CN101435056B - 低成本易切削不锈钢及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金及材料科学领域，公开了一种低成本易切削不锈钢及其制造工艺。该不锈钢化学成分按质量组成百分比由下列组分组成：C：0.08-0.12、Mn：13.00-14.00、Si≤0.8、P≤0.03、S：0.15-0.20、Cr：13.00-14.00、Ni：1.00-2.00、Cu：1.00-2.00，其余为Fe及不可避免的微量杂质。其生产方法依次包括在电炉初炼、在精炼炉精炼、钢锭浇注、锻轧成坯料、坯料热处理。本发明含有一定量的Cu元素来保证耐蚀性，同时采用价格低廉的锰代替昂贵的镍，成本比同类的产品降低40％左右，并且加工效率和加工后的表面光洁度大大优于日本标准的SUS303，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。

Description

低成本易切削不锈钢及其制造工艺

技术领域

本发明涉及冶金及材料科学领域，公开了一种低成本易切削不锈钢303C及其生产方法。

背景技术

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，我们考虑到电子产品都不会在强酸或是类似于海水腐蚀那样的强腐蚀条件下工作，所以可以根据实际需要，在保证一定耐蚀性的前提下进一步降低成本。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足之处提供一种低成本易切削不锈钢303C及其制造工艺。本发明不锈钢在满足一定耐蚀性需要的情况下，成本比同类产品降低40％左右，加工效率和加工后的表面光洁度大大优于日本标准的SUS303。

本发明所述的303C是含有硫的易切削不锈钢，按质量组成百分比包括下列组分：C：0.08-0.12、Mn：13.00-14.00、Si≤0.8、P≤0.03、S：0.15-0.20、Cr：13.00-14.00、Ni：1.00-2.00、Cu：1.00-2.00，其余为Fe及不可避免的微量杂质。

本发明不锈钢303C的生产方法，包括在电炉初炼、在精炼炉精炼、钢锭浇注、锻轧成坯料、坯料热处理，其特征在于所述的电炉初炼和在精炼炉精炼(在冶炼时)步骤包括以下工艺：

在冶炼时：

(1)在电炉初炼：选用普通废钢为原料，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％；氧化期确保碳量控制在总钢水质量0.08-0.12％，之后加入硅铁粉等还原剂，充分造渣，去除气体及夹杂物；还原期调S，同时使S的含量控制在占总钢水质量0.15-0.20％，去除硫化物夹杂；

(2)在精炼炉冶炼时，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、氢的含量<2.5ppm。

本发明在进行钢锭浇注时，采用保护渣下注法浇注。

本发明在锻轧成坯料时，其锻造比K≥4.5，始轧温度为1000-1100℃，在此温度范围内保温，保温时间40-60分钟，保温时间到后，开始轧锻，终锻轧温度为860℃-900℃。

在坯料锻轧件热处理时，退火温度为860-920℃，优选900℃，升温速度控制在100-180℃/min，在860-920℃保温，优选900℃，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，通常保温时间可在40-60分钟，时间到后出炉空冷得到本发明不锈钢303C。

根据上述化学成分和生产方法生产的不锈钢303C与日本JIS标准的不锈钢SUS303比较，其化学成分及机械性能比较见下表

不锈钢303C和不锈钢SUS303化学成分比较表

  

C(％)

Mn(％)

Si(％)

S(％)

Cr(％)

Ni(％)

Cu(％)

303C

0.08-0.12

13.00-14.00

≤0.80

0.15-0.20

13.00-14.00

1.00-2.00

1.00-2.00

SUS303

≤0.15

≤2.00

≤1.00

≤0.15

17.0-19.00

8.00-10.00

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本发明303C不锈钢具有以下特点：

1、本发明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。

特色之一是高Mn：由于Cr和Mn都可以折合成为Cr当量，但是根据Fe-Mn-Cr三元相图分析，Cr的含量不能超过15％，同时Ni的含量又进一步的减少到1-2％，所以我们采用了高Mn的元素配比。

特色之二是加入Cu：在热轧过程中，Cu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，经热轧后的钢呈现处良好的强度。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。

特色之三是低的磁导率：Mn含量的提高有效的避免了热处理中的磁化现象，使该钢种具有低的磁导率。

特色之四是C含量高于普通不锈钢：C对于扩大奥氏体区域的能力相对于Ni来讲是Ni的30倍，所以其到了代替Ni元素稳定奥氏体的作用。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。

2、按照实施例1所述方法制备得到的不锈钢303C的硬度，耐腐蚀，易切削性能，对比试验数据如下表

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303C经历的时间为90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。

3、成本低廉，在满足原有耐蚀型需要的情况下，成本比同类的产品降低40％左右。

综上所述，本发明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，同时含有一定量的硫，易于切削，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。

附图说明

图1为冶炼工艺流程图。

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

图2为铸造车间平面剖视图。

9-垂直分型无箱射压造型机  10-铸工输送机  11-造型机  12-压铁装置  13-振动槽  14-旧砂破碎机  15-翻箱机  16-合落箱机  17-振动筛砂机  18-换向机  19-松砂机  20-振动落砂机除尘罩21-分箱台  22-冷却提升机  23-开箱推杠  24-混砂机  25-水平分型脱箱造型机  26-浇注炉  27-运铁液器具  28、31-永磁分选机  29、32-振动输送落砂机  30-运输机  33-液压升降机  34-新砂提升机  35-螺旋输送器  36-振动槽  37-脉冲输送卸料器  38-松砂机

图3为铸造车间布置简图。

图中，39、制芯工部，40、造型-浇注-落砂工部，41、熔化工部及炉料仓库，42、清理工部，43、砂处理工部，44、新砂简仓。

图4为制造工艺流程图。

45-铸造  46-钢坯打磨  47-轧机  48-退火炉  49-矫直  50-矫直  51-酸洗  52-无心车(表面快速剥皮)  53-检验

M-角钢、扁钢和方钢的工艺路线图N-圆棒的工艺路线图

图5为不锈钢303C能谱分析图。

图6为不锈钢303C金相图。

具体实施方式：

下面结合实例对本发明做进一步说明。

实施例1

本实施例述的303C易切削不锈钢，按质量组成百分比由下列组分组成：C：0.12％、Mn：13.8％、Si：0.8％、P：0.03％、S：0.15％、Cr：13.4％、Ni：1.9％、Cu：1.6％，其余为Fe及不可避免的微量杂质。

上述303C不锈钢的制备依次经过在电炉初炼、在精炼炉精炼、钢锭浇注、锻轧成坯料、坯料热处理：

1、在冶炼时：

(1)电炉初炼：使用普通废钢为原料，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％；氧化期确保含碳量控制在总钢水质量的0.12％，之后按照每吨原料加3公斤硅铁粉的比例加入硅铁粉，充分造渣，脱O并去除气体及夹杂物，控制Cr含量为总钢水质量的13.4％，控制Si含量为总钢水质量的0.8％；还原期调S，同时使S的含量控制在占总钢水质量0.15％，去除硫化物夹杂；

(2)在精炼炉精炼：初炼后的钢水进入VOD炉真空精炼，抽空时间10分钟，真空度为1.5mbar，达到氧的含量29ppm、氢的含量2.3ppm。在出炉前20分钟，根据炉中化学分析的数据补加Cu、Mn和Ni原料，控制Cu、Mn和Ni分别占总钢水质量的百分含量。

2、钢锭浇注：在精炼炉精炼后得到的材料采用保护渣下注法浇注成钢锭。

3、锻轧成坯料：上述步骤得到的钢锭再经常规加压锻轧成坯料，其锻造比K＝4.5，始轧温度为1100℃，在此温度保温1小时，保温时间到后，开始轧锻，终锻轧温度为900℃。

4、坯料锻轧件热处理：将Φ20mm的坯料1000kg装在电炉中，退火温度为900℃，升温速度控制在170℃/min，在900℃时保温40分钟，保温时间到后出炉空冷后即得。

实施例2

本实施例述的303C易切削不锈钢，按质量组成百分比由下列组分组成：C：0.08％、Mn：13.6％、Si：0.8％、P：0.03％、S：0.18％、Cr：13.8％、Ni：1.4％、Cu：1.8％，其余为Fe及不可避免的微量杂质。

上述303C不锈钢的制备依次经过电炉初炼、在精炼炉精炼、钢锭浇注、锻轧成坯料、坯料热处理：

1、在冶炼时：

(1)电炉初炼：使用普通废钢为原料，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％；氧化期确保含碳量控制在总钢水质量的0.08％，之后按照每吨原料加3公斤硅铁粉的比例加入硅铁粉，充分造渣，脱O并去除气体及夹杂物，控制Cr含量为总钢水质量的13.8％，控制Si含量为总钢水质量的0.8％；还原期调S，同时使S的含量控制在占总钢水质量0.18％，去除硫化物夹杂；

(2)在精炼炉精炼：初炼后的钢水进入VOD炉真空精炼，抽空时间10分钟，真空度为1.4mbar，达到氧的含量28ppm、氢的含量2.4ppm。在出炉前20分钟，根据炉中化学分析的数据补加Cu、Mn和Ni原料，分别控制Cu占总钢水质量1.8％，Mn占总钢水质量13.6％，Ni占总钢水质量1.4％。

2、钢锭浇注：在精炼炉精炼后得到的材料采用保护渣下注法浇注成钢锭。

3、锻轧成坯料：上述步骤得到的钢锭再经常规加压锻轧成坯料，其锻造比K＝4.8，始轧温度为1050℃，在此温度保温40分钟，保温时间到后，开始轧锻，终锻轧温度为860℃。

4、坯料锻轧件热处理：将Φ35mm的坯料8500kg装在电炉中，退火温度为860℃，升温速度控制在120℃/min，在860℃保温60分钟，保温时间到后出炉空冷后即得。

本发明对常规生产工艺和过程不做详细描述，详细的具体方法和过程可结合上述生产方法和常规方法进行实施，所属技术领域的技术人员完全能够实施。

Claims (1)

1.一种不锈钢303C的制造工艺，特征在于该不锈钢303C按质量百分比由下列组分组成：C：0.08-0.12、Mn：13.00-14.00、Si≤0.8、P≤0.03、S：0.15-0.20、Cr：13.00-14.00、Ni：1.00-2.00、Cu：1.00-2.00，其余为Fe及不可避免的微量杂质；该不锈钢的制造工艺包括在电炉初炼、在精炼炉精炼、钢锭浇注、锻轧成坯料、坯料热处理，所述的电炉初炼和在精炼炉精炼步骤包括以下工艺：

(1)电炉初炼：以普通废钢为原料，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％；氧化期确保含碳量控制在总钢水质量的0.08-0.12％，之后加入还原剂硅铁粉，充分造渣，去除气体及夹杂物；还原期调S，同时使S的含量占总钢水质量0.15-0.20％，去除硫化物夹杂；

(2)在精炼炉精炼：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、氢的含量＜2.5ppm；

(3)钢锭浇注采用保护渣下注法浇注；

(4)锻轧成坯料时，锻造比K≥4.5，始轧温度为1000-1100℃，在此温度范围内保温，保温时间40-60分钟，保温时间到后，开始轧锻，终锻轧温度为860℃-900℃；

(5)坯料热处理时，退火温度为860-920℃，升温速度控制在100-180℃/min；在860-920℃时保温，保温时间40-60分钟，保温时间到后出炉空冷。

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