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根据含易切削元素的不同,可分为硫易切削钢、铅易切削钢、钙易切削钢、钛易切削钢以及复合易切削钢。根据其用途的不同,易切削钢又分为自动机用钢、结构用易切削钢和特殊易切削钢(耐热钢、不锈钢、工具钢等)。根据易切削性能的不同,又可分为一般易切削钢,超易切削钢等。 1.硫易切削钢 硫易切削钢占世界与我国易切削钢总产量的比例分别为70%和90%。硫易切削钢按硫含量不同,可分为低硫钢、中硫钢和高硫钢:一般低硫钢的S≤0.025%,有的甚至S<0.01%;中硫钢的S=0.04~0.09%;高硫钢的S=0.1~0.3%。其中,中硫钢由于具有良好的切削性能和力学性能,已广泛应用于工业生产,而高硫钢则是为满足特殊切削性能需求的钢材。 一般认为,随着硫含量的增高,钢材的切削性能也越好,但对普通钢而言,微量增硫就能起到改善可切削性的明显效果;加入适当的硫(尤其在硫低于0.1%以下),对改善钢可切削性的效果都是非常显著的。其作用主要表现在:不仅降低切削力与切削温度,明显提高刀具寿命,而且还降低工件的表面粗糙度,改善切屑处理性。 钢中硫主要以(Mn、Fe)S的形式存在钢中,由于MnS夹杂物割断了基体的连续性和应力集中源作用而使车屑易断,润滑作用使刀具的磨损减小,从而改善了钢材的切削性能。为了使钢材具有更好的切削性能,应使钢中的MnS具有一定的长宽比(L/W),而研究表明夹杂物成球状和纺锤状比线条状更有利于切削,因此,希望钢中的MnS成纺锤状或近似球状。然而MnS在热轧过程中沿着轧制方向伸长,使硫易切削钢的横向力学性能明显降低,加剧了钢材的各向异性。通过向易切削钢中加入碲、钙、锆、稀土和钛等元素,使之与钢中的硫生成硫化物,而这些夹杂物高温塑性加工性能差,在压延时的延展变得困难,强度的各向异性也受到抑制,从而达到改变硫化物形状的目的。同时,应保证钢中具有一定锰硫比,以降低因钢中硫含量过高而带来的不利影响,以保证钢材的力学性能。
2.铅易切削钢 铅易切削钢是在硫易切削钢基础上发展起来的。1932年人们受到可切削性非常优越的铅黄铜的启发,开始生产含铅易切削钢。但是当时由于冶炼和防止污染(PbO有剧毒)等技术问题未得到解决,直到1937年美国一家研究所与内陆钢公司发表了铅易切削钢专利后, 日本、德国才相继开始生产。我国从上世纪70年代就开始研制铅易切削钢,主要是在碳素结构钢、合金结构钢、工具钢和不锈钢中加入不同数量的铅,其加铅方法有单独加铅、复合加铅硫和铅-硫-碲。铅易切削钢中铅的含量一般为0.15~0.35%,日本JASO规定调质和渗碳钢中铅含量为0.04~0.09%。 铅以微小单质金属颗粒分布于钢中并在钢中不固熔,在切削加工过程中,刀具与加工件之间产生强烈的摩擦,使钢中的铅颗粒呈熔融状析出,从而起到润滑作用来改善钢的切削性能,使钢的切屑细碎,降低刀具磨损,最终延长刀具寿命。与不含铅的钢相比,含铅钢的切削性能可提高20~50%,而机械性能与热处理性能基本保持不变,对冷、热加工性和焊接性也无影响。铅易切削钢已广泛用作制造精密仪表零件、汽车零件、各类机械的重要零件。但是铅易切削钢的接触疲劳低,故不宜用于承受疲劳应力负荷大的齿轮、轴承等零部件。
因铅比重大,钢液在凝固过程中容易产生偏析,并且铅有毒,生产过程中产生铅蒸汽所造成的公害难以解决,因此需要采用特殊的加铅工艺。国外冶炼铅易切削钢的加铅工艺均列为专利而保密,我国天津特殊钢厂在长期的生产实践中,对加铅工艺和控制铅污染方面做了大量工作,并在总结生产实践的基础上尝试了四种加铅的方法:1)钢包加铅法;2)电渣重熔加铅法;3)钢包底吹氩加铅法;4)钢包喷吹加铅法。但基于加铅质量和环保的考虑,只有电渣重熔加铅法和钢包喷吹加铅法应用于生产实践。虽然在冶炼铅易切削钢取得了很大的进展,但是从环保角度考虑,铅易切削钢使用范围已受到限制并最终将会被淘汰。
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