含硫、碲的中碳易切削非调质钢及其生产工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种含硫、碲的中碳易切削非调质钢及其生产工艺方法，该非调质钢主要成分为：C:0.35~0.50%，Si:0.10~0.80%，Mn:0.75~1.60%，P≤0.03%，S:0.02~0.08%，Mo:0~0.08%，Nb:0~0.025%，V:0.02~0.12%，N：0.012~0.016%，Te:0.02~0.08%，Ca:0.001~0.003%，余量为铁及不可避免的杂质，其中碲/硫配比为0.25~2.5。本发明专利技术易切削非调质钢通过添加碲，对钢中的夹杂物进行变性处理，使该非调质钢的切削性能、抗疲劳性能等得到显著改善，并且不会对环境造成污染。

Medium carbon free cutting non quenched and tempered steel containing sulfur and tellurium and its production process

The present invention discloses a kind of sulfur and Tellurium in carbon free cutting non quenched and tempered steel and its production process, the main components of non quenched and tempered steel: C:0.35~0.50%, Si:0.10~0.80%, Mn:0.75~1.60%, P = 0.03%, S:0.02~0.08%, Mo:0~0.08%, Nb:0~0.025%, V:0.02~0.12%, Te:0.02~0.08%, Ca:0.001~0.003%, N:0.012~0.016%, iron and unavoidable impurities in balance, which TE / sulfur ratio is 0.25~2.5. The invention has the advantages of easy cutting non quenched and tempered steel by adding tellurium, the inclusions in the steel were modified, so that the cutting performance, the non quenched and Tempered Steel Anti fatigue performance has been significantly improved, and will not cause pollution to the environment.

【技术实现步骤摘要】
含硫、碲的中碳易切削非调质钢及其生产工艺方法
本专利技术涉及一种非调质钢及其生产工艺，特别是涉及一种中碳非调质钢及其生产工艺，应用于钢铁冶金

技术介绍
非调质钢在上世纪七十年代石油危机的背景下应运而生，它通过微合金化、控轧控冷等手段取消了调质热处理，达到或接近了调质钢的力学性能，是一种高效节能钢。自从德国蒂森公司开发49MnVS3并将其应用于汽车曲轴以来，非调质钢凭借其免调质、节约设备投资、减少生产工序、降低成本等优点，满足了当代社会对材料提出的清洁、可循环、高效、节能等要求，得到了迅速的发展。与传统的调质钢相比较而言，非调质钢的强度较好，但其韧性略显不足且不易切削的缺点限制了它的广泛应用。中碳非调质钢属于热加工用非调质机械结构钢，其微观组织为珠光体+铁素体，具有优良的综合力学性能，是目前国内汽车、机械加工等行业中应用最为广泛的非调质钢之一。其中，38MnVS是一种常见的中碳非调质钢，其冶炼过程常使用钙处理技术来实现对钢水中硫化物夹杂和氧化物夹杂的变性处理。通过向钢液中添加一定量的钙，将因铝脱氧而产生的大颗粒高熔点的脆性Al2O3夹杂转变成为钙含量较高的低熔点钙铝酸盐夹杂(12CaO·7Al2O3)等，既可使低熔点的夹杂物在钢水中上浮去除，也可改善因高熔点氧化物夹杂造成的钢水浇铸过程中的水口堵塞问题，同时也减少了高熔点脆性夹杂物对钢材质量的影响。提高非调质钢的韧性与易切削性是非调质钢发展的关键目标。现有研究发现向钢液中加入易切削元素使钢中形成细小弥散的硫化物可以达到提高切削性能的目的。而针对非调质钢中硫化物形态与分布的控制，目前常采用的措施主要有：(1)控制钢中氧含量在20ppm左右，当钢中氧含量低于10ppm时，易生成II型MnS夹杂物，加工时易变形，延伸后呈线状，严重影响钢的切削性能；(2)提高锰含量、增大Mn/S可以增加纺锤状硫化物的数量；(3)控制钢中钙、铝含量，保持Ca/S在0.035左右、Al/S在0.34左右，有利于钢的切削性能的提高。但是，现有的传统手段对非调质钢易切削性能的改善效果有限。公开号为CN85108359A的中国专利文献公开了一种含碲、硫的易切削低碳钢，其特征在于，钢中的碲/硫配比为0.07～0.13，氧含量(重量百分比)大于0.012％，钢的成分范围为：C:0.07～0.025％，Mn:0.8～2.0％，Si:0.01～0.15％，S:0.15～0.4％，P:0.03～0.1％，Te:0.01～0.05％，O:0.012～0.035％，Fe余量。本对比文献公开的含碲、硫的易切削低碳钢为碳含量低，使材料的易切削性能改善有限。公开号为CN104498838A的中国专利文献公开了一种含碲的高锰钢及其制备方法，其钢成分为：C:1.1～1.4wt％，Si:0.3～1.0wt％，Mn:6～12wt％，Cr:2.0～5.0wt％，Te:0.05～3.0wt％，Ni:4.0～6.0wt％，B:0.001～0.1wt％，P≤0.04wt％，S≤0.1wt％，余量为Fe。本对比文献公开的含碲的高锰钢采用的添加碲是为了改善碳化物的大小和形态，从而提高钢的强度和硬度，并不注重于易切削性能的改善。公开号为CN104404386A的中国专利文献公开了一种铁合金制备方法，其钢种成分按照重量百分比为：C:0.8～1.2％，Si:0.6～0.65％，Mn:1.1～1.3％，Cr:1.4～1.6％，Mo:0.1～0.2％，Ni:0.05～0.1％，Al:0.8～1.2％，Cu:0.3～0.5％，Ti:0.02～0.03％，Te:0.01～0.03％，Zr:0.03～0.06％，Ce:0.0005～0.001％，B:0.002～0.003％，Co:0.03～0.06％，余量为Fe及不可避免的杂质。本对比文献公开的铁合金为碳含量高，且含Zr、Ce、B、Co等元素，对材料的易切削性能改善有限。易切削非调质钢的生产工艺难点是含硫钢连铸过程中，铸坯易于粘渣并开裂，而连浇时又容易堵塞水口，现有技术制备的易切削非调质钢性能尚不理想，不能满足制造业对材料的切削性要求越来越高的要求。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种含硫、碲的中碳易切削非调质钢及其生产工艺方法，在不改变钢性能的前提下，通过碲改质来控制钢中硫化物的分布和形态，显著提高非调质钢的切削性能，减少材料的加工能耗，能有效满足制造业对材料的切削性要求越来越高的要求，具有显著的应用前景。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案：一种含硫、碲的中碳易切削非调质钢，具有如下主要元素组成和元素重量百分比(wt％)：C:0.35～0.50％，Si:0.10～0.80％，Mn:0.75～1.60％，P≤0.03％，S:0.02～0.08％，Mo:0～0.08％，Nb:0～0.025％，V:0.02～0.12％，N：0.012-0.016％，Te:0.02～0.08％，Ca:0.001～0.003％，余量为铁及不可避免的杂质，其中碲/硫的重量配比为(0.25～2.5)：1。作为本专利技术优选的技术方案，含硫、碲的中碳易切削非调质钢具有如下主要元素组成和元素重量百分比(wt％)：C:0.38～0.49％，Si:0.58～0.64％，Mn:1.38～1.42％，P:0.01～0.02％，S:0.02～0.06％，Mo:0.02～0.04％，Nb:0.015～0.018％，V:0.08～0.10％，N：0.014-0.015％，Te:0.03～0.05％，Ca:0.0015～0.002％，余量为铁及不可避免的杂质，其中碲/硫的重量配比为(0.5～2.5)：1。本专利技术中各主要成分的作用：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，必须使钢中有相当的碳含量，但是碳含量过高会导致钢材磨损严重，切削性变差。此外，碳元素易与碳化物形成元素(如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。本申请所指的非调质钢为中碳钢，含碳量在0.35～0.50％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。本申请含硅量控制在0.10～0.80％范围内。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，本专利技术控制锰的含量在0.75～1.6％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，本专利技术中磷含量控制在0.03％以下。Mo：钼在钢中能提高淬透性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含硫、碲的中碳易切削非调质钢，其特征在于，具有如下主要元素组成和元素重量百分比(wt％)：C:0.35～0.50％，Si:0.10～0.80％，Mn:0.75～1.60％，P≤0.03％，S:0.02～0.08％，Mo:0～0.08％，Nb:0～0.025％，V:0.02～0.12％，N：0.012‑0.016％，Te:0.02～0.08％，Ca:0.001～0.003％，余量为铁及不可避免的杂质，其中碲/硫的重量配比为(0.25～2.5)：1。

【技术特征摘要】
1.一种含硫、碲的中碳易切削非调质钢，其特征在于，具有如下主要元素组成和元素重量百分比(wt％)：C:0.35～0.50％，Si:0.10～0.80％，Mn:0.75～1.60％，P≤0.03％，S:0.02～0.08％，Mo:0～0.08％，Nb:0～0.025％，V:0.02～0.12％，N：0.012-0.016％，Te:0.02～0.08％，Ca:0.001～0.003％，余量为铁及不可避免的杂质，其中碲/硫的重量配比为(0.25～2.5)：1。2.根据权利要求1所述含硫、碲的中碳易切削非调质钢，其特征在于，具有如下主要元素组成和元素重量百分比(wt％)：C:0.38～0.49％，Si:0.58～0.64％，Mn:1.38～1.42％，P:0.01～0.02％，S:0.02～0.06％，Mo:0.02～0.04％，Nb:0.015～0.018％，V:0.08～0.10％，N：0.014-0.015％，Te:0.03～0.05％，Ca:0.0015～0.002％，余量为铁及不可避免的杂质，其中碲/硫的重量配比为(0.5～2.5)：1。3.一种权利要求1所述含硫、碲的中碳易切削非调质钢的生产工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：a.冶炼工艺过程：采用转炉或电炉冶炼，将铁水不进行预脱硫处理，并使装入转炉或电炉中的铁水不进行脱硫，仅进行脱碳、脱磷处理，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0.05wt％，碳含量在0.05～0.30wt％之间，出钢后，向钢液中加入硅锰合金及渣料进行弱脱氧，控制氧含量在30～100ppm，得到钢液；b.LF炉精炼工艺过程：加入硅铁、碳化硅，使在所述步骤a中冶炼制备的钢液的渣面脱氧，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，再向钢液中加入钒铁、硅铁、高碳锰铁、硅铁合金进行合金化，控制合金化精炼时间不小于40min，并保持白渣精炼时间不小于20min；c.真空精炼工艺过程：采用VD或RH工艺，对经过所述步骤b中精炼处理的钢液进行真空脱气，控制进泵时间不大于10min，在不高于66.7Pa下保持时间不低于15min，并且在不高于66.7Pa下进行真空保持吹氩的压力控制在0.20-0.40MPa；在破真空后，向钢液中喂入N-Mn线，使钢液中N及Mn元素含量达到目标制备的含硫、碲的中碳易切削非调质钢中N及Mn元素含量标准要求；然后向钢液喂入纯钙线或硅钙线，喂入量为：1.1～1.8米线/吨钢水；然后，在5min后，再向钢液中加入碲化锰合金或喂入纯碲线；再在5min后，向钢液中加入硫线，对钢液中的夹杂物进行变性处理；然后，对钢液取样并软吹氩不低于15min，根据对取样钢液中的S、Te的含量分析结果，补喂硫线、碲化锰合金或喂入纯碲线，使钢液中S、Te的含量达到目标制备的含硫、碲的中碳易切削非调质钢中S、Te元素含量标准要求；在喂线毕后，再向钢液面加入大包覆盖剂，并进行软吹氩3～5min，软吹氩以渣面微动，并调整精炼气氛压力0.18～0.23MPa，保持钢水外露而始终被熔渣完全覆盖；在软吹氩后，使钢液成分达到目标制备的含硫、碲的中碳易切削非调质钢的成分要求，然后吊包；d.连铸工艺过程：全程使用中碳含硫钢专用保护渣进行保护浇注，确保经过所述步骤c精炼后的钢液温度在1510～1532℃之间，控制连铸拉坯速度为0.70～0.90m/min，采用弱冷冷却制度，调控冷却强度，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：付建勋，成娟，王阳，沈平，杨乾坤，付文笙，张东，李健，胡德林，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31