CN1066206C - 生产钢丝棉的铁素体不锈钢 - Google Patents
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Abstract
可用于生产钢丝棉的铁素体不锈钢，其特征在于其成分(重量)为：C≤0.2%，Si≤2%，Mn≤2%，Cr≤11～30%；Ni≤1%，S≤0.030%，Ca≥15×10-4%，O≥40×10-4%，Ca和O含量满足关系：0.2≤Ca/O≤0.7。
Description
本发明涉及可用于生产钢丝棉的铁素体不锈钢。
钢丝棉是由所谓的刨削技术得到的。钢丝棉在刨削装置上由缠到一个或多个在转动的从动辊上的邻近钢丝的一个或多个板上的钢丝生产。邻近钢丝的板在产生形成钢丝棉的刨屑的切削工具上通过。相当于刨屑厚度的通过深度由压在此钢丝板上的切削工具的力决定。
相当于切削速度的钢丝在切削工具上通过的速度，对刨削不锈钢丝是约30m/分，对刨削软钢丝是约50m/分。
形成钢丝棉的刨屑被驱向该装置的前面，于此将其缠在滚筒上。
钢丝棉的质量是作为以下指标的函数被评价的，所述指标，比如：
-废弃物的数量：该废弃物由碎屑或未被钢丝棉板带走的刨屑，和落在该设备下面的非常短的刨屑组成，而且被操作者定期收集，为了从数量上和质量上监测此装置。由此需要在刨削操作时得到长的连续的刨屑；
-钢丝棉的质量：这是由触觉及其目测外观来评估的。高质量的钢丝棉是均匀而柔软的。由于，比如，切削工具的磨损而存在厚的刨屑则有损于外观并降低其一致性。由于切削工具对钢丝板的压力在任何时候都是可变的，所以操作者的监测是最重要的。
本发明的目的是提供一种钢，它以钢丝的形式可用于要制造钢丝棉的刨削操作。
本发明的主题是铁素体不锈钢，它可用于生产钢丝棉。其特征在于如下的成分(重量)：
C≤0.2％，
Si≤2％，
Mn≤2％，
11％≤Cr≤30％
Ni≤1％，
S≤0.030％，
Ca≥15×10-4％，
O≥40×10-4％，Ca和O含量满足以下关系：
0.2≤Ca/O≤0.7，
余量为铁和不可避免的杂质。
该钢最好具有如下的成分(重量)：
C≤0.08％，
Si≤1％，
Mn≤2％，
15％≤Cr≤19％，
Ni≤1％，
S≤0.030％，
Ca≥15×10-4％，
O≥40×10-4％，Ca和O含量满足以下关系：
0.2≤Ca/O≤0.7，
余量为铁和不可避免的杂质。
该钢最好具有如下成分(重量)：
C≤0.1％，
Si≤1％，
Mn≤2％，
20％≤Cr≤28％，
Ni≤1％，
S≤0.030％，
Ca≥15×10-4％，
O≥40×10-4％，Ca和O含量满足以下关系：
0.2≤Ca/O≤0.7，
余量为铁和不可避免的杂质。
该钢的其它特征是：
在该钢的成分(重量)中含：
Ca≥30×10-4％，
O≥70×10-4％，Ca和O含量满足以下关系：
0.3≤Ca/O≤0.6；
该成分中还含小于3％的Mo；
该成分中还单独地或组合地含小于1％的元素Ti、Ta、Zr和Nb。
本发明还涉及一种为生产钢丝棉的钢丝，该钢丝通过拔丝而获得和含有钙长石和/或假硅灰石和/或钙黄长石和/或鳞石英型的夹杂物。
全部以非限制性的实施例给出的如下陈述及附图将使本发明清楚地得到理解。
图1是显示生产钢丝棉装置的示意图。
图2是缠绕和形成该装置的底板和顶板的代表性示意图。
图1显示了刨削装置1的示意图。比如，装置1的尺寸为长约10m，宽3m和高2m。欲刨削的钢丝2以板3的形式缠绕于两个转动的从动辊4之间。板3由大约15根邻近的钢丝2构成。
每个板3在叫作梳刀的切削工具5上移动，这产生形成钢丝棉纤维的刨屑6。
形成钢丝棉纤维的刨屑6被驱向该装置的前方，并绕在收集钢丝棉的滚筒7上。
图2是缠绕形成底板3和顶板3的代表性示意图。底板3在刀具形式的工具5上面通过，工具5是以大致垂直于钢丝2的运动方向放置的。工具5用高速钢制成，而且是按细沟状的切削面制成的，其间隔限定了钢丝棉的等级或刨屑6的宽度。
钢丝2在辊4之间的运动速度，这相当于工具5的切削速度，在30-50m/分之间，为避免细的钢丝棉刨屑6过热，将此速度必须保持得相对低。
刨削操作的通过深度是由压在钢丝2的板3上的工具5的力产生的。正是这种力限定了刨屑的厚度。刨屑6的厚度通常小于50μm，就此而言，通常已知的是约20μm。作为梳刀或切削工具5的函数的刨屑6的宽度一般约为50-70μm。归根结底，这些尺寸保持与表3中所示的那些夹杂物大小相同数量级。对于钢丝状的该钢而言不寻常的是含有宽约15μm的夹杂物，而其大部分的宽度在5-15μm之间。
由于此钢丝沿其长度方向经受刨削操作，所以实际上必须想到夹杂物的宽度，而其长度对刨削性稍有影响。对于同样数量的夹杂物而言，钢丝最好具有细长的夹杂物则是必要的，这样由下文的说明性的实施例所证实。
对于本领域中的普通技术人员而言，限定符合上述准则的钢丝棉的质量，根据监测手段，按下述类型的资格条件：被推荐，不推荐，被拒绝。
这似乎是，钢丝棉的质量与该钢丝棉的钢中所含的夹杂物的特性和形状相关。
具有改善了车螺纹加工性的钢，使用以约200m/分的高切削速度工作的涂覆碳化物的刀具是已知的。车螺纹是加工小直径的棒，所以需要对车削速度作专门的限制。
这些易切削钢的工作状态与夹杂物的特性相关，这些由于机加工变形并承受切削工具端部温升的夹杂物，由于其软化，在金属/刀具界面间的润滑作用而保证了所述刀具的冷却及切屑的破碎。在这个应用领域中，这些来自机加工的切屑必须是短的，和不连续的，为了保证将其去除，机加工是以高速进行的。
在钢丝棉的生产领域中，所见到的是，下列成分(重量％)的本发明的铁素体不锈钢：
C≤0.2％，
Si≤2％，
Mn≤2％，
11％≤Cr≤30％
Ni≤1％，
S≤0.030％，
Ca≥15×10-4％，
O≥40×10-4％，Ca和O含量满足以下关系：
0.2≤Ca/O≤0.7，从纤维的外观的观点和从生产率的观点都给出了改进质量的钢丝棉。
本发明的钢还可含改进抗氧化性的Ti、Ta、Zr和Nb。在该钢的成分中加入Mo改善耐蚀性及热强度。
以钢丝形式生产的本发明钢含有在轧制和拔丝后变形的夹杂物，其宽度小于5μm，该夹物是钙长石和/或假硅灰石和/或钙黄长石和/或鳞石英类型的钙铝硅酸盐。
从力学的角度看，该钢的性能，如夹杂物和钢的基体之间的结合力保证了钢丝棉纤维的好的质量。此外，该钢被设计成以低切削速度刨削型加工的钢。
从成分的角度看，C是倾向于使奥氏体相比铁素体相稳定的元素。此外，该元素在室温下在铁素体中是几乎不溶的。已知C在铁素体的体心立方基体中的扩散系数值高，随之而来的是，除非将此元素的浓度降到非常低的含量以下，否则限制碳化铬在室温下析出是非常困难的。同时，这些铬的碳化物抵消了铬的使用效果，而且被贫铬区包围。因此该材料的耐蚀性下降。将C含量降到0.08％以下可能是可取的。但是，C增强钢的机械性能，而且就某些用途而言，C含量可高达0.2％。具有低的Ca和O的含量，同时满足Ca/O之比，就可能获得在刨削工序期间钢的优越特性。已注意到的是，存在等于或大于30×10-4％的Ca和大于70×10-4％的O也是有益的。因此，这就可能在该钢的冶炼过程中，但在Ca/O比在0.2-0.7之间的条件下避免过分的氧化。含有15-19％Cr的钢被广泛使用，并满足目前的应用。但特别是从晶间腐蚀的观点看，它们还可通过添加诸如Ti、Nb、Cr的元素而改进。另一种改进它们的有效但昂贵的方法是提高Cr含量。当Cr含量在20-30％之间时耐空隙腐蚀性和点状腐蚀性被大大改进。
表1显示了6种钢，其中3种是对比钢，而钢A、B、C是本发明钢。
表1
对比钢1 对比钢2 对比钢3 钢A 钢B 钢CC,％ 0.040 0.038 0.037 0.042 0.036 0.039Si,％ 0.37 0.36 0.45 0.38 0.36 0.39Mn,％ 0.39 0.41 0.32 0.37 0.40 0.35Ni,％ 0.21 0.028 0.42 0.31 0.24 0.17Cr,％ 16.4 16.4 16.4 16.3 16.4 16.3Mo,％ 0.94 0.76 0.6 0.93 0.72 0.81Cu,％ 0.09 0.30 0.15 0.27 0.10 0.08N,10-4％ 45 58 42 53 39 48S,10-4％ 131 182 192 172 105 121Ca,10-4％＜2 ＜2 54 24 16 55O,10-4％ 65 45 75 85 51 120Ca/O 0 0 0.72 0.28 0.31 0.46
表2显示了上述钢的机械性能，所述的刨削钢是直径3.1mm形式的钢丝。
表2
对比钢1 对比钢2 对比钢3 钢A 钢B 钢CRm(MPa) 966 1045 1070 1021 960 1015Rp0.2 (MPa) 860 948 800 839 880 754Z,％ 62 62 36 64 40 35
表3概括了所述钢中的夹杂物特性。
表3氧化物夹杂的宽度(μm) 主要氧化物的种类对比钢1 5-15 Al2O3-SiO2-CrO3-MnO+Al2O3-MgO对比钢2 5-15 Al2O3-MgO对比钢3 3-8(球状夹杂物) CaO-Al2O3-SiO2钢A ＜2 Al2O3-SiO2-CaO钢B ＜2 Al2O3-SiO2-CaO钢C ＜2 Al2O3-SiO2-CaO
表4归纳了对对比钢和本发明钢进行刨削操作所得的特性，以及钢丝棉质量的评价。
表4
每米的重量 剩余磨损 梳刀厚度 钢丝棉外观 评价
1小时后 3小时后 5小时后 8小时后对比钢1 90 92 95 100 75/80 差 差 被拒绝对比钢2 100 105 106 115 70/75 差 一般 不可取对比钢3 110 112 113 118 69/72 差 一般 不可取钢A 145 147 149 150 65/68 正常 好 值得推荐钢B 130 132 135 137 70/72 正常 好 值得推荐钢C 151 152 152 154 45/50 好 好 值得推荐
上面的对比钢1，2，3和本发明的钢A，B，C的对比表明：在熔炼对比钢并将其形成刨削钢丝后自然形成的夹杂物有较大的宽度。此外，它们是天然坚硬而耐磨的。在本发明刨削钢丝中含的夹杂物是长的，并且其宽度比在对比钢中含的夹杂物小得多。这种拉长的夹杂物导致了所述夹杂物的低屈服应力，因此与对比钢相比硬度降低。
表4证实了由于使用本发明钢得到的在钢丝棉生产率上的利益。这是因为用本发明钢每米钢丝棉的重量明显较高而剩余钢丝的厚度较小，从而减少了原材料的消耗。
此外，关于梳刀或切削工具磨损的观察是坚硬和耐磨耗夹杂物的有害效果的证据。用于刨削对比钢的工具比用于刨削本发明钢的工具磨损得快。此外，从刨削得到的钢丝棉的外观角度看，应注意到的是，当钢丝棉是通过刨削本发明钢得到时，它就有更好的质量。换言之，从元素含量的观点来看，Al2O3-SiO2-CaO型的夹杂物满足在0.2-0.7之间的Ca/O比。
还应注意到的是，在分析表2中的性能时，很好的机加工性能趋于改进钢的刨削性能。
本发明不在于将一定量的某种类型的夹杂物引入钢中，而在于熔炼一种在其熔炼过程中含有固有类杂物的钢，根据本发明，少量的夹杂物是钙的铝硅酸盐夹杂物。
总之，本发明主要在于改变残留的氧化物夹杂物性能，而不是试图提高其密度，以使在热轧和拔丝后得到宽度小的残留夹杂物。
通过改变由本发明所限定的那种氧化物的形状，就可能改善以刨削工序得到的钢丝棉的生产率和质量，该钢丝棉是通过使用以高速钢制成的刀具，以低的机加工速度产生长而均匀的刨削屑得到的。
Claims (9)
1．可用于生产钢丝棉的铁素体不锈钢，其特征在于，其成分(重量)如下：
C≤0.2％，
Si≤2％，
Mn≤2％，
11％≤Cr≤30％，
Ni≤1％，
S≤0.030％，
Ca≥15×10-4％，
O≥40×10-4％，Ca和O含量满足以下关系：
0.2≤Ca/O≤0.7，
余量为铁和不可避免的杂质。
2．权利要求1的钢，其特征在于如下的成分(重量)：
C≤0.08％，
Si≤1％，
Mn≤2％，
15％≤Cr≤19％，
Ni≤1％，
S≤0.030％，
Ca≥15×10-4％，
O≥40×10-4％，Ca和O含量满足以下关系：
0.2≤Ca/O≤0.7，
余量为铁和不可避免的杂质。
3．权利要求1的钢，其特征在于如下成分(重量)：
C≤0.1％，
Si≤1％，
Mn≤2％，
20％≤Cr≤28％，
Ni≤1％，
S≤0.030％，
Ca≥15×10-4％，
O≥40×10-4％，Ca和O含量满足以下关系：
0.2≤Ca/O≤0.7，
余量为铁和不可避免的杂质。
4．权利要求1-3中任一项的钢，其特征在于其成分(重量)中包含：
Ca≥30×10-4％，
O≥70×10-4％，
5．权利要求1-3中任一项的钢，其特征在于Ca和O含量满足以下关系：
0.3≤Ca/O≤0.6。
6．权利要求1-3中任一项的钢，其特征在于成分还含小于3％的Mo。
7．权利要求1-3中任一项的钢，其特征在于成分还单独或结合含小于1％的元素Ti、Ta、Zr和Nb。
8．由权利要求1-7中任一项的钢拔丝得到的钢丝。
9．权利要求8的钢丝，其特征在于，它含钙长石和/或假硅灰石和/或钙黄长石和/或鳞石类型的夹杂物。
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