[其他]含鉛易切削鋼的熔煉和鑄錠方法

在審

• 申請號: 101986000000140
• 申請日: 1986-01-06
• 公開（公告）號: CN86100140B
• 公開（公告）日: 1987-12-30
• 發明（設計）人: 潘家澄;陳宏彬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海冶金研究所
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 沈德新;季良赳

本發明是一種制造含鉛易切削鋼的簡單、有效的熔煉和鑄錠方法。利用外壓力下鉛在鋼液中有一定溶解度的原理，在爐體內充入氮氣或氬氣或其它惰性氣體以抑制鉛的沸騰，從而獲得了澆注凝固后鉛含量均勻分布的含鉛易切削鋼。用所制造的易切削鋼車削手表零件，其切削性能、零件光潔度、刀具使用壽命以及零件尺寸的穩定都能滿足生產手表零件的要求。

本發明是一種制造含鉛的鐵基合金熔煉和鑄錠方法，可熔煉和鑄成含鉛易切削鋼。

含鉛易切削鋼是制造手表零件的重要材料。這種材料要求鉛在鋼中彌散分布以得到優異的切削性能。制造含鉛易切削鋼的方法，特別是往鋼中加鉛的方法各不相同。眾所周知，鉛在固態鋼中無溶解度。而且鉛、鐵二者比重相差甚大，要使鉛在鋼中均勻彌散分布比較困難。美國、日本、西德、瑞典各國研究過各種不同的鋼中加鉛方法制造含鉛易切削鋼。美國專利US3671224中使用的方法是，將盛滿鋼水的盛鋼桶放在一個中間容器中，脫氣，加鉛并用大功率感應電磁攪拌線圈進行攪拌，使鋼液成分均勻而制造含鉛易切削鋼;聯邦德國專利公開說明書DE2056550中使用的方法是，澆鋼時在中注管旁邊通過一臺連續加鉛設備將鉛絲按一定工藝條件送入鋼液澆注制造成含鉛易切削鋼。這些方法中，有的采用了充氣加壓加鉛，但是它們都是爐外處理方法。用這些方法制造含鉛易切削鋼，所用設備復雜，工藝要求較高。

本發明的目的是，提供一種簡單、有效的熔煉和鑄錠方法。利用一定外壓力下鉛在鋼液中有一定溶解度的原理，將氮氣或氬氣等惰性氣體充入爐體中以抑制熔煉中加入的鉛的沸騰，使一定量的鉛溶于液態鋼中，澆注凝固制成含鉛易切削鋼。

以鐵-鉛平衡相圖可知，鉛不溶于固態鐵。但是用間接平衡法測得1600℃時鉛在鐵中的溶解度重量百分比為0.25%。由此可知在一定的平衡壓力下鉛在液態鐵中有一定的溶解度。然而鉛的蒸氣壓隨溫度上升而急劇增加，也就是在煉鋼的溫度下鉛已達到沸騰而逸出鋼液。為了抑制鉛的沸騰，本發明在從熔煉加鉛前至澆注鋼錠冷卻的整個過程中，在爐體內充氣加壓，使鉛在熔煉時溶解于鋼液中，而澆注時，隨著鋼液的冷卻凝固，因鉛在固態鋼中無溶解度，鉛就以細小顆粒狀析出并高度均勻彌散分布在鋼中。當充氣壓力為2-8大氣壓時，析出的鉛粒直徑大部分小于10微米，最大直徑不超過20微米。所充氣體可以是氮氣或氬氣或其它惰性氣體。

本發明熔煉方法制造的易切削鋼，其化學成分重量百分比為，碳：0.90-1.10;硅：0.2-0.4;錳：0.4-0.6;硫：不大于0.05;磷：不大于0.01;鉛：0.18-0.25;其余為鐵，含氧量小于30ppm。鋼中鉛的分布均勻。用背散射電子成像技術觀察，鋼中鉛以彌散狀態分布，沒有鉛的宏觀偏析。經過加工成手表的條軸和擺軸，結果表明鋼的易切削性能優異。

圖1是二個實施例的熔煉設備圖。

一個實施例是，將工業純鐵作原料，由裝料漏斗〔6〕裝入真空感應爐的燒結三氧化二鋁坩堝〔3〕中，關閉漏斗，打開球閥〔20〕，由真空泵〔22〕抽真空。當爐體〔14〕中氣壓優于10^-1乇時，中頻發電機〔1〕供電，感應線圈〔2〕加熱熔化原料。然后，通過加料轉盤〔4〕將事先裝在盤中的石墨碳粒加入液態鋼中增碳，氮氣經閥門〔12〕、降壓閥〔11〕由開關〔9〕充入爐體內，使爐內氣壓升至2-8大氣壓再轉動加料盤〔4〕將事先裝在盤中的電解錳、硫化鐵以及工業純鉛粒加入液鋼中，在煉鋼溫度1600-1650℃下保持1-10分鐘，待鋼液成分充分均勻后，由澆注冒口〔15〕澆入鋼模〔16〕中。鋼液冷凝后便得到成分重量百分比濃度為，碳：0.90-1.10;硅：0.2-0.4;錳：0.4-0.6;硫：不大于0.05;磷：不大于0.01;鉛：0.18-0.25;其余為鐵。含氧量小于30ppm的鋼錠〔17〕。最后，打開放氣閥〔10〕開啟爐體取出鋼錠。

另一個實施例是，將上述方法中的氮氣改成氬氣充入爐體內，使爐內氣壓升至2-8大氣壓。其它工藝過程均與實施例一中相同。

圖1中的〔5〕是觀察孔;〔7〕是真空壓力表;〔8〕是壓力防爆閥;〔13〕是氮氣或氬氣鋼瓶;〔18〕是支架〔19〕的上底板，〔21〕是支架的下底板;〔22〕是真空泵;〔23〕是真空規;〔24〕是真空測量計。

圖2是鋼錠的縱向、橫向不同部位鉛的重量百分比分布圖。圖中數字為該部位的鉛含量。由圖2可知，鋼錠中鉛的分布均勻，含鉛量適當。用所制得的鋼錠經過剝皮，1100℃熱軋，球化處理，拉絲，中間退火，校直，磨光，去磁，探傷后制成直徑2.8毫米和直徑1.3毫米的鋼棒。然后用國產CG1107機床車削直徑2.8毫米的鋼棒加工制造手表條軸。制成的零件光潔度穩定在₇，刀具使用壽命也長，一次使用在30小時以上，刀尖上刀瘤殘留也明顯地少;用同樣機床車削直徑1.3毫米鋼棒加工制成薄型表的擺軸，軸榫外圓光潔度為_7.5-8，其余外圓光潔度為₇，端面光潔度為_6.5〉。在連續車削中零件尺寸穩定。因此，這種含鉛易切削鋼在切削性能、零件光潔度、刀具使用壽命、零件尺寸的穩定等方面都能滿足生產手表零件的要求。