CN110607483A - 易切削不锈钢及其冶炼控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切削不锈钢及其冶炼控制方法，属于冶金生产工艺技术领域。提供一种硫化物形态良好，加工性能优良的易切削不锈钢及其冶炼控制方法。所述的易切削不锈钢为包含有下述重量份组分的熔炼和硫化物变性处理连铸坯，C≤0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.06％，S≥0.15％，Cr＞12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Mo≤0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质，连铸坯中经变性处理后的硫化物形态以占比超过80％的Ⅰ类硫化物为主。所述的冶炼控制方法包括钢水的电炉熔炼、钢液的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，不锈钢钢水的电炉熔炼按C占0.08～0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.060％，S≥0.15％，Ni≤0.6％，Mo≤0.6％，Cr占12.0～14.0％，Si≤0.5％，Mn/S＝3.0～5.0，Al≤0.02％的含量进行控制。

Description

易切削不锈钢及其冶炼控制方法

技术领域

本发明涉及一种切削不锈钢，属于冶金生产工艺技术领域。本发明还涉及一种用于所述易切削不锈钢的冶炼控制方法。

背景技术

416是马氏体型不锈钢，国内牌号是Y12Cr13，具有优良的切削加工性能。特别适用于自动车床、数控车床批量生产。易切削不锈钢主要用于电磁，微特电机和电气元件的生产。各标准中要求416不锈钢种含硫的质量百分数下限为0.15％。随着下游加工企业对切削性能要求的提高，416不锈钢的发展趋势之一是提高硫含量，高端客户要求硫含量在0.25～0.35％之间。硫化物的形态是影响热加工性和切削性能的关键因素；因此，416不锈钢的硫化物形态控制技术方法对该材料的生产和使用非常重要。

硫系易切削钢中硫主要以金属硫化物形式存在。Sims提出按铸钢中硫化物的形态和分布的不同分为三类：

Ⅰ类：球状，无规则分布，存在于不用铝脱氧的钢中，

Ⅱ类：沿晶界分布或呈扇状分布，存在于用少量铝脱氧的钢中，

Ⅲ类：块状，无规则分布，存在于加铝量高且有残铝的钢中。

钢中硫化锰究竟形成哪种形态的硫化物主要取决于：(1)氧、铝、碳、硅等元素含量；(2)硫含量；(3)凝固冷却速度。为了获得最佳的切削性能，生产中希望得到球形或纺锤形的硫化物夹杂，这类夹杂物在轧制过程中因塑性小不易变形，保持纺锤形或椭球形，对改善切削性能非常有益，因此希望获得更多的Ⅰ类硫化物。

影响硫化物形态的最主要因素是氧的含量，Ecghem等人定量地说明铝脱氧钢中氧含量与硫化物形态的关系，当钢中w(T.O)＞0.012％时，可以获得第Ⅰ类硫化物；w(T.O)＝0.008％～0.012％时为第Ⅱ类硫化物，w(T.O)＜0.008％时为第Ⅲ类硫化物。Dahl和Baker等人在研究各类形态的硫化物的形成条件时，进一步说明了氧量及其他元素的影响：即氧量＞0.02％，形成Ⅰ类硫化物，当氧量为0.002％～0.01％形成球状的Ⅰ类硫化物和沿晶界分布的Ⅱ类硫化物，而Ⅲ类硫化物，还要受其他元素的影响，碳、硅含量高时形成Ⅲ类硫化物，如果没有碳和硅的存在，铝含量高也不会形成Ⅲ类硫化物。其他元素如磷、钙、铬、锆则促进Ⅲ类硫化物的形成。所以Ⅲ类硫化物通常不存在于普通钢中，而存在于铸铁滚珠轴承钢，高铬不锈钢和高硅钢中。而I类硫化物通常存在于沸腾钢和半镇静钢中；Ⅱ类硫化物则存在于镇静钢中。

硫含量也是影响硫化物形态的重要因素，研究表明，低硫含量时形成I类硫化物，硫含量≥0.05％时，就形成Ⅱ类硫化物，硫含量增加Ⅱ类硫化物的量随着增多。

因此，含硫的易切削合金钢普遍采用控制钢液氧含量的方法来控制硫化物形态，该方法是在冶炼生产非调质钢、硫系易切削碳钢时控制氧含量＞0.012％，获得以Ⅰ类硫化物为主的硫化物形态和分布。但是氧含量高时，生产的铸坯容易产生气孔缺陷。普碳钢在加热过程中近表面的缺陷可以通过加热过程氧化和随后的高压除鳞去除。但是不锈钢中如果氧含量高，则气孔缺陷很深，不锈钢具有抗氧化特性，加热过程中的氧化烧损小，如果坯料修磨不彻底容易导致成品形成表面缺陷。因此，通过控制氧含量控制高硫不锈钢中硫化物形态，技术难度很大。易切削不锈钢中硫化物形态控制主要是通过加入硫化物改性元素来实现，最常用的改性元素为Ca。但是大量研究结果表明，钙对硫含量低的非调质钢进行处理，可以获得理想的改性效果，对高硫含量的钢作用并不明显。还有人研究了镁对硫化物的改性的影响，但是镁在钢中的添加量有限，因此，仅能对极少量的硫化物起作用。研究资料表明，稀土对含硫碳钢和合金钢的硫化物可以起到理想的改性效果，但是随着人们对硫化物形成机理的认识，含硫普碳钢和合金钢现在均采用控制氧含量的方法来控制硫化物形态。稀土在高硫易切削不锈钢中控制硫化物形态的应用未见报道。

现有技术提供了以下几种改善易切削钢硫化物形态的工艺方法，但这些方法均存不同的缺陷，不能很好的满足客户的要求。现有几种具体的工艺方法如下，

一种外加氧化物控制易切削钢硫化物形态的方法，公开号CN110055374A。一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法，公开号CN103966531B。利用在线均质化处理改善含硫钢中硫化物形态的工艺方法，公开号CN107475498A。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种硫化物形态良好，加工性能优良的易切削不锈钢。本发明还提供了一种用于所述易切削不锈钢的冶炼控制方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种易切削不锈钢，所述的易切削不锈钢为包含有下述重量份组分的熔炼和硫化物变性处理连铸坯，

所述的重量份组分为C≤0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.06％，S≥0.15％，Cr＞12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Mo≤0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质，

其中，连铸坯中经变性处理后的硫化物形态以Ⅰ类硫化物为主，其比例占各类硫化物总量的80％以上。

一种用于所述易切削不锈钢的冶炼控制方法，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，

其中，不锈钢钢水的电炉熔炼按C占0.08～0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.060％，S≥0.15％，Ni≤0.6％，Mo≤0.6％，Cr占12.0～14.0％，Si≤0.5％，Mn/S＝3.0～5.0，Al≤0.02％的含量进行控制。

进一步的是，在调整钢液中氧的含量时，通过成分控制合格的钢液中添加适量硅铁将氧含量控制到0.002～0.010％。

上述方案的优选方式是，在调整硫化物形态时，按照5～10％的收得率加入金属铈块或喂入铈金属线，将钢液中Ce含量控制到0.005～0.040％，Ce/S控制在0.030～0.12。

进一步的是，待氧含量、硫化物形态调整合格后，通过方坯连铸机连铸成方坯，

其中，典型截面的规格为200mm×200mm或150×150mm，浇注过程使用易切削钢保护渣进行连铸保护。

本发明的有益效果是：本申请通过在不锈钢钢水的冶炼过程中，先按上述的组分及含量进行合金元素的控制，然后再分别对钢液中氧含量的AOD冶炼调整，以及硫化物形态的LF熔炼调整，最后进行钢坯的连铸，生产完成组分为C≤0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.06％，S≥0.15％，Cr＞12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Mo≤0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质，硫化物形态以Ⅰ类硫化物为主的易切削不锈钢。由于经过硫化物形态的LF熔炼调整来获得了80％Ⅰ类硫化物，从而可以有效的改善硫化物的形态，提高成品不锈钢的加工性能。

附图说明

图1为本发明对比实施例1铸坯中硫化物的形态图；

图2为本发明实施例2铸坯中硫化物的形态图。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供的一种硫化物形态良好，加工性能优良的易切削不锈钢。本发明还提供了一种用于所述易切削不锈钢的冶炼控制方法。所述的易切削不锈钢为包含有下述重量份组分的熔炼和硫化物变性处理连铸坯，

所述的重量份组分为C≤0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.06％，S≥0.15％，Cr＞12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Mo≤0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质，

其中，连铸坯中经变性处理后的硫化物形态以Ⅰ类硫化物为主，其比例占各类硫化物总量的80％以上。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，

其中，不锈钢钢水的电炉熔炼按C占0.08～0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.060％，S≥0.15％，Ni≤0.6％，Mo≤0.6％，Cr占12.0～14.0％，Si≤0.5％，Mn/S＝3.0～5.0，Al≤0.02％的含量进行控制。本申请通过在不锈钢钢水的冶炼过程中，先按上述的组分及含量进行合金元素的控制，然后再分别对钢液中氧含量的AOD冶炼调整，以及硫化物形态的LF熔炼调整，最后进行钢坯的连铸，生产完成组分为C≤0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.06％，S≥0.15％，Cr＞12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Mo≤0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质，硫化物形态以Ⅰ类硫化物为主的易切削不锈钢。由于经过硫化物形态的LF熔炼调整来获得了80％Ⅰ类硫化物，从而可以有效的改善硫化物的形态，提高成品不锈钢的加工性能。

上述实施方式，为了最大限度的改善硫化物的形态，在调整钢液中氧的含量时，通过成分控制合格的钢液中添加适量硅铁将氧含量控制到0.002～0.010％。在调整硫化物形态时，按照5～10％的收得率加入金属铈块或喂入铈金属线，将钢液中Ce含量控制到0.005～0.040％，Ce/S控制在0.030～0.12。待氧含量、硫化物形态调整合格后，通过方坯连铸机连铸成方坯，其中，典型截面的规格为200mm×200mm或150×150mm，浇注过程使用易切削钢保护渣进行连铸保护。

综上所述，采用本申请提供的冶炼控制方法生产的416型易切削不锈钢还具有以下优点，

1、获得416连铸坯中硫化物形态以Ⅰ类硫化物为主，占硫化物的80％以上。

2、获得416易切削不锈钢连铸坯的热加工性良好，热轧过程不容易劈头开裂，轧制圆棒及盘条中长宽比≤4.0的纺锤形硫化物比例≥70％，切削性能良好。

同时，采用本申请提供的冶炼控制方法生产的416型易切削不锈钢与背景技术中的几种方法生产的不锈钢相比还具有以下不同，

1)与专利《一种外加氧化物控制易切削钢硫化物形态的方法》(公开号CN110055374A)对比

对比专利是向钢液中同时加入硫源和低熔点区氧化物。具体为将硫源与低熔点区氧化物的混合物作芯料、低碳钢作包芯管，制作而成的硫线加入钢液中；或者，将以硫源为芯料、低碳钢为包芯管的硫线和以低熔点区氧化物为芯料、低碳钢为包芯管的氧化物线同时加入钢液中。低熔点区氧化物包括Al2O3.SiO2.MnO、CaO.Al2O3.SiO2及Na2O.Al2O3.SiO2中任意一种或组合。本专利是通过向钢液中添加金属铈对硫化物进行改性，达到控制硫化物形态的目的。

2)与专利《一种硫化物形态优异的低碳高硫易切削钢的生产方法》(公开号CN103966531B)对比

对比专利是通过控制钢中全氧含量为150～200ppm、结晶器水流量为1700～1900L/min、二冷区比水量为0.7～0.9L/kg、加热炉温度为1230～1280℃、开轧温度为1100～1130℃、终轧温度为1050～1120℃等措施，解决了现有技术中低碳高硫易切削钢由于硫化物形态差导致切削性能差的问题。本专利是通过向钢液中添加金属铈对硫化物进行改性，达到控制硫化物形态的目的。

3)与专利《利用在线均质化处理改善含硫钢中硫化物形态的工艺方法》(公开号CN107475498A)对比

对比专利是通过优化的加热和轧制工艺技术，使含硫非调质钢的硫化物形态控制水平提高，从而降低了长条状硫化物对钢性能的恶化，改善了含硫钢的机械性能。本专利是通过向钢液中添加金属铈对硫化物进行改性，达到控制硫化物形态的目的。

下面通过具体的实施例进行进一步的论述：

实施例1：

冶工艺流程为电炉→AOD→LF精炼，化学成分为C＝0.12％，Si＝0.42％，Mn＝0.93％，P＝0.023％，S＝0.21％，Ni＝0.07％，Mo＝0.08％，Cr＝13.8％，Al＝0.01％，O＝0.0027％，Mn/S＝4.43。未进行铈改性处理，连铸成200×200mm的方坯，热轧轧制成直径φ＝16mm的盘条。连铸坯中Ⅰ类硫化物比例为3％，Ⅱ类硫化物的比例为97％，硫化物在钢不的形态如附图1所示。盘条中长宽比≤4.0的纺锤形硫化物比例为2.5％。

实施例2：

冶工艺流程为电炉→AOD→LF精炼，化学成分为C＝0.09％，Si＝0.38％，Mn＝1.11％，P＝0.021％，S＝0.27％，Ni＝0.17％，Mo＝0.19％，Cr＝13.5％，Al＝0.007％，O＝0.0076％，Mn/S＝4.11，LF添加金属铈合金块，Ce＝0.0081％，Ce/S＝0.03。连铸成200×200mm的方坯，热轧轧制成直径φ＝18mm的盘条。连铸坯中Ⅰ类硫化物比例为82％，Ⅱ类硫化物的比例为18％，硫化物在钢不的形态如附图2所示。盘条中长宽比≤4.0的纺锤形硫化物比例为73％。

实施例3：

冶工艺流程为电炉→AOD→LF精炼，化学成分为C＝0.15％，Si＝0.35％，Mn＝0.72％，P＝0.018％，S＝0.18％，Ni＝0.37％，Mo＝0.54％，Cr＝12.8％，Al＝0.007％，O＝0.0057％，Mn/S＝4.0，LF添加金属铈合金块，Ce＝0.016％，Ce/S＝0.089。连铸成200×200mm的方坯，热轧轧制成直径φ＝5.5mm的盘条。连铸坯中Ⅰ类硫化物比例为89％，Ⅱ类硫化物的比例为11％。盘条中长宽比≤4.0的纺锤形硫化物比例为71％。

实施例4：

冶工艺流程为电炉→AOD→LF精炼，化学成分为C＝0.11％，Si＝0.42％，Mn＝0.98％，P＝0.021％，S＝0.31％，Ni＝0.03％，Mo＝0.06％，Cr＝12.2％，Al＝0.006％，O＝0.0039％，Mn/S＝3.16，LF添加金属铈合金块，Ce＝0.027％，Ce/S＝0.087。连铸成150×150mm的方坯，热轧轧制成直径φ＝65mm的圆棒。连铸坯中Ⅰ类硫化物比例为92％，Ⅱ类硫化物的比例为8％。圆棒中长宽比≤4.0的纺锤形硫化物比例为87％。

实施例5：

冶工艺流程为电炉→AOD→LF精炼，化学成分为C＝0.14％，Si＝0.21％，Mn＝1.25％，P＝0.018％，S＝0.33％，Ni＝0.17％，Mo＝0.46％，Cr＝12.7％，Al＝0.009％，O＝0.0067％，Mn/S＝3.57，LF喂金属铈金属线，Ce＝0.037％，Ce/S＝0.11。连铸成150×150mm的方坯，热轧轧制成直径φ＝30mm的圆棒。连铸坯中Ⅰ类硫化物比例为95％，Ⅱ类硫化物的比例为5％。圆棒中长宽比≤4.0的纺锤形硫化物比例为81％。

实施例6：

冶工艺流程为电炉→AOD→LF精炼，化学成分为C＝0.12％，Si＝0.46％，Mn＝1.23％，P＝0.011％，S＝0.35％，Ni＝0.14％，Mo＝0.08％，Cr＝13.7％，Al＝0.012％，O＝0.0086％，Mn/S＝3.51，LF喂金属铈金属线，Ce＝0.039％，Ce/S＝0.11。连铸成150×150mm的方坯，热轧轧制成直径φ＝10.5mm的盘条。连铸坯中Ⅰ类硫化物比例为94％，Ⅱ类硫化物的比例为6％。盘条中长宽比≤4.0的纺锤形硫化物比例为76％。

以上实施例1为未进行形态控制的对比例，铸坯中硫化物形态以Ⅱ类硫化物为主，实施例2～6为按照本发明实施的实施例，铸坯中硫化物形态均以Ⅰ类硫化物为主，比例＞80％，轧制成品硫化物形态良好，纺锤形硫化物均比例＞70％。

Claims (5)

1.一种易切削不锈钢，其特征在于：所述的易切削不锈钢为包含有下述重量份组分的熔炼和硫化物变性处理连铸坯，

所述的重量份组分为C≤0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.06％，S≥0.15％，Cr＞12.0～14.0％，Ni≤0.60％，Mo≤0.60％，余量为Fe及不可避免的杂质，

其中，连铸坯中经变性处理后的硫化物形态以Ⅰ类硫化物为主，其比例占各类硫化物总量的80％以上。

2.一种用于权利要求1所述易切削不锈钢的冶炼控制方法，其特征在于：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，

其中，不锈钢钢水的电炉熔炼按C占0.08～0.15％，Si≤1.0％，Mn≤1.25％，P≤0.060％，S≥0.15％，Ni≤0.6％，Mo≤0.6％，Cr占12.0～14.0％，Si≤0.5％，Mn/S＝3.0～5.0，Al≤0.02％的含量进行控制。

3.根据权利要求2所述的冶炼控制方法，其特征在于：在调整钢液中氧的含量时，通过成分控制合格的钢液中添加适量硅铁将氧含量控制到0.002～0.010％。

4.根据权利要求2所述的冶炼控制方法，其特征在于：在调整硫化物形态时，按照5～10％的收得率加入金属铈块或喂入铈金属线，将钢液中Ce含量控制到0.005～0.040％，Ce/S控制在0.030～0.12。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的冶炼控制方法，其特征在于：待氧含量、硫化物形态调整合格后，通过方坯连铸机连铸成方坯，

其中，典型截面的规格为200mm×200mm或150×150mm，浇注过程使用易切削钢保护渣进行连铸保护。