CN115852253A - 铸造用不锈钢及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了铸造用不锈钢，采用了将废旧不锈钢以及金属氮化物混合熔炼成熔融金属，并将所述废旧不锈钢和所述金属氮化物按照一定的元素比例进行调配，从而提供了一种低价、耐腐蚀、强度大的铸造用不锈钢，通过本申请实现了通过铸造方式提供有防腐蚀和强度需求的零部件的供给，价格低廉且质量可靠，并且对废旧不锈钢进行回收利用，发挥了二次价值。
Description
技术领域
本申请涉及到不锈钢领域，特别是一种铸造用不锈钢及制备方法。
背景技术
现有技术中，很多零部件例如具有承载载荷较大、且有防腐需求，例如重型门铰链。这类产品采用铸造工艺，一般采用力学性能较好的碳钢作为原料进行铸造后涂防锈漆的方式进行防腐，但这样的处理通常防锈效果不佳。还有的厂家为了追求防腐效果选择用316不锈钢，由于该材料中具有较多的镍，因此其防锈效果较好，但316不锈钢材料的原料价格较高，成本难以控制，且其力学性能不及碳钢，无法适用于一些强度较大的场合。
因此，现有技术中尚没有合适的、特别是适用于小型铸造炉用的不锈钢材料。
发明内容
本申请实施例提供了一种铸造用不锈钢及制备方法，用于解决现有技术中尚没有合适的铸造用不锈钢的技术问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种铸造用不锈钢，由以下质量百分比的元素组成：
C：0.005-0.03％；Si：0.05～1％；Mn：0.05～2％；P：≤0.04％；S：≤0.03％；Cr：21～24％；
Ni：3.5～5.5％；Mo：2.5～3.5％；N：0.08～0.2％；Cu：1～2％；余量为Fe。
进一步的，所述铸造用不锈钢由以下质量百分比的元素组成：
C：0.025；Si：0.6％；Mn：1.5％；P：0.026％；S：0.001％；Cr：22.5％；Ni：5％；Mo：3％；N：0.016％；Cu：1.5％；余量为Fe。
本申请的第二个方面，提供一种铸造用不锈钢的制备方法，将废旧不锈钢以及金属氮化物混合熔炼成熔融金属，所述废旧不锈钢和所述金属氮化物按照本申请第一个方面所提供的铸造用不锈钢的所述的元素组成调配，向精密铸造型腔中浇筑所述熔融金属。
进一步的，所述金属氮化物包括氮化铬、氮化铜、氮化锰、氮化铁中的一种或多种。
进一步的，所述混合熔炼时还包括加入纯金属，所述纯金属包括铬、铜、锰、铁中的一种或多种。
进一步的，所述废旧不锈钢的材质为304不锈钢。
进一步的，所述精密铸造型腔采用熔模铸造工艺制成。
进一步的，向精密铸造型腔中浇筑所述熔融金属时，包括：所述熔融金属的温度在1620±10℃。
进一步的，所述精密铸造的型腔的温度≥200℃。
进一步的，向精密铸造型腔中浇筑所述熔融金属时，包括：浇筑时的速度先快后慢。
在本申请实施例中，采用了将废旧不锈钢以及金属氮化物混合熔炼成熔融金属，并将所述废旧不锈钢和所述金属氮化物按照一定的元素比例进行调配，从而提供了一种低价、耐腐蚀、强度大的铸造用不锈钢，通过本申请实现了通过铸造方式提供有防腐蚀和强度需求的零部件的供给，价格低廉且质量可靠，并且对废旧不锈钢进行回收利用，发挥了二次价值。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的铸造用不锈钢的力-变形曲线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
现有技术，对于有承载载荷较大、且有防腐需求的不锈钢制品，例如重型门铰链，大都碳钢刷漆或者316不锈钢，这两种材料，前者多通过铸造生产，碳含量高，强度大能够承载较大载荷，但是防腐效果不佳，后一种材料中由于镍含量较高，因此通常具有较好的防锈效果，但一般316不锈钢的价格较贵且力学性能不及前者。
废旧不锈钢回收价格低廉，回收价格大约为原价的50％～60％，特别是应用比较广泛的304的不锈钢，它广泛地用于制作要求良好综合性能的设备和机件，本身具有较好的防腐效果之外，还具有良好的耐热性、低温强度和机械特性。适合用于食品的加工、储存和运输，板式换热器、波纹管、家庭用品，汽车配件，医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件等。因此，本申请的实施例提出一种将废旧不锈钢进行二次利用作为铸造用不锈钢的原料之一，配以其他原料调配成适合于铸造的不锈钢，从而解决现有技术中没有兼顾价格、防锈和力学性能的铸造用不锈钢以制备如本申请实施例中所述的重型门铰链这类的产品。
本实施例提出的一种铸造用不锈钢的制备方法是，将废旧不锈钢以及金属氮化物混合熔炼成熔融金属，所述废旧不锈钢和所述金属氮化物按照如下质量百分比的元素组成调配，向精密铸造型腔中浇筑所述熔融金属。
C：0.005-0.03％；Si：0.05～1％；Mn：0.05～2％；P：≤0.04％；S：≤0.03％；Cr：21～24％；Ni：3.5～5.5％；Mo：2.5～3.5％；N：0.08～0.2％；Cu：1～2％；余量为Fe。
在某些实施例中，上述各元素的质量百分比为：
C：0.025；Si：0.6％；Mn：1.5％；P：0.026％；S：0.001％；Cr：22.5％；Ni：5％；Mo：3％；N：0.016％；Cu：1.5％；余量为Fe。
本发明的实施例将回收的废旧不锈钢与金属氮化物混合熔炼成熔融金属，具体金属氮化物的量可以按照元素组成的要求进行调配，本申请的实施例特别适合于在小型铸造炉中实施，由于小型铸造炉的耐压性能有限，通常无法通过高压吹气通入氮气的方式进行元素调配，结合本身金属材料的组分也需要调整，因此，本实施例中选择投入固体的金属氮化物，从而实现最终整体金属元素、非金属元素的同时调整。
上述配比的熔融金属通过精密铸造的方式加工获得相应产品的造型，在铸造过程中，合金中的氮和铜析出，具有较好的固溶度，且合金的防腐效果接近316不锈钢，强度优于普通的碳钢。
本申请的实施例中的废旧不锈钢主要为304不锈钢，但废旧不锈钢回收的物料多不纯净，因此，需要根据不同批次的不锈钢熔融金属中成分的不同适应性调整氮化物的选择和用量。
本申请的实施例中，所述金属氮化物包括氮化铬、氮化铜、氮化锰、氮化铁中的一种或多种。通常304不锈钢中的元素成分在不同的标准中不完全相同，以JIS G4303为例，其要求的304不锈钢中主要成份的质量百分比如下表1：
表1
| SUS 304 | C | Mn | P | S | Si | Cr | Ni |
| 要求，％ | ≤0.08 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | ≤1.00 | 18.0-20.0 | 8.0-10.5 |
对比本发明实施例中所要求的元素配比，可以发现主要需要将C含量向下调整，将铬含量向上调整，将镍含量向下调整；以及其他部分特别标称出的元素，例如比较重要的可以在工艺中增加固溶性的Cu元素等。
为了更好地调配出适合的比例，在某些实施例中，所述混合熔炼时还包括加入纯金属，所述纯金属包括铬、铜、锰、铁中的一种或多种。
上述熔融过程，在真空熔炼炉进行，通常将废旧不锈钢和纯金属先置入真空熔炼炉内进行熔融，期间充入氮气保护，待上述金属熔化后再加入氮化合金熔融。
本实施例中，所述精密铸造型腔采用熔模铸造工艺制成。熔模铸造又称失蜡铸造，包括压蜡、修蜡、组树、沾浆、熔蜡、浇铸金属液及后处理等工序。失蜡铸造是用蜡制作所要铸成零件的蜡模，然后蜡模上涂以泥浆，这就是泥模。泥模晾干后，放入热水中将内部蜡模熔化。将熔化完蜡模的泥模取出再焙烧成陶模。一经焙烧。一般制泥模时就留下了浇注口，再从浇注口灌入金属熔液，冷却后，所需的零件就制成了。
熔模铸造最大的优点就是由于熔模铸件有着很高的尺寸精度和表面光洁度，所以可减少机械加工工作，只是在零件上要求较高的部位留少许加工余量即可，甚至某些铸件只留打磨、抛光余量，不必机械加工即可使用。由此可见，采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。熔模铸造方法的另一优点是，它可以铸造各种合金的复杂的铸件，特别可以铸造高温合金铸件。如喷气式发动机的叶片，其流线型外廓与冷却用内腔，用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产，保证了铸件的一致性，而且避免了机械加工后残留刀纹的应力集中。
本实施例中制备的重型门铰链，通常具有对称形状，且具有必要的用于连接用的通孔，本实施例采用熔模铸造的形式直接将上述铰链中的通孔一并铸造完成，精度可靠，且不需要对通孔部分进行二次加工，节约了工序。
下面具体介绍本实施例中的熔模铸造过程，包括以下步骤：
步骤一、模组的除油和脱脂
需将模组表面的油污去除掉，以提高涂料润湿模组表面的能力。
步骤二、在模组上涂挂涂料和撒砂
涂挂涂料以前，应先把涂料搅拌均匀，尽可能减少涂料桶中耐火材料的沉淀，调整好涂料的粘度或比重，以使涂料能很好地充填和润湿熔模，挂涂料时，把模组浸泡在涂料中，左右上下晃动，使涂料能很好润湿熔模，均匀覆盖模组表面。涂料涂好后，即可进行撒砂。
步骤三、型壳干燥和硬化
每涂复好一层型壳以后，就要对它进行干燥和硬化，使涂料中的粘结剂由溶胶向冻胶、凝胶转变，把耐火材料连在一起。
步骤四、自型壳中熔失熔模
型壳完全硬化后，需从型壳中熔去模组，因模组常用蜡基模料制成，所以也把此工序称为脱蜡。根据加热方法的不同，有很多，脱蜡方法，用得较多的是热水法和同压蒸汽法。
步骤四、焙烧型壳
在焙烧之前，先将脱模后的型壳埋箱内的砂粒之中，再装炉焙烧。焙烧时逐步增加炉温，将型壳加热至800-1000℃，保温一段时间，即可进行浇注。
步骤五、浇筑
将真空炉内已熔融完成的合金溶液自型壳的浇筑口浇筑入型腔中，为了确保工件质量，在向精密铸造型腔中浇筑所述熔融金属时需要注意金属温度所述熔融金属的温度在1620±10℃，以及所述精密铸造的型腔的温度≥200℃，以及控制浇筑的速度是先快后慢。
将本发明的实施例中下列元素的质量百分比获得的产品，进行力学性能测试，获得的力学性能记载在表2中，其中涉涉及到的力学变形曲线如附图1所示。
C：0.025；Si：0.6％；Mn：1.5％；P：0.026％；S：0.001％；Cr：22.5％；Ni：5％；Mo：3％；N：0.016％；Cu：1.5％；余量为Fe。
表2
| 抗拉强度 | 屈服强度 | 延伸率 | 硬度HV |
| ≥450MPa | ≥620MPa | ≥25％ | ≥18 |
由此可知，本实施例获得的产品，其具有优良的力学性能，适合作为强度较高的场合使用。并且该产品中具有较高的氮含量，其防腐效果接近316不锈钢。并且本产品的主要原料来源于回收的不锈钢，整体价格低廉，是一种较为经济的新型不锈钢产品。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.铸造用不锈钢，其特征在于，由以下质量百分比的元素组成：
C：0.005-0.03％；Si：0.05～1％；Mn：0.05～2％；P：≤0.04％；S：≤0.03％；Cr：21～24％；
Ni：3.5～5.5％；Mo：2.5～3.5％；N：0.08～0.2％；Cu：1～2％；余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的铸造用不锈钢，其特征在于，由以下质量百分比的元素组成：
C：0.025；Si：0.6％；Mn：1.5％；P：0.026％；S：0.001％；Cr：22.5％；Ni：5％；Mo：3％；N：0.016％；Cu：1.5％；余量为Fe。
3.一种铸造用不锈钢的制备方法，其特征在于，将废旧不锈钢以及金属氮化物混合熔炼成熔融金属，所述废旧不锈钢和所述金属氮化物按照权利要求1～2中任意一项所述的元素组成调配，向精密铸造型腔中浇筑所述熔融金属。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述金属氮化物包括氮化铬、氮化铜、氮化锰、氮化铁中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述混合熔炼时还包括加入纯金属，所述纯金属包括铬、铜、锰、铁中的一种或多种。
6.根据权利要求4或5中任意一项所述的方法，其特征在于：所述废旧不锈钢的材质为304不锈钢。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述精密铸造型腔采用熔模铸造工艺制成。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：向精密铸造型腔中浇筑所述熔融金属时，包括：所述熔融金属的温度在1620±10℃。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述精密铸造的型腔的温度≥200℃。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：向精密铸造型腔中浇筑所述熔融金属时，包括：浇筑时的速度先快后慢。
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