CN101413091A - 新型易切削不锈钢303b及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金及材料科学领域，具体是一种新型奥氏体易切削不锈钢及其生产方法。所说的易切削不锈钢，其化学成分按质量百分比包括下列组分：C 0.08－0.15％、Mn 10－11％、Si≤0.8％、P≤0.03％、S 0.12－0.15％、Cr 13－14％、Ni 3－4％、Cu 0.3－0.6％，其余主要为Fe及不可避免的微量杂质元素。其生产方法的特点，主要是在冶炼过程中，要按组成配比控制含量和添加元素。本发明的产品具有硬度，耐腐蚀，易切削的优点。生产方法的成本低廉，在满足原有耐蚀型需要的情况下，成本比同类产品降低20％以上。

Description

新型易切削不锈钢303B及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶金及材料科学领域，本发明公开了一种新型奥氏体易切削不锈钢及其生产方法。该钢种具有高的韧性和塑性，价格低廉、性能稳定、易于加工成型、成品率高等优点。特别适用于制造各种品种规格的不锈钢板材、带材、丝材、棒材以及其它金属制品。

发明背景

303不锈钢是一种在工业生产中应用极为广泛的基础材料。尤其是电子工业，多数的电子零件需要性能优异的不锈钢材料进行生产加工，但是传统的303奥氏体不锈钢本身又存在一些问题。首先我国是一个镍资源短缺的国家。而传统的303奥氏体不锈钢要达到8-9％的镍含量，这促使我国303不锈钢的成本一直居高不下；其次，传统的303不锈钢在热处理的过程中可能出现磁性，一旦发生对于电子产品性能的稳定危害巨大的.最后，应用于电子产品的零件往往体积很小，这就要求所用材料具备优良的易切削性，从而保护刀具，提高加工效率。综上所述，目前急需一种低价，无磁性，易切削的不锈钢来替代传统的303不锈钢。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型易切削不锈钢及其生产方法。采用这种新型不锈钢，在满足原有耐蚀型需要的情况下，成本比同类产品降低20％以上。加工速率和加工后的表面光洁度大大优于日本标准的SUS303，且绝磁性优异。

本发明所述的303B是含有硫的易切削不锈钢，按质量百分比包括下列组分：C 0.08-0.15％、Mn10-11％、Si≤0.8％、P≤0.03％、S 0.12-0.15％、Cr 13-14％、Ni 3-4％、Cu 0.3-0.6％，其余主要为Fe及不可避免的微量杂质元素。

生产上述所说的易切削不锈钢303B的方法，包括冶炼、浇注、坯料锻轧及坯料锻轧件热处理的步骤，其特征在于，在冶炼过程中，包括以下步骤：

(1)在电炉初炼时的熔化期和氧化初期，氧化钢水充分脱P，直至P的含量占总钢水质量≤0.03％；脱硅，使硅的含量占总钢水质量≤0.80％；

(2)还原期脱氧、调S，使S的含量控制在占总钢水质量0.12-0.15％之内；

(3)补加合金元素：通过炉中分析，调整锰、铜、铬、镍的含量，从而使锰的质量百分比达到10-11％，铜的质量百分比达到0.3-0.6％，铬的质量百分比达到13-14％，镍的质量百分比达到3-4％。

(4)在精炼炉冶炼时，进行脱碳、除气和微调合金元素；初炼后的钢水进入VOD炉真空精炼，抽空时间不少于8分钟，真空度不大于1.5mbar，达到氧的含量<30ppm、氮的含量<80ppm、氢的含量<2.5ppm。

在本发明的生产方法中，除在冶炼过程中按组分比例调整控制组分含量外，其余过程均可采用常规操作，例如：

在浇注时，可采用保护渣下注法浇注；

坯料锻轧时：以原始坯料完成成型时，其锻造比K≥5，始轧温度为1000-1100℃，在此温度范围内保温，保温时间一小时，保温时间到后，开始轧锻，终锻轧温度为930℃；

坯料锻轧件热处理：退火温度为950℃，升温速度控制在100-180℃/min，在此温度范围内保温，保温时间根据工件的有效厚度，并考虑装炉量，装炉方式后制定，保温时间到后出炉空冷。

根据上述化学成分和生产方法生产的303B不锈钢与日本JIS标准的SUS303不锈钢比较，添加了微量的Cu元素来保证耐蚀性，同时303B奥氏体不锈钢具有高Mn低Ni的成分组成，采用价格低廉的锰代替昂贵的镍，大大降低了生产成本。

其化学成分比较见表1

表1化学成分比较表(％)

 

	C	Mn	Si	S	Cr	Ni	Cu
								303B	0.08-0.15	10.00-11.00	≤0.80	0.12-0.15	13.00-14.00	3.00-4.00	0.3-0.6
SUS303	≤0.15	≤2.00	≤1.00	≤0.15	17.00-19.00	8.00-10.00	------

303B不锈钢具有以下特点：

1、该新钢种抛弃了传统的生成马氏体或形成碳化物和氮化物强化手段，而采用有稳定奥氏体的形成和以Cu、Mn等元素补充强化为主要手段，通过科学的热处理使之具有稳定的奥氏体相组织。

特色之一是加入Cu:Cu本身是有害元素，但是加入微量的Cu会体现如下优点：在热轧过程中，C会在奥氏体晶界区域产生沉淀强化相，此时处于热轧的最初阶段，奥氏体一面变形一面迅速再结晶，变形中产生富Cu有益的金属间化合物，成为奥氏体当中的强化相，经热轧后的钢呈现良好的强度。另外，Cu本身的抗腐蚀性能很好，加入Cu元素，实践证明也提高了该钢种在稀硫酸和稀盐酸中的抗蚀能力。

特色之二是高Mn:Mn含量的提高，稳定了奥氏体组织，有效的避免了热处理中的磁化现象。

特色之三是C含量稍高于普通不锈钢：C对于扩大奥氏体区域的能力相对于Ni来讲是Ni的30倍，所以起到了代替Ni元素稳定奥氏体的作用。(一般不锈钢要求低C，是为了保Cr提高耐蚀性，但是，在弱腐蚀环境中，倾向于以碳代镍，降低成本。)

2、因为属于易切削钢，适用于自动车床、数控加工制成电气小产品的金属元件，在加工过程中，刀具的磨损较小，切削效率高，降低了成本。

3、成本低廉，在满足原有耐蚀型需要的情况下，成本比同类产品降低20％以上。

附图说明

本发明的具体实施例的结构框图及附图说明如下：

图1、冶炼工艺流程：

1-配料2-电炉3-熔化期4-氧化期5-还原期6-中间包7-精炼炉8-精炼期A-装料B-熔化C-脱磷D-脱硅E-脱氧(沉淀加扩散的联合脱氧方法)F-调硫(通过加入含硫26％的硫铁进行调硫)J-补加合金元素H-脱碳I-除气G-微调合金元素K--出钢

图2制造工艺流程

1-铸造 2-钢坯打磨 3-退火炉 4轧机 5-退火炉 6-矫直 6-矫直 7-酸洗 8-无心车(表面快速剥皮) 9-无心磨 10、检验

A-角钢、扁钢和方钢的工艺路线图B-圆棒的工艺路线图

图3、303B能谱分析

图4、303B金相图

具体实施方式：

下面结合实例对本发明做下一步描述。

实施例1：

选用以下质量组成百分比进行冶炼：C 0.10％、Mn 10％、Si≤0.8％、P≤0.03％、S0.15％、Cr 14％、Ni 3％、Cu 0.4％，其余主要为Fe及不可避免的微量杂质元素。

具体的生产流程如图1所示，叙述如下：

1、装料(如图1中1、A)：以废不锈钢、切屑和高碳硌铁合金等为主炉料成分。除了碳、硅、硫外，应接近钢号的标准成分。

2、初炼：

(1)熔化期和氧化期(如图1中1、5)：装料完成后，开始加热熔化。

①脱磷(如图1中C)，氧化钢水充分脱磷，使磷的含量占总钢水质量≤0.03％；

②脱硅(如图1中D)，使硅的含量占总钢水质量≤0.80％；

(2)还原期(如图1中4)：主要任务是调控钢水中的氧和硫，并根据炉中分析补加合金元素。

①脱氧(如图1中E)，我们采用沉淀加扩散联合脱氧的方法。主要操作是：全部扒渣，加入稀薄渣料，化稀薄渣后加入电石或碳粉等进行还原，当炉渣转白或灰白后，进行充分搅拌，然后取样分析成分。在还原过程中保持白渣；

②调硫(如图1中F)，具体方法是加入含硫26％的硫铁进行调硫，使硫的质量百分比达到0.15％，去除硫的化合夹杂；

③补加合金元素(如图1中J)：主要是通过炉中分析，调整锰、铜、铬、镍的含量，从而使锰的质量百分比达到10％，铜的质量百分比达到0.4％，铬的质量百分比达到14％，镍的质量百分比达到3％。

3、精炼(如图1中7)：主要任务在于在于在真空脱碳，真空除气及真空下合金成分微调。

①脱碳(如图1中H)，在真空下确保含碳量控制在总钢水质量的0.1％，之后加入还原剂，以还原渣中的氧化铬(Cr₂O₃)，脱O并去除夹杂物。

②除气(如图1中I)：通过中间包后转入VOD炉进行真空精炼，抽真空时间不少于8分钟，真空度不大于1.5mbar，达到氧的含量<30ppm、氮的含量<80ppm、氢的含量<2.5ppm。

③微调合金元素(如图1中G)：再次进行炉中分析，微调锰、铜、铬、镍的含量使达到成分要求。

4、浇注(如图2中1)：在1500℃出钢后，采用保护渣下注法浇注。

5、铸件落砂和清砂，去除浇冒口、飞翅和毛刺(如图2中2)。

6、高温退火：(如图2中3)浇注成型后把坯料锻轧件送热处理炉加热，备用热轧。热处理工艺为：退火温度为950℃，升温速度控制在100-180℃/min，在此温度范围内保温，保温时间根据工件的有效厚度，并考虑装炉量，装炉方式后制定，保温时间到后出炉空冷。

7、热轧(如图2中4)：热轧工艺为：始轧温度为1080℃，在此温度范围内保温，保温时间一小时，保温时间到后，开始轧锻，终锻轧温度为930℃锻造比K≥5。(轧前Φ125mm，轧后Φ25mm)

8、低温退火(如图2中5)：把金属加热至再结晶温度(600℃-650℃)，以消除硬化，恢复塑性。

9、采用压力机对棒材进行热矫直(如图2中6)。

10、对于棒材(如图2中B)：

①、用无心车床去除棒材表面氧化皮(如图2中8)。

②、采用无心磨床粗磨外圆表面(如图2中9)。

对于角钢、扁钢和方钢采用10％-20％的盐酸酸洗(如图2中A、7)。

11、检验(如图2中10)。

将上述制得的303B不锈钢能谱分析如图3，金相图如图4所示。该产品与日本JIS标准的SUS303不锈钢进行对比，硬度，耐腐蚀，易切削性能比较对比试验数据如表2。

表2 性能对比

注① 耐蚀性采用盐雾腐蚀试验评价，应用5％的中性盐溶液，温度35℃，进气压为35kPa，出气压为60kPa，当试样表面出现暗黑色的点时303B经历的时间为100小时。

②切削加工性能分级参见韩荣第，于启勋著.难加工材料切削加工.北京机械工业出版社，1996。

实施例2

生产步骤与实施例1相同，不同之处在于，选用以下质量组成百分比进行冶炼：C0.08％、Mn 11％、Si≤0.8％、P≤0.03％、S 0.12％、Cr 13％、Ni 4％、Cu 0.6％，其余主要为Fe及不可避免的微量杂质元素。在冶炼期按上述组成控制含量和添加元素。所得303B不锈钢性能与实施例1基本相同。

实施例3

生产步骤与实施例1相同，不同之处在于，选用以下质量组成百分比进行冶炼：C 0.15％、Mn 10％、Si≤0.8％、P≤0.03％、S 0.12-0.15％、Cr 13-14％、Ni 3-4％、Cu 0.3％，其余主要为Fe及不可避免的微量杂质元素。在冶炼期按上述组成控制含量和添加元素。所得303B不锈钢性能与实施例1基本相同。

由上述生产的303B不锈钢，其化学成分、机械性能等均满足用户电子产品的技术条件，其样品的化学成分和机械性能经国家检测部门检测如1和表2。

Claims (2)

1、一种易切削不锈钢，其特征在于，其化学成分按质量百分比包括下列组分：C 0.08-0.15％、Mn10-11％、Si≤0.8％、P≤0.03％、S 0.12-0.15％、Cr 13-14％、Ni 3-4％、Cu 0.3-0.6％，其余主要为Fe及不可避免的微量杂质元素。

2、生产权利要求1所述的易切削不锈钢的方法，包括冶炼、浇注、坯料锻轧及坯料锻轧件热处理的步骤，其特征在于，在冶炼过程中，包括以下操作：

(1)在电炉初炼时的熔化期和氧化初期，氧化钢水充分脱P，直至P的含量占总钢水质量≤0.03％；脱硅，使硅的含量占总钢水质量≤0.80％；

(2)还原期脱氧、调S，使S的含量控制在占总钢水质量0.12-0.15％之内；

(3)补加合金元素：主要是通过炉中分析，调整锰、铜、铬、镍的含量，从而使锰的质量百分比达到10-11％，铜的质量百分比达到0.3-0.6％，铬的质量百分比达到13-14％，镍的质量百分比达到3-4％。

(4)在精炼炉冶炼时，进行脱碳、除气和微调合金元素；初炼后的钢水进入VOD炉真空精炼，抽空时间不少于8分钟，真空度不大于1.5mbar，达到氧的含量<30ppm、氮的含量<80ppm、氢的含量<2.5ppm。

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