專利名稱：：新型易切削不銹鋼303b及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及冶金及材料科學(xué)領(lǐng)域，本發(fā)明公開了一種新型奧氏體易切削不銹鋼及其生產(chǎn)方法。該鋼種具有高的韌性和塑性，價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、易于加工成型、成品率高等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于制造各種品種規(guī)格的不銹鋼板材、帶材、絲材、棒材以及其它金屬制品。
背景技術(shù)：
：303不銹鋼是一種在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的基礎(chǔ)材料。尤其是電子工業(yè)，多數(shù)的電子零件需要性能優(yōu)異的不銹鋼材料進(jìn)行生產(chǎn)加工，但是傳統(tǒng)的303奧氏體不銹鋼本身又存在一些問題。首先我國是一個(gè)鎳資源短缺的國家。而傳統(tǒng)的303奧氏體不銹鋼要達(dá)到8-9%的鎳含量，這促使我國303不銹鋼的成本一直居高不下;其次，傳統(tǒng)的303不銹鋼在熱處理的過程中可能出現(xiàn)磁性，一旦發(fā)生對(duì)于電子產(chǎn)品性能的穩(wěn)定危害巨大的.最后，應(yīng)用于電子產(chǎn)品的零件往往體積很小,這就要求所用材料具備優(yōu)良的易切削性，從而保護(hù)刀具,提高加工效率。綜上所述，目前急需一種低價(jià)，無磁性，易切削的不銹鋼來替代傳統(tǒng)的303不銹鋼。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種新型易切削不銹鋼及其生產(chǎn)方法。采用這種新型不銹鋼，在滿足原有耐蝕E'」需要的情況下，成本比同類產(chǎn)品降低20%以上。加工速率和加工后的表面光潔度大大優(yōu)于日本標(biāo)準(zhǔn)的SUS303，且絕磁性優(yōu)異。本發(fā)明所述的303B是含有硫的易切削不銹鋼，按質(zhì)量百分比包括下列組分CO.08-0.15%、Mn10-11%、Si《0.8%、P《0.03%、SO.12-0.15%、Cr13-14%、Ni3-4%、Cu0.3-0.6%，其余主要為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)元素。生產(chǎn)上述所說的易切削不銹鋼303B的方法，包括冶煉、澆注、坯料鍛軋及坯料鍛軋件熱處理的步驟，其特征在于，在冶煉過程中，包括以下步驟(1)在電爐初煉時(shí)的熔化期和氧化初期，氧化鋼水充分脫P(yáng)，直至P的含量占總鋼水質(zhì)量《0.03W;脫硅，使硅的含量占總鋼水質(zhì)量《0.80%;(2)還原期脫氧、調(diào)S，使S的含量控制在占總鋼水質(zhì)量0.12-0.15%之內(nèi)；(3)補(bǔ)加合金元素通過爐中分析，調(diào)整錳、銅、鉻、鎳的含量，從而使錳的質(zhì)量百分比達(dá)到10-11%,銅的質(zhì)量百分比達(dá)到0.3-0.6%，鉻的質(zhì)量百分比達(dá)到13-14%，鎳的質(zhì)量百分比達(dá)到3-4%。(4)在精煉爐冶煉時(shí)，進(jìn)行脫碳、除氣和微調(diào)合金元素；初煉后的鋼水進(jìn)入VOD爐真空精煉，抽空時(shí)間不少于8分鐘，真空度不大于1,5mbar，達(dá)到氧的含量〈30ppm、氮的含量《Oppm、氫的含量〈2.5ppm。在本發(fā)明的生產(chǎn)方法中，除在冶煉過程中按組分比例調(diào)整控制組分含量外，其余過程均可采用常規(guī)操作，例如在澆注時(shí)，可采用保護(hù)渣下注法澆注；坯料鍛軋時(shí)以原始坯料完成成型時(shí)，其鍛造比K>5，始軋溫度為1000-1100'C，在此溫度范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間一小時(shí),保溫時(shí)間到后，開始軋鍛，終鍛軋溫度為93(TC;坯料鍛軋件熱處理退火溫度為95(TC,升溫速度控制在100-180'C/min,在此溫度范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間根據(jù)工件的有效厚度，并考慮裝爐量,裝爐方式后制定，保溫時(shí)間到后出爐空冷。根據(jù)上述化學(xué)成分和生產(chǎn)方法生產(chǎn)的303B不銹鋼與日本JIS標(biāo)準(zhǔn)的SUS303不銹鋼比較，添加了微量的Cu元素來保證耐蝕性，同時(shí)303B奧氏體不銹鋼具有高M(jìn)n低Ni的成分組成，采用價(jià)格低廉的錳代替昂貴的鎳，大大降低了生產(chǎn)成本。其化學(xué)成分比較見表1表l化學(xué)成分比較表(%)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>303B不銹鋼具有以下特點(diǎn):1、該新鋼種拋棄了傳統(tǒng)的生成馬氏體或形成碳化物和氮化物強(qiáng)化手段，而采用有穩(wěn)定奧氏體的形成和以Cu、Mn等元素補(bǔ)充強(qiáng)化為主要手段，通過科學(xué)的熱處理使之具有穩(wěn)定的奧氏體相組織。特色之一是加入Cu:Cu本身是有害元素，但是加入微量的Cu會(huì)體現(xiàn)如下優(yōu)點(diǎn)在熱軋過程中，Cj會(huì)在奧氏體晶界區(qū)域產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化相，此時(shí)處于熱軋的最初階段，奧氏體一面變形一面迅速再結(jié)晶,變形中產(chǎn)生富Cu有益的金屬間化合物,成為奧氏體當(dāng)中的強(qiáng)化相,經(jīng)熱軋后的鋼呈現(xiàn)良好的強(qiáng)度。另外，Cu本身的抗腐蝕性能很好,加入Cu元素，實(shí)踐證明也提高了該鋼種在稀硫酸和稀鹽酸中的抗蝕能力。特色之二是高M(jìn)n:Mn含量的提高,穩(wěn)定了奧氏體組織,有效的避免了熱處理中的磁化現(xiàn)象。特色之三是C含量稍高于普通不銹鋼C對(duì)于擴(kuò)大奧氏體區(qū)域的能力相對(duì)于Ni來講是Ni的30倍，所以起到了代替Ni元素穩(wěn)定奧氏體的作用。(一般不銹鋼要求低C，是為了保Cr提高耐蝕性，但是，在弱腐蝕環(huán)境中，傾向于以碳代鎳，降低成本。)2、因?yàn)閷儆谝浊邢麂?，適用于自動(dòng)車床、數(shù)控加工制成電氣小產(chǎn)品的金屬元件，在加工過程中，刀具的磨損較小，切削效率高，降低了成本。3、成本低廉，在滿足原有耐蝕型需要的情況下，成本比同類產(chǎn)品降低20%以上。本發(fā)明的具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖及如下圖1、冶煉工藝流程1-配料2-電爐3-熔化期4-氧化期5-還原期6-中間包7-精煉爐8-精煉期A-裝料B-熔化C-脫磷D-脫硅E-脫氧(沉淀加擴(kuò)散的聯(lián)合脫氧方法)F-調(diào)硫(通過加入含硫26%的硫鐵進(jìn)行調(diào)硫)J-補(bǔ)加合金元素H-脫碳I-除氣G-微調(diào)合金元素K--出鋼圖2制造工藝流程1-鑄造2-鋼坯打磨3-退火爐4軋機(jī)5-退火爐6-矯直6-矯直7-酸洗8-無心車(表面快速剝皮)9-無心磨10、檢驗(yàn)A-角鋼、扁鋼和方鋼的工藝路線圖B-圓棒的工藝路線圖圖3、303B能譜分析圖4、303B金相圖具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做下一步描述。實(shí)施例1:選用以下質(zhì)量組成百分比進(jìn)行冶煉CO.10°/。、MnlO%、Si《0.8%、P《0.03°/。、SO.15°/。、Cr14%、Ni3°/。、CuO.4%,其余主要為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)元素。具體的生產(chǎn)流程如圖l所示，敘述如下1、裝料(如圖1中1、A):以廢不銹鋼、切屑和高碳硌鐵合金等為主爐料成分。除了碳、硅、硫外，應(yīng)接近鋼號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)成分。2、初煉(1)熔化期和氧化期(如圖l中l(wèi)、5):裝料完成后，開始加熱熔化。①脫磷(如圖1中C)，氧化鋼水充分脫磷，使磷的含量占總鋼水質(zhì)量《0.03%;②脫硅(如圖1中D),使硅的含量占總鋼水質(zhì)量《0.80%;(2)還原期(如圖1中4):主要任務(wù)是調(diào)控鋼水中的氧和硫，并根據(jù)爐中分析補(bǔ)加合金元素。①脫氧(如圖1中E)，我們采用沉淀加擴(kuò)散聯(lián)合脫氧的方法。主要操作是全部扒渣，加入稀薄渣料，化稀薄渣后加入電石或碳粉等進(jìn)行還原，當(dāng)爐渣轉(zhuǎn)白或灰白后，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，然后取樣分析成分。在還原過程中保持白渣；②調(diào)硫(如圖1中F)，具體方法是加入含硫26%的硫鐵進(jìn)行調(diào)硫，使硫的質(zhì)量百分比達(dá)到0.15%，去除硫的化合夾雜；③補(bǔ)加合金元素(如圖1中J):主要是通過爐中分析，調(diào)整錳、銅、鉻、鎳的含量，從而使錳的質(zhì)量百分比達(dá)'到10%，銅的質(zhì)量百分比達(dá)到0.4%，鉻的質(zhì)量百分比達(dá)到14%,鎳的質(zhì)量百分比達(dá)到3%。3、精煉(如圖1中7):主要任務(wù)在于在于在真空脫碳，真空除氣及真空下合金成分微調(diào)。①脫碳(如圖1中H)，在真空下確保含碳量控制在總鋼水質(zhì)量的0.1%，之后加入還原劑，以還原渣中的氧化鉻(Cr203)，脫O并去除夾雜物。②除氣(如圖1中I):通過中間包后轉(zhuǎn)入VOD爐進(jìn)行真空精煉，抽真空時(shí)間不少于8分鐘，真空度不大于1.5mbar，達(dá)到氧的含量〈30ppm、氮的含量〈80ppm、氫的含量〈2.5ppm。③微調(diào)合金元素(如圖1中G):再次進(jìn)行爐中分析，微調(diào)錳、銅、鉻、鎳的含量使達(dá)到成分要求。4、澆注(如圖2中1):在1500'C出鋼后，采用保護(hù)渣下注法澆注。5、鑄件落砂和清砂，去除澆冒口、飛翅和毛刺(如圖2中2)。6、高溫退火(如圖2中3)澆注成型后把坯料鍛軋件送熱處理爐加熱，備用熱軋。熱處理工藝為退火溫度為950°C，升溫速度控制在100-180°C/inin,在此溫度范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間根據(jù)工件的有效厚度，并考慮裝爐量，裝爐方式后制定，保溫時(shí)間到后出爐空冷。7、熱軋(如圖2中4):熱軋工藝為始軋溫度為108(TC，在此溫度范圍內(nèi)保溫，保溫時(shí)間一小時(shí),保溫時(shí)間到后，開始軋鍛，終鍛軋溫度為930'C鍛造比K》5。(軋前①125mm，軋后①25mm)8、低溫退火(如圖2中5):把金屬加熱至再結(jié)晶溫度(600°C-650°C)，以消除硬化，恢復(fù)塑性。9、采用壓力機(jī)對(duì)棒材進(jìn)行熱矯直(如圖2中6)。10、對(duì)于棒材(如圖2中B):①、用無心車床去除棒材表面氧化皮(如圖2中8)。②、采用無心磨床粗磨外圓表面(如圖2中9)。對(duì)于角鋼、扁鋼和方鋼采用10%-20%的鹽酸酸洗(如圖2中A、7)。11、檢驗(yàn)(如圖2中10)。將上述制得的303B不銹鋼能譜分析如圖3，金相圖如圖4所示。該產(chǎn)品與日本JIS標(biāo)準(zhǔn)的SUS303不銹鋼進(jìn)行對(duì)比，硬度，耐腐蝕，易切削性能比較對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。表2性能對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注①耐蝕性釆用鹽霧腐蝕試驗(yàn)評(píng)價(jià)，應(yīng)用5%的中性鹽溶液，溫度35°C，進(jìn)氣壓為35kPa，出氣壓為60kPa,當(dāng)試樣表面出現(xiàn)暗黑色的點(diǎn)時(shí)303B經(jīng)歷的時(shí)間為100小時(shí)。②切削加工性能分級(jí)參見韓榮第，于啟勛著.難加工材料切削加工.北京機(jī)械工業(yè)出版社，1996。實(shí)施例2生產(chǎn)步驟與實(shí)施例l相同，不同之處在于，選用以下質(zhì)量組成百分比進(jìn)行冶煉CO.08%、Mnll%、Si《0.8%、P《0.03°/。、SO.12%、Cr13%、Ni4%、Cu0.6%，其余主要為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)元素。在冶煉期按上述組成控制含量和添加元素。所得303B不銹鋼性能與實(shí)施例l基本相同。實(shí)施例3生產(chǎn)步驟與實(shí)施例l相同，不同之處在于，選用以下質(zhì)量組成百分比進(jìn)行冶煉CO.15%、MnlO%、Si《0.8%、P《0.03%、SO.12-0.15%、Cr13-14%、Ni3-4%、CuO.3%，其余主要為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)元素。在冶煉期按上述組成控制含量和添加元素。所得303B不銹鋼性能與實(shí)施例l基本相同。由上述生產(chǎn)的303B不銹鋼，其化學(xué)成分、機(jī)械性能等均滿足用戶電子產(chǎn)品的技術(shù)條件，其樣品的化學(xué)成分和機(jī)械性能經(jīng)國家檢測(cè)部門檢測(cè)如1和表2。權(quán)利要求1、一種易切削不銹鋼，其特征在于，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比包括下列組分C0.08-0.15％、Mn10-11％、Si≤0.8％、P≤0.03％、S0.12-0.15％、Cr13-14％、Ni3-4％、Cu0.3-0.6％，其余主要為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)元素。2、生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的易切削不銹鋼的方法，包括冶煉、澆注、坯料鍛軋及坯料鍛軋件熱處理的步驟，其特征在于，在冶煉過程中，包括以下操作(1)在電爐初煉時(shí)的熔化期和氧化初期，氧化鋼水充分脫P(yáng)，直至P的含量占總鋼水質(zhì)量《0.03y。；脫硅，使硅的含量占總鋼水質(zhì)量《0.80%;(2)還原期脫氧、調(diào)S，使S的含量控制在占總鋼水質(zhì)量0.12-0.15。/。之內(nèi)；(3)補(bǔ)加合金元素主要是通過爐中分析，調(diào)整錳、銅、鉻、鎳的含量，從而使錳的質(zhì)量百分比達(dá)到10-11%，銅的質(zhì)量百分比達(dá)到0.3-0.6%,鉻的質(zhì)量百分比達(dá)到13-14%,鎳的質(zhì)量百分比達(dá)到3-4%。(4)在精煉爐冶煉時(shí)，進(jìn)行脫碳、除氣和微調(diào)合金元素；初煉后的鋼水進(jìn)入VOD爐真空精煉，抽空時(shí)間不少于8分鐘，真空度不大于1.5mbar，達(dá)到氧的含量《Oppm、氮的含量〈80ppm、氫的含量〈2.5ppm。全文摘要本發(fā)明涉及冶金及材料科學(xué)領(lǐng)域，具體是一種新型奧氏體易切削不銹鋼及其生產(chǎn)方法。所說的易切削不銹鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比包括下列組分C0.08-0.15％、Mn10-11％、Si≤0.8％、P≤0.03％、S0.12-0.15％、Cr13-14％、Ni3-4％、Cu0.3-0.6％，其余主要為Fe及不可避免的微量雜質(zhì)元素。其生產(chǎn)方法的特點(diǎn)，主要是在冶煉過程中，要按組成配比控制含量和添加元素。本發(fā)明的產(chǎn)品具有硬度，耐腐蝕，易切削的優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)方法的成本低廉，在滿足原有耐蝕型需要的情況下，成本比同類產(chǎn)品降低20％以上。文檔編號(hào)C21C5/52GK101413091SQ20081023553公開日2009年4月22日申請(qǐng)日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者馮愛新,曹宇鵬,洋王,王雷剛,董增武,趙光偉申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)