一种解决碳素结构钢切削加工困难的方法及其制备的碳素结构钢

摘要

本发明涉及一种解决碳素结构钢切削加工困难的方法及其制备的碳素结构钢，属于碳素结构钢技术领域。为解决现有碳素结构钢切削加工困难的问题，本发明提供了一种解决碳素结构钢切削加工困难的方法，具体为退火步骤中，将钢材料加热到700±10℃，保温时间T＝(1～1.2)×Q，其中Q表示钢材的重量，单位为t，冷却方式为出炉空冷。本发明通过对退火温度和冷却方式的调控，使钢材组织转变为珠光体+块状铁素体，从而改善了碳素结构钢的机加工性能，使其利于切削加工。本发明制备的碳素结构钢经车加工后的工件表面光洁度好，同时延长了刀具的使用寿命，将切削效率提高了40％，大大降低了碳素结构钢工件的加工成本。

说明书

技术领域

本发明属于碳素结构钢技术领域，尤其涉及一种解决碳素结构钢切削加工困难的方法及其制备的碳素结构钢。

背景技术

碳素结构钢是碳素钢的一种，含碳量约0.05～0.70％，个别可高达0.90％。碳素结构钢主要用于铁道、桥梁、各类建筑工程，制造承受静载荷的各种金属构件及不需要热处理的机械零件和一般焊接件。

随着现代高速数控机床技术的发展，机加工行业的竞争越来越激烈，对金属材料的要求也越来越高，不仅要求金属材料本身具有一定的力学性能，而且要求其具有良好的机加工性能。传统碳素结构钢的钢材组织为珠光体和网状铁素体，导致其存在切削效率低、工件表面质量差、刀具耐用度低等问题，增加了碳素结构钢的加工成本。

发明内容

为解决现有碳素结构钢切削加工困难的问题，本发明提供了一种解决碳素结构钢切削加工困难的方法及其制备的碳素结构钢。

本发明的技术方案：

一种解决碳素结构钢切削加工困难的方法，所述碳素结构钢的制备方法包括电炉/转炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼→连铸方坯→轧钢厂小棒轧制→矫直→探伤→退火→修磨→检验、检查→上交，其中退火步骤中，将钢材料加热到700±10℃，保温时间T＝(1～1.2)×Q，其中Q表示钢材的重量，单位为t，冷却方式为出炉空冷。

进一步的，所述退火步骤中将钢材料加热到退火温度的升温速度为60～80℃/h。

进一步的，所述电炉步骤中，配料要求生铁或铁水的质量不少于20wt％，出钢时钢液温度不低于1580℃且出钢C含量不少于0.20％、P≤0.018％。

进一步的，所述LF精炼步骤中，脱氧剂为铝粒、碳粉、碳化硅或硅铁粉，白渣保持时间不少于20min。

进一步的，所述VD真空精炼步骤中，在67Pa真空度下保持不少于15min，破空后对钢液软吹不少于15min。

进一步的，所述连铸方坯步骤中，吊包温度为1550～1560℃，液相线温度为1488℃，浇注拉速为0.74m/min，过热度为25～40℃。

进一步的，所述轧钢厂小棒轧制步骤中，钢坯在≤800℃下预热不少于2.5h后进入二次加热段，其中1段加热至≤1120℃并保温100～120min，2段加热至1200～1240℃并保温110～130min，进入均热段温度为1190～1230℃并保温115～135min，出炉温度为1190～1230℃。

进一步的，所述轧钢厂小棒轧制步骤中，开轧温度为1120℃，轧制过程中穿水冷却，终轧温度为780℃，轧制完成后堆冷不少于24h。

一种本发明提供的解决碳素结构钢切削加工困难的方法所制备的碳素结构钢，其化学成分按重量百分含量包括：C 0.47～0.55％、Si 0.17～0.37％、Mn 0.50～0.80％、P≤0.035％、S≤0.035％、Cr≤0.25％、Ni≤0.30％、Cu≤0.20％，其余为Fe及不可避免杂质。

本发明的有益效果：

本发明通过对退火温度和冷却方式的调控，改变了碳素结构钢组织中铁素体的形态，使钢材组织转变为珠光体+块状铁素体，从而改善了碳素结构钢的机加工性能，使其利于切削加工。本发明制备的碳素结构钢经车加工后的工件表面光洁度好，同时延长了刀具的使用寿命，将切削效率提高了40％，大大降低了碳素结构钢工件的加工成本。

附图说明

图1为实施例8制备的碳素结构钢的金相组织照片；

图2为对比例1制备的碳素结构钢的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置，若未特别指明，本发明实施例中所用的原料等均可市售获得；若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

本实施例提供了一种解决碳素结构钢切削加工困难的方法，所述碳素结构钢的制备方法包括电炉/转炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼→连铸方坯→轧钢厂小棒轧制→矫直→探伤→退火→修磨→检验、检查→上交；所述解决碳素结构钢切削加工困难的方法具体为在退火步骤中，将钢材料加热到700±10℃，保温时间为T，单位为h，T＝(1～1.2)×Q，其中Q表示钢材的重量，单位为t，冷却方式为出炉空冷。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例退火步骤中将钢材料加热到退火温度的升温速度为60～80℃/h。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例电炉步骤中，为尽量减低有害元素含量，配料要求生铁或铁水的质量不少于20wt％，出钢时钢液温度不低于1580℃且出钢C含量不少于0.20％、P≤0.018％。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例LF精炼步骤中，到精炼位加入白灰≥300Kg，渣化好后，分批加入脱氧剂铝粒、碳粉、碳化硅或硅铁粉使渣变白，渣白后取样全分析，取样2后根据样1铝成分及规程铝目标成分要求进行一次性补铝，根据取样结果将成分调入控制成分要求，合金的加入量以LF精炼位到位的化学成分达到规格下限控制，精炼后期使用碳粉、硅粉扩散脱氧。白渣保持时间≥20min。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例VD真空精炼步骤中，吊包倒渣后在67Pa真空度下保持不少于15min，破空后对钢液软吹不少于15min。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例连铸方坯步骤中，吊包温度为1550～1560℃，浇次第一炉、凉包可提高温度5～15℃。浇注时液相线温度为1488℃，浇注拉速为0.74m/min，过热度为25～40℃。

实施例7

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例轧钢厂小棒轧制步骤中，钢坯在≤800℃下预热不少于2.5h后进入二次加热段，其中1段加热至≤1120℃并保温100～120min，2段加热至1200～1240℃并保温110～130min，进入均热段温度为1190～1230℃并保温115～135min，出炉温度为1190～1230℃。开轧温度为1120℃，轧制过程中穿水冷却，终轧温度为780℃，轧制完成后堆冷不少于24h。

实施例8

本实施例提供一种解决碳素结构钢切削加工困难的方法，所述碳素结构钢的制备方法包括电炉/转炉冶炼+LF精炼+VD真空精炼→连铸方坯→轧钢厂小棒轧制→矫直→探伤→退火→修磨→检验、检查→上交。

电炉步骤中，为尽量减低有害元素含量，配料要求生铁质量为30wt％，出钢时钢液温度为1580℃且出钢C含量不少于0.20％、P≤0.018％。

LF精炼步骤中，到精炼位加入白灰300Kg，渣化好后，分批加入脱氧剂铝粒使渣变白，渣白后取样全分析，取样2后根据样1铝成分及规程铝目标成分要求进行一次性补铝，根据取样结果将成分调入控制成分要求，合金的加入量以LF精炼位到位的化学成分达到规格下限控制，精炼后期使用碳粉、硅粉扩散脱氧。白渣保持时间为20min。

本实施例的目标成分如表1所示：

表1

VD真空精炼步骤中，吊包倒渣后在67Pa真空度下保持15min，破空后对钢液软吹15min，取样分析成分合格后上台。

连铸方坯步骤中，吊包温度为1560℃，浇注时液相线温度为1488℃，浇注拉速为0.74m/min，过热度为30℃。

轧钢厂小棒轧制步骤中，装炉量为30t钢坯，装炉时炉尾温度为800℃，钢坯在800℃下预热2.5h后进入二次加热段，其中1段加热至1120℃并保温100min，2段加热至1240℃并保温110min，进入均热段温度为1190℃并保温115min，出炉温度为1190℃。开轧温度为1120℃，轧制过程中穿水冷却，终轧温度为780℃，轧制完成后堆冷24h以上。

退火步骤中，将钢材料以80℃/h的升温速度加热到700℃，保温时间为T＝1.2×Q，Q表示钢材的重量30t，因此保温时间为36h，保温36小时后出炉空冷至室温。

对比例1

本对比例与实施例8的区别仅在于，本对比例退火步骤中，将钢材料以80℃/h的升温速度加热到670℃，保温时间为T＝1.2×Q，Q表示钢材的重量30t，因此保温时间为36h，保温36小时后出炉空冷至室温。

图1为实施例8制备的碳素结构钢的金相组织照片；图2为对比例1制备的碳素结构钢的金相组织照片。由图1可以看出，在700℃进行退火处理的碳素结构钢的组织为珠光体+快状铁素体。而图2中670℃进行退火处理的碳素结构钢的组织为珠光体+网状铁素体。这说明本发明提供的方法能够改善碳素结构钢中铁素体的形态，使其利于切削加工，且经车加工后的工件表面光洁度好。同时，由于碳素结构钢更易于切削加工而延长了刀具的使用寿命，将切削效率提高了40％，大大降低了碳素结构钢工件的加工成本。