本发明涉及一种在机械工业中广泛应用的易切削钢-Y45TiS及其冶炼方法。 中碳Ca-S易切削钢是目前在机械工业中广泛应用的一类易切削钢，但此类易切削钢除调质性能有某些缺点外，在冶炼过程中也有一些技术上的困难。以Y45CaS中碳易切削钢为例：该种钢为本质粗晶粒钢，晶粒度为3-4级，高温时，奥氏体晶粒长大倾向较大，淬透性亦较差。在冶炼过程中，由于是以硫磺进行硫化，硫磺比重小，在钢水中易上浮，在高温下易产生SO2有毒气体，有害于操作工人的健康，污染操作环境。此外，Ca合金不易加入钢中，而且在钢中Ca的溶解度又很低，因此，难以保证钢中Ca成分的稳定性，从而，使钢的合格率和质量稳定性明显降低。
本发明的目的是生产一种机械性能和调质性能和45＃钢相当，切削性能优于45＃钢，在淬透性、本质晶粒度和奥氏体晶粒长大倾向方面优于Y45CaS易切削钢，而冶炼过程中又能够克服Y45CaS冶炼中的困难的新型易切削钢。从而实现机械加工的省力、节能和提高加工效率，降低加工成本。近年来，虽然日本等少数国家已开始试制Ti-Ca复合易切削钢，但有关这方面的实质性技术文献报道很少。
本发明提供的Y45TiS易切削钢含有（按重量）0.42～0.50%C，0.60～1.00%Mn，0.17～0.37%Si，0.04～0.13%S，≤0.04%P，0.005～0.03%Ti。为保证Y45TiS具有良好的切削性能，在电弧炉、转炉、平炉或其它炉子中冶炼该种钢时，除按通常优质结构钢工艺操作外，应严格控制对本钢种有害的元素〔N〕和〔Al〕，使〔N〕或〔Al〕在0.005%以下。以减少TiN和Al2O3的数量，降低这二种硬质夹杂物对钢切削性能的有害影响。采用电弧炉冶炼Y45TiS时，在装废钢前，向电弧炉中事先加入足够造渣剂，在熔化过程中边熔化边成渣。氧化期还原期操作禁用粘土火砖。只用CaOCaF2或铁皮及时迅速地造好碱度在2.0～2.8的透气性高，流动性好的炉渣。冶炼期间，采用高温氧化，白渣还原精炼，快速熔化、快速除渣、快速还原、快速出钢操作。Y45TiS与Y45CaS同属调整脱氧钢。Y45TiS以Ti调整脱氧，Y45CaS以Ca调整脱氧。在电弧炉，转炉、平炉及其它炉子中冶炼Y45TiS时，脱氧程度始终控制在镇静钢和半镇静钢之间。其调整脱氧、硫化及合金化操作如下：出钢时，必须首先将称量好的Fe-Ti加入铺满钢水的盛钢桶中钢流内，进行调整脱氧后，按钢种成分范围和出钢量确定地硫铁矿和Fe-Si用量，将硫铁矿和Fe-Si加入盛钢桶内，调整好硫和硅的含量。盛钢桶内钢水温度在1560℃～1570℃时，通过滑动水口，采用三位一体浇注，铸锭后，钢锭采用缓冷操作。
Y45TiS同45＃钢，Y40Mn和Y45CaS的性能比较如下：图1为Y45TiS与45＃钢以切削速度为90米/分进行中速切削时，刀具磨损情况。图2为Y45TiS与45＃钢在切削速度为250米/分下进行高速切削时，刀具磨损情况。实验表明Y45TiS适合在30～250米/分的切削速度范围内被加工，与45＃钢相比，提高刀具寿命3～9倍。
机械性能
表1
表1中Y45TiS机械性能与GB699-65标准中规定值对比都在所规定的规格范围内，与正常生产的45＃钢对比，Y45TiS的强度指标平均值高于45＃钢，塑性指标与45＃钢相当，说明新钢种具有基础钢的力学性能。
旋转弯曲疲劳试验结果 表2
表2中试验数据指出，三组不同含硫量的疲劳强度都高于45＃钢，表明Y45TiS具有良好的疲劳强度。
在M-200型磨损试验机上进行耐磨性试验，采用滑动磨擦方式，上试样固定（用耐磨铸铁），下试样转速为400转/分，其结果如下：
Y45TiS与Y40Mn磨损试验结果 表3
Y45TiS与Y40Mn的磨损试验结果 表4
Y45TiS与Y40Mn磨损量比较，前者比后者降低一倍以上，表明Y45TiS新钢种比Y40Mn耐磨。
用自动膨胀仪测定Y45TiS的临界点，其结果如下：
Y45TiS临界点测定结果 表5
Y45TiS与45＃钢相比、由于钢中加Ti、使加热时临界点上升、冷却时临界点下降。
用德制的EWISS型示差立式膨胀仪测量线膨胀系数，其结果如下：
线膨胀系数测量结果 表6
Y45TiS的线膨胀系数基本上小于45＃钢，对要求精度高，变形小的零部件Y45TiS提供了新材料。
钢中夹杂物采用金相分析、电子探针微区x射线分析、定量分析和扫描电子显微镜观察分析得出：钢中夹杂物以MnS和呈纺锤形或近视球形的Ti-S-Al-O系复合夹杂物，有时参杂极少量TiN夹杂物。
该发明所涉及的新钢种与45＃钢及某些中碳易切钢相比具有许多优点。与45＃钢比，Y45TiS有比45＃钢较好的切削性能，能够在30～250米/分的切削范围内，提高刀具寿命，提高切削加工效率、节能、节省刀具和操作人员。线膨胀系数比45＃钢小、加工变形小、适于加工精度高、变形小的零部件。调质处理时，淬裂敏感性比45＃低。冶炼时间也比45＃钢短25%，提高了冶炼作业率和设备利用率，减少了电耗。与Ca-S易切钢相比，用Ti元素调整脱氧能够细化钢的晶粒度，提高高温加工时奥氏体粗化温度，提高钢的淬透性，而且Ti元素在冶炼过程中比Ca元素更易加入钢中，因此，Ti-S易切钢比Ca-S易切钢易于生产，质量更加稳定可靠。同时，也解决了Ca-S易切钢生产给环境造成污染的问题。与Y40Mn易切削钢相比，Y40Mn的机械性能、晶粒度、调质热处理性能都不如Y45TiS好、做丝杠、光杠、操纵杆易变形，产生不合格品。耐磨性也比Y45TiS低，由于Y40Mn含硫高，因此，热加工困难，成材率低。