[發明專利]一種低矯頑力易切削鋼及其冶煉方法

在審

• 申請號: 202110942829.3
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113802058A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 呂迺冰;徐士新;王翔;周潔;劉珂;陳濤;張瑤;邱智捷
• 申請（專利權）人: 首鋼集團有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/60;C21C7/00;C21C7/06;C21C7/10;C22C33/06
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 王瑞琳

本發明特別涉及一種低矯頑力易切削鋼及其冶煉方法，屬于特殊鋼冶煉技術領域，通過將Si含量由0.02％提高至0.03％?0.05％水平。同時，在MnS生產熱力學計算基礎上，以及含Pb易切削鋼中Pb顆粒在MnS夾雜物周圍凝固的特點，特別的限制了Mn、Pb、S元素的比例關系：(Mn/S+Pb)＞4，配合冶煉過程中合金化操作、爐渣組分調整、總氧含量控制，實現最終MnS形態優化控制目標，從冶煉環節降低產品矯頑力。

技術領域

本發明屬于特殊鋼冶煉技術領域，特別涉及一種低矯頑力易切削鋼及其冶煉方法。

背景技術

近年來，隨著汽車、機械、精密儀器行業快速發展，對結構復雜、表面光潔度高的易切削鋼需求量越來越大，精密零部件易切削化已成為未來合金結構鋼和易切削鋼的發展趨勢。與此同時，合金結構鋼更多的功能要求也被賦予易切削鋼，例如磁性能、加工變形率等等。

電液伺服閥是液壓伺服控制系統的核心元件，整個閥體在三維方向上遍布多處貫穿形孔洞，為了降低加工成本，閥體材料開始采用易切削鋼，這是易切削鋼新應用的典型代表。易切削鋼新的應用不僅要求其具有良好的力學性能、切削加工性能，還要求具有較低的矯頑力(250A/m以下)，以保證電液伺服閥高頻響、高精度地工作，而目前常規生產的同規格易切削鋼矯頑力基本在280A/m水平。

矯頑力作為表征鋼鐵材料磁性能的參數之一，主要的影響因素有：①鋼鐵材料化學成分；例如鋼中的Si元素與矯頑力之間有特征對應曲線，在低Si范圍內，Si含量提高，矯頑力略有降低；②產品的顯微組織；晶粒尺寸與矯頑力有一定的對應關系，晶界處點陣畸變引起較多的晶體缺陷及較大的內應力，晶粒尺寸越大，晶界所占面積越小，矯頑力越低。同時，晶粒尺寸越大，晶粒間長程偶極子相互作用越強，反磁化疇形核幾率越大，矯頑力越低。多數易切削為中低碳產品，顯微組織為鐵素體+珠光體，在該組織結構條件下，鐵素體晶粒尺寸越大，矯頑力越低，因而為了控制最終產品的顯微組織，需要從鑄坯的原始組織控制開始，一直持續控制后期的軋制、冷加工、熱處理等生產過程；③鋼中夾雜物數量與形態；鋼中夾雜物使晶體點陣結構發生畸變，導致靜磁能和磁彈性能增加，疇壁移動阻力增加，磁化困難，同時夾雜物本身為非磁性或弱磁性物質，導致矯頑力增大。通常，矯頑力與夾雜物尺寸成反比，與夾雜物數量成正比。對于易切削鋼而言，鋼基體中密布的MnS夾雜物、Pb粒子，在切削加工過程中，刀具接觸這些“軟相”，導致局部應力集中，破壞基體連續性而產生斷屑，如何在滿足切削性能基礎上，控制夾雜物數量少且尺寸小，從而保證最終產品低的矯頑力，是亟待解決的技術問題。此外，易切削鋼中大量的夾雜物是鐵素體相變天然的形核點，加之奧氏體晶界位置的形核點，鐵素體極易形核，造成晶粒細化，晶界總面積增加，引起矯頑力的持續增加。如何解決易切削鋼切削性能、夾雜物、晶粒尺寸三者之間的矛盾，是控制易切削鋼矯頑力的關鍵所在。

現有技術中，為解決晶粒尺寸問題對矯頑力的影響，通常通過提高熱軋卷取溫度或高溫退火熱處理的方式增大晶粒尺寸，降低矯頑力，如中國發明專利申請CN103205548B一種低矯頑力電磁純鐵冷軋薄板的制造方法中，通過提高熱軋卷取溫度的方式，將晶粒度由5級降低至3.5～4.5級，電磁純鐵冷軋薄板的矯頑力由24A/m降低至11～13A/m；如中國發明專利申請CN106086328A低碳鋼軟磁材料的熱處理方法中，將低碳鋼軟磁材料在600～850℃保溫0.5～4h冷卻至100℃以下，該熱處理辦法改善了材料的晶粒尺寸，將矯頑力降低了近5倍(275A/m降低至55A/m)。為解決夾雜物問題對矯頑力的影響，通常通過鐵水預處理、爐外精煉、真空處理、電渣重熔、連鑄冷卻參數優化等方式改善鋼中夾雜物數量、尺寸、分布等，提高鋼材純凈度，降低矯頑力，如中國發明專利申請CN106702214B一種高磁導率及低矯頑力軟磁合金的電渣重熔方法中，通過改善電渣重熔渣料配比的方式，減少了Fe-Ni軟磁合金中的有害元素及夾雜物，提高了純凈度，可將矯頑力降低至4A/m以下。

對于易切削鋼而言，降低矯頑力的技術路線與現有技術差別巨大，為保證易切削鋼的切削性能，在必須保證一定數量、形態夾雜物的基礎上，降低易切削鋼矯頑力的報道尚未發現。

發明內容