阅读说明：本技术 一种硫-铅-铋-碲复合系易切削钢 (Sulfur-lead-bismuth-tellurium composite series free-cutting steel ) 是由 王翔 刘厚权 吕迺冰 黄昌洪 陈涛 于嘉君 郑玉龙 邱智捷 高航 代飞 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种硫-铅-铋-碲复合系易切削钢,所述易切削钢按质量百分比计成份为：C：0.02～0.07%、Mn：1.10～1.40%、S：0.22～0.36%、Si：≤0.05%、P：≤0.090%、Bi：0.01～0.04%、Te：0.01～0.04%、Pb：0.20～0.25%、Al<Sub>tot</Sub>：≤0.005%、T[O]：0.0080～0.0200%、N：≤0.0120%,其余为Fe及杂质。本发明钢不仅具有各标准中相应碳含量易切钢的综合力学性能,还具有超过相应碳含量硫-铅系易切钢切的削加工性能,同时具有较相应碳含量含铅易切钢更有利的环保性,且生产成本比仅含碲、锡、铋的易切钢低,可热加工性也更好,取得了很好的效果。(The invention discloses a sulfur-lead-bismuth-tellurium composite free-cutting steel, which comprises the following components in percentage by mass: c: 0.02 to 0.07%, Mn: 1.10-1.40%, S: 0.22 to 0.36%, Si: less than or equal to 0.05 percent, P: less than or equal to 0.090 percent, Bi: 0.01-0.04%, Te: 0.01-0.04%, Pb: 0.20 to 0.25% of Al tot ：≤0.005%、T[O]: 0.0080-0.0200%, N: less than or equal to 0.0120 percent, and the balance of Fe and impurities. The steel not only has the comprehensive mechanical property of the free cutting steel with the corresponding carbon content in each standard, but also has the cutting processing property of the sulfur-lead free cutting steel with the carbon content exceeding the corresponding standard, and simultaneously has more favorable environmental protection property compared with the free cutting steel with the corresponding carbon content containing lead, and the steel has lower production cost than the free cutting steel with tellurium, tin and bismuth, has better hot processing property and obtains good effect.)

一种硫-铅-铋-碲复合系易切削钢

技术领域

本发明涉及一种易切削钢，尤其涉及一种硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，属于冶金技术领域。

背景技术

经过数十年的发展，国内钢铁行业的易切削钢品种及标准日渐丰富，通常是以：在钢中添加硫、磷，或复合添加硫-铅、硫-磷-铅、硫-钙、硫-锡、硫-磷-锡、硫-铋、硫-碲等易切削元素。但没有在钢中复合添加硫-铅-铋-碲的多种易切削元素的易切削钢。因此存在如下问题：

（1）国内中碳易切削结构钢钢种、牌号相对不完善。

（2）普通单一添加硫，或复合复合硫-钙、硫-锡、硫-磷-锡、硫-铋、硫-碲等的易切钢虽然较为环保，但其切削性能始终逊于含铅易切钢。

（3）含铅易切钢往往需要将铅提高到0.27%以上才有远胜于其余易切钢的切削性能，但高铅含量的易切钢对环境有较大的污染威胁，目前欧盟等已出台政策予以限制使用。

（4）含铋、锡、碲的易切钢往往需要将其含量提升到0.10～0.15%甚至以上，才能有可以与含铅钢相比拟的切削性能，而纯的铋、锡、碲或合金目前价格是铅的3～30倍，加之收得率也较铅低，故制造成本极为高昂。

（5）铋、碲等对钢的割裂及塑性影响极大，两者任一元素或者合计达到0.08%以上较高含量时，钢的可轧性将受到影响容易产生开裂等质量问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，为行业提供一种比含铅易切钢切削性能更优、更具环保性，且具有较低成本、良好可轧制性能的易切削钢，丰富了易切削钢系列品种。

本发明的技术方案为：一种硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，所述易切削钢按质量百分比计成份为：C：0.02～0.07%、Mn：1.10～1.40%、S：0.22～0.36%、Si：≤0.05%、P：≤0.090%、Bi：0.01～0.04%、Te：0.01～0.04%、Pb：0.20～0.25%、Al_tot：≤0.005%、T[O]：0.0080～0.0200%、N：≤0.0120%，其余为Fe及杂质。

上述的硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，作为一种优选方案，所述成份S和Te满足S+2Te=0.30～0.40%，C与Mn之间满足5C+Mn=1.40～1.50%。

前述的硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，作为一种优选方案，所述Pb、Bi与Te三者间满足0.25%≤Pb+Bi+Te≤0.30%。

前述的硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，作为一种优选方案，所述Mn、S与Te三者间满足Mn³/（S+Te）≥4。

前述的硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，作为一种选择，所述易切削钢按质量百分比计成份可以为：C：0.02～0.03%、Mn：1.25～1.40%、S：0.22～0.29%、Si：≤0.05%、P：≤0.090%、Bi：0.03～0.04%、Te：0.03～0.04%、Pb：0.20～0.22%、Al_tot：≤0.005%、T[O]：0.008～0.015%、N：0.002～0.010%，其余为Fe及杂质。

上述的硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，具体来说，所述易切削钢按质量百分比计成份为：C：0.02%、Mn：1.33%、S：0.29%、Si：0.02%、P：0.054%、Bi：0.035%、Te：0.039%、Pb：0.207%、Al_tot：≤0.005%、T[O]：0.0117%、N：0.0082%，其余为Fe及杂质。

前述的硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，作为另一种选择，所述易切削钢按质量百分比计成份也可以为：C：0.04～0.05%、Mn：1.15～1.30%、S：0.28～0.32%、Si：≤0.05%、P：≤0.090%、Bi：0.02～0.03%、Te：0.02～0.03%、Pb：0.22～0.24%、Al_tot：≤0.005%、T[O]：0.008～0.015%、N：0.002～0.010%，其余为Fe及杂质。

上述的硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，具体来说，所述易切削钢按质量百分比计成份为：C：0.04%、Mn：1.23%、S：0.29%、Si：0.01%、P：0.052%、Bi：0.025%、Te：0.027%、Pb：0.238%、Al_tot：≤0.005%、T[O]：0.0106%、N：0.0077%，其余为Fe及杂质。

前述的硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，作为又一种选择，所述易切削钢按质量百分比计成份还可以为：C：0.06～0.07%、Mn：1.10～1.15%、S：0.31～0.36%、Si：≤0.05%、P：≤0.090%、Bi：0.01～0.02%、Te：0.01～0.02%、Pb：0.23～0.25%、Al_tot：≤0.005%、T[O]：0.008～0.015%、N：0.002～0.010%，其余为Fe及杂质。

上述的硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，具体来说，所述易切削钢按质量百分比计成份为：C：0.06%、Mn：1.14%、S：0.33%、Si：0.02%、P：0.058%、Bi：0.018%、Te：0.015%、Pb：0.242%、Al_tot：≤0.005%、T[O]：0.0097%、N：0.0093%，其余为Fe及杂质。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明是一种全新的易切削钢钢种，具有以下优点：

（1）具有良好的综合力学性能，热轧、冷拉及调质状态下的各项性能指标，能达到国家标准GB/T 8731、美国标准ASTM A29/A29M-04、欧洲标准EN 10087、日本标准JIS中规定的相应碳含量易切钢的性能要求。

（2）切削性能方面，该钢在较硫-铅系易切钢的铅含量低0.05%的条件下切削性能仍更为优越。

（3）较硫-铅系易切钢环保性好。

（4）成本较低。以当前市场上铋、碲、锡合金价格计，同时考虑并实测本发明实际生产中铋、碲的加入方式、加工成本、工艺、损耗等，以及起到的切削性能效果，其较硫-碲系易切钢成本低200～300元/吨、与硫-铋系成本基本相当。

附图说明

图1为本发明的FY04PbBiTe1切削后表面峰谷高差对比图；

图2为本发明的FY04PbBiTe2切削后表面峰谷高差对比图；

图3为本发明的FY04PbBiTe3切削后表面峰谷高差对比图；

图4为对比材料12L14切削后表面峰谷高差对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照本说明书附图对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：一种硫-铅-铋-碲复合系易切削钢，所述易切削钢按质量百分比计成份为：C：0.02～0.07%、Mn：1.10～1.40%、S：0.22～0.36%、Si：≤0.05%、P：≤0.090%、Bi：0.01～0.04%、Te：0.01～0.04%、Pb：0.20～0.25%、Al_tot：≤0.005%、T[O]：0.0080～0.0200%、N：≤0.0120%，其余为Fe及杂质。

本发明中的成份Bi和Te以相等的质量百分比同时存在。

成份S和Te满足S+2Te=0.30～0.40%。当Te元素任质量百分比接近0.04%时，本公式和值所取范围应达到中值到下限范围；当Te元素质量百分比接近0.01%时，本公式和值所取范围应达到中值到上限范围。

进一步的，Pb 、Bi与Te三者间满足0.25%≤Pb+Bi+Te≤0.30%。当Pb元素质量百分比接近上限时，本公式和值所取范围应达到中值到下限范围；当Bi、Te当Pb元素质量百分比接近下限时，本公式和值所取范围应达到中值到上限范围。

进一步的，Mn、S与Te三者间满足Mn³/（S+Te）≥4。当Te元素质量百分比达到其中值到上限范围时，本公式比值所取范围应达到中值到上限范围；当Te元素质量百分比达到其中值到下限范围时，本公式比值所取范围应达到中值到下限范围。

进一步的，C与Mn之间满足5C+Mn=1.40～1.50%。

本发明的最佳化学成份组合如表1所示。

表1：本发明的最佳化学成分组合（除Mn³/S外其余为质量百分比）

上述成分为本发明钢种的不同成分搭配的最佳组合方式，成分控制只要在前述技术方案所述范围内且符合关系式搭配均可获得极为近似的稳定优良性能。本发明可用转炉或电炉生产，应进行炉外精炼处理，必要时可采用真空脱气处理，冶炼工艺基本与普碳钢相同，铋、碲在钢包中以包芯线加入，并合理搅拌。浇铸方式可以是模铸，也可以是连铸。实际生产实践证明，连铸矫直温度＞920℃即可保证不出现开裂现象。热轧的加热和开轧温度应略高于相应的普碳钢，终轧温度应≥900℃。

按照表1的成分搭配分别各试产65吨，以市场上得以广泛应用的成分较为接近的硫-铅系12L14同状态、规格产品作为对比钢，进行热轧与冷拉加工，并测试切削性能。经试验表明，本发明钢种同时具有优良且稳定的热加工性能、综合力学性能、切削性能。

三种成分组合试验品与对比钢成分的对比见表2所示，力学性能见表3所示。

表2 三种成分组合试验品与对比钢成分

表3 三种成分组合试验品与对比钢的热轧及冷材室温力学性能（平均值）

切削性能试验情况如下：

试验地点：首钢贵阳特殊钢有限责任公司钎钢研究中心

试验机型：德国DMG集团产CTX510 eco计算机数控机床

试验材料：表2中所述三种试制的实际试验产品与对比钢∮32mm热轧圆钢，

式样规格：为减少式样摆动带来的影响，选择尺寸为∮32mm×600mm切削材足量，切削长度400mm，最大切削至∮24mm

试验刀具：YT14硬质合金刀具

切削转速：1500r/min

送进量：0.2mm/r

切削量：1mm

切削方式：由于试样切削效果均很好，用“C”型屑、卷曲屑比例以及道具磨损已难以鉴别切削性能差异，故改用：在无任何润滑的干切削状态下切削10min后，用高倍检验各自最后一支切削面的峰谷高差即高倍检验粗糙度作为对比方式，每支随机选择8个观察点进行观察测量。

切削试验结果：见表4、附图1-4所示。

表4切削试验结果

本发明钢不仅具有各标准中相应碳含量易切钢的综合力学性能，还具有超过相应碳含量硫-铅系易切钢切的削加工性能，同时具有较相应碳含量含铅易切钢更有利的环保性，且生产成本比仅含碲、锡、铋的易切钢低，可热加工性也更好。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的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宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。