[发明专利]一种环保型高性能石墨化易切削钢

说明书

技术领域

本发明涉及石墨钢，具体属于加工构件的高性能石墨化易切削钢。

背景技术

随着近年来我国汽车工业和机械制造业的快速发展，对易切削钢的需求日益增加。然而我国目前易切削钢生产水平还不高，在产量、质量和品种诸方面都远远不能满足高速发展的国民经济的要求，高品质的易切削钢则依赖进口。现有易切削钢主要是通过在钢中单独或复合添加如S、P、Pb、Se、Te、Bi等易切削元素来提高材料的切削性能。易切削元素的加入，增加了钢的不纯净度，使材料的基本性能低于基体钢，难以满足对强度、韧性有严格要求的机械结构用钢领域。如常用的硫系切削钢，冶炼时空气污染严重，高的硫含量可导致钢的力学性能(特别是横向冲击韧性)显著降低，表面废品率和热脆性增高，热加工性能差。而铅系易切削钢虽然其切削性能优良，但由于铅污染环境以及铅在废钢回收熔炼过程中的有害作用，其应用受到了限制，如欧洲共同体有关条例(The EU-Directive on End ofLife Vehicles)已停止回收再利用含铅的汽车零件。钙易削钢晶粒粗大，钙在钢中的溶解度很低，不容易加入钢中，因此产品合格率低，成本高。只有在使用硬质合刀具高速切削时才能显著延长刀具寿命，但使用高速钢刀具时效果不显著。硒或蹄系易切削钢炼钢时回收率低且不稳定，并对人体有害，而且价格较高多与硫、铅等复合加入。由此可见，现有的易切削钢种，都存在着或多或少的问题，因此，有必要开发出一种具有切削性能优良，机械性能良好和环境友好等特点的新型易切削钢。

石墨化易切削钢由于具有良好切削性能、冷成型性，高的疲劳强度以及环境友好等特点，近年来受到世界各国冶金研究者和制造商的关注和研究。例如，美国专利文献6174384B1(2001)公开了在C为1％(质量分数，以下同)左右的钢中添加0.1-1.5％的Si，0.01-0.5％的Zr，利用Si可抑制渗碳体的形核和形成ZrC作为石墨的形核核心来生产石墨化易切削钢。美国专利文献5830285(1998)公开了在C在0.4-1.0％的钢中，添加0.4-1.3％Si，0.3-1.0％Mn，0.0003-0.006％B，0.002-0.010％N，0.05-0.20％Mo，利用BN作为石墨的形核核心和Mo对石墨分布的影响来生产石墨化易切削钢。日本公开专利49-67817则在C含量为0.45-1.5％的钢中，添加0.5-2.5％Si，0.1-2.0％Mn，0.02-0.15％P，0.001-0.015％S，0.008-0.020％N，0.1-2.0％Ni，0.015-0.5％Al以及0.015-0.030％Ca来生产石墨化易切削钢。文献“Machinability ofmedium carbon graphitic steel，Journal of materials processing technology，1996，62，358-362”中，其成分为0.55％C，1.2％Si，0.50％Mn，0.012％P，0.011％S，0.025％Al，0.0025％B。文献“石墨化处理后中碳钢的显微组织与性能，机械工程材料，2008，32(10)，48”，其石墨化易切削钢的成分为0.43％C，1.5％Si，0.45％Mn，0.010％S，0.009％P，0.005％B。但是，在这些公开的专利和文献中，将钢中的C转变为石墨，所需的石墨化时间较长，一般都在10小时以上，而且部分元素，如Ti，Zr等在炼钢时很难控制其含量或较难加入。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种在保证石墨钢具有良好切削性能、冷成型性，高的疲劳强度的前提下，石墨化时间≤5小时的，不含污染环境即对人有害的Pb、Se、Te元素，硫含量低的环保型高性能石墨化易切削钢。

实现上述目的的技术措施：

一种环保型高性能石墨化易切削钢，其组分及重量百分比为：C：0.1～1.5％，Si：0.5～2.5％，Al：0.05～2.0％，Mn≤1.0％，P≤0.020％，S≤0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质，同时Si+Al之和在1.0～4.0％。

其在于：Al重量百分比的优选范围在：0.05～2.0％。

其在于：还添加有重量百分比为：Zr：0.15～0.48％或B：0.016～0.025％或RE：≤0.5％或Nb+V+Ti≤0.5％。

其在于：Nb、V、Ti单独加入或几种同时复合加入，其量≤0.5％。

本发明中主要元素在钢中的作用及机理：