[其他]含铅易切削钢的熔炼和铸锭方法

说明书

本发明是一种制造含铅易切削钢的简单、有效的熔炼和铸锭方法。利用外压力下铅在钢液中有一定溶解度的原理，在炉体内充入氮气或氩气或其它惰性气体以抑制铅的沸腾，从而获得了浇注凝固后铅含量均匀分布的含铅易切削钢。用所制造的易切削钢车削手表零件，其切削性能、零件光洁度、刀具使用寿命以及零件尺寸的稳定都能满足生产手表零件的要求。

本发明是一种制造含铅的铁基合金熔炼和铸锭方法，可熔炼和铸成含铅易切削钢。

含铅易切削钢是制造手表零件的重要材料。这种材料要求铅在钢中弥散分布以得到优异的切削性能。制造含铅易切削钢的方法，特别是往钢中加铅的方法各不相同。众所周知，铅在固态钢中无溶解度。而且铅、铁二者比重相差甚大，要使铅在钢中均匀弥散分布比较困难。美国、日本、西德、瑞典各国研究过各种不同的钢中加铅方法制造含铅易切削钢。美国专利US3671224中使用的方法是，将盛满钢水的盛钢桶放在一个中间容器中，脱气，加铅并用大功率感应电磁搅拌线圈进行搅拌，使钢液成分均匀而制造含铅易切削钢;联邦德国专利公开说明书DE2056550中使用的方法是，浇钢时在中注管旁边通过一台连续加铅设备将铅丝按一定工艺条件送入钢液浇注制造成含铅易切削钢。这些方法中，有的采用了充气加压加铅，但是它们都是炉外处理方法。用这些方法制造含铅易切削钢，所用设备复杂，工艺要求较高。

本发明的目的是，提供一种简单、有效的熔炼和铸锭方法。利用一定外压力下铅在钢液中有一定溶解度的原理，将氮气或氩气等惰性气体充入炉体中以抑制熔炼中加入的铅的沸腾，使一定量的铅溶于液态钢中，浇注凝固制成含铅易切削钢。

以铁-铅平衡相图可知，铅不溶于固态铁。但是用间接平衡法测得1600℃时铅在铁中的溶解度重量百分比为0.25%。由此可知在一定的平衡压力下铅在液态铁中有一定的溶解度。然而铅的蒸气压随温度上升而急剧增加，也就是在炼钢的温度下铅已达到沸腾而逸出钢液。为了抑制铅的沸腾，本发明在从熔炼加铅前至浇注钢锭冷却的整个过程中，在炉体内充气加压，使铅在熔炼时溶解于钢液中，而浇注时，随着钢液的冷却凝固，因铅在固态钢中无溶解度，铅就以细小颗粒状析出并高度均匀弥散分布在钢中。当充气压力为2-8大气压时，析出的铅粒直径大部分小于10微米，最大直径不超过20微米。所充气体可以是氮气或氩气或其它惰性气体。

本发明熔炼方法制造的易切削钢，其化学成分重量百分比为，碳：0.90-1.10;硅：0.2-0.4;锰：0.4-0.6;硫：不大于0.05;磷：不大于0.01;铅：0.18-0.25;其余为铁，含氧量小于30ppm。钢中铅的分布均匀。用背散射电子成像技术观察，钢中铅以弥散状态分布，没有铅的宏观偏析。经过加工成手表的条轴和摆轴，结果表明钢的易切削性能优异。

图1是二个实施例的熔炼设备图。

一个实施例是，将工业纯铁作原料，由装料漏斗〔6〕装入真空感应炉的烧结三氧化二铝坩埚〔3〕中，关闭漏斗，打开球阀〔20〕，由真空泵〔22〕抽真空。当炉体〔14〕中气压优于10^-1乇时，中频发电机〔1〕供电，感应线圈〔2〕加热熔化原料。然后，通过加料转盘〔4〕将事先装在盘中的石墨碳粒加入液态钢中增碳，氮气经阀门〔12〕、降压阀〔11〕由开关〔9〕充入炉体内，使炉内气压升至2-8大气压再转动加料盘〔4〕将事先装在盘中的电解锰、硫化铁以及工业纯铅粒加入液钢中，在炼钢温度1600-1650℃下保持1-10分钟，待钢液成分充分均匀后，由浇注冒口〔15〕浇入钢模〔16〕中。钢液冷凝后便得到成分重量百分比浓度为，碳：0.90-1.10;硅：0.2-0.4;锰：0.4-0.6;硫：不大于0.05;磷：不大于0.01;铅：0.18-0.25;其余为铁。含氧量小于30ppm的钢锭〔17〕。最后，打开放气阀〔10〕开启炉体取出钢锭。

另一个实施例是，将上述方法中的氮气改成氩气充入炉体内，使炉内气压升至2-8大气压。其它工艺过程均与实施例一中相同。

图1中的〔5〕是观察孔;〔7〕是真空压力表;〔8〕是压力防爆阀;〔13〕是氮气或氩气钢瓶;〔18〕是支架〔19〕的上底板，〔21〕是支架的下底板;〔22〕是真空泵;〔23〕是真空规;〔24〕是真空测量计。

图2是钢锭的纵向、横向不同部位铅的重量百分比分布图。图中数字为该部位的铅含量。由图2可知，钢锭中铅的分布均匀，含铅量适当。用所制得的钢锭经过剥皮，1100℃热轧，球化处理，拉丝，中间退火，校直，磨光，去磁，探伤后制成直径2.8毫米和直径1.3毫米的钢棒。然后用国产CG1107机床车削直径2.8毫米的钢棒加工制造手表条轴。制成的零件光洁度稳定在₇，刀具使用寿命也长，一次使用在30小时以上，刀尖上刀瘤残留也明显地少;用同样机床车削直径1.3毫米钢棒加工制成薄型表的摆轴，轴榫外圆光洁度为_7.5-8，其余外圆光洁度为₇，端面光洁度为_6.5〉。在连续车削中零件尺寸稳定。因此，这种含铅易切削钢在切削性能、零件光洁度、刀具使用寿命、零件尺寸的稳定等方面都能满足生产手表零件的要求。