CN109825770A

CN109825770A - 一种含硫含铋易切削不锈钢及其制备方法

Info

Publication number: CN109825770A
Application number: CN201910247133.1A
Authority: CN
Inventors: 臧震; 罗晓青; 邵健翔
Original assignee: Baosteel Special Steel Long Material Co Ltd
Current assignee: Baosteel Special Steel Long Material Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明公开了一种含硫含铋易切削不锈钢，以重量百分百计，包含C：≤0.08％、Si：0.5～1.0％、Mn：2.0～3.0％、P≤0.06％、S：0.20～0.35％、Ni：8.5～1.0％、Cr：17.0～19.0％、Cu：2.0～3.0％、Bi：0.02～0.2％、N：≤0.07％，其余为铁和不可避免的杂质。本发明还公开了一种含硫含铋易切削不锈钢的制备方法。本发明通过添加铋元素的方法，提高材料的切削性，通过降低硫含量，轧制时采用中间坯在线加热及干头轧制的技术，解决因添加铋导致的热加工性能性能变差的问题，固溶采用1050℃的完全固溶工艺技术，盘条酸洗前经过盐浴处理，克服了高温处理后酸洗表面易过酸的问题。

Description

一种含硫含铋易切削不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及易切削钢，更具体地是指一种含硫含铋易切削不锈钢及其制备方法。

背景技术

随着不锈钢市场的发展，需要进一步提高材料的加工性能。目前的易切削不锈钢品种用量最大的为303CuS2，该钢种的易切削元素主要为硫，硫高虽然可以增加钢种的切削性，但对钢的冷、热加工性影响较大，因此硫元素含量有上限的要求。一直以来，某特钢公司利用电炉生产303CuS2钢种，其Cu含量2.0～2.5％，Mn含量2.0～3.0％，硫含量控制在0.25～0.30％。由于未添加Bi，切削性能基本满足要求，并且也曾经试验提高S含量来改进切削性能，但因钢材的加工性能差未能批量生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种含硫含铋易切削不锈钢及其制备方法，通过添加铋元素并控制铜、锰元素的含量，以明显改善钢种的切削性能，替代目前市场上用量较大的303CuS2钢种。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一方面，一种含硫含铜环保易切削不锈钢，按重量百分比计，包含：

C：≤0.08％、Si：0.5～1.0％、Mn：2.0～3.0％、P≤0.06％、S：0.20～0.35％、Ni：8.5～1.0％、Cr：17.0～19.0％、Cu：2.0～3.0％、Bi：0.02～0.2％、N：≤0.07％，其余为铁和不可避免的杂质。

另一方面，一种含硫含铋易切削不锈钢的制备方法，包括以下步骤：电炉冶炼、氩氧炉冶炼、钢包精炼炉冶炼、连铸、高线轧制、环形炉固溶处理、酸洗、包装，在钢包精炼炉冶炼过程中，碳含量冶炼控制范围0.03～0.05％；控制氩氧炉还原前终点C含量≤0.020％再进行还原；控制氩氧炉的石灰加入量为40～50kg/t钢水；

在氩氧炉冶炼过程中，全程吹氩，以确保成品N≤0.07％；

采用钢包精炼炉喂线，采用硫含量控制在45％～50％的高S包芯线，喂S线后立刻喂复合Bi线，喂线后取样分析，当S为0.020～0.035％，Bi为0.02～0.20％时，吊包浇注。

当温度达到1523～1528℃时，采用弧型连铸机进行浇注。

在高线轧制时，采用中间坯在线加热，加热温度设定为1050±50℃，且咬入采用干头轧制。

在环形炉固溶处理过程中，当环形炉温度≥700℃时进环形炉，温度达到1050℃后进行保温，最高温度控制为1070℃，最低温度控制为1040℃，保温时间30～80min后直接淬水到室温。

采用本发明的含硫含铋易切削不锈钢及其制备方法，为了提高钢种的切削性，添加了Bi元素，为了保证后续加工性能，降低的S含量，控制Ni、Mn、Cu、硫、Bi含量。为解解决因添加铋导致的热加工性能性能变差的问题，降低S含量，轧制时采用中间坯在线加热及干头轧制的技术保证热加工性能，产品采用全固溶工艺，为解决高温处理后酸洗表面易过酸的问题，酸洗前通过盐浴处理，保证表面质量。

具体实施方式

本发明的含硫含铋易切削不锈钢(303CuB)，以按重量百分比，包含：

其中，碳是奥氏体不锈钢中强烈形成奥氏体的元素，可以稳定并扩大奥氏体相区，增加奥氏体不锈钢的热加工性能，碳高可以显著提高奥氏体不锈钢固溶后的强度，增加奥氏体不锈钢点腐蚀的倾向，因此将C控制在0～0.08％。

铬可以促进奥氏体不锈钢钝化并保持稳定的钝化态，提高钢的耐氧化介质和耐酸性氯化物介质的能力，提高钢耐局部腐蚀如晶间腐蚀、点腐蚀的能力。提高铬含量可以使马氏体转变温度降低，从而提高奥氏体的稳定性，因此将Cr控制在17.0～19.0％。

镍的作用是形成稳定的奥氏体，使钢获得完全的奥氏体组织，从而使材料有良好的强度、塑性，提高奥氏体不锈钢的热力学温度性，使材料具有更好的不锈性和耐氧化性介质的能力，随着镍含量的增加，还可以提高材料的耐还原性介质的能力，因此将Ni控制在8.2～10.0％。

硫、铋是增加材料切削性的元素，硫与锰形成可变形的MnS夹杂物，通过热加工在钢中形成长条状的MnS夹杂物，提高了材料的切削性。铋主要存在MnS夹杂物中，打断MnS的连续性，使钢中的MnS细小、弥散，细小的硫化物具有导致应力集中的缺口效应，降低钢的切削抗力。硫化物夹杂质地较软，铋的熔点很低，增加了刀具与切屑之间润滑作用，极大改善材料的切削性。但含量过高会降低奥氏体不锈钢的热塑性，使材料的热加工性能变差，因此将S控制在0.20～0.35％，Bi控制在0.02～0.2％。

氮是增加不锈钢奥氏体稳定性的元素，可以改善材料的加工性能，保证材料无磁性，可以替代部分镍以节约部分贵金属，但含量太高会增加材料的强度，因此将N控制在0～0.070％。

铜是增加材料加工性能的元素，为了解决因添加铋导致的热加工性能性能变差的问题，因此将Cu含量控制2.0～3.0％，同时轧制时采用中间坯加热及干头轧制的技术保证材料热加工性能。

一种如上述的含硫含铋易切削不锈钢的制备方法，包括如下步骤：

电炉(EAF)冶炼+氩氧炉(AOD)冶炼+钢包精炼炉(LF)冶炼→连铸→高线轧制→环形炉固溶处理→酸洗→包装。

其中：

1、冶炼工艺

1)在钢包精炼炉(LF)冶炼过程中，碳含量冶炼控制目标为0.04％，控制范围为0.03～0.05％。控制氩氧炉(AOD)还原前终点C含量≤0.020％再进行还原。控制氩氧炉(AOD)的石灰加入量为40～50kg/t钢水，从而可以保证较好的渣量和炉渣碱度。

2)在氩氧炉(AOD)冶炼过程中，全程吹氩，降低氮含量，保证成品N≤0.07％。

3)采用钢包精炼炉(LF)喂线，喂入S线前，先尽可能扒清还原渣。用高S包芯线(硫含量控制在45％～50％)，喂S线后立刻喂复合Bi线，喂线后取样分析，当S为0.025～0.035％时，Bi为0.02～0.20％时，吊包浇注。

4)浇注：当温度达到1523～1528℃时，吊上钢包回转台，采用弧型连铸机进行浇注。

2、轧制工艺

轧制时采用中间坯在线加热，加热温度设定为1050±50℃，咬入采用干头轧制技术，以保证材料加工性能。

3、环形炉固溶处理工艺

当环形炉温度≥700℃进环形炉，升温速度无限制，温度达到1050℃左右后进行保温，最高温度1070℃，最低温度1040℃，保温时间一般在30min(热装30～40min，冷装50～80min)，然后直接淬水到室温。

若固溶温度较低，盘条热处理后不但强度高，强度波动范围也大，质量不稳定。但固溶温度太高，会造成表面氧化层增厚，相应酸洗时间加长，表面粗糙，影响用户的使用。经过多次对比试验和数据积累。本发明的固溶温度控制在1040～1070℃，根据盘条的规格调整固溶时间，对酸洗后的表面质量无不良影响，酸洗前通过盐浴处理，使酸洗后具有良好的表面质量。

具体举例如下：

通过超高功率电弧炉(槽式沥青炉衬)，采用一定的电压和电流熔化废钢。第二篮料通电熔化后，第二篮料熔清＞80％后吹氧助熔。氧气消耗215m³，出钢前加入200kg的SiFe还原，并且拉渣充分，控制出渣量≤500kg，出钢温度控制在1650℃。出钢时成分控制C：1.0％，P：0.040％。根据取样成分，出钢过程随着钢流加入电解铜板1050kg，将Cu含量调整到2.8％，出钢量为55.0t。

AOD操作：AOD兑钢后，加入1000kg石灰和800kg轻烧Mg球。通过AOD吹炼模型进行吹炼。取样分析C含量，C含量为0.02％时进行还原。还原过程，根据吹氧量计算需要的980kgSiFe(通常在700～1200kg)、400kg萤石和1200kg的石灰，还原以后人工扒渣3/4渣包(3/4渣包的渣子重量为3000kg)。

钢包精炼：AOD出钢后，钢包就位LF。当温度达为1580℃时，开始喂入高S硫线(硫含量≥50％)，喂线速度为2.0m/s，根据初始硫含量0.04％喂入量在1250m。喂S线后立刻喂复合Bi线，喂线速度为2.0m/s，喂线后取样分析，当S为0.028％，Bi为0.03％时，吊包浇注。

浇注：当温度达到1525℃时，吊上钢包回转台，采用160方3机3流弧型连铸机进行浇注。

长型材轧制：轧制时采用中间坯在线加热的技术干头轧制，中间坯在线加热温度设定1050±50℃保证材料加工性能。根据合同需要轧制成的盘卷。

环形炉固溶处理工艺：温度为730℃进环形炉，升温速度无限制，温度达到1050℃后进行保温，最高温度1070℃，最低温度1040℃，保温时间30min，最后水冷到室温。酸洗前盘条经过盐浴处理，使酸洗后具有良好的表面质量。

表1为本发明的不锈钢的三个实施例

表2为表1中三个实施例不锈钢的部分工艺和性能参数

综上所述，本发明解决了因添加铋后轧制加工性能差及其冶炼中硫、铋含量控制不稳定，收得率比较低及轧制难度大的问题。轧制以后质量合格，能够提高钢种的切削等性能要求，性能符合用户的要求。通过本发明冶炼303CuB工艺，提高了钢材质量，可以进行批量生产，对酸洗后的表面质量无不良影响，产品性能的稳定。

且操作简便，满足大生产要求，不需要大量设备投资，使用现有不锈钢设备和喂丝机，进行喂S、Bi合金化。轧制时采用中间坯在线加热及干头轧制的技术，保证材料加工性能。采用这种工艺生产质量满足要求而且稳定。钢液中硫含量控制稳定，S、Bi的收得率比较高，合格率达到了100％，切削性能良好。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种含硫含铋易切削不锈钢，其特征在于，按重量百分比计，包含：

2.如权利要求1所述的含硫含铋易切削不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：电炉冶炼、氩氧炉冶炼、钢包精炼炉冶炼、连铸、高线轧制、环形炉固溶处理、酸洗、包装，

在钢包精炼炉冶炼过程中，碳含量冶炼控制范围0.03～0.05％；控制氩氧炉还原前终点C含量≤0.020％再进行还原；控制氩氧炉的石灰加入量为40～50kg/t钢水；

在氩氧炉冶炼过程中，全程吹氩，以确保成品N≤0.07％；

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：当温度达到1523～1528℃时，采用弧型连铸机进行浇注。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在高线轧制时，采用中间坯在线加热，加热温度设定为1050±50℃，且咬入采用干头轧制。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在环形炉固溶处理过程中，当环形炉温度≥700℃时进环形炉，温度达到1050℃后进行保温，最高温度控制为1070℃，最低温度控制为1040℃，保温时间30～80min后直接淬水到室温。