CN106947907B

CN106947907B - 一种石墨化易切削钢高速线材的制备方法

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Publication number: CN106947907B
Application number: CN201710122704.XA
Authority: CN
Inventors: 张永军; 韩静涛
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: CN106947907A

Abstract

本发明公布一种石墨化易切削钢高速线材的制备方法，属于冶金技术领域。制备方法主要冶炼、连铸、加热、粗轧、中轧、预精轧、精轧、水冷、吐丝、风冷、集卷等高速线材生产工艺过程及其石墨化退火处理。其特征是根据精轧温度通过水冷装置控制吐丝温度，使其在Ac3以上50～70℃；通过控制风冷速度，快速冷却以保证集卷温度在550℃～Ms的贝氏体转变温度区间；石墨化退火主要采用620℃～Ac1的等温处理。采用该方法制备的高速线材，其组织主要由石墨和铁素体晶粒组成。石墨呈近球形，分布均匀，平均直径约为5μm；铁素体晶粒平均直径约为20μm。该组织特点使该钢具有良好的切削性能，其相对切削系数≥2。

Description

一种石墨化易切削钢高速线材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种石墨化易切削钢高速线材的制备方法，属于冶金技术领域。

背景技术

易切削钢在汽车、拖拉机、摩托车、航空、航天、卫星、战略导弹及常规武器零部件、办公及电子设备等领域中应用广泛。目前，易切削钢主要消费国均为发达国家，我国的易切削钢消费量还很少，但在不断扩大。

常用的硫系和铅系易切削钢，其冶炼时空气污染严重，且铅有毒，对人体有害。铅易切削钢的使用将逐渐受到限制，欧共同体已经限制回收含铅的汽车构件。因此，开发和生产环境友好的低硫、无铅易切削钢是重要的发展方向。

石墨化易切削钢正是顺应这种发展趋势而提出的，它主要利用钢中弥散分布起起润滑作用和断屑作用的石墨粒子来提高切削性能。利用石墨化技术来开发易切削钢，打破了利用脆性易切削元素来改善钢的切削性能的传统观点，易切削元素在给材料带来脆性的同时，降低了材料的工艺性能和使用性能。石墨易切削钢被业界认为是一种“绿色环保”的新钢材。

目前，已公开发表的有关石墨化易切削钢的专利、文献中，主要是对基于促进石墨化过程设计其化学成分和制备方法，例如专利“Medium-carbon steel having dispersedfine graphite structure and method for the manufacture thereof，US 6,174,384B1，2001”基于ZrC作为石墨的异质核心来促进石墨化过程，其主要的化学成分为0.1～1.5％Si,＜1.0％C,0.01～0.5％Zr；该材料经热轧，或热轧后在750～1300℃进行0.5～10h热处理，或热轧后水淬以在基体中析出细小的ZrC颗粒，然后该钢在740℃进行0.5～100h的石墨化处理。再如Takashi Iwamoto,Toshiyuki Hoshino在文献“Bar and Wire Steelsfor Gears and Valves of Automobiles---Eco-friendly Free Cutting Steel withoutLead Addition.JFE TECHNICAL REPORT，2004(4)：74-80”中给出了利用这类钢开发产品的思路，主要是热轧-石墨化-冷成型-切削-调质-最终产品。并未见有明确指出利用高速线材生产工艺进行其制备的公开报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨化易切削钢高速线材的制备方法，属于冶金技术领域。主要是利用高速线材生产工艺及其石墨化退火处理来获得铁素体和石墨组织，且石墨粒子均匀分布，其平均直径约为5μm；铁素体晶粒平均直径约为20μm。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：

一种石墨化易切削钢高速线材的制备方法，其特征在于：制备方法主要采用冶炼、连铸、加热、粗轧、中轧、预精轧、精轧、水冷、吐丝、风冷、集卷等高速线材生产工艺过程及其石墨化退火处理。根据高速线材生产工艺过程中的精轧温度通过调整设置在精轧后的水冷装置控制吐丝温度，使其在Ac3以上50～70℃；通过控制风冷速度，使吐丝后的盘条在风冷线上快速冷却以保证集卷温度在550℃～Ms的贝氏体转变温度区；石墨化退火主要采用620℃～Ac1的等温处理，等温时间3～6小时。采用该方法制备的石墨化易切削钢高速线材的直径为5.0～16mm。

所述石墨化易切削钢高速线材的化学成分及其质量百分比含量控制为：C：0.25～0.77％；Si：0.20～2.00％；Mn：0.50～1.60％；P≤0.010％；S：≤0.010％；Al：0.02～0.25％；B：0.0002～0.0060，N：0.002～0.010；其余含量为Fe。

本发明的有益效果：

采用该方法制备的高速线材，其组织主要由石墨和铁素体晶粒组成。石墨粒子分布均匀，其平均直径约为5μm；铁素体晶粒平均直径约为20μm。这样的组织特点使该钢具有良好的切削性能，其相对切削系数≥2。

附图说明

图1是本发明所采用的制备路线图。

具体实施方式

现将本发明的实施例具体叙述于后。

实施例对本发明的技术方案做进一步描述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

本发明主要通过冶炼、连铸、加热、粗轧、中轧、预精轧、精轧、水冷、吐丝、风冷、集卷等高速线材生产工艺过程及其石墨化退火处理。根据高速线材生产工艺过程中的精轧温度通过调整设置在精轧后的水冷装置控制吐丝温度，使其在Ac3以上30～50℃；通过控制风冷速度，使吐丝后的盘条在风冷线上快速冷却以保证集卷温度在550℃～Ms的贝氏体转变温度区；石墨化退火主要采用620℃～Ac1的等温处理，等温时间3～6小时。采用该方法制备的石墨化易切削钢高速线材的直径为5.0～16mm。

实施例1

6.0mm直径的石墨化易切削钢高速线材的制备，主要工艺流程：冶炼、连铸、加热、粗轧、中轧、预精轧、精轧、水冷、吐丝、风冷、集卷及其石墨化退火处理。

本实施例的石墨化易切削钢高速线材的化学成分(质量分数/％)为：0.28C，1.1Si,0.72Mn，0.010S，0.009P，0.028Al，0.003B，0.0040N。

通过调节水量将吐丝温度控制在850℃±5℃范围内，风冷线上通过调节风量将线材冷却速度控制在18℃/s±5℃/s以上，并同时使集卷温度控制在420℃±10℃范围内。

石墨化退火的主要工艺参数为：石墨化温度为680℃，石墨化退火时间为6小时。

对上述方法制备的石墨化易切削钢高速线材进行取样分析与检测，结果表明，其组织结构中观察到的石墨粒子分布均匀，呈近球形、平均直径为4.6μm，铁素体晶粒的平均直径为21μm。其相对切削系数为1.8。

实施例2

15.0mm直径的石墨化易切削钢高速线材的制备，主要工艺流程：冶炼、连铸、加热、粗轧、中轧、预精轧、精轧、水冷、吐丝、风冷、集卷及其石墨化退火处理。

本实施例的石墨化易切削钢高速线材的化学成分(质量分数/％)为：0.72C，1.5Si,0.79Mn，0.008S，0.009P，0.026Al，0.0036B，0.0050N。

通过调节水量将吐丝温度控制在800℃±5℃范围内，风冷线上通过调节风量将线材冷却速度控制在20℃/s±5℃/s以上，并同时使集卷温度控制在380℃±10℃范围内。

石墨化退火的主要工艺参数为：石墨化温度为660℃，石墨化退火时间为5小时。

对上述方法制备的石墨化易切削钢高速线材进行取样分析与检测，结果表明，其组织结构中观察到的石墨粒子分布均匀，呈近球形、平均直径为5.2μm，铁素体晶粒的平均直径为19μm。其相对切削系数为2.1。

由实施例可见，采用本发明提出的方法，可以获得具有良好切削性能的石墨化易切削钢高速线材。

Claims

1.一种石墨化易切削钢高速线材的制备方法，其特征在于：石墨化易切削钢化学成分质量百分比含量控制为：C：0.25~0.77%；Si：0.20~2.00%；Mn：0.50~1.60%；P≤0.010%；S：≤0.010%；Al：0.02~0.25%；B：0.0002~0.0060%，N：0.002~0.010%；其余含量为Fe；制备方法材料采用冶炼、连铸、加热、粗轧、中轧、预精轧、精轧、水冷、吐丝、风冷、集卷高速线材生产工艺过程及其石墨化退火处理；其中高速线材生产工艺过程中的精轧温度通过调整设置在精轧后的水冷装置控制吐丝温度，使其在Ac3以上50~70℃；通过控制风冷速度，使吐丝后的盘条在风冷线上快速冷却以保证集卷温度在550℃~Ms的贝氏体转变温度区；

石墨化退火采用620℃~Ac1的等温处理，等温时间3~6小时；

采用该方法制备的高速线材组织主要由石墨和铁素体晶粒组成，石墨粒子分布均匀，其平均直径为5μm；铁素体晶粒平均直径为20μm；这样的组织特点使该钢具有良好的切削性能，其相对切削系数≥2，所述的石墨化易切削钢高速线材直径为5.0~16mm。