CN111850407A - 850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材及其制备方法。针对现有易切削钢的强度仍不够，无法满足生产需要的问题，本发明提供了一种850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其化学成分包括：按重量百分比计，C：0.05～0.15％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Ni：0.01～0.05％、Cr：10.0～15.0％、S：0.15～0.55％、Ti：0.01～0.25％、Mo：0.005～0.02％、O：0.005～0.01％、N：0.005～0.015％，P≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还进一步优化了上述范围，并提供了所述棒材的制备方法。本发明有效控制并改善了易切削不锈钢中硫化物的形貌、尺寸、长宽比及分布，使易切削不锈钢不仅具有良好的切削性能，同时还具有非常好的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材及其制备方法。
背景技术
易切削钢是指在钢中加入一定数量的一种或一种以上的硫、磷、铅、钙、硒、碲等易切削元素，以改善切削性能的合金钢。根据所含易切削元素的不同，可以将易切削钢分为硫系易切削钢、铅系易切削钢、钛系易切削钢以及复合易切削钢等。硫系易切削钢是问世时间最早，迄今为止用量最大且用途最广的易切削钢，占世界和我国易切削钢总产量的比例分别为70％与90％以上。硫系易切削钢主要应用在螺栓、螺母、管接头、汽车制动零部件、弹簧座和模具等复杂部件，这些复杂零部件需要在数控机床上进行切削加工，为了延长刀具使用寿命，降低加工成本，提高生产效率，必须要求钢材具有良好的切削加工性能。硫系易切削不锈钢中的硫主要以硫化锰的形式存在，硫化锰夹杂物可作为应力集中源诱发基体产生许多微裂纹，降低切削抗力并致使钢材在车削加工时容易断屑。
早期研究人员对钢铁铸造组织中的硫化锰进行了分类，根据硫化锰的形貌与分布不同分了三类：第一类为球形复合夹杂物，任意分布，存在于不用铝脱氧的钢中，由偏晶反应形成；第二类是短棒状，沿晶界呈链状或网状分布，存在于用少量铝脱氧的钢中，由共晶反应形成；第三类为块状，无规则分布，存在于加铝量高且有残铝的钢中，由伪共晶反应生成。后来，研究人员又追加了第四类：树枝状硫化物，由共晶反应形成。含硫易切削不锈钢中硫化锰的尺寸、形貌与分布对钢材的力学性能有着显著的影响。为了获得最佳的切削性能，生产中希望得到球形或纺锤形长宽比较小的硫化物夹杂，这类夹杂物在轧制过程中因塑性小不易变形，可以在基体变形后仍保持纺锤形或椭球形，对改善切削性能非常有益。而长宽比超过4:1的细长条状硫化锰不但破坏基体的连续性，还会造成切削屑粘结，降低工件表面质量。易切削不锈钢在锻造变形后容易生成细长条状的硫化锰，引起钢材的各向异性，降低钢材的综合力学性能。
以往为了提高生产效率，易切削不锈钢适合用来制造对强度要求较低的软质小零件，而对于强度较高的零部件现有的易切削不锈钢的力学性能往往达不到使用要求。
专利CN1427089A公开了一种钙硫钛易切削钢，该方法采用中性覆盖渣、扩散脱氧、喂丝法控制脱氧、固体电解质氧浓差电池快速定氧等措施，生产出力学性能和易切削性能兼优的钙硫钛系新型易切削钢，其抗拉强度达到了820MPa，延伸率为16％，断面收缩率42％。该专利中的易切削钢抗拉强度仅达到了820MPa，难以满足一些零部件对更高强度的要求，应用范围受到了严重限制。
专利CN1667153A公开了一种锡钙钛系易切削钢，该方法涉及一种含锡钙钛元素的易切削钢，可用于制造高强度螺栓、曲轴、连接杆等汽车和机械的重要零件，该发明涉及的Y(15-45)SnCaTi的碳含量为0.12-0.18％，热轧(锻)态试样的抗拉强度为400MPa，断后延伸率为22.0％，断面收缩率为37％，Y45SnCaTi易切削钢的热轧(锻)态试样的抗拉强度为800MPa，断后延伸率为17.7％，断面收缩率为47％。同样的，该专利中的易切削钢抗拉强度仅达到了800MPa，难以满足零部件对更高强度的要求，应用范围受到了严重限制。
专利CN104404399A公布了一种新型硫系易切削钢铁材料，通过该方法制备的易切削钢抗拉强度最高为487MPa，断后延伸率为30.23％，断面收缩率为51.29％，其强度较低，难以满足零部件对更高强度的要求，应用范围受到了严重限制。
综上可见，钛元素对上述专利的钢中硫化物可以起到理想的改性效果，但上述钢均为铬含量较低的普碳钢，针对铬含量较高的高硫易切削不锈钢，还没有是否能够控制硫化物形态的报道。为了满足零部件对更高强度的要求，急需开发一些抗拉强度更高的钢品种，以满足生产需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有易切削钢的强度仍不够，无法满足生产需要的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其化学成分包括：按重量百分比计，C：0.05～0.15％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Ni：0.01～0.05％、Cr：10.0～15.0％、S：0.15～0.55％、Ti：0.01～0.25％、Mo：0.005～0.02％、O：0.005～0.01％、N：0.005～0.015％，P≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的，上述850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其化学成分包括：按重量百分比计，C：0.05～0.15％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Ni：0.01～0.05％、Cr：13.5～14.5％、S：0.15～0.55％、Ti：0.05～0.25％、Mo：0.005～0.02％、O：0.005～0.01％、N：0.005～0.015％，P≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步优选的，上述850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其化学成分中，3≤Mn/S≤10且1≤S/Ti≤10。
本发明还提供了一种上述850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材的制备方法，包括以下步骤：
a、配料：以高纯铁、高硫生铁、电解锰、镍板、硅铁合金、铬铁、钛铁、钼铁、增碳剂为原料，按850MPa级含钛易切削不锈钢成分所需进行配料；
b、真空炉熔炼：向真空感应熔炼炉内加入高纯铁与镍板，合炉抽真空至1～5pa后送电使高硫生铁与镍板缓慢熔化，然后升温至1490～1500℃保持5～10分钟，待高硫生铁与镍板完全熔清后冲入氩气到18000～20000pa，然后加入高硫生铁、电解锰、硅铁合金、铬铁与增碳剂，当合金全部熔清后再精炼10～15分钟，精炼温度为1500～1510℃；精炼结束后，静置1～5分钟；
c、浇注：将温度升到1520～1550℃后浇注到
金属模中，钢液在炉内凝固，冷却至室温后得到
的铸锭；
d、锻造：锻造前将铸锭的冒口及尾部切去后切成两段，然后将得到
的铸锭，在马弗炉中进行加热，加热温度为1050～1200℃，加热时间为30～60分钟，加热保温结束后将铸锭取出在锻造设备上锻成约
的试棒，然后回炉加热，加热温度为1050～1200℃，加热时间为10～30分钟，然后取出锻成
的试棒，空冷至室温后得到850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材。
其中，上述850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材的制备方法中，步骤a各种物料的用量为：在150Kg的真空炉中冶炼时，配物料铬铁28～30Kg，电解锰1.4～1.5Kg，硅铁合金0.6～0.65Kg，镍板0.01～0.015Kg，高硫生铁0.8～0.95Kg，钼铁0.015～0.025Kg，钛铁0.4～0.95Kg，高纯铁85～88Kg。
其中，上述850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材的制备方法中，所述的增碳剂为人造石墨、天然石墨或焦炭。
本发明通过在1050～1200℃锻造，使铸锭产生大的变形，在不产生变形开裂的情况下提高并保证了易切削钢的强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过合理添加钛元素与采用合理的锻造工艺相配合，有效控制并改善了易切削不锈钢中硫化物的形貌、尺寸、长宽比及分布，使易切削不锈钢不仅具有良好的切削性能，同时还具有非常好的力学性能。采用本工艺生产的铸态易切削不锈钢中长宽比≤3的硫化物所占比例达60％以上，锻态易切削不锈钢中长宽比≤3的硫化物所占比例达10％以上，通过与合理的锻造工艺相配合，其抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥550MPa，断面收缩率≥15％，断后伸长率≥5％，冲击韧性≥15J。本发明所制备的高强度高切削性能的易切削不锈钢适用于制造汽车、高铁、家电及办公装备等行业的零部件，可以有效降低机加工成本、提高生产效率与产品的竞争力。
附图说明
图1所示为本发明实施例1易切削不锈钢铸锭低倍图；
图2所示为本发明实施例2易切削不锈钢铸锭低倍图；
图3所示为本发明实施例1易切削不锈钢锻态500倍金相图；
图4所示为本发明实施例2易切削不锈钢锻态500倍金相图；
图5所示为本发明实施例1易切削不锈钢中含Ti硫化物面扫能谱图；
图6所示为本发明实施例2易切削不锈钢中含Ti硫化物面扫能谱图；
图7所示为本发明实施例1易切削不锈钢锻态应力-应变曲线图；
图8所示为本发明实施例2易切削不锈钢锻态应力-应变曲线图；
图9所示为本发明实施例1易切削不锈钢拉伸断口SEM形貌图；
图10所示为本发明实施例2易切削不锈钢拉伸断口SEM形貌图；
图11所示为本发明实施例1易切削不锈钢300r/min转速的切削屑；
图12所示为本发明实施例2易切削不锈钢300r/min转速的切削屑。
具体实施方式
本发明提供了一种850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其化学成分包括：按重量百分比计，C：0.05～0.15％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Ni：0.01～0.05％、Cr：10.0～15.0％、S：0.15～0.55％、Ti：0.01～0.25％、Mo：0.005～0.02％、O：0.005～0.01％、N：0.005～0.015％，P≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述每种元素的作用如下：
C：碳是提高易切削不锈钢强度和硬度的重要元素之一。0.05％～0.15％的C对易切削不锈钢的切削性能及力学性能最为有利。当钢中的碳含量低于0.05％时，铁素体含量会增加，钢材的强度与硬度下降，由于钢太软太韧，切削屑容易黏刀，其切削性能下降；反之，当钢中的碳含量过高时，其硬度会升高，同样会造成刀具磨损，降低钢材的切削性能。因此，本发明中的C含量控制在0.05％～0.15％的范围内。
Si：硅在易切削不锈钢中主要起脱氧作用，用来控制易切削不锈钢中的氧含量并且可以提高钢的屈服强度与加工硬化率，可以影响钢中硫化物夹杂变形和钢材的切削性能，硅含量过高容易生成硅酸盐夹杂物，硅酸盐夹杂物会造成刀具磨损，降低切削性能，硅含量过高还会导致钢材在热加工过程中产生大量氧化皮，降低钢材的表面质量，促使磷从基体中析出，在晶界形成磷化物薄膜，恶化钢的热加工性。因此，要需要合理控制易切削不锈钢中的硅含量，本发明中Si含量控制在0.1％～0.5％的范围内。
Mn：锰是提高易切削不锈钢切削性的重要元素之一，锰容易与硫元素结合形成硫化锰相，硫化锰是易切削不锈钢中最重要的易切削相。锰含量多高会增加钢的强韧性降低切削性能，锰含量过低则硫化锰生成量较少，不利于改善切削性能。因此，本发明中Mn含量控制在0.5％～1.5％的范围内。
Ni：镍既能提高钢的强度又能使钢材保持良好的塑韧性。据统计，每增加1％的镍，钢材的强度可提高约29MPa，镍还可以提高钢的淬透性，但由于镍是较稀缺的资源，价格昂贵，添加成本较高，所以应尽量减少镍的添加量。本发明中Ni含量控制在0.01％～0.05％的范围内。
Cr：铬在钢中的主要作用是提高钢材耐腐蚀性能，铬元素还能提高钢的淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能；铬还能提高钢的强度，尤其是当有其他合金元素加入时，效果会更加显著。但钢中铬含量过高会增加钢的硬度，硬度过高会影响钢材的切削性能。因此，本发明中Cr含量控制在10％～15％的范围内。
S：硫是易切削不锈钢中最主要的易切削元素，硫主要以硫化物的形式分布在钢材基体中，硫化物的尺寸、含量、形貌与分布直接影响钢材的切削性能。当硫含量低于0.1％时，钢材中不能生成足够含量的硫化物，无法满足高切削性能的要求；反之，当硫含量超过0.6％时，其热加工性能会降低并容易造成铸锭中心硫元素偏析。因此，本发明中S含量控制在0.15％～0.55％的范围内。
Mo：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能。钼与铬、锰并存时可以降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性。钼元素含量过高会增加生产成本，所以应尽量减少钼的添加量。因此，本发明中Mo含量控制在0.005％～0.02％的范围内。
Ti：钛可以改善易切削不锈钢中硫化物的形态及分布，钛可作为钢液凝固过程中硫化物的形核核心，促进硫化物形核。钛的氧化物、氮化物和碳氮化物还可以细化晶粒，改善钢材的力学性能。但是钛含量过高会形成较大的高熔点钛氮化物，降低钢材的切削性能。因此，本发明中Ti含量控制在0.01％～0.25％的范围内。
O：易切削不锈钢中的氧主要起调控硫化物形态的作用，当氧含量高于0.02％时，在钢中形成第一类硫化物(球状、无规则分布，夹杂物为单相或两相，常存在于不用铝脱氧的钢中，可显著提高钢材的切削性能)；当钢中氧含量在0.004％～0.01％时，易形成第二类硫化物(短棒状，沿晶界呈链状或网状分布，常存在于用少量铝脱氧的钢中)；当钢中氧含量小于0.004％时，易形成第三类硫化物(块状，无规则分布，常存在于加铝量高且有残铝的钢中)，硫化物的三种类型往往在钢中同时出现，既有球状、块状，也有短棒状，第二类和第三类硫化物会对钢材的切削加工性能产生不利影响。硫化物中的氧会与其他元素形成(Mn、Fe)(S、O)复合型夹杂物，这类夹杂物的塑性较小，在热加工变形的过程中不易变形，能够保持纺锤形及球形，对改善切削性能有利。然而，氧含量过高也会影响易切削不锈钢的表面质量，产生皮下气泡，在铸坯中心产生严重的成分偏析，若钢水中氧含量过高还会使钢水在连铸时水口堵塞，并且硬质氧化物夹杂含量过高会对刀具磨损产生不利影响，最终影响钢材的切削性能。氧含量增加还会降低试验钢的高温力学性能。通过合理控制氧含量在钢中生成含硫夹杂物形核心的氧化物，可以达到调控改善硫化物尺寸、数量、分布及形态的效果。因此，本发明中O含量控制在0.005％～0.01％的范围内。
为了控制钢中的氧含量，本发明在准备中间合金的时候去掉表面氧化皮与烘干，为了控制钢中的氧含量。
P：磷可提高钢的强度与淬透性，但其含量过高会降低钢的切削性能并导致热加工性能下降。因此，本发明中P含量控制在0.01％以下的范围内。
N：氮可以与钛元素结合形成氮化物和碳氮化物，这些氮化物和碳氮化物常常在晶界处形核并析出，有利于细化晶粒，提高钢的强度。在钢液凝固过程中氮化物和碳氮化物也可作为硫化物形核的核心，有利于改善硫化物的分布状态，从而提高易切削不锈钢的切削性能。但氮含量过高时，容易形成大颗粒的夹杂物，降低钢的切削性能。因此，本发明中N含量控制在0.005％～0.015％的范围内。
优选的，上述850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其化学成分包括：按重量百分比计，C：0.05～0.15％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Ni：0.01～0.05％、Cr：13.5～14.5％、S：0.15～0.55％、Ti：0.05～0.25％、Mo：0.005～0.02％、O：0.005～0.01％、N：0.005～0.015％，P≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选成分中，进一步限定了Cr、Ti含量，是因为Cr在此范围内可提高钢的耐腐蚀性能，Ti在此范围内可与Mn与S元素形成复合硫化锰夹杂物，改善硫化锰的形态与数量，经过优化，进一步使得含钛易切削不锈钢锻造棒材的切削性能更好。
进一步优选的，上述850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其化学成分中，3≤Mn/S≤10且1≤S/Ti≤10。合适的锰硫比与硫钛比可控制含钛硫化锰复合夹杂物的形态，减轻夹杂物对易切削钢基体的割裂作用，本发明通过进一步限定Mn/S、S/Ti来提高钢材的易切削钢的综合力学性能。
本发明的含钛易切削不锈钢中不含有铅元素，不会对环境造成污染并且符合国家节能减排的发展战略。
本发明还提供了上述850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材的制备方法，包括以下步骤：
a、配料：以高纯铁、高硫生铁、电解锰、镍板、硅铁合金、铬铁、钛铁、钼铁、增碳剂为原料，按850MPa级含钛易切削不锈钢成分所需进行配料；
b、真空炉熔炼：向真空感应熔炼炉内加入高纯铁与镍板，合炉抽真空至1～5pa后送电使高硫生铁与镍板缓慢熔化，然后升温至1490～1500℃保持5～10分钟，待高硫生铁与镍板完全熔清后冲入氩气到18000～20000pa，然后加入高硫生铁、电解锰、硅铁合金、铬铁与增碳剂，当合金全部熔清后再精炼10～15分钟，精炼温度为1500～1510℃；精炼结束后，静置1～5分钟；
c、浇注：将温度升到1520～1550℃后浇注到
金属模中，钢液在炉内凝固，冷却至室温后得到
的铸锭；
d、锻造：锻造前将铸锭的冒口及尾部切去后切成两段，然后将得到
的铸锭，在马弗炉中进行加热，加热温度为1050～1200℃，加热时间为30～60分钟，加热保温结束后将铸锭取出在锻造设备上锻成约
的试棒，然后回炉加热，加热温度为1050～1200℃，加热时间为10～30分钟，然后取出锻成
的试棒，空冷至室温后得到850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材。
其中，上述850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材的制备方法中，步骤a各种物料的用量为：在150Kg的真空炉中冶炼时，配物料铬铁28～30Kg，电解锰1.4～1.5Kg，硅铁合金0.6～0.65Kg，镍板0.01～0.015Kg，高硫生铁0.8～0.95Kg，钼铁0.015～0.025Kg，钛铁0.4～0.95Kg，高纯铁85～88Kg。
本发明熔炼及锻造工艺简单，钢材的原材料来源广泛，降低了易切削不锈钢的生产成本。
本发明的易切削不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，使其应用更加广泛。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1与实施例2中的含Ti易切削不锈钢成分设计如下：
实施例1钢成分：C：0.10％、Cr：13.5％、Mn：1.15％、Si：0.35％、Ni：0.01％、S：0.33％、O：0.01％、Mo：0.01％、Ti：0.09％、N：0.01％、P：0.008％(wt％)。
实施例2钢成分：C：0.11％、Cr：13.5％、Mn：1.16％、Si：0.35％、Ni：0.01％、S：0.35％、O：0.007％、Mo：0.01％、Ti：0.2％、N：0.01％、P：0.008％(wt％)。
制备原料采用高纯铁、高硫生铁、电解锰、硅铁合金、镍板、铬铁、钛铁、钼铁、增碳剂，各原料的成分如表1所示，经熔炼制成
的易切削不锈钢铸锭，酸洗后对铸锭的低倍组织进行观察分析，并且锻造后对钢材的夹杂物、力学性能、断口形貌等进行检测分析。
表1 各原料的成分表(％)
实施例1
具体的操作步骤如下：
第一步，配料
按目标成分：C：0.10％、Cr：13.5％、Mn：1.15％、Si：0.35％、Ni：0.01％、S：0.33％、O：0.01％、Mo：0.01％、Ti：0.09％、N：0.01％、P：0.008％(wt％)(含Ti易切削不锈钢成分1)的质量百分比计算各物料的质量。高纯铁、高硫生铁、铬铁等大块炉料采用100Kg电子称称量，镍板、钛铁、增碳剂等量少的炉料采用200g电子称称量，各炉料称量前用砂轮打磨，去掉其表面氧化皮并做烘干处理，每炉共配料120Kg。各原料的用量如表2所示。
表2 实施例1配料单
| 物料 | 铬铁 | 电解锰 | 硅铁合金 | 镍板 | 高硫生铁 | 钼铁 | 钛铁 | 高纯铁 |
| 重量/Kg | 29.3 | 1.46 | 0.61 | 0.012 | 0.86 | 0.02 | 0.41 | 87.33 |
第二步：真空炉熔炼
首先向真空感应熔炼炉内加入高纯铁与镍板，然后检查炉子的安全性，合炉抽真空至2pa后送电使高纯铁与镍板缓慢熔化，然后升温至1495℃保持5分钟，待高纯铁完全熔清后冲入氩气18000pa，然后加入高硫生铁、电解锰、硅铁合金、铬铁与增碳剂，当合金料全部熔清后再精炼10分钟，精炼温度为1500℃，精炼结束后，静置3分钟；
第三步：浇注
取样检测成分达标后，再次提高功率将温度升到1530℃后出钢，将钢液浇注到
金属模中，在真空感应炉内凝固并冷，待冷却至室温后得到
的铸锭；
第四步：锻造
锻造前将铸锭的冒口及尾部切去，在中间切断后得到
的铸锭。将铸锭放在马弗炉中加热，加热温度为1200℃，保温时间为30分钟，加热保温结束将铸锭取出在锻造设备上锻成
的试棒，然后回炉加热，加热温度为1200℃，保温时间为20分钟，然后取出锻成
的试棒，空冷至室温后得到成分如表2中实施例1所示的一种850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材1。
实施例2
具体的操作步骤如下：
第一步，配料
按目标成分C：0.11％、Cr：13.5％、Mn：1.16％、Si：0.35％、Ni：0.01％、S：0.35％、O：0.007％、Mo：0.01％、Ti：0.2％、N：0.01％、P：0.008％(wt％)；的质量百分比计算各物料的质量(高纯铁、高硫生铁、电解锰、硅铁合金、镍板、铬铁、钛铁、钼铁、增碳剂)。各原料的用量如表3所示。
表3 实施例2配料单
| 物料 | 铬铁 | 电解锰 | 硅铁合金 | 镍板 | 高硫生铁 | 钼铁 | 钛铁 | 高纯铁 |
| 重量/Kg | 29.3 | 1.47 | 0.61 | 0.012 | 0.92 | 0.02 | 0.91 | 86.76 |
配料、真空炉熔炼、浇注与实施例1所示相同，不同之处为：将铸锭放在马弗炉中加热，加热温度为1200℃，保温时间为40分钟，加热保温结束将铸锭取出在锻造设备上锻成
的试棒，然后回炉加热，加热温度为1200℃，保温时间为10分钟，然后取出锻成
的试棒，空冷至室温后得到850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材2。
对实施例1和2得到的含钛易切削不锈钢锻造棒材成分进行分析，得到如下表4所示的结果。
表4 含钛易切削不锈钢锻造棒材成分含量表(％)
| 元素 | C | Mn | Si | Ni | Cr | S | P | N | O | Mo | Ti | Fe |
| 实施例1 | 0.09 | 1.17 | 0.33 | 0.01 | 13.5 | 0.36 | 0.009 | 0.012 | 0.008 | 0.01 | 0.09 | 余量 |
| 实施例2 | 0.11 | 1.16 | 0.35 | 0.01 | 13.6 | 0.32 | 0.008 | 0.010 | 0.007 | 0.01 | 0.21 | 余量 |
对实施例1和2得到的不锈钢铸锭进行性能测定，显微图如图1、2所示。图1为实施例1易切削不锈钢铸锭低倍图，图2为实施例2易切削不锈钢铸锭低倍图。通过分析图1与图2可得实施例1与实施例2所得铸坯中心无明显缩松缩孔，铸坯质量良好。
图3为实施例1易切削不锈钢锻态100倍金相图，图4为实施例2易切削不锈钢锻态100倍金相图。由图3与图4可以看出，锻造后易切削不锈钢中的硫化物分布比较均匀，细长条状硫化锰较少。
图5为实施例1易切削不锈钢中含Ti硫化物面扫能谱图，图6为实施例2易切削不锈钢中含Ti硫化物面扫能谱图。由图5与图6可以看出实施例1与实施例2的易切削不锈钢中都有含Ti硫化物生成，钛元素的添加对改善硫化物的形貌具有重要作用。
图7为实施例1易切削不锈钢锻态应力-应变曲线图，图8为实施例2易切削不锈钢锻态应力-应变曲线图。由图7与图8可以看出，实施例1与实施例2的抗拉强度均大于850MPa，断后伸长率大于5％，具有良好的力学性能。
图9为实施例1锻态易切削不锈钢拉伸断口SEM形貌图，图10为本发明实施例2易切削不锈钢锻态拉伸断口SEM形貌图。由图9与图10可以看出，实施例1与实施例2的断口均有韧窝出现，锻态易切削不锈钢为韧性断裂，本发明含硫易切削不锈钢的塑韧性良好。
图11为实施例1易切削不锈钢300r/min转速时的切削屑，图12为实施例2易切削300r/min转速时的切削屑。由图11与图12可以看出本发明实施例1与实施例2的易切削不锈钢在切削过程中断屑情况良好，具有良好的切削性能。
使用ASPEX扫描电镜能谱仪对实施例1与实施例2铸态钢中的硫化锰进行分析，每个试样统计分析的面积均为4mm2。表5为实施例1与实施例2硫化锰的长宽比统计，实施例1与实施例2铸态易切削不锈钢中长宽比≤3的硫化锰所占比例均大于60％，主要以球型及纺锤型为主，有利于改善钢材的切削性能。
表5 硫化锰的长宽比(％)
| 长宽比 | 实施例1 | 实施例2 |
| X≤3 | 60.7 | 63.6 |
| 3＜X≤5 | 20.4 | 19.8 |
| 5＜X≤10 | 13.6 | 12.0 |
| 10＜X≤30 | 4.8 | 4.4 |
| X＞30 | 0.6 | 0.3 |
参考GB/T228.1-2010与GB/T19748-2005现行国家标准做成直径为5mm的拉伸试棒和10mm×10mm×55mm的标准V型缺口夏比冲击试样，通过MTS Landmark 370电液伺服万能试验机与MTS落锤式冲击试验机进行室温拉伸与夏比冲击试验，测定本发明实施1与实施例2的力学性能。实施例1与实施例2的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率及冲击韧性如表6所示。从表6可以看出，其抗拉强度≥850MPa，屈服强度≥550MPa，断面收缩率≥15％，断后伸长率≥5％，冲击韧性≥15J，具有良好的强度与切削性能相匹配。
表6 本发明含钛易切削不锈钢锻造棒材的力学性能表
由实施例的结果可知：本发明开发并制得了一种850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其抗拉强度和屈服强度都比现有的高，能够用于制造汽车、高铁、家电及办公装备等行业的零部件，拓宽了含钛易切削不锈钢的用途领域，具有显著的经济效益。
Claims (6)
1.850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其特征在于，化学成分包括：按重量百分比计，C：0.05～0.15％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Ni：0.01～0.05％、Cr：10.0～15.0％、S：0.15～0.55％、Ti：0.01～0.25％、Mo：0.005～0.02％、O：0.005～0.01％、N：0.005～0.015％，P≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其特征在于，化学成分包括：按重量百分比计，C：0.05～0.15％、Si：0.1～0.5％、Mn：0.5～1.5％、Ni：0.01～0.05％、Cr：13.5～14.5％、S：0.15～0.55％、Ti：0.05～0.25％、Mo：0.005～0.02％、O：0.005～0.01％、N：0.005～0.015％，P≤0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材，其特征在于，其化学成分中，3≤Mn/S≤10且1≤S/Ti≤10。
4.权利要求1～3任一项所述的850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、配料：以高纯铁、高硫生铁、电解锰、镍板、硅铁合金、铬铁、钛铁、钼铁、增碳剂为原料，按850MPa级含钛易切削不锈钢成分所需进行配料；
b、真空炉熔炼：向真空感应熔炼炉内加入高纯铁与镍板，合炉抽真空至1～5pa后送电使高硫生铁与镍板缓慢熔化，然后升温至1490～1500℃保持5～10分钟，待高硫生铁与镍板完全熔清后冲入氩气到18000～20000pa，然后加入高硫生铁、电解锰、硅铁合金、铬铁与增碳剂，当合金全部熔清后再精炼10～15分钟，精炼温度为1500～1510℃；精炼结束后，静置1～5分钟；
c、浇注：将温度升到1520～1550℃后浇注到
金属模中，钢液在炉内凝固，冷却至室温后得到
的铸锭；
d、锻造：锻造前将铸锭的冒口及尾部切去后切成两段，然后将得到
的铸锭，在马弗炉中进行加热，加热温度为1050～1200℃，加热时间为30～60分钟，加热保温结束后将铸锭取出在锻造设备上锻成约
的试棒，然后回炉加热，加热温度为1050～1200℃，加热时间为10～30分钟，然后取出锻成
的试棒，空冷至室温后得到850MPa级含钛易切削不锈钢锻造棒材。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤a各种物料的用量为：在150Kg的真空炉中冶炼时，配物料铬铁28～30Kg，电解锰1.4～1.5Kg，硅铁合金0.6～0.65Kg，镍板0.01～0.015Kg，高硫生铁0.8～0.95Kg，钼铁0.015～0.025Kg，钛铁0.4～0.95Kg，高纯铁85～88Kg。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的增碳剂为人造石墨、天然石墨或焦炭。
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