mn的质量百分比过高时既不利于韧性，对强度的贡献也较弱，因此，Mn在本专利技术所述的易切削非调质钢中质量百分比控制在1.35-1.65％。S：在本专利技术所述的易切削非调质钢中，S是热脆性和易切削加工性元素，已知切削加工性能随着硫的质量百分比的增加而改善，但是热加工性随着硫含量的增加而变差，因此，对于锻造本专利技术所述的易切削非调质钢来说，S的质量百分比不宜过多，控制S的质量百分比上限在0.065％以下。此外，当硫的质量百分比低于0.025％时，其切削性又无法体现。因此，在本专利技术所述的技术方案中，S的质量百分比的控制范围为0.025-0.065％。V：V是重要的析出强化元素，加入0.1wt％左右的V，在不影响塑韧性的情况下，在铁素体和奥氏体中的析出物，较大地提高了材料的强度，V含量过低其强化效果不明显。当添加V的质量百分比高于0.15％时增加了成本，而对钢的性能提升效果不大，因此，在本专利技术所述的易切削非调质钢中，V的控制的质量百分比为0.07-0.15％。Ti：在本专利技术所述的技术方案中，钢中添加Ti元素形成的TiN或Ti(N、C)，由于熔点较高，是稳定的第二相粒子，能够阻止奥氏体再结晶时的晶粒长大，起到细化晶粒的作用。当Ti的质量百分比低于0.01％时，在锻造过程中抑制晶粒长大的作用不是很明显，当Ti的质量百分比超过0.018％时，在晶界上析出的粒子过多，弱化了晶界，降低了材料的韧性，因此，在本专利技术所述的易切削非调质钢中对Ti的质量百分比控制在0.01-0.0.18％。N：N与合金元素V、Ti等易生产氮化物或氮碳化物，将晶粒细化，进而通过析出强化来提高钢的强韧性；另一方面，钢中的N的质量百分比过高，则容易产生空隙缺陷。根据N对本专利技术所述的易切削非调质钢的性能影响，本案专利技术人将本专利技术所述的易切削非调质钢中N的质量百分比限定在0.012-0.017％。Al：在本专利技术所述的易切削非调质钢中，Al加入钢中，一方面和Si一样在炼钢过程中脱氧，且产生的复合脱氧产物可以有效地改善切屑，另外Al与N形成的AlN颗粒可以有效的细化晶粒，避免高温加热过程中发生过热等影响材料性能的热缺陷。为获得上述效果，铝的质量百分比应该不少于0.015％，然而，当铝的质量百分比超过0.035％时，又容易在浇注的过程中发生二次氧化，因此，在本专利技术所述的易切削非调质钢中对Al的质量百分比限制在0.015-0.035％之间。Ca：在本专利技术所述的易切削非调质钢中，Ca具有通过控制硫化物形态而改善各项异性，降低MnS的长宽比，同时对氧化物进行包裹，改善材料的切削加工性能。可以通过加入质量百分比不少于0.0008％的Ca来达到上述效果，然而，当钙的质量百分比超过0.0025％时，其收得率明显下降。因此，在本专利技术所述的技术方案中，对Ca的质量百分比控制在0.0008-0025％之间。本技术方案中，S/Ca比是用来控制MnS夹杂物的形态，通过实验研究发现，当S/Ca比小于20时，钢中的MnS多以颗粒状存在于钢中，对切削断屑的作用较弱。随着S/Ca比的增加硫化物在纵向上延伸，纵横比增加，当S/Ca比超过60时，硫化物过长，对钢的力学性能又产生较大的负面影响，因此，通过控制S/Ca比在20-60之间，来达到提高本专利技术所述的易切削非调质钢的高强韧性和易切削性能的目的。进一步地，在本专利技术所述的易切削非调质钢中，其微观组织为铁素体+珠光体。进一步地，在本专利技术所述的易切削非调质钢中，根据MnS的分布特征，为了提高材料的切削加工性能，所述的易切削非调质钢其具有长条形的M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种易切削非调质钢，其特征在于，其化学元素质量百分比为：C：0.35‑0.45％；Si：0.45‑0.65％；Mn：1.35‑1.65％；S：0.025‑0.065％；V：0.07‑0.15％；Ti：0.01‑0.018％；N：0.012‑0.017％；Al：0.015‑0.035％；Ca：0.0008‑0.0025％；余量为铁和其他不可避免的杂质；且满足S/Ca为20‑60。

【技术特征摘要】
1.一种易切削非调质钢，其特征在于，其化学元素质量百分比为：C：0.35-0.45％；Si：0.45-0.65％；Mn：1.35-1.65％；S：0.025-0.065％；V：0.07-0.15％；Ti：0.01-0.018％；N：0.012-0.017％；Al：0.015-0.035％；Ca：0.0008-0.0025％；余量为铁和其他不可避免的杂质；且满足S/Ca为20-60。2.如权利要求1所述的易切削非调质钢，其特征在于，其微观组织为铁素体+珠光体。3.如权利要求1所述的易切削非调质钢，其特征在于，其具有长条形的MnS夹杂物。4.如权利要求3所述的易切削非调质钢，其特征在于，所述长条形MnS的长度方向与钢板的轧制方向基本一致。5.如权利要求3所述的易切削非调质钢，其特征在于，所述长条形MnS的长宽比6.0-8.5。6.如权利要求3所述的易切削非调质钢，其特征在于，所述长条形MnS在易切削非调质钢的钢板截面内的面积占比为1.25-...

【专利技术属性】
技术研发人员：余大江，蒋锡军，黄宗泽，黄瑞，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31