CN112760576B - 含碲的Y1Cr13易切削不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含碲的Y1Cr13易切削不锈钢及其制造方法，元素的质量百分比为：C:0.10～0.15，Si≤0.80，Mn:1.0～1.3，P:0.03～0.06，S:0.22～0.35，Cr:12.0～14.0，Ni≤0.60，Te:0.004～0.060，Mo≤0.60，余量为铁及不可避免的杂质，其中Mn、S、Te质量百分比满足如下关系式：Mn/Te>40，Te/S:0.015～0.15。所述钢种采用电炉→AOD→LF→连铸→轧制的生产工艺进行生产。经本发明设计的成分及工艺生产的含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，可有效避免轧制过程中的劈头开裂现象，产品综合成材率达90％～95％。相比于原工艺下Y1Cr13易切削不锈钢，本发明生产的轧材中夹杂物大小和分布更加均匀，夹杂物更趋近于球形或椭球型，国标GB/T 10561 2005评级和德标SEP1572‑71评级均显著改善。钢切削后断屑形貌良好，工件表面粗糙度降低，钢的切削性能也显著提高。

Description

含碲的Y1Cr13易切削不锈钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种易切削不锈钢，特别是涉及含碲的易切削不锈钢；本发明还涉及所述易切削不锈钢的制造方法。本发明应用于钢铁冶金领域。
背景技术
不锈钢中通常含有较高含量的Cr、Ni等元素，使其具有良好的耐蚀性能，在空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质环境下具有良好的不锈性。通常不锈钢的切削性能较差。不锈钢在切削时塑性变形较大，产生的切屑不易折断、易粘结，导致在切削过程中加工硬化严重，使钢的硬度逐渐增大，需要的切削力也随之升高。较高的切削力使刀具与工件之间的摩擦增大，切削温度也升高。而不锈钢的导热系数较小，散热条件差，大量积聚的切削热使加工表面的质量恶化，同时也使刀具磨损加剧。
Y1Cr13又称416易切削不锈钢，是一种具有良好切削性能和耐蚀性能的不锈钢，主要用于电机、电气元件的生产。由于钢中硫含量较高，使钢具有良好的切削加工性能，然而硫与锰结合形成的MnS夹杂主要在钢液凝固过程中析出，常沿晶界分布形成树枝状、簇状、长条状等II类硫化物，导致夹杂物大小不一，分布不均，对钢的性能产生不利影响。此外，MnS夹杂塑性好，在轧制过程中易沿轧制方向伸长，形成长条形硫化物，不仅使钢性能产生各向异性，而且易造成轧制过程开裂及产品表面质量问题，使产品的成材率和品质降低。此外，随着下游用户对钢切削性能要求的不断提高，现有Y1Cr13易切削不锈钢的切削性能已无法满足高速切削的市场需求。含碲的Y1Cr13易切削不锈钢的诞生，弥补了市场对416不锈钢更高切削性能的需求，硫化物形态的优化，也避免了坯料在轧制过程的劈头开裂现象，提高了成材率。
公开号为CN 102828118A的中国专利公开了圆珠笔头用易切削不锈钢丝的制造方法，钢中合金元素的重量百分比组成为：C≤0.05％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.05％，S≥0.15％，Cr:19.0～21.0％，Mo:1.50～2.50％，Pb:0.15～0.30％，Te:0.01～0.07％，Al<0.01％，Nb<0.05％，Ti<0.05％，余量为Fe以及不可避免的杂质。在该钢中含有一定量易切削元素S、Pb和Te，能较好地改善钢的切削性能，但Pb是非环保元素，Pb有毒且会污染环境，在铅进入产品之后，由于化学性质稳定，不易脱除，对废钢的再利用也构成危害。该钢中并未涉及硫化物夹杂的调控技术，钢的质量稳定性仍存在一定的问题。此外，该发明主要涉及钢材拉拔成钢丝的工艺，并未涉及钢种的冶炼生产工艺。本发明申请与上述专利主要不同之处在于：本发明不含有害元素Pb，对环境友好，并且给出了完整的冶炼、连铸、轧制工艺过程及详细的工艺控制参数；本发明还给出了易切削元素的重要控制指标Mn/Te>20，Te/S:0.03～0.15，对硫化物夹杂进行了很好的调控，能确保良好的质量稳定性。
公开号为CN 85108359A的中国专利公开了一种含碲、硫的易切削低碳钢，以重量百分比计，钢中Te/S配比为0.07～0.13，C:0.07～0.25，Mn:0.8～2.0，Si:0.01～0.15，S:0.15～0.4，P:0.03～0.1，Te:0.01～0.05，O:0.012～0.015，铁余量。该易切削钢含有易切削元素S和Te，钢的切削性能较好，但不具有不锈能力，在易生锈腐蚀的环境中，不能得到应用。本发明申请与上述专利主要不同之处在于：本发明与该钢种成分显著不同，本申请的钢种含Cr元素，属于铬系不锈钢，应用领域更为广泛，并通过合理的生产工艺以及调控适当的Mn/Te，Te/S比值来调控硫化物形态，使之质量更加稳定，性能更加优良。
公开号为CN 109482656A的中国专利公开了416易切削不锈钢的轧制开坯生产方法，高硫含量的416不锈钢采用模铸→初轧开坯工艺生产坯料。轧制开坯生产方法包括以下步骤：a、加热制度：将冷钢锭在400～600℃保温或热钢锭在600～700℃保温，然后升温至750～800℃保温，再升温至1080～1150℃保温；b、轧制开坯制度：控制开轧温度≥1050℃，终轧温度≥900℃；前2道次压下量20～40mm，后面道次压下量30～50mm；c、缓冷。本发明申请与上述专利主要不同之处在于：对比专利采用模铸生产工艺，生产效率低，产品成材率低；本申请专利实现了连铸生产工艺，产品成材率和质量大幅提升；本申请专利通过炼钢工艺解决产品质量问题，采用Te来调控硫化物夹杂形态和分布，采用碲改质技术，优化硫化物形态和分布，硫化物大小均一，形态大多呈良好的纺锤形，有效避免了钢性能的各向异性，避免了轧制过程经常出现的劈头开裂现象，成材率显著提升。此外，结合铸坯倒角及铸坯焊环工艺，进一步有效避免了轧制劈头开裂。
公开号为CN111014298A的中国专利公开了一种高硫不锈钢416半连轧用锭直接成材的轧制方法，所述轧制工艺：选择合适锭重的钢锭，控制钢锭汤道余尾长度在30mm以内，钢锭经加热、透烧保温后进行初轧机开坯，按初轧开坯时一支钢锭只开一节坯料进行开坯控制，开坯终轧温度不低于980℃，将坯料的头部(相当于钢锭帽口部分)切除，不切尾部；坯料快速转移至连轧机，将坯料的尾部作为连轧机轧制开始端，开轧温度不低于900℃，保证坯料温度在合适的热加工温度区间。该发明解决了劈头废品问题，减少了能耗，降低了生产成本。但该发明仍需采用模铸生产工艺，生产效率与连铸工艺相比相差较大，产品成材率也不及连铸。本发明申请与上述专利主要不同之处在于：本发明包含电炉、AOD、LF、连铸、加热、轧制完整的生产工艺，通过炼钢工艺解决产品质量问题，采用Te来调控硫化物夹杂形态和分布，使其分布更加均匀，硫化物大小均一，形态大多呈良好的纺锤形，有效避免了钢性能的各向异性，此外，结合铸坯倒角及铸坯焊环工艺，进一步有效避免了轧制劈头开裂。实现了连铸生产工艺，产品成材率和质量大幅提升。
公开号为CN108315643A的中国专利公开了一种易切削不锈钢及其制备方法，C≤0.014％，Si:0.36～0.60％，P:0.031～0.045％，S:0.02～0.036％，S/Te＝10.5～15，Mn:0.95～1.21％，Cr:19.7～20.3％，Mo:1.7～2.0％，Pb:0.001～0.1％，0.05％≤Bi+Pb≤0.25％，N:0.016～0.03％，Ni:0.21～0.3％，Cu:0.1～0.17％，V:0.09～0.15％，Nb:0.026～0.05％，O:0.016～0.02％，和余量的Fe和不可避免的杂志。该发明还提供了相应的制备方法，包括(1)以高炉铁水为原料，对其进行预处理；(2)将经过预处理的铁水连铸成铸锭；(3)对铸锭进行加热，随后轧制为成品。本发明申请与上述专利主要不同之处在于：本发明与上述专利的C和Cr成分有显著差异，本发明为马氏体不锈钢具有较高的强度和硬度，而上述专利为铁素体不锈钢，两者具有完全不同的力学性能和应用领域。本发明生产工艺为电炉冶炼工艺，属于短流程工艺，而上述发明为高炉-转炉生产工艺，为长流程工艺，两者为冶金生产中截然不同的生产工艺，具有显著区别。此外，本发明给出了详细的工艺控制条件和参数，上述发明中主要给出的是各工序的成分控制范围，并不涉及具体的冶炼工艺操作及参数。
公开号为CN 110607483A的中国专利公开了易切削不锈钢及其冶炼控制方法，所述的冶炼控制方法包括不锈钢钢水的电炉熔炼、钢液中氧含量调整的AOD冶炼、硫化物形态调整的LF熔炼以及钢坯的连铸几道工序。钢液中通过添加适量硅铁将氧含量控制到0.002～0.010％，并通过向钢液中加入稀土金属铈对硫化物进行变性，达到调控硫化物，改善钢切削性能，从而成为加工性能优良的易切削不锈钢。本发明申请与上述专利主要不同之处在于：本发明核心控制技术与对比专利不同，对比专利采用稀土铈来控制对硫化物进行变性，达到调控硫化物，改善钢切削性能，而本申请采用Te来改善钢的切削性能，并通过合理的生产工艺以及调控适当的Mn/Te，Te/S比值来调控硫化物形态，使之质量更加稳定，性能能加优良。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明提供一种含碲的Y1Cr13易切削不锈钢及其制造方法，在保证原有Y1Cr13耐蚀性能的基础上，通过进一步优化生产工艺，借助Te来调控钢中的硫化物夹杂，并控制适当的Mn/Te，Te/S比值来调控硫化物形态和分布，使产品质量稳定，切削性能更加优异。
为了实现上述发明创造目的，本发明采用如下发明构思：
易切削钢和不锈钢是两类重要的特殊钢，两者特有的性质使其在各自领域具有重要用途。随着生产加工及日常生活对钢性能要求的越来越高，具有优良切削性能的耐蚀不锈钢成为应用越来越广泛的钢种之一。然而，两类钢种生产过程中均有特定的控制要求，同时具有两种性质的易切削不锈钢生产工艺控制难度大，质量问题多。Y1Cr13为重要的易切削不锈钢钢种之一，然而其生产过程中易出现轧制开裂，表面质量问题多等问题，且产品切削性能又无法满足高端用户需求。
为稳定产品质量，提高产品成材率，进一步提升钢的切削性能。本发明提供一种含碲的Y1Cr13易切削不锈钢及其制造方法，在环保的前提下，采用Te来调控硫化物形态，有效避免轧制过程中的劈头开裂现象，提高成材率，并且通过适当的Mn/Te，Te/S比值，优化硫化物的形态及评级，改善钢的切削性能，开发高品级的易切削不锈钢。并通过合理的生产工艺以及调控以较低的生产成本获得良好的钢的切削性能，并具有稳定的产品品质，以满足日益增长的生产加工及日常生活需求。
根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：
一种含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，各组分元素的质量百分比为：C:0.10～0.15％，Si≤0.80％，Mn:1.0～1.3％，P:0.03～0.06％，S:0.22～0.35％，Cr:12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Te:0.004～0.060％，Mo≤0.60％，余量为铁及不可避免的杂质，其中Mn、S、Te质量百分比满足如下关系式：Mn/Te≥40，Te/S:0.015～0.15。
优选地，各组分元素的质量百分比为：C:0.10～0.15％，Si≤0.80％，Mn:1.22～1.25％，P:0.03～0.06％，S:0.28～0.31％，Cr:12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Te:0.0045～0.018％，Mo≤0.60％，余量为铁及不可避免的杂质，其中Mn、S、Te质量百分比满足如下关系式：Mn/Te≥69.4，Te/S:0.016～0.058。
优选地，含碲的Y1Cr13易切削不锈钢的Mn/Te:69.4～271.1。
优选地，各组分元素的质量百分比为：C:0.10～0.15％，Si≤0.80％，Mn:1.24～1.25％，P:0.03～0.06％，S:0.28～0.31％，Cr:12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Te:0.012～0.018％，Mo≤0.60％，余量为铁及不可避免的杂质，其中Mn、S、Te质量百分比满足如下关系式：Mn/Te:69.4～103.3，Te/S:0.043～0.058。
优选地，含碲的Y1Cr13易切削不锈钢中的易切削相主要为固溶有Te的MnS夹杂以及MnS-MnTe复合夹杂，两种夹杂物为纺锤形，并趋近于球形或椭球型，其中夹杂物长宽比在1～3的夹杂物比例不低于15％。
优选地，含碲的Y1Cr13易切削不锈钢的夹杂物长宽比在1～3的夹杂物比例不低于72％。
一种本发明含碲的Y1Cr13易切削不锈钢的制备方法，采用电炉→AOD→LF→连铸→轧制的生产工艺进行生产，各工序的具体生产操作如下：
(1)电炉冶炼：
采用电弧炉冶炼钢液，向电炉中加入废钢、生铁以及石灰后，开始通电冶炼；待炉料全部熔清后，进行前期的低温脱P工作，需在氧化前期将P的质量分数降低至0.15％以下，当温度≥1550℃时，加碳吹氧进行深脱P，将P的质量分数降低至0.08％以下，并且当温度≥1650℃时，电炉冶炼结束，得到钢液；
(2)AOD精炼：
将熔炼得到的钢液送至氩氧炉(AOD)进行精炼；AOD冶炼分为氧化期和还原区两个阶段；前期为氧化期，钢液运送至AOD后，向其中加入1800～2300kg石灰和足量的高碳铬铁，开始进行不同阶段和不同气体组分配比的氩氧混合吹炼，或者整个AOD精炼只进行吹氩操作，进行去碳保铬工艺操作，氧化期目标温度控制在1670～1680℃，吹炼时间控制在30～50min；
进入还原阶段，先将原有渣料部分扒除至少2/3，按照剩余熔渣300-500kg计算，再加入400～600kg石灰、200～300kg萤石造新渣，控制新渣碱度为1.9～2.3，再向钢液中加入600～900kg的Si-Fe合金以及150～300kg的Mn-Fe合金，进行一次脱氧，稍后再加入100～150kg铝锭进行二次脱氧，还原时间为6～10min；进行测温、取样进行分析，按75％收得率计算，向钢液中加入S-Fe合金，钢液中的S按目标成份进行控制，测温合格后出钢，出钢温度1630-1660℃；
(3)LF精炼：
吊包至LF工位，测温，通电；待炉渣完全化好后，分批加入Ca-Si粉进行还原，总量控制30-80kg/炉；取样并进行成分检测，按内控调整成分；碳含量不达标时，则加入少量碳粉补足；硫不达标时，则通过微量补加S-Fe合金进行硫的补足，补加硫后进行5～10min底吹氩搅拌，促进S均匀分布在钢液中；
(4)钢液碲处理：
对钢液再次测温、取样，当钢液温度和钢液成分检验合格后，进行碲改质工艺；
(5)连铸：
在连铸过程中，采用高硫钢专用保护渣进行保护浇铸，中间包温度控制在1530～1550℃，连铸拉速控制在0.60～0.90m/min，二冷水采用弱冷，调控冷却强度，控制在二冷区的比水量为0.18～0.30，以确保铸坯质量；之后对铸坯进行后处理；
(6)加热及均热处理：
采用三段式加热方式，对铸坯进行加热，先以12～15℃/min的速率将铸坯加热至800～900℃，使铸坯内部的变形力得到更快的释放；再以5～10℃/min的加热速度将其平缓加热至900～1000℃，以保证微合金元素尽可能地固溶进钢基体中；最后以4～8℃/min的加热速度将铸坯缓慢加热至1180～1240℃，保温60～80min，使铸坯内部受热均匀；
(7)粗轧及精轧：
将加热后的铸坯表面采用高压水进行除鳞，水压控制在18～22MPa；采用双辊可逆式轧机对铸坯进行粗轧，开轧温度控制在1140～1170℃；粗轧结束后，在第一处飞剪出减去坯头以及焊上的铁环，剪切量大于10厘米；粗轧后喷冷却水对轧材进行降温，将轧材的表面温度控制在970～1020℃；然后进行精轧，精轧温度控制在900～980℃；
(8)轧材精整：
轧制结束后，将所加工的轧材运送至冷床上进行空冷，使轧材中的氢散发出来；空冷结束后，对轧材进行矫直处理，同时对表面进行打磨，消除局部缺陷，提高轧材的表面质量。
优选地，进行碲改质工艺时，当LF精炼钢液其他成分达到目标要求后，控制钢液过热度为液相线以上50～75℃，钢液氧活度为5～50ppm，之后向钢液喂入含碲包芯线，采用间歇式喂线法，以60～150m/min的喂线速度，将含碲包芯线分3次喂入钢液，每次喂入量占包芯线总加入量的1/3，时间间隔为10～20s；喂线过程始终保持底吹氩气流量为100～300NL/min；喂线结束后在钢液表面覆盖碳化稻壳，确保渣层厚度为1cm以上，并继续以100～180NL/min的氩气流量进行软吹搅拌5～15min；吹氩搅拌结束后，吊包上回转台。
优选地，对铸坯进行后处理时，连铸后铸坯采用堆垛缓冷工艺，冷却后的铸坯进行倒角处理，并在铸坯端部进行焊环，紧固头部，避免后期轧制开裂。
本发明中各元素对钢性能的影响：
C：碳含量的高低直接影响钢材的强度、硬度、塑性、韧性和焊接性能等。碳含量的增加能够显著提高钢的强度和硬度，但会使塑性和韧性降低。为保证钢具有一定的塑性和韧性，钢中碳含量不宜过高。此外，碳元素易与Mo、Fe、Cr等生成碳化物。合金碳化物在回火过程中析出而产生的二次硬化效应能使材料的硬度得到提高。Y1Cr13为马氏体钢，马氏体钢是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，碳含量是影响马氏体生成主要因素之一，需保证钢中有一定量的碳。本申请所指的含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，含碳量在0.10～0.15％。
Si：硅作为脱氧剂可控制脱氧程度，从而影响钢中夹杂物的变形以及钢的切削性能。硅能溶于铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度。但过高的硅会降低钢的塑性和韧性。本申请含硅量控制为不高于0.80％。
Mn：锰能提高珠光体的形核功和转变激活能，降低珠光体的形核率和长大速度。锰元素及其碳化物溶于奥氏体中，使奥氏体等温转变曲线右移，增大过冷奥氏体稳定性，抑制珠光体转变，提高淬透性。锰与钢中的硫生成的MnS是一种重要的易切削相，可以帮助改善切削性能。为了保证良好的切削性能和力学性能，本发明控制锰的含量在1.0～1.3％范围内。
P：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，降低塑性。因此通常要求钢中磷含量小于0.045％。但磷在钢中又可起到固溶强化和冷作硬化的作弄，提高材料强度。磷也可改善钢的易切削性能，增加加工件表面质量，因此，本发明中磷含量控制在0.03～0.06％。
Cr：铬使钢具有不锈性的最主要的元素，其含量越高，不锈钢的耐蚀性能越好，但铬含量提高，对钢的组织也有很大影响。当铬含量高而碳含量很少时，铬会使铁碳平衡相图上的γ相区缩小，甚至消失，这种不锈钢为铁素体组织结构，不具备Y1Cr13马氏体不锈钢的强度、硬度和耐磨性。因此本发明铬含量为12.0～14.0％。
Ni：镍为奥氏体化元素，镍的添加有利于冷加工及力学性能的调整。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但镍可以扩展γ相区，使钢材具有奥氏体组织。如果镍含量足够多，使钢在室温下也具有奥氏体组织结构，则成为奥氏体型不锈钢，无法成为Y1Cr13马氏体不锈钢。本发明镍含量为Ni≤0.60％。
Mo：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。此外钼能进一步提高钢的抗蚀能力，因此可在钢中适当添加钼。本发明中钼含量为Mo≤0.60％。
S：硫是主要的易切削元素之一，其与Mn结合形成的MnS夹杂作为应力集中源，破坏了基体组织的连续性，使切屑易于碎断，提高钢的切削性。随着钢中硫含量的增加，钢的切削性能也明显提高。但含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂。因此，本发明控制硫含量为0.22％～0.35％。
Te：碲和硫同一主族，性质相近。钢中加碲后，通常一部分固溶在MnS，达到饱和后形成MnTe并包裹MnS。固溶状态和MnTe的包裹状态均能使MnS夹杂球化，使MnS夹杂从树枝状、簇状、长条状等II类硫化物向球形、椭球形等I类转变，改善了硫化物形态和分布，有利于切削性能的改善，同时也避免了钢性能的各向异性。在切削过程中可降低切削力，降低工件表面粗糙度，提高刀具寿命等。少量碲的添加即可显著改善钢的切削性能，且不影响其机械强度。但当Te的含量超过0.1％时会使钢的塑性和冲击韧性下降。为了得到良好的切削性能，且不影响钢的机械性能，本发明碲含量为0.008～0.060％。
钢中Mn/Te小于10时，钢中将生成铁的碲化物，有可能使钢产生冷、热晶间脆化。为确保Te充分与Mn结合，避免铁的碲化物生成，因此本发明的Mn和Te的含量需满足Mn/Te>20，优选Mn/Te≥40。当钢中Te含量较少时，Te主要固溶在MnS夹杂中，随着Te含量的增加，MnS夹杂长宽比逐渐减小。当Te含量在MnS夹杂中达到饱和时，将形成MnTe，并包裹MnS夹杂，在热加工过程中可抑制MnS变形且在切削过程中可起到润滑作用。通常以Te/S比值来衡量Te在MnS固溶程度，在多数情况下Te/S在0.04～0.10区间为固溶碲向MnTe转变的过渡区间。为保证较好的MnS夹杂形态及对切削过程产生有利作用，需保证一定的Te/S比值。同时考虑Te的成本问题，Te含量也不宜添加过高。因此本发明的Te和S含量需满足Te/S:0.015～0.15。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.经本发明设计的成分及工艺生产的含碲Y1Cr13易切削不锈钢，相比于常规不含Te的Y1Cr13易切削不锈钢，产品综合成材率比模铸工艺提升15％～20％，达到90％-95％；
2.本发明钢中的易切削相主要为固溶有Te的MnS夹杂以及MnS-MnTe复合夹杂；这两类夹杂物在轧制过程中不易变形，保持相对较小的长宽比；轧材中夹杂物大小和分布更加均匀，夹杂物更趋近于球形或椭球型，平均长宽比显著降低，长宽比在1～3的夹杂物比例提升15％以上，达到70％以上；钢材硫化物按照国标GB/T105612005评级，基本达细系3.0级，粗系3.0级水平；按照德国高硫钢标准SEP1572-71，可达到2-2～2-3水平；
3.本发明钢材的切削性能显著提高：断屑形貌中优良的C型屑比例提升至75％以上，表面粗糙度Ra降低至1.6μm以下，刀具的寿命提升15％以上；钢的强度、硬度等力学性能与传统工艺相近，无明显降低；
4.本发明制造方法不仅仅适用于416易切削不锈钢，也适用成分类似的420F、430F、440F等钢种。
附图说明
图1本发明含碲的Y1Cr13易切削不锈钢金相夹杂物分布及形态.
图2原工艺Y1Cr13易切削不锈钢金相夹杂物分布及形态。
图3本发明含碲的Y1Cr13易切削不锈钢中特征夹杂物扫描电镜结果。
图4原工艺Y1Cr13易切削不锈钢中夹杂物扫描电镜结果。
图5本发明含碲的Y1Cr13易切削不锈钢切削后断屑形貌。
图6原工艺Y1Cr13易切削不锈钢切削后断屑形貌。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
为生产上述成分的含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，采用电炉→AOD→LF→连铸→轧制的生产工艺进行生产，各工序的具体生产操作如下：
(1)电炉冶炼
采用30t电弧炉冶炼钢液，向电炉中加入低P、低五害(Pb、Sn、As、Sb、Bi)的废钢，生铁，优质结构钢废钢以及石灰后，开始通电冶炼；待炉料全部熔清后进行前期的低温脱P工作，需在氧化前期将P的质量分数降低至0.15％以下，当温度≥1550℃时，加碳吹氧进行深脱P，将P的质量分数降低至0.08％以下，当温度≥1650℃时，电炉冶炼结束，将钢液送至氩氧炉(AOD)进行精炼；
(2)AOD精炼
AOD冶炼分为氧化期和还原区两个阶段。前期为氧化期，钢液运送至AOD后，向其中加入1800～2300kg石灰，足量的高碳铬铁，开始进行不同阶段(不同配比)氩氧混合吹炼，达到“去碳保铬”冶炼目的，氧化期目标温度控制在1670～1680℃，吹炼时间控制在30～50min，并且为进一步提高去碳保铬的效率，整个AOD精炼只进行吹氩操作；
进入还原阶段，先将原有渣料部分扒除2/3，剩余300-500kg左右，再加入400～600kg石灰，200～300kg萤石造新渣，新渣碱度按1.9～2.3设定；再向钢中加入600～900kg的Si-Fe合金以及150～300kg的Mn-Fe合金进行一次脱氧，稍后再加入100～150kg铝锭进行二次脱氧，还原时间为6～10min；测温、取样进行分析，按75％收得率向钢包中加入S-Fe合金，[S]按目标成份控制，测温合格后出钢；出钢温度1630-1660℃；
(3)LF精炼
吊包至LF工位，测温，通电；待炉渣完全化好后，分批加入Ca-Si粉进行还原，总量控制30-80kg/炉；取样并进行成分检测，按内控调整成分，碳含量不达标时，可加入少量碳粉补足；硫不达标时，可通过微量补加S-Fe合金进行硫的补足，补加硫后进行5～10min底吹氩搅拌，促进S均匀分布在钢液中；再次测温、取样，合格后进行碲改质工艺；
(4)钢液碲处理
当LF精炼钢液其他成分达到目标要求后控制钢液过热度为液相线以上50～75℃，钢液氧活度为5～50ppm，之后向钢液喂入含碲包芯线，采用间歇式喂线法，以60～150m/min的喂线速度，将含碲包芯线分3次喂入钢液，每次喂入量占包芯线总加入量的1/3，时间间隔为10～20s；喂线过程始终保持底吹氩气流量为100～300NL/min；喂线结束后在钢液表面覆盖碳化稻壳，确保渣层厚度为1cm以上，并继续以100～180NL/min的氩气流量进行软吹搅拌5～15min；吹氩搅拌结束后，吊包上回转台；
(5)连铸
在连铸过程采用高硫钢专用保护渣进行保护浇铸，中间包温度控制在1530～1550℃，连铸拉速控制在0.60～0.90m/min，二冷水采用弱冷，调控冷却强度，控制在二冷区的比水量为0.18～0.30，以确保铸坯质量；连铸后铸坯采用堆垛缓冷工艺，冷却后的铸坯进行倒角处理，并在铸坯端部进行焊环，紧固头部，避免后期轧制开裂；
(6)加热及均热
采用三段式加热方式对铸坯进行加热，先以12～15℃/min的速率将铸坯加热至800～900℃，前期较快的加热速度可以使铸坯内部的变形力得到更快的释放，有利于改善铸坯的内部缺陷；再以5～10℃/min的加热速度将其平缓加热至900～1000℃，以保证微合金元素尽可能地固溶进钢基体中，从而提高产品的各项力学性能；最后以4～8℃/min的加热速度将铸坯缓慢加热至1180～1240℃，保温60～80min，使铸坯内部受热均匀，提高其抗裂纹能力；
(7)轧制
加热后的铸坯表面采用高压水除鳞，水压控制在18～22Mpa；采用双辊可逆式轧机对铸坯进行粗轧，开轧温度控制在1140～1170℃；粗轧结束后在第一处飞剪出减去坯头以及焊上的铁环，剪切量大于10cm；粗轧后喷冷却水对轧材进行降温，将轧材的表面温度控制在970～1020℃；
然后进行精轧，精轧温度的控制在整个轧制过程中是极为重要的，较低的精轧温度下轧材具有较高的抗拉强度，其抗裂纹能力也会得到明显提高；但精轧温度也不宜过低，过低的精轧温度会导致轧材变形力下降，形成锻造热裂纹，因此精轧温度需控制在900～980℃；
(8)轧材精整
轧制结束后，将其运送至冷床上进行空冷，使轧材中的氢散发出来，从而降低氢脆现象，可有效降低产品使用过程中的开裂几率；空冷结束后对轧材进行矫直处理，同时对表面进行打磨，可以消除局部缺陷，有利于提高轧材的表面质量。
本发明各实施例的含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，采用电炉→AOD→LF→连铸→轧制的生产工艺进行生产，不同之处在于，生产的产品中实测锰、硫、碲含量如下表1所示：
表1含碲的Y1Cr13易切削不锈钢锰、硫、碲含量
实施例 Mn S(％) Te(％) Mn/Te Te/S
实施例一、二 1.22 0.28 0.0045 271.1 0.016
实施例三、四 1.24 0.28 0.012 103.3 0.043
实施例五、六 1.25 0.31 0.018 69.4 0.058
以上各实施例成分满足Mn:1.0～1.3，S:0.22～0.35，Te:0.004～0.060，Mo≤0.60，其中Mn、S、Te质量百分比满足如下关系式：Mn/Te>40，Te/S:0.015～0.15，此外其他成分也均在目标成分范围内。
表2含碲的Y1Cr13易切削不锈钢的制备方法参数条件
Figure BDA0002819822240000111
经本发明生产的铸坯进行轧制，最终获得的轧材规格及轧材中夹杂物的国标GB/T105612005评级和德标德国SEP1572-71评级如表3所示。其中实施例四轧材金相及对应的评级如附图1所示，原生产工艺Y1Cr13易切削不锈钢轧材金相及对应的评级如附图2所示(国标GB/T105612005评级超过最大级别图谱，因此无国标图谱，需通过计算)。由本发明生产的轧材夹杂物形态良好，分布均匀，国标GB/T105612005评级和德标德国SEP1572-71评级均较原工艺下产品显著改善。
实施例四生产的轧材中夹杂物扫描电镜结果如附图3所示，有部分夹杂物***形成了少量MnTe，而大多数仍为MnS，MnS中固溶少量Te，总体夹杂物保持长宽比较小的纺锤形。原工艺生产的Y1Cr13轧材中夹杂物扫描电镜结果如附图4所示，钢中几乎都为长条形单相MnS，形态不好分布不均。
表3轧材规格及夹杂物评级
Figure BDA0002819822240000121
对生产获得的各轧材进行切削实验，各轧材的切削参数均相同：切削转速360r/min，进给量0.1mm/r，吃刀深度1.0mm，切削后样品的切削性能评价指标如表3所示。其中实施例四切削后所得的切屑形貌如附图5所示，大多数都为C型屑，明显优于原工艺下的螺卷屑，如附图6所示。本发明含碲的Y1Cr13切屑形貌优良，加工后表面粗糙度小，切削性能明显优于原工艺下的Y1Cr13。
表4切削性能评价指标
实施例 断屑形貌 切削后表面粗糙度
实施例一 C型屑比例占76％ Ra＝1.58μm
实施例二 C型屑比例占82％ Ra＝1.52μm
实施例三 C型屑比例占81％ Ra＝1.54μm
实施例四 C型屑比例占89％ Ra＝1.49μm
实施例五 C型屑比例占87％ Ra＝1.51μm
实施例六 C型屑比例占92％ Ra＝1.42μm
综合上述实施例可知，上述实施例含碲的Y1Cr13易切削不锈钢及其制造方法，钢中各主要元素的质量百分比为：C:0.10～0.15，Si≤0.80，Mn:1.0～1.3，P:0.03～0.06，S:0.22～0.35，Cr:12.0～14.0，Ni≤0.60，Te:0.004～0.060，Mo≤0.60，余量为铁及不可避免的杂质，其中Mn、S、Te质量百分比满足如下关系式：Mn/Te>40，Te/S:0.015～0.15。所述钢种采用电炉→AOD→LF→连铸→轧制的生产工艺进行生产。经本发明设计的成分及工艺生产的含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，可有效避免轧制过程中的劈头开裂现象，产品综合成材率达90％～95％。相比于原工艺下Y1Cr13易切削不锈钢，本发明生产的轧材中夹杂物大小和分布更加均匀，夹杂物更趋近于球形或椭球型，国标GB/T105612005评级和德标SEP1572-71评级均显著改善。钢切削后断屑形貌良好，工件表面粗糙度降低，钢的切削性能也显著提高。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，其特征在于，各组分元素的质量百分比为：C:0.10～0.15％，Si≤0.80％，Mn:1.0～1.3％，P:0.03～0.06％，S:0.22～0.35％，Cr:12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Te:0.004～0.060％，Mo≤0.60％，余量为铁及不可避免的杂质，其中Mn、S、Te质量百分比满足如下关系式：Mn/Te≥40，Te/S:0.015～0.15；钢中的易切削相主要为固溶有Te的MnS夹杂以及MnS-MnTe复合夹杂，两种夹杂物为纺锤形，并趋近于球形或椭球型，其中夹杂物长宽比在1～3的夹杂物比例不低于15％；所述含碲的Y1Cr13易切削不锈钢采用如下方法步骤制备而成：采用电炉→AOD→LF→连铸→轧制的生产工艺进行生产，各工序的具体生产操作如下：
(1)电炉冶炼：
采用电弧炉冶炼钢液，向电炉中加入废钢、生铁以及石灰后，开始通电冶炼；待炉料全部熔清后，进行前期的低温脱P工作，需在氧化前期将P的质量分数降低至0.15％以下，当温度≥1550℃时，加碳吹氧进行深脱P，将P的质量分数降低至0.08％以下，并且当温度≥1650℃时，电炉冶炼结束，得到钢液；
(2)AOD精炼：
将熔炼得到的钢液送至氩氧炉(AOD)进行精炼；AOD冶炼分为氧化期和还原区两个阶段；前期为氧化期，钢液运送至AOD后，向其中加入1800～2300kg石灰和足量的高碳铬铁，开始进行不同阶段和不同气体组分配比的氩氧混合吹炼，或者整个AOD精炼只进行吹氩操作，进行去碳保铬工艺操作，氧化期目标温度控制在1670～1680℃，吹炼时间控制在30～50min；
进入还原阶段，先将原有渣料部分扒除至少2/3，按照剩余熔渣300-500kg计算，再加入400～600kg石灰、200～300kg萤石造新渣，控制新渣碱度为1.9～2.3，再向钢液中加入600～900kg的Si-Fe合金以及150～300kg的Mn-Fe合金，进行一次脱氧，稍后再加入100～150kg铝锭进行二次脱氧，还原时间为6～10min；进行测温、取样进行分析，按75％收得率计算，向钢液中加入S-Fe合金，钢液中的S按目标成份进行控制，测温合格后出钢，出钢温度1630-1660℃；
(3)LF精炼：
吊包至LF工位，测温，通电；待炉渣完全化好后，分批加入Ca-Si粉进行还原，总量控制30-80kg/炉；取样并进行成分检测，按内控调整成分；碳含量不达标时，则加入少量碳粉补足；硫不达标时，则通过微量补加S-Fe合金进行硫的补足，补加硫后进行5～10min底吹氩搅拌，促进S均匀分布在钢液中；
(4)钢液碲处理：
对钢液再次测温、取样，当钢液温度和钢液成分检验合格后，进行碲改质工艺；进行碲改质工艺时，当LF精炼钢液其他成分达到目标要求后，控制钢液过热度为液相线以上50～75℃，钢液氧活度为5～50ppm，之后向钢液喂入含碲包芯线，采用间歇式喂线法，以60～150m/min的喂线速度，将含碲包芯线分3次喂入钢液，每次喂入量占包芯线总加入量的1/3，时间间隔为10～20s；喂线过程始终保持底吹氩气流量为100～300NL/min；喂线结束后在钢液表面覆盖碳化稻壳，确保渣层厚度为1cm以上，并继续以100～180NL/min的氩气流量进行软吹搅拌5～15min；吹氩搅拌结束后，吊包上回转台；
(5)连铸：
在连铸过程中，采用高硫钢专用保护渣进行保护浇铸，中间包温度控制在1530～1550℃，连铸拉速控制在0.60～0.90m/min，二冷水采用弱冷，调控冷却强度，控制在二冷区的比水量为0.18～0.30，以确保铸坯质量；之后对铸坯进行后处理；对铸坯进行后处理时，连铸后铸坯采用堆垛缓冷工艺，冷却后的铸坯进行倒角处理，并在铸坯端部进行焊环，紧固头部，避免后期轧制开裂；
(6)加热及均热处理：
采用三段式加热方式，对铸坯进行加热，先以12～15℃/min的速率将铸坯加热至800～900℃，使铸坯内部的变形力得到更快的释放；再以5～10℃/min的加热速度将其平缓加热至900～1000℃，以保证微合金元素尽可能地固溶进钢基体中；最后以4～8℃/min的加热速度将铸坯缓慢加热至1180～1240℃，保温60～80min，使铸坯内部受热均匀；
(7)粗轧及精轧：
将加热后的铸坯表面采用高压水进行除鳞，水压控制在18～22MPa；采用双辊可逆式轧机对铸坯进行粗轧，开轧温度控制在1140～1170℃；粗轧结束后，在第一处飞剪出减去坯头以及焊上的铁环，剪切量大于10厘米；粗轧后喷冷却水对轧材进行降温，将轧材的表面温度控制在970～1020℃；然后进行精轧，精轧温度控制在900～980℃；
(8)轧材精整：
轧制结束后，将所加工的轧材运送至冷床上进行空冷，使轧材中的氢散发出来；空冷结束后，对轧材进行矫直处理，同时对表面进行打磨，消除局部缺陷，提高轧材的表面质量。
2.根据权利要求1所述含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，其特征在于，各组分元素的质量百分比为：C:0.10～0.15％，Si≤0.80％，Mn:1.22～1.25％，P:0.03～0.06％，S:0.28～0.31％，Cr:12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Te:0.0045～0.018％，Mo≤0.60％，余量为铁及不可避免的杂质，其中Mn、S、Te质量百分比满足如下关系式：Mn/Te≥69.4，Te/S:0.016～0.058。
3.根据权利要求2所述含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，其特征在于：Mn/Te:69.4～271.1。
4.根据权利要求2所述含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，其特征在于，各组分元素的质量百分比为：C:0.10～0.15％，Si≤0.80％，Mn:1.24～1.25％，P:0.03～0.06％，S:0.28～0.31％，Cr:12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Te:0.012～0.018％，Mo≤0.60％，余量为铁及不可避免的杂质，其中Mn、S、Te质量百分比满足如下关系式：Mn/Te:69.4～103.3，Te/S:0.043～0.058。
5.根据权利要求1所述含碲的Y1Cr13易切削不锈钢，其特征在于：夹杂物长宽比在1～3的夹杂物比例不低于72％。
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