一种笔头用含铅易切削不锈钢冶炼中的加铅工艺

摘要

本发明提供一种笔头用含铅易切削不锈钢冶炼中的加铅工艺，该方法在铅丝的表面包覆一层保护层，保护层的主要成分为金属镍，然后将铅丝切割成段，之后加入不锈钢钢液中，待不锈钢金属液凝固后形成含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯。由于铅丝表面保护层的存在，减少了铅在加入过程中的蒸发损耗，同时在铅丝表面包覆一层保护层，可以降低铅丝的密度，减少了不锈钢中铅偏析的情况。使用该加铅工艺生产的笔头用含铅易切削不锈钢，铅在基体中分布均匀，含量可控，铅的收得率可达85%以上。本发明提供的加铅工艺对含铅易切削不锈钢中铅收得率的提高，以及降低基体中铅偏析的发生，具有重要的意义和很好的推广应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于钢镍冶炼技术领域，尤其涉及一种笔头用含铅易切削不锈钢冶炼中的加铅工艺。

背景技术

笔头用不锈钢材料一般需要具有较高精度的切削加工性能，为了改善不锈钢的切削加工性能，提高切削速度和刀具寿命，需要在钢中加入一定量的铅元素，制成一种含铅易切削不锈钢材料。

相比于无铅不锈钢，含铅不锈钢的切削性能可提高20～50％。因为铅以微小单质金属颗粒分布于不锈钢基体中，并在不锈钢中不固熔，在切削加工过程中，刀具与加工工件之间因为强烈的摩擦而产生热量，使不锈钢中的铅颗粒熔化成液态而析出，从而起到润滑的作用，进而可以改善不锈钢的切削性能，使不锈钢的切屑细碎，降低刀具磨损，达到了延长刀具寿命的目的。由于含铅易切削不锈钢的机械性能与热处理性能基本保持不变，所以对工件的冷、热加工性和焊接性影响很小。因此含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。

实际生产中钢水的温度一般在1300℃以上，由于铅的密度较高、熔点较低，在钢中的溶解度很小、蒸气压较大，所以极易挥发，而且铅偏析很容易发生，当温度达到400℃～500℃时就会有铅蒸汽逸出形成铅烟，当铅加入到钢水中时，由于钢水温度较高铅与钢水的接触面会瞬间产生铅烟蒸发，这使得不锈钢中加入的铅量大，然而收得率却很低，在实际大生产中要稳定控制钢中的铅含量难度较大。而且，铅的密度为11.3437g/cm³，而钢水的平均密度为7.2kg/cm³，所以铅加入到钢水中会产生偏析。

因此如何提高含铅易切削不锈钢中铅的收得率是目前钢镍行业急需解决的问题，即需要发明一种新的加铅工艺，以解决铅的收得率低和偏析问题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种笔头用含铅易切削不锈钢冶炼中的加铅工艺，采用该工艺能将铅的收得率提高到85%以上，同时降低铅的偏析。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案予以实现：

一种笔头用含铅易切削不锈钢冶炼中的加铅工艺，其特征在于，具体包括下列步骤：

1）将待镀铅丝清洗，用氯化亚锡溶液浸渍敏化处理，然后用氯化钯溶液浸渍进行活化处理，之后在惰性气氛中干燥；或者，将待镀铅丝清洗，在氯化亚锡和氯化钯的混合溶液中浸渍，进行敏化和活化处理；之后在惰性气氛下干燥；

2）将处理好的铅丝在化学镀液中搅拌浸渍，进行化学镀，镀后的铅丝表面的镀层厚度为1mm～3mm；

所述的化学镀液由含镍的二价室温熔融盐与还原剂组成；或者，所述的化学镀液由含镍的二价室温熔融盐、季胺化合物与还原剂组成；

3）将经过化学镀后的铅丝，使用切割机切成长度为3mm～10mm的铅段，加入到不锈钢液中，铅段在不锈钢液中的含量为0.14%～0.38%之间，待不锈钢液凝固后，形成分布均匀的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯。该含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯中的铅粒度为7.5μm～13.3μm。

根据本发明，所述化学镀液中的含镍的二价室温熔融盐为硫酸镍铵（（NH₄）₂SO₄·NiSO₄）、卤化镍（NiX₂）、硫酸镍（NiSO₄）、醋酸镍（（C₂H₃O₂）₂·Ni）、硝酸镍（Ni（NO₃）₂）其中之一；

所述化学镀液中的还原剂为氢化锂、氢化锂铝、铝氢化钠、硼氢化锂、硼氢化钠中的其中一种或两种以上混合物，每升化学镀液中，还原剂的含量为1.5～3.5g；

所述化学镀液中的季胺化合物为四甲基卤化胺、四乙基卤化胺、1-甲基-3-乙基卤化胺或1-乙基-3-甲基卤化胺。

所述的含镍的二价室温熔融盐与季胺化合物的摩尔比为1:1～7:2。

采用本发明的笔头用含铅易切削不锈钢冶炼中的加铅工艺，由于铅丝表面保护层的存在，减少了铅在加入过程中的蒸发损耗，铅在基体中的含量可控制在0.14～0.38%范围内。同时在铅丝表面包覆一层保护层可以降低铅丝的密度，减少了不锈钢中铅偏析的情况。可以大大提高铅的收得率，使铅的收得率达到85%以上，所冶炼的易切削不锈钢中铅在基体中分布均匀，铅的粒度为7.5～13.3μm。具有重要的意义和很好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明的笔头用含铅易切削不锈钢冶炼中的加铅工艺流程示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

在以下的实施例中，发明人给出一种具体的笔头用含铅易切削不锈钢冶炼中的加铅工艺，是在铅丝表面镀上一层金属镍的保护层，然后将铅丝切成段，之后将包覆有保护层的铅丝加入不锈钢钢液中，待不锈钢金属液凝固后形成含铅粒度为7.5μm～13.3μm的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯。

具体的工艺步骤为：

1）将待镀铅丝清洗，用氯化亚锡溶液浸渍敏化处理，然后用氯化钯溶液浸渍进行活化处理，之后在惰性气氛中干燥；或者，将待镀铅丝清洗，在氯化亚锡和氯化钯的混合溶液中浸渍，进行敏化和活化处理；之后在惰性气氛下干燥；

2）将处理好的铅丝在化学镀液中搅拌浸渍，进行化学镀，镀后的铅丝表面的镀层厚度为1mm～3mm；

所述的化学镀液由含镍的二价室温熔融盐与还原剂组成；或者，所述的化学镀液由含镍的二价室温熔融盐、季胺化合物与还原剂组成；

3）将经过化学镀后的铅丝，使用切割机切成长度为3mm～10mm的铅段，加入到不锈钢液中，铅段在不锈钢液中的含量为0.14%～0.38%之间，待不锈钢液凝固后，形成含铅粒度为7.5μm～13.3μm且分布均匀的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯。

所述化学镀液中的含镍的二价室温熔融盐为硫酸镍铵（（NH₄）₂SO₄·NiSO₄）、氯化镍（NiCl₂）、硫酸镍（NiSO₄）、醋酸镍（（C₂H₃O₂）₂·Ni）、硝酸镍（Ni（NO₃）₂）其中之一；

所述化学镀液中的还原剂为氢化锂、氢化锂铝、铝氢化钠、硼氢化锂、硼氢化钠中的其中一种或两种以上混合物，每升化学镀液中，还原剂的含量为1.5～3.5g；

所述化学镀液中的季胺化合物为四甲基卤化胺、四乙基卤化胺、1-甲基-3-乙基卤化胺或1-乙基-3-甲基卤化胺。

所述的含镍的二价室温熔融盐与季胺化合物的摩尔比为1:1～7:2。

所述的敏化液为氯化亚锡溶液，每100ml敏化液中，氯化亚锡含量为1.7g-3.3g。

所述的活化液为氯化钯溶液，每100ml的活化液中，氯化钯含量为0.02g-0.07g。

所述的惰性干燥气体为氩气。

以下是发明人给出的实施例。

实施例：在铅丝的表面镀一层Ni的包覆层并加入到10Cr17不锈钢中

（1）铅丝的前处理

1）在室温条件下，取11#～18#号铅丝400克，铅丝直径为1.2mm～2.9mm，将铅丝加入甲醇中搅拌约30min，清洗去除铅丝表面的有机杂质；

2）待铅丝干燥后，再将铅丝加入到丙酮搅拌30min，以清洗除去铅丝表面存在的油脂等污物，之后将铅丝干燥；

3）敏化处理：室温下取5950ml的去离子水加入180g的SnCl₂,再加入50ml浓盐酸使其完全溶解，制得敏化液，将铅丝加入敏化液浸渍搅拌1h后干燥；

4）活化处理：取5950ml的去离子水加入3g的PbCl₂，再加入50ml浓盐酸使其完全溶解,制得活化液，将铅丝加入活化液浸渍搅拌1h后干燥。

或者，在步骤3）制备的敏化液中加入3g的PbCl₂，制成氯化亚锡和氯化钯的混合敏化和活化溶液，将敏化处理后的铅粒加入敏化和活化液中，浸渍搅拌2h后，在惰性气氛下干燥。

（2）化学镀镍溶液的制备

化学镀镍液1制备：

1）在温控加热器中保持温度在60℃左右，取6000ml去离子水，边搅拌边缓慢加入1200g硫酸镍（NiSO₄），使氯化亚镍完全溶解；

2）待氯化亚镍完全溶解后，边搅拌边缓慢向溶液加入四甲基氯化铵，使四甲基氯化铵完全溶解，氯化亚镍与四甲基氯化铵的摩尔比为3:1；

3）将镀液在室温下冷却，向镀液中加入足量的镍丝完全浸渍，在室温下置换精制七天，制得镀镍用化学镀液1。

化学镀镍液2制备：

将化学镀镍液1中的硫酸镍（NiSO₄）用醋酸镍（（C₂H₃O₂）₂·Ni）代替，其他均同化学镀镍液1，制得镀镍用化学镀液2。

化学镀镍液3制备：

将化学镀镍液1中的硫酸镍（NiSO₄）用氯化镍（NiCl₂）代替，其他均同化学镀镍液1，制得镀镍用化学镀液3。

化学镀镍液4制备：

将化学镀镍液1中的硫酸镍（NiSO₄）用硫酸镍铵(NH₄)₂SO₄·NiSO₄）代替，其他均同化学镀镍液1，制得镀镍用化学镀液4。

化学镀镍液5制备：

将化学镀镍液1中的硫酸镍（NiSO₄）用硝酸镍（Ni(NO₃)₂）代替，其他均同化学镀镍液1，制得镀镍用化学镀液5。

化学镀镍液6制备：

将化学镀镍液1中的四甲基氯化铵用四乙基卤化胺代替，其他均同化学镀镍液1，制得镀镍用化学镀液6。

化学镀镍液7制备：

将化学镀镍液1中的四甲基氯化铵用1-甲基-3-乙基卤化胺代替，其他均同化学镀镍液1，制得镀镍用化学镀液7。

化学镀镍液8制备：

将化学镀镍液1中的四甲基氯化铵用1-乙基-3-甲基卤化胺代替，其他均同化学镀镍液1，制得镀镍用化学镀液8。

化学镀镍液9制备：

将化学镀镍液1中的氯化亚镍与四甲基氯化铵的摩尔比改为1：1，其他均同化学镀镍液1，制得镀镍用化学镀液9。

化学镀镍液10制备：

将化学镀镍液1中的氯化亚镍与四甲基氯化铵的摩尔比改为2：1，制得镀镍用化学镀液10。

化学镀镍液11制备：

将化学镀镍液1中的氯化亚镍与四甲基氯化铵的摩尔比改为5：2，制得镀镍用化学镀液11。

化学镀镍液12制备：

将化学镀镍液1中的氯化亚镍与四甲基氯化铵的摩尔比改为7：2，制得镀镍用化学镀液12。

（3）化学镀镍实施例

镀镍实例1：

1）选取6000ml的镀镍用化学镀液1，使用温控加热器保持镀液温度在40℃左右，再取60g硼氢化锂边搅拌边缓慢逐步加入到镀镍用化学镀液1中，使还原剂在镀镍用化学镀液1中分散溶解；

2）待硼氢化锂完全溶解，向镀镍液中加入NaOH调节pH值，保持镀镍用化学镀液1为中性；

3）在室温条件下，边搅拌镀镍用化学镀液1边将镀好的铅丝缓慢加入到配制好的镀镍用化学镀液1中，待溶液充分搅拌1h后，在室温下沉置两天，得到镀镍铅丝1。

镀镍实例2：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液2代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝2。

镀镍实例3：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液3代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝3。

镀镍实例4：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液4代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝4。

镀镍实例5：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液5代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝5。

镀镍实例6：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液6代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝6。

镀镍实例7：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液7代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝7。

镀镍实例8：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液8代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝8。

镀镍实例9：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液9代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝9。

镀镍实例10：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液10代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝10。

镀镍实例11：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液11代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝11。

镀镍实例12：

将镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1用镀镍用化学镀液12代替，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝12。

镀镍实例13（对比例）：

在镀镍实例1中的镀镍用化学镀液1不加入硼氢化锂，其它与镀镍实例1相同，得到镀镍铅丝13。

（4）将镀好的铅丝加入到10Cr17不锈钢中

加铅实例1：

1）将镀好的镀镍铅丝1在氩气气氛下充分干燥；

2）然后使用切割机将镀镍铅丝1切割成长度为3mm～10mm的铅段，之后将铅段加入到不锈钢液中，铅段在不锈钢液中的含量为0.32%，待不锈钢液凝固后，形成含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯。

3）冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，经检测，铅的平均回收率为90.4%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为10.5μm。

加铅实例2：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝2代替，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，经检测，铅的平均回收率为90.5%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，铅在易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为10.1μm。

加铅实例3：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝3代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.30%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，经检测，铅的平均回收率为89.8%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为10.3μm。

加铅实例4：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝4代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.29%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，经检测，铅的平均回收率为88.7%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为9.8μm。

加铅实例5：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝5代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.30%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，经检测，铅的平均回收率为89.1%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，铅段分布均匀，铅在段的平均粒度为9.3μm。

加铅实例6：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝6代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.29%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，经检测，铅的平均回收率为89.3%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为10.4μm。

加铅实例7：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝7代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.27%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，经检测，铅的平均回收率为89.8%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为10.5μm。

加铅实例8：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝8代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.27%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，经检测，铅的平均回收率为89.5%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为10.1μm。

加铅实例9：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝9代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.22%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，经检测，铅的平均回收率为86.2%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为8.3μm。

加铅实例10：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝10代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.23%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，经检测，铅的平均回收率为87.1%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为8.7μm。

加铅实例11：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝11代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.27%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，经检测，铅的平均回收率为87.7%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为9.2μm。

加铅实例12：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝12代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.29%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，经检测，铅的平均回收率为90.0%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，铅段分布均匀，铅段的平均粒度为10.3μm。

加铅实例13（对比例）：

本实施例与加铅实例1所不同的是，将镀镍铅丝1用镀镍铅丝13代替，铅段在不锈钢液中的含量为0.03%，其他步骤均与加铅实例1相同；

冶炼得到的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯，经检测，铅的平均回收率仅为38.4%，所冶炼的含铅的易切削不锈钢钢锭或连铸坯中，铅有偏析现象的发生，铅的平均粒度为1.9μm。