CN101492792A

CN101492792A - 一种用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢

Info

Publication number: CN101492792A
Application number: CNA2008100329865A
Authority: CN
Inventors: 倪和勇; 陆建生
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2009-07-29

Abstract

本发明提供了一种用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢。所述铁素体不锈钢的化学成分包含：C≤ 0.03wt％、Si：0.6～1.2wt％、Mn≤0.30wt％、Cr：13.0～ 20.0wt％、Ni≤0.5wt％、S：0.12～0.3wt％、V：0.3～0.6wt％、Cu：0.01～0.40wt％、P≤0.03wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过调整Si、Cr、S含量，再加入适量V，采用合理的制造工艺制得了本发明的铁素体不锈钢。该铁素体不锈钢耐蚀性能及切削性能良好，且其磁性能指标矫顽力Hc≤94.8A/m。

Description

一种用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢，具体地说，本发明涉及一种用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢。

背景技术

不锈钢是常见的合金钢，按金相组织分类，一般可分为：铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和双相不锈钢(铁素体-奥氏体不锈钢)。

用于铁磁性部件的铁素体不锈钢是一种Fe-Cr-Me系铁素体不锈钢，是一类重要的软磁材料，一般用于制造电磁阀、感应器等。有些该类合金的铁磁性部件的形状比较复杂，需要采用机加工方式加工，因此，用于铁磁性部件的铁素体不锈钢应具有优异的磁性能、耐蚀性和机加工性能。

目前，用于铁磁性部件的铁素体不锈钢，国内现有生产牌号主要有1J116、1J117(成分见表1)，这类传统的材料(1J116合金、1J117合金)具有优良的磁性能(Hc≤100A/m)和常规的耐腐蚀性能，但是机加工切削性能较差，在机加工时，其切削的形态较差，会产生非常难于碎断的、长长的切削废料，缠绕在合金成品上，在切削受到限制的一些加工方法中，例如深钻或锯割，此不足会变得非常不利。

提高钢材的易切削性能主要是通过往钢中单独或复合加入易切削元素硫、磷、铅、钙、硒、碲等，其中硫易切削钢使用较为广泛，硫在钢中与锰和铁形成硫化锰夹杂，这类夹杂物能中断基体金属的连续性，在切削时促使断屑形成小而短的卷曲半径，而易于排除，减少刀具磨损，降低加工表面粗糙度，提高刀具寿命。通常钢的被切削性随钢中硫含量的增多而增高，但钢的纵向和横向的力学性能差别大，横向塑、韧性差，疲劳及耐蚀性能也有所降低。钢中硫含量过高时，会导致热脆性，对钢的热加工造成困难，恶化钢的力学性能。硫易切削钢按硫含量不同，可分为低硫钢、中硫钢和高硫钢：一般低硫钢的S≤0.025％，中硫钢的S含量为0.04～0.009％，高硫钢的S含量为0.1～0.3％，由于中硫钢具有良好的切削性能和力学性能，已广泛应用于工业生产，而高硫钢则是满足特殊切削性能需求的钢材。

近年来发展了一系列加硫的易切削电磁铁素体不锈钢，如申请号为02152827.6的Fe-Cr-Me系铁素体不锈钢，是一种可用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢(成分见表1)，这种合金虽然具有优良的切削性能，但矫顽力Hc偏大(矫顽力是用于铁磁性部件的铁素体不锈钢的磁性能主要指标)，其Hc≥110A/m，不能满足有些用户的要求，因为在用于制造电磁阀时，若材料的矫顽力比较大，交流损耗也较大，电磁阀长期使用后容易产生发热现象，另外会产生一定的剩磁，当切断电源后，由于电磁阀芯带有一定的剩磁，启动电流就要大，这对应用于航天、航空等领域是不利的。

表1用于铁磁性部件的铁素体不锈钢化学成分(wt％)

牌号/申请号	C	P	S	Si	Mn	Ni	Cr	Ti	Mo	Nb	Fe
牌号/申请号	C	P	S	Si	Mn	Ni	Cr	Ti	Mo	Nb	Fe	1J116	≤0.03	≤0.020	≤0.020	≤0.20	≤0.60		15.5～16.5				余量
1J117	≤0.03	≤0.020	≤0.020	≤0.15	0.30～0.70	0.50～0.70	17.0～18.5	0.30～0.70			余量	1J116	≤0.03	≤0.020	≤0.020	≤0.20	≤0.60		15.5～16.5				余量
1J117	≤0.03	≤0.020	≤0.020	≤0.15	0.30～0.70	0.50～0.70	17.0～18.5	0.30～0.70			余量	CN02152827.6	≤0.03	≤0.030	0.30～0.50	1.0～3.0	0.10～0.5	≤1.0	10.0～13.0	≤0.5	0.2～2	≤1

为了解决以上问题，本发明者通过调整Si、Cr、S含量，再加入适量V，采用合理的制造工艺，设计出了一种用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢，从而完成了本发明。

因此，本发明的目的在于提供一种用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢。

发明内容

本发明提供的一种用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢，该铁素体不锈钢的化学成分包含：C≤0.03wt％、Si：0.6～1.2wt％、Mn≤0.30wt％、Cr：13.0～20.0wt％、Ni≤0.5wt％、S：0.12～0.3wt％、V：0.3～0.6wt％、Cu：0.01～0.40wt％、P≤0.03wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。

在一个优选实施方式中：所述铁素体不锈钢的化学成分包含：C≤0.03wt％、Si：0.6～1.2wt％、Mn≤0.30wt％、Cr：16.0～18.0wt％、Ni：0.2～0.5wt％、S：0.12～0.3wt％、V：0.3～0.6wt％、Cu：0.01～0.40wt％、P≤0.03wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。

在另一个优选实施方式中：所述铁素体不锈钢中Si的重量百分比含量为0.8～1.0。

在另一个优选实施方式中：所述铁素体不锈钢中S的重量百分比含量为0.15～0.2。

下面，对本发明的用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢的化学成分作用作详细叙述。

C：为了获得较高性能的软磁合金，通常对组成合金的原材料的纯净度有一定的要求，过高的要求将提高成本而不能实用。Fe中的碳含量应小于0.01wt％，对于优质的软磁合金，要求合金原材料的杂质少以外，多采用真空熔炼以及对成品进行氢气退火，这都是为了进一步净化合金，去除杂质。为了实现合金良好的软磁特性的目的，对碳的含量必须进行控制，碳含量必须尽量地低，因为碳是合金中最主要的杂质之一，对磁性有极坏的影响，在高温时固溶的碳会成为过饱和的间隙原子，成晶格畸变，产生附加的内应力，同时以Fe₃C的微粒析出，磁畴起钉扎作用，阻碍磁化过程，特别是当碳化物颗粒大小接近畴壁厚度时(10-7m)，钉扎作用愈显著。因此碳含量最好≤0.03wt％。

V：本发明在合金中加入少量的V，以改善热稳定性，高磁电性能、耐腐蚀性能以及机械性能等。V与C的亲和力比与Cr大，所以易生成VC而少生成Cr₂₃C₆，从而提高了合金的抗晶间腐蚀能力。VC析出物容易变成粗大颗粒，碳化物的形态和大小对磁性的影响是不一样的，从铁磁学基本原理可知：片状的、细小分散的夹杂物对磁性损害作用大，而颗粒较大的球状夹杂物对磁性损害作用较小。因此V含量控制在0.3～0.6wt％范围最佳。

Cr：合金中Cr元素与Fe形成单相连续固溶体(α相)，它是提高合金耐蚀性的主要元素，并可增加电阻率，提高化学稳定性，它最易促进钝态的产生，若含Cr量过高易出现σ相，对磁性能不利，含量过低钢的耐蚀性较差。因此Cr含量一般控制在13.0～20.0wt％，以16.0～18.0wt％范围最佳

S：硫可改善钢的切削性能，它在合金中溶解度极低，故以FeS形成存在于晶界上，当合金中有少量Mn时，和硫形成MnS.对钢热加工性能的提高有利，但过多的硫不仅可使钢的软磁特性恶化，且在900～1000℃间还会引起合金的热脆性。因此硫含量控制在0.12～0.3wt％范围为宜，最佳范围为0.15～0.2wt％。

Si：硅不仅可以改善钢的磁性，提高电阻率，而且还可以改善磁性在温度和应力作用下的稳定性，改善合金的均一性，提高硬度和耐磨性。因此硅含量控制在0.6～1.2wt％范围为宜，以0.8～1.0wt％最佳。

在某些情况下，杂质也有有利作用，如C、N、O、H等形成间隙固溶体的元素，可以提高合金的电阻率和增强合金的力学性能。某些元素在合金中不能固溶而形成碳化物、氧化物、氮化物、氢化物等特定的夹杂物，如MnS、AlN等，可用来控制合金的再结晶结构，这些非磁性掺杂能使畴壁钉扎，提高了材料的矫顽力，降低了磁导率。

本发明用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢按常规方法进行真空感应冶炼，合金化加Si、V-Fe、FeS时，每种元素加完后高功率搅拌2次，浇注前再高功率搅拌，使合金冶炼成分充分均匀，冶炼后的钢锭加热至1120℃保温1.5小时，按常规将钢锭锻造110方坯，热轧开坯至80-60方，再热轧至成品尺寸，再热轧温度为1020℃，最后采用常规退火热处理。

本发明的有益效果为：

(1)本发明以Fe-Cr合金为基，通过调整Si、Cr、S含量，再加入适量V，在保证易切削铁素体不锈钢具有良好的耐蚀性能的前提下，磁性能指标矫顽力Hc≤94.8A/m，使合金的热稳定性，磁电性能以及机械性能有了一定的提高。

(2)本发明的易切削铁素体不锈钢由于加入了硫，改善了钢的切削性能，其切削时产生比较容易碎断的切削废料，90％切削长度小于20cm。

具体实施方式

以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1

按表2所示的化学成分进行真空感应冶炼，合金化加Si、V-Fe、FeS时，每种元素加完后高功率搅拌2次，浇注前再高功率搅拌，冶炼后的钢锭加热至1120℃保温1.5小时，按常规工艺将钢锭锻造110方坯，热轧开坯至80-60方，再热轧至直径50mm的棒材，再热轧温度为1020℃，最后采用常规退火热处理。

实施例2-5

按表2所示的化学成分进行冶炼，实施方式同实施例1。

比较例1-3

按表2所示的化学成分进行冶炼，实施方式同实施例1。

表2本发明实施例1-5及比较例1-3的铁素体不锈钢的化学成分(wt％)

	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	V	Mo	Cu	Fe
	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	V	Mo	Cu	Fe	实施例1	0.010	0.93	0.23	0.017	0.159	0.36	16.85	0.53		0.01	余量
实施例2	0.011	0.87	0.25	0.015	0.186	0.30	16.75	0.35		0.03	余量	实施例1	0.010	0.93	0.23	0.017	0.159	0.36	16.85	0.53		0.01	余量
实施例2	0.011	0.87	0.25	0.015	0.186	0.30	16.75	0.35		0.03	余量	实施例3	0.007	0.90	0.20	0.010	0.180	0.31	16.80	0.44		0.02	余量
实施例4	0.010	1.12	0.17	0.008	0.193	0.33	17.43	0.46		0.02	余量	实施例3	0.007	0.90	0.20	0.010	0.180	0.31	16.80	0.44		0.02	余量
实施例4	0.010	1.12	0.17	0.008	0.193	0.33	17.43	0.46		0.02	余量	实施例5	0.009	0.62	0.24	0.009	0.256	0.35	17.82	0.51		0.01	余量
比较例1	0.015	1.25	0.50	0.020	0.28	0.30	17.40		0.35	0.10	余量	实施例5	0.009	0.62	0.24	0.009	0.256	0.35	17.82	0.51		0.01	余量
比较例1	0.015	1.25	0.50	0.020	0.28	0.30	17.40		0.35	0.10	余量	比较例2	0.016	1.37	0.38	0.018	0.277	0.29	17.50		1.53	0.06	余量
比较例3	0.011	1.47	0.22	0.015	0.029	0.13	11.9		0.59	0.06	余量	比较例2	0.016	1.37	0.38	0.018	0.277	0.29	17.50		1.53	0.06	余量

试验例1

对本发明实施例1-5及比较例1-3的铁素体不锈钢进行磁性能测试，测试结果见表3。

表3本发明实施例1-5及比较例1-3的铁素体不锈钢的磁性能

	B3200(T)	矫顽力Hc(A/M)
	B3200(T)	矫顽力Hc(A/M)	实施例1	1.37	64.8
实施例2	1.36	84.0	实施例1	1.37	64.8
实施例2	1.36	84.0	实施例3	1.35	75.8
实施例4	1.37	73.8	实施例3	1.35	75.8
实施例4	1.37	73.8	实施例5	1.36	69.5
比较例1	1.36	184	实施例5	1.36	69.5
比较例1	1.36	184	比较例2	1.35	177
比较例3	1.38	115	比较例2	1.35	177

试验例2

对本发明实施例1-5及比较例1-3的铁素体不锈钢进行耐蚀性测试，测试结果见表4。

表4本发明实施例1-5及比较例1-3的铁素体不锈钢的耐蚀性

	23℃下在0.02MnaCl中的点蚀电势	23℃下2MH₂SO₄中的I_腐蚀
	23℃下在0.02MnaCl中的点蚀电势	23℃下2MH₂SO₄中的I_腐蚀	实施例1	248mV/SCE	20mA/cm²
实施例2	251mV/SCE	19mA/cm²	实施例1	248mV/SCE	20mA/cm²
实施例2	251mV/SCE	19mA/cm²	实施例3	236mV/SCE	21mA/cm²
实施例4	225mV/SCE	22mA/cm²	实施例3	236mV/SCE	21mA/cm²
实施例4	225mV/SCE	22mA/cm²	实施例5	210mV/SCE	24mA/cm²
比较例1	205mV/SCE	24mA/cm²	实施例5	210mV/SCE	24mA/cm²
比较例1	205mV/SCE	24mA/cm²	比较例2	330mV/SCE	6mA/cm²
比较例3	215mV/SCE	11mA/cm²	比较例2	330mV/SCE	6mA/cm²

从表3可以看出，本发明的易切削铁素体不锈钢能得到良好的磁性能，矫顽力均≤90A/M，这主要取决于在本发明的化学成分中加入了少量的V，降低了钢的矫顽力，从而满足了电磁阀的制造要求。从表4可以看出，本发明的易切削铁素体不锈钢在耐腐蚀性方面也表现良好。

Claims

1、一种用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢，其特征在于，所述铁素体不锈钢的化学成分包含：C≤0.03wt％、Si：0.6～1.2wt％、Mn≤0.30wt％、Cr：13.0～20.0wt％、Ni≤0.5wt％、S：0.12～0.3wt％、V：0.3～0.6wt％、Cu：0.01～0.40wt％、P≤0.03wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢，其特征在于，所述铁素体不锈钢的化学成分包含：C≤0.03wt％、Si：0.6～1.2wt％、Mn≤0.30wt％、Cr：16.0～18.0wt％、Ni：0.2～0.5wt％、S：0.12～0.3wt％、V：0.3～0.6wt％、Cu：0.01～0.40wt％、P≤0.03wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。

3、根据权利要求1或2所述的用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢，其中所述Si的重量百分比含量为0.8～1.0。

4、根据权利要求1或2所述的用于铁磁性部件的易切削铁素体不锈钢，其中所述S的重量百分比含量为0.15～0.2。