[发明专利]一种各向异性小的高性能易切削钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种易切削钢，具体地属于一种各向异性小的高性能含铜的BN型易切削钢。 

背景技术

易切削钢一般属于半镇静钢、沸腾钢。此类钢种主要采用模铸的生产方式，随着炼钢连铸技术的发展，逐渐被连铸工艺的生产方式所取代。常见的易切削钢的冶炼连铸生产工艺复杂且难度大，Mn、S元素成分波动大，合金收得率低，成分控制很不稳定，硅、铝脱氧产物多。另外，目前大部分易切削钢中Pb、S含量高，对环境污染非常大，导致生产成本偏高，且加大环境治污。国内易切削钢研究较多的是集中在采用S、P、Pb、Se、Te、Bi等易切削元素提高切削性能。 

近年来，人们开始研究BN易切削钢，这是因为BN易切削钢中的易切削相是BN夹杂，其具有特殊的密排六方结构，与石墨具有相同的晶体点阵结构，被称为“白色石墨”。钢中的BN夹杂一方面起到的润滑作用，另一方面，可以近似地把BN看成是裂缝或孔洞而破坏材料的连续性，利用缺口效应而容易生成切屑，从而导致BN易切削钢具有一定的切削性能，提高刀具寿命。但是，仅仅依靠BN夹杂物，不能大幅提升钢材的切削性能、力学性能。 

经检索：日本专利JP2004274472公开了一种含硼氮化物夹杂的易切削钢及其制备方法，其化学成分包括（重量百分比）：0.01-1.2% C、超过0.10% 但小于等于1.5%的Si、0.3-2.0% Mn、0.01-0.2% S、0.0050-0.0150% B、0.0100-0.0200% N、0.01-0.1% Al、0.005-0.05% Nb、N/B控制在1-3，如果需要，可含有Ni、Cr、Mo、V、Ti、Ca、Se、Te、Bi、Sn、Cu、Zr和Mg中的一种或者多种，其余为Fe和不可避免的杂质。BN夹杂物的直接为10μm或者更大，数量为每平方毫米50个或更多，硫化物夹杂直径为3μm或者更大，数量为每平方毫米500个或更多，其存在的不足：这种易切削钢中BN夹杂含量不高，而钢中硫化物含量较高，这大大增加了钢材性能的各向异性。本发明钢中BN含量更高，并通过加入Cu使之形成ε-Cu颗粒状析出物，可提高钢的强度，同时切削钢材过程中，细小的Cu颗粒可起到夹杂物应力集中源的作用提高断屑性能，还可润滑刀具减轻摩擦提高刀具寿命，从而提高钢的切削性能。 

日本专利JP30109792公开了一种高速易切削钢，其化学成分包括(重量百分比)，0.10-1.20% C、0-0.50% Si、0.10-2.00% Mn、0.002-0.015% S、0.0040-0.0200% B、0.005-0.030% N 和0.0010-0.0100% Ca，其余为平衡Fe和不可避免的杂质。除这些基本元素之外，还可以含有下列元素中的一种或者2种以上，这些元素包括0.30-5.0% Cr、0.30-5.0% Ni、0.05-0.50% Mo、0.05-0.30% V 和0.010-0.l0% Nb，通过减少BN夹杂的数量，来提高该钢的强度和韧性。其存在的不足：该专利中加入了B、N元素和一定含量的S、Ca元素，考虑采用BN和CaS夹杂来提高钢的切削性，但使得该钢种强度和韧性较差，钢材性能各向异性大，如要提高钢材性能，需要加入较多的其他合金元素来达到。而本发明钢则是加入较高B、N含量，钢中BN含量较高，且加入Cu可提高钢的强度和切削性，使钢材具备较好的切削性能和力学性能。 

日本专利JP5622290公开了一种含BN的易切削钢，其化学成分包括(重量百分比)：0.15-0.70% C、≤0.35% Si、≤2.5% Mn、≤0.30% S、0.001-0.100% Al、0.0040-0.0200% B、0.0050-0.0200% N、≤0.1%的Ti、Zr和稀土、≤0.0020% O，其余为Fe和不可避免的杂质，并且要求0.5≤B/N≤4。其存在的不足：该专利中加入了B、N元素和可高达0.3%的S元素，考虑采用BN和MnS夹杂来提高钢的切削性，从B、N含量来看，钢中BN夹杂含量不高，该专利只有通过加入S元素，使钢中生成较多MnS夹杂来提高切削性能，但这会大大增加钢材性能的各向异性，影响钢材使用范围。