环保型无铅易切削钢及其冶金方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102952995A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102952995A(43)申请公布日2013.03.06(21)申请号201110247397.0(22)申请日2011.08.25(71)申请人徐芗明地址200065上海市普陀区泰山二村5号603室(72)发明人徐芗明吴孟宗(74)专利代理机构上海科盛知识产权代理有限公司31225代理人杨元焱(51)Int.Cl.C22C38/04(2006.01)C22C33/02(2006.01)权利要求书权利要求书11页页说明书说明书33页页(54)发明名称环保型无铅易切削钢及其冶金方法(57)摘要一种环保型无铅易切削钢，成分及重量百分含量为：C0.04～0.15％、Mn0.95～1.40％、P0.04～0.09％、S0.25～0.45％、Si≤0.03％、Bi0.025～0.25％、Ca0.10～0.35％、As≤0.03％、Cu≤0.03％、Cr≤0.03％、Ni≤0.03％、Mo≤0.03％、Al≤0.03％其余为Fe。上述环保型无铅易切削钢的冶金方法是，先用转炉或电炉冶炼，再用精炼炉冶炼，然后连铸或模铸成坯，在精炼炉冶炼过程中加入相当于钢水总重量0.008～0.015％的纳米化石墨，使得产品中含有0.008～0.015％的纳米化固体C。本发明通过添加比铅熔点更低的铋和润滑效果极好的炭精材料，使金属材料机械加工过程中对刀具的润滑效果更好，又无毒无害。并且具有工艺简单、可操作性强、生产成本低的优点。CN10295ACN102952995A权利要求书1/1页1.一种环保型无铅易切削钢，其特征在于，所述环保型无铅易切削钢的化学成分及重量百分含量为：C0.04～0.15％；Mn0.95～1.40％；P0.04～0.09％；S0.25～0.45％；Si≤0.03％；Bi0.025～0.25％；Ca0.10～0.35％；As、≤0.03％；Cu≤0.03％；Cr≤0.03％；Ni≤0.03％；Mo≤0.03％；Al≤0.03％；其余为Fe。2.根据权利要求1所述的环保型无铅易切削钢的冶金方法：其特征在于：先用转炉或电炉冶炼，再用精炼炉冶炼，然后连铸或模铸成坯，在精炼炉冶炼过程中根据钢水总重量计量加入少量纳米化石墨，使得产品中含有0.008～0.015％的纳米化固体C。2CN102952995A说明书1/3页环保型无铅易切削钢及其冶金方法技术领域[0001]本发明涉及一种钢材，特别涉及一种环保型无铅易切削钢及其冶金方法。背景技术[0002]随着机械加工智能化的快速发展，各种易切削钢在世界不断地被研制生产。成本较低，技术较成熟的产品，一般公认为硫系易切削钢和铅系易切削钢。硫系易切削钢的代表钢号为1215；铅系易切削钢的代表钢号为12L14。[0003]硫系易切削钢1215与铅系易切削钢12L14的化学成分如表1所示。[0004]表1[0005]钢号CMnPSSiPb1215≤0.090.75～1.050.04～0.090.26～0.35≤0.10～0.3512L14≤0.150.85～1.150.04～0.090.26～0.35≤0.10～0.350.15～0.35[0006]从碳、锰、磷、硫、硅五大基础化学元素比较来看：铅系易切削钢与硫系易切削钢相比碳含量较高；最低锰含量比硫系钢增加了0.1个数值，其他元素相同。铅系钢在硫系钢的五大元素基础上仅添加了铅元素。从易切削钢的演变经历来看，铅系易切削钢，实际就是硫系易切削钢的改良型或为硫系易切削钢的延续型产品。能改善加工切削性能的主要元素为硫和铅。1215与12L14钢中硫、铅元素作用分析如下：[0007]硫在钢中作用：硫在钢中与锰结合形成硫化锰夹杂物，使钢基存在裂纹源，钢在机械加工过程中，受加工应力影响，使微小的裂纹源扩展，从而达到易断屑的目的。易断屑的效果取决于机械加工时金属材料中硫化物夹杂的尺寸大小、形态、分布状态及单位体积内夹杂物的数量。硫形成的硫化锰夹杂物在机械加工中虽然起到断屑的作用，但硫元素及其化合物没有改善加工过程中工件与刀具之间的润滑难题，使加工温度升高，缩短刀具使用寿命。[0008]由于硫系钢的这种缺点，使加工速度无法提高。加工刀具易损和加工速度的低下，工件表面质量差，造成生产成本居高不下。随着对易切削钢的研究的不断发展，人们在硫系钢中添加了一定量的铅，利用铅的低熔点易溶的特性，使机械加工过程中工件与刀具摩擦得到了润滑，从而使高速切削得以实现。Pb的熔点327.502℃，沸点1740℃，密度11.3437克/厘米3。金属切削加工过程中产生的摩擦热与变形热叠加，使得加工温度急剧升高，低熔点的Pb能过早熔融，在机械加工过程中起到浸湿润滑刀具，改善加工摩擦条件，降低加工温度的作用