專利名稱：一種無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼及其生產(chǎn)方法，尤其是一種無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼及其制造方法，屬于金屬材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
:隨著切削加工工業(yè)向高速化、自動(dòng)化與精密化方向的發(fā)展以及生產(chǎn)量的日益增高，可切削性良好的各種易切削鋼已成為汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、儀表等工業(yè)快速發(fā)展所必須的重要材料。易切削鋼按易切削元素可分為硫系、鉛系、鈣系及復(fù)合易切削鋼。在易切削鋼中，90%以上為硫系。鉛系易切削鋼在我國(guó)易切削鋼中用量?jī)H次于硫系，排第二位，具有良好的機(jī)械性能和易切削性能。但是含鉛易切削鋼在生產(chǎn)及廢鋼回收熔煉過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的污染，有害于人體健康，使鉛系易切削鋼的應(yīng)用受到了一定限制。歐洲共同體有關(guān)條例已停止回收再利用含鉛的汽車零件，已停止或大幅度削減含鉛易切削鋼的生產(chǎn)。因此，開(kāi)發(fā)無(wú)鉛易切削鋼無(wú)疑勢(shì)在必行。眾所周知，奧氏體不銹鋼由于具有優(yōu)秀的耐蝕性，良好的塑性與精美的外觀，以及易于進(jìn)行冷熱加工與焊接等特性，因而得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。目前，奧氏體不銹鋼不僅在石油、化工電子儀器、精密機(jī)械工業(yè)部門得到廣泛使用，而且在建筑裝飾、食品、醫(yī)療以及家庭用具等生活領(lǐng)域也占據(jù)了愈來(lái)愈重要的地位。很多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家在特殊鋼的總年產(chǎn)量中，奧氏體不銹鋼的比例均有所上升。但是，由于奧氏體不銹鋼的加工硬化率大，使切削力增高；由于塑性、韌性與高溫強(qiáng)度高，使切削能量消耗增大；同時(shí)還因熱導(dǎo)系數(shù)小，切削加工時(shí)產(chǎn)生的切削熱不易消散，與被加工材料接觸的刀具刃端會(huì)發(fā)生塑性變形并使刀具的前傾面與被加工材料發(fā)生粘著，這不僅降低了刀具壽命，而且使加工表面易起毛刺，降低其表面光潔度，甚至引起工件的熱變形。總之，奧氏體不銹鋼的可切削性差這個(gè)明顯的缺點(diǎn)，隨著其產(chǎn)量的日增，用途的擴(kuò)大以及對(duì)奧氏體不銹鋼產(chǎn)品機(jī)械加工的自動(dòng)化和提高產(chǎn)品精度的要求日趨迫切，愈加顯得更為突出，因此研制與使用各種易切削奧氏體不銹鋼的任務(wù)也就顯得愈加重要和迫在眉睫。

在奧氏體型不銹鋼中，鉛與其他易切性元素復(fù)合加入時(shí)效果非常好，對(duì)刀具壽命和切屑處理性的良好作用極為明顯，同時(shí)還基本不影響鋼的耐蝕性(鹽水噴霧試驗(yàn)時(shí))，并使鋼的冷塑加工性有所改善。但從環(huán)保角度考慮，鉛易切削鋼終將會(huì)被淘汰。為了開(kāi)發(fā)與含鉛易切削鋼具有相同切削性能和力學(xué)性能的無(wú)鉛易切鋼，選用具有同樣低熔點(diǎn)的、在人體中蓄積性低而無(wú)害的Bi替代Pb，Bi元素具有與鉛相同的作用。硼元素在我國(guó)儲(chǔ)藏量較多，由于其相對(duì)廉價(jià)而在鋼中常常作為合金元素被大量使用。在奧氏體不銹鋼中添加微量的硼元素，能夠提高可切削性。我國(guó)的稀土資源極為豐富，稀土在鋼鐵中有廣泛的應(yīng)用。大量資料表明，稀土有明顯凈化鋼液、改性鋼中夾雜物的作用，而鋼中夾雜物是影響鋼材易切削性能的關(guān)鍵因素。在含硫易切削鋼中加入適量稀土，由于夾雜物組成、尺寸與形狀等的明顯改善，鋼的可切削性得到進(jìn)一步的提高。利用稀土的變質(zhì)作用等改善奧氏體不銹鋼的切削性能。都將是切實(shí)有效的措施。“用硫、稀土、硼、鉍代替鉛的無(wú)鉛易切削奧氏體不銹鋼”這一新鋼種的開(kāi)發(fā)，具有廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)明內(nèi)容:本發(fā)明的目的就是要解決奧氏體不銹鋼生產(chǎn)中切削性能差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種含有硫、稀土、硼、鉍成分的奧氏體不銹鋼，通過(guò)成分設(shè)計(jì)、冶煉鋼錠、軋制試驗(yàn)、切削試驗(yàn)、熱處理試驗(yàn)、組織檢驗(yàn)、力學(xué)性能試驗(yàn)、腐蝕性能試驗(yàn)以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電產(chǎn)品切削試驗(yàn)等，開(kāi)發(fā)出這種新型易切削奧氏體不銹鋼。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為:碳含量在0.12%以下；硅含量在1.00%以下；錳含量在0.20
0.72%之間；鎳含量在8.00 11.00%之間；鉻含量在17.00 19.00%之間；鈦含量在
0.1 0.8%之間；硫含量在0.08 0.16%之間；稀土含量在0.01 0.08%之間；硼含量在0.001 0.01 %之間；鉍含量在0.03 0.13%之間;磷含量在0.035%以下。其中鋼中元素Mn/S比保證在2.5 4.5之間。一種無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼的制造方法:其步驟是:1、鋼錠冶煉:采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行鋼錠冶煉。合金料熔化后加鋁脫氧。在出爐前借助于料斗將FeS、硼和稀土依次加入，加入的量保證鋼中元素Mn/S比在2.5 4.5之間。鋼水精煉后，在Ar氣體保護(hù)下加入金屬鉍，精煉50秒-70秒，出鋼，由于稀土和鉍熔點(diǎn)較低，極易燒損，對(duì)硼和稀土用鋁箔包裹，而對(duì)金屬鉍則用特制的圓筒容器加入，有效的解決了煉鋼精煉中鉍的氣化問(wèn)題。所述圓筒容器包括圓筒、手柄和封蓋。封蓋通過(guò)焊接的方式固定在圓筒的開(kāi)口處，手柄固定在圓筒的另一端。小塊的金屬鉍原料處于圓筒內(nèi)。封蓋與圓筒間保留有2 3_的縫隙，僅焊有3 4個(gè)焊點(diǎn)。通過(guò)手柄將圓筒容器放入真空感應(yīng)爐內(nèi)，使鉍原料在超易切削奧氏體不銹鋼的熔煉過(guò)程中逐漸地加入，(為避免圓筒容器融化，加入后圓筒容器很快取出)盡量避免鋼錠化學(xué)成分不均及鉍的燒損。2、鋼錠開(kāi)坯、軋制:開(kāi)坯、軋制時(shí)軋制溫度區(qū)間設(shè)定在較窄的1100 1200°C范圍內(nèi)，以防止鋼在熱軋過(guò)程中的“熱脆”現(xiàn)象發(fā)生，鋼錠開(kāi)坯、軋制過(guò)程中溫度區(qū)間設(shè)定范圍盡量窄一些，否則鋼錠冒口端會(huì)沿軋制方向產(chǎn)生鱷魚(yú)口狀開(kāi)裂。3、機(jī)加工:完成開(kāi)坯、軋制后的超易切削奧氏體不銹鋼進(jìn)行隨后的機(jī)加工，獲得生產(chǎn)所需的原料。采用上述成分及工藝步驟得到的超易切削奧氏體不銹鋼，在實(shí)際切削過(guò)程中，充分利用了鋼中同時(shí)加入兩個(gè)以上的易切性元素在改善可切削性方面具有“相乘效果”的原理，不僅具有很好的易切削性能，而且腐蝕性能和力學(xué)性能指標(biāo)也完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)奧氏體不銹鋼的性能要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:具有超易切削性，而且腐蝕性能和力學(xué)性能指標(biāo)幾乎不降低。這種超易切削奧氏體不銹鋼適合切削加工工業(yè)向高速化，自動(dòng)化與精密化方向發(fā)展，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。


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圖1是圓筒容器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
:一種無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為:碳含量為0.1%，硅含量為0.8%，錳含量為0.45 %，鎳含量為9%，鉻含量為18 %，鈦含量為0.5%，硫含量為
0.15%,稀土含量為0.05%,硼含量0.007 %，鉍含量0.1%，磷含量為0.03%。一種無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼的制造方法:
1、鋼錠冶煉:采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行鋼錠冶煉。合金料熔化后加鋁脫氧。在出爐前借助于料斗將FeS、硼和稀土依次加入。鋼水精煉后，在Ar氣體保護(hù)下加入金屬鉍，精煉Imin,出鋼，由于稀土和鉍熔點(diǎn)較低，極易燒損，對(duì)硼和稀土用鋁箔包裹，而對(duì)金屬鉍則用特制的圓筒容器加入(加入后圓筒容器很快取出，避免融化)，有效的解決了煉鋼精煉中鉍的氣化問(wèn)題。所述圓筒容器包括圓筒1、手柄3和封蓋4。封蓋4通過(guò)焊接的方式固定在圓筒I的開(kāi)口處，手柄3固定在圓筒I的另一端。小塊的金屬鉍原料2處于圓筒內(nèi)。圓筒I的直徑20 30mm，高為40mm。封蓋4與圓筒I間保留有2 3mm的縫隙，僅焊有3 4個(gè)焊點(diǎn)。使鉍原料在超易切削奧氏體不銹鋼的熔煉過(guò)程中逐漸地加入，避免鋼錠成分不均及鉍的燒損。2、鋼錠開(kāi)坯、軋制:開(kāi)坯、軋制時(shí)軋制溫度為1150°C，終軋溫度最低不低于1100℃。3、機(jī)加工:完成開(kāi)坯、軋制后的超易切削奧氏體不銹鋼進(jìn)行隨后的機(jī)加工，獲得生產(chǎn)所需的原料。取經(jīng)過(guò)上述成分設(shè)計(jì)和冶煉、加工工藝后得到的單件超易切削奧氏體不銹鋼Φ 100mm棒料與普通奧氏體不銹鋼Φ 100mm棒料各一個(gè)進(jìn)行切削實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究。采用YD-21動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀、八角環(huán)測(cè)力儀、電橋盒和自然熱電偶等在CA616IA雙軸控制切削機(jī)床上測(cè)量切削力。進(jìn)給量和切削深度分別為0.2mm/rev (毫米/轉(zhuǎn))和0.5mm(毫米)、切削速度為10-80m/min (毫米/分鐘)的參數(shù)用于測(cè)量4秒左右的主切削力(切向力)。使用二個(gè)新刀具以120-130m/min的切削速度、進(jìn)給量和切削深度分別為0.2mm/rev和0.5mm測(cè)其刀具磨損。刀具材料為含WC和Co的K30硬質(zhì)合金。表1超易切削奧氏體不銹鋼的切削力
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為:碳含量在0.12%以下；硅含量在1.00%以下；錳含量在0.20 0.72%之間；鎳含量在8.00 11.00%之間；鉻含量在17.00 19.00%之間；鈦含量在0.1 0.8%之間；硫含量在0.08 0.16%之間；稀土含量在0.01 0.08%之間；硼含量在0.001 0.01 %之間；鉍含量在0.03 .0.13%之間；磷含量在0.035%以下，其中元素Mn/S比保證在2.5 4.5之間。
2.制備如權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼的方法:其步驟是: 1)鋼錠冶煉:采用真空感應(yīng)爐進(jìn)行鋼錠冶煉，合金料熔化后加鋁脫氧，在出爐前借助于料斗將FeS、硼和稀土依次加入；鋼水精煉后，在Ar氣體保護(hù)下加入金屬鉍，金屬鉍用特制的圓筒容器加入，加入后圓筒容器很快取出，避免融化，精煉50秒-70秒，出鋼； 2)鋼錠開(kāi)坯、軋制:開(kāi)坯、軋制時(shí)軋制溫度區(qū)間設(shè)定在1100 1200°C范圍內(nèi)； 3)機(jī)加工:完成開(kāi)坯、軋制后的超易切削奧氏體不銹鋼進(jìn)行隨后的機(jī)加工，獲得生產(chǎn)所需的原料。
3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼的制備方法:其特征在于:步驟1)中所述的特制的圓筒容器包括圓筒、手柄和封蓋；封蓋通過(guò)焊接的方式固定在圓筒的開(kāi)口處，手柄固定在圓筒的另一端，小塊的金屬鉍原料處于圓筒內(nèi)，封蓋與圓筒間保留有2 3mm的縫隙,僅焊有3 4個(gè)焊點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求2所述的無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼的制備方法:其特征在于:步驟I)中用鋁箔包裹硼和稀土。
全文摘要
一種無(wú)鉛超易切削奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為碳含量為0.1%，硅含量為0.8％，錳含量為0.45％，鎳含量為9%，鉻含量為18％，鈦含量為0.5%，硫含量為0.11％，稀土含量為0.05%，硼含量為0.007％，鉍含量為0.1%，磷含量為0.03%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有超易切削性，而且腐蝕性能和力學(xué)性能指標(biāo)幾乎不降低。這種超易切削奧氏體不銹鋼適合切削加工工業(yè)向高速化，自動(dòng)化與精密化方向發(fā)展，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。
文檔編號(hào)C22C38/60GK103205656SQ20131002035
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者李壯, 呂偉 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)航空航天大學(xué)