第12期 陈列等：低碳高硫含锡锑复合易切削钢 ,1563 更高的润湿性 MnS边界的SnSb合金通过润滑和脆化作用来改 将腐蚀后显示出晶界的金相试样在扫描电镜下 善切削性能，从而显著降低刀具磨损 观察并进行能谱分析，结果表明：在晶界处和Ms 实验钢1、2*和3产试样中的典型夹杂物如 夹杂物内以及MnS边界均有Sn、Sb存在（见 图5所示，由能谱分析可知，钢中主要夹杂物是 图4(b),4(c)·Sn和Sb在钢中的溶解度小，易富 MS.通过显微镜观察发现，实验钢的硫化锰夹杂 集在晶界处.Sb的熔点为630℃，Sn的熔点只有 主要呈球状和纺锤状，只有少量的粗条状.MnS的 232℃，SnSb合金的熔点在232~630℃之间]，在 形态对切削性能有较大的影响町，粗条状的硫化物 切削过程中富集在晶界处和MnS夹杂物内以及 比细条状的硫化物对切削有利，形状呈球状或纺锤 (a) 10 um 10um 10m 图5三炉实验钢中的典型硫化锰夹杂物.(a)1-:(b)2(c)3÷ Fig.5 Typical inclusions in three experimental steels:(a)1:(b)2;(c)3 状的硫化物对切削性能更有利10. 北京科技大学学报，2003,25(4)：312) [3]Li L S,Zhu R.Guo HJ.et al.A study on smelting and proper- 4结论 ties of tin-bearing free-cutting steel.Spec Steel.2004.25(6):10 (李联生，朱荣，郭汉杰，等。含锡易切削钢的治炼和性能研 (1)在低碳高硫易切削钢SAE1215成分基础 究.特殊钢，2004,25(6)：10) 上复合添加少量Sn和Sb或Sn和Bi,可显著提高 [4]Li L S,Zhu R,Sun Y H.et al.Form and distribution of inclu- 钢的易切削性能，实验钢样在长时间的高速切削条 sions and tin in freecutting steel.I Univ Sci Technol Beijing. 件下，刀具磨损量很小，其易切削性能明显优于 2004,26(5):470 (李联生，朱荣，孙彦辉，等。易切削钢中夹杂物及锡的形态 SAE1215钢. 北京科技大学学报，2004,26(5)：470) (2)高温热塑性实验发现含Sn和Sb的实验钢 [5]Zhou P,Du X B,Li L S:et al.Study on inclusions in a tin-bear 在750~950℃温度范围内塑性较差，在1050~ ing free cutting steel.Res Iron Steel.2005(2):10 1300℃范围内具有良好的塑性，该钢种适合高温轧 (周平，杜显彬，李联生，等。含锡易切削钢夹杂物的研究钢 制，终轧温度不应低于950℃. 铁研究，2005(2)：10) (3)扫描电镜和能谱分析发现，Sn、Sb存在于 [6]Somekawa M,Kaiso M.Matsushima Y,et al.Free cutting steels without lead addition.Kobe Steel Eng Rep.2001,51(1):14 钢中的晶界处以及附着在MnS夹杂物内和MnS夹 [7]Wang X H.Xie B,Feng Z Y.Present status and development of 杂物边界，Bi在钢中以单质形式存在，且大部分附 research on free cutting steel at home and abroad.Spec Steel, 着在MnS夹杂物上，一部分弥散分布在钢的基体 2005,26(4):26 中，钢中的MnS夹杂主要呈球状和纺锤状 (王小红，谢兵，冯仲渝，国内外易切削钢的现状和研究进展。 特殊钢，2005,26(4)：26) 参考文献 [8]Zhao T C.Antimony.Beijing:Metallurgical Industry Press,1987 (赵天从.第.北京：冶金工业出版社，1987) [1]Zhang Y J.Zhu C.Wang L F,et al.Development of free cutting [9]Jiang L Z.Cui K.Hannu H.Effects of the composition.shape steel for machine structure without lead.Mater Rev.2005. factor and area fraction of sulfide inclusions on the machinability of 19(12).68 re-sulfurized free-machining steel.Mater Process Technol.1996 (张永军，朱辰，王立峰，等。机械结构用无铅易切削钢的发 (58):160 展.材料导报，2005,19(12)：68) [10]Xie W X.Hui R.Developing automobile free cutting steel [2]Li L S.Zhu R.Guo HJ,et al.Development of non-leaded free SAE1141 with continuous casting technology.Iron Steel, cutting steel by adding tin.J Univ Sci Technol Beijing,2003. 2004,39(12):29 25(4):312 (谢文新，惠荣.连铸工艺开发SAE1141汽车用易切削钢. (李联生，朱荣，郭汉杰，等.以锡代铅研制环保型易切削钢 钢铁，2004,39(12)：29)更高的润湿性． 将腐蚀后显示出晶界的金相试样在扫描电镜下 观察并进行能谱分析．结果表明：在晶界处和 MnS 夹杂 物 内 以 及 MnS 边 界 均 有 Sn、Sb 存 在 （见 图4（b）‚4（c））．Sn 和 Sb 在钢中的溶解度小‚易富 集在晶界处．Sb 的熔点为630℃‚Sn 的熔点只有 232℃‚Sn—Sb 合金的熔点在232～630℃之间［8］‚在 切削过程中富集在晶界处和 MnS 夹杂物内以及 MnS 边界的 Sn—Sb 合金通过润滑和脆化作用来改 善切削性能‚从而显著降低刀具磨损． 实验钢1＃、2＃ 和3＃ 试样中的典型夹杂物如 图5所示．由能谱分析可知‚钢中主要夹杂物是 MnS．通过显微镜观察发现‚实验钢的硫化锰夹杂 主要呈球状和纺锤状‚只有少量的粗条状．MnS 的 形态对切削性能有较大的影响［9］‚粗条状的硫化物 比细条状的硫化物对切削有利‚形状呈球状或纺锤 图5 三炉实验钢中的典型硫化锰夹杂物．（a）1＃；（b）2＃；（c）3＃ Fig．5 Typical inclusions in three experimental steels：（a）1＃；（b）2＃；（c）3＃ 状的硫化物对切削性能更有利［10］． 4 结论 （1） 在低碳高硫易切削钢 SAE1215成分基础 上复合添加少量 Sn 和 Sb 或 Sn 和 Bi‚可显著提高 钢的易切削性能‚实验钢样在长时间的高速切削条 件下‚刀具磨损量很小‚其易切削性能明显优于 SAE1215钢． （2） 高温热塑性实验发现含 Sn 和 Sb 的实验钢 在750～950℃温度范围内塑性较差‚在1050～ 1300℃范围内具有良好的塑性‚该钢种适合高温轧 制‚终轧温度不应低于950℃． （3） 扫描电镜和能谱分析发现‚Sn、Sb 存在于 钢中的晶界处以及附着在 MnS 夹杂物内和 MnS 夹 杂物边界．Bi 在钢中以单质形式存在‚且大部分附 着在 MnS 夹杂物上‚一部分弥散分布在钢的基体 中．钢中的 MnS 夹杂主要呈球状和纺锤状． 参 考 文 献 ［1］ Zhang Y J‚Zhu C‚Wang L F‚et al．Development of free cutting steel for machine structure without lead． Mater Rev‚2005‚ 19（12）：68 （张永军‚朱辰‚王立峰‚等．机械结构用无铅易切削钢的发 展．材料导报‚2005‚19（12）：68） ［2］ Li L S‚Zhu R‚Guo H J‚et al．Development of non-leaded free￾cutting steel by adding tin．J Univ Sci Technol Beijing‚2003‚ 25（4）：312 （李联生‚朱荣‚郭汉杰‚等．以锡代铅研制环保型易切削钢． 北京科技大学学报‚2003‚25（4）：312） ［3］ Li L S‚Zhu R‚Guo H J‚et al．A study on smelting and proper￾ties of tin-bearing free-cutting steel．Spec Steel‚2004‚25（6）：10 （李联生‚朱荣‚郭汉杰‚等．含锡易切削钢的冶炼和性能研 究．特殊钢‚2004‚25（6）：10） ［4］ Li L S‚Zhu R‚Sun Y H‚et al．Form and distribution of inclu￾sions and tin in free-cutting steel．J Univ Sci Technol Beijing‚ 2004‚26（5）：470 （李联生‚朱荣‚孙彦辉‚等．易切削钢中夹杂物及锡的形态． 北京科技大学学报‚2004‚26（5）：470） ［5］ Zhou P‚Du X B‚Li L S‚et al．Study on inclusions in a tin-bear￾ing free cutting steel．Res Iron Steel‚2005（2）：10 （周平‚杜显彬‚李联生‚等．含锡易切削钢夹杂物的研究．钢 铁研究‚2005（2）：10） ［6］ Somekawa M‚Kaiso M‚Matsushima Y‚et al．Free cutting steels without lead addition．Kobe Steel Eng Rep‚2001‚51（1）：14 ［7］ Wang X H‚Xie B‚Feng Z Y．Present status and development of research on free cutting steel at home and abroad．Spec Steel‚ 2005‚26（4）：26 （王小红‚谢兵‚冯仲渝．国内外易切削钢的现状和研究进展． 特殊钢‚2005‚26（4）：26） ［8］ Zhao T C．Antimony．Beijing：Metallurgical Industry Press‚1987 （赵天从．锑．北京：冶金工业出版社‚1987） ［9］ Jiang L Z‚Cui K‚Hannu H．Effects of the composition‚shape factor and area fraction of sulfide inclusions on the machinability of re-sulfurized free-machining steel．J Mater Process Technol‚1996 （58）：160 ［10］ Xie W X‚Hui R．Developing automobile free cutting steel SAE1141 with continuous casting technology． Iron Steel‚ 2004‚39（12）：29 （谢文新‚惠荣．连铸工艺开发 SAE1141汽车用易切削钢． 钢铁‚2004‚39（12）：29） 第12期 陈 列等： 低碳高硫含锡锑复合易切削钢 ·1563·