CN1424422A - 可用于铁磁性部件的含硫铁素体不锈钢 - Google Patents

可用于铁磁性部件的含硫铁素体不锈钢 Download PDF

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Abstract

可用于铁磁性部件的铁素体不锈钢，其特征在于其重量组成为：C≤0.030％；1.0％＜Si≤3％；0.1％＜Mn≤0.5％；10％≤Cr≤13％；0％＜Ni＜1％；0.03％＜S＜0.5％；0％＜P≤0.030％；0.2％＜Mo≤2％；0％＜Cu≤0.5％；0％＜N≤0.030％；0％＜Ti≤0.5％；0％＜Nb≤1％；0％＜Al≤100×10－4％；30×10－4％＜Ca≤100×10－4％；50×10－4％＜0≤150×10－4％；钙含量和氧含量的比Ca/O为0.3Ca/O≤1；余量为铁以及来自于钢熔化的不可避免的杂质，以及一种制造铁磁性部件的方法。

Description

可用于铁磁性部件的含硫铁素体不锈钢
本发明涉及一种可用于铁磁性部件的含硫铁素体不锈钢。
该铁素体不锈钢是由确定的组成表征的，其铁素体结构是当其组合物被轧制并冷却后，通过退火热处理使它们具有所述的结构而特别保证的。
在铁素体不锈钢的庞大家族中，我们指的是特别按照其铬和碳的含量所定义的：
-可能含有高达0.17％碳的铁素体不锈钢。在其熔融冷却后，这些钢具有奥氏铁素体两相结构。但尽管碳含量高，在退火后它们也可以被转化为铁素体不锈钢。
-铬含量约为11或12％的铁素体不锈钢。它们与含有12％铬的马氏体钢十分相似，区别在于它们相对低的碳含量。
当钢被热轧时，可能含有两相，即铁素体和奥氏体结构。例如，如果冷却是强有力的，则最终结构为铁素体和马氏体结构。如果冷却较慢，则奥氏体部分分解为铁素体和碳化物，但由于碳含量比周围基体高，热的奥氏体比铁素体溶有更多的碳。在这两种情况下，必须对热轧和冷却后的钢进行回火或退火操作，从而产生完全的铁素体结构。回火可以在约为820℃的温度下进行，该温度低于α→γ的温度Acl，从而析出碳化物。
在打算应用其磁性能的铁素体钢领域中，通过限制其碳化物的量来得到铁素体结构，并且因此而在这一领域中开发的铁素体不锈钢的碳含量低于0.03％。
可应用其磁性能的钢是已知的，例如文献US 5 769 974中给出的那些钢，该文献公开了一种生产耐腐蚀的铁素体钢，并且能够减小所述钢的矫顽磁场值的方法。但所给出的组成范围很宽，并且没有定义一个范围来优化用于铁磁性部件时所需要的性能。用于这种方法的钢是一种再硫化类型的钢。但应用该方法得到的含硫钢对腐蚀很敏感。
另外已知的是专利US 5 091 024，其中公开了一种由合金形成的耐腐蚀的磁性制品，其中的合金主要由低碳含量和低硅含量的组合物组成，即其碳含量和硅含量分别低于0.03％和0.5％。但在磁领域中，为了增加材料的电阻率并减少涡流，钢中硅含量高是很重要的。
另外已知的是专利FR 94/06590，它涉及针对机加工领域应用的具有改善的机械加工性能的铁素体钢，但所给出的组成范围很宽，且没有定义一个范围来优化铁磁性部件所需要的性能。
本发明的目的是给出一种铁素体结构的含硫不锈钢，其具有高的磁性能，可用于磁性部件，具有很好的机械加工性能和耐腐蚀性能。
本发明的主题是一种可用于铁磁性部件的含硫铁素体不锈钢，其特征在于其重量组成如下：
C≤0.030％
1.0％＜Si≤3％
0.1％＜Mn≤0.5％
10％≤Cr≤13％
0％＜Ni＜1％
0.03％＜S＜0.5％
0％＜P≤0.030％
0.2％＜Mo≤2％
0％＜Cu≤0.5％
0％＜N≤0.030％
0％＜Ti≤0.5％
0％＜Nb≤1％
0％＜Al≤100×10-4％
30×10-4％＜Ca≤100×10-4％
50×10-4％＜O≤150×10-4％
-钙含量与氧含量的比Ca/O为
0.3≤Ca/O≤1
余量为铁以及来自于钢熔化的不可避免的杂质。
本发明的其它特征为：
-该钢含有钙长石和/或假硅灰石和/或钙铝黄长石类的石灰铝硅酸盐夹杂物，以及铬和锰硫化物类的夹杂物；
-优选地，钢的重量组成中含有在1.5％和2％之间的硅含量；
-优选地，钢的重量组成中含有在11.8％和13％之间的铬含量；
-优选地，钢的重量组成中含有在0.10％和0.5％之间，更具体地优选为0.10％和0.30％之间的硫含量；
-优选地，钢的重量组成中含有在0.4％和1％之间的钼含量；
-优选地，钢的重量组成中含有小于或等于0.3％的锰含量。
本发明还涉及一种生产由铁素体钢形成的部件的方法，其中铁素体钢的重量组成符合本发明，并且可以在热轧和冷却后，在任选的退火热处理后或不经退火热处理，进行调整其断面的拉伸或拉丝类操作。
随后，拉伸或拉丝后的钢可以进行补充的重结晶步骤，从而完善部件的磁性能。
下面的描述以及唯一的附图即图1，只是以非限定性实例的方式给出的，以使本发明清楚易懂。
图1是一个三元相图，给出了石灰铝硅酸盐夹杂物的基本组成。
本发明涉及一种具有如下一般组成的钢：
  C≤0.030％
   1.0％＜Si≤3％
   0.1％＜Mn≤0.5％
   10％≤Cr≤13％
   0％＜Ni＜1％
   0.03％＜S＜0.5％
   0％＜P≤0.030％
   0.2％＜Mo≤2％
   0％＜N≤0.030％
0％＜Ti≤0.5％
0％＜Nb≤1％
0％＜Al≤100×10-4％
30×10-4％＜Ca≤100×10-4％
50×10-4％＜O≤150×10-4％
余量为铁以及钢熔化过程中不可避免的杂质。
这样由窄范围定义的组成可以获得用于铁磁性部件时所必须的性能。
从治金角度来看，在钢组成中所含有的一些元素有利于出现体心立方结构的铁素体相。这些元素被称为α-诱导元素。具体包括铬和钼。其它元素，称为γ-诱导元素，有利于出现面心立方结构的γ-奥氏体相。这些元素有镍、碳和氮。因此必须减少这些元素的含量，也正是由于这些原因，本发明的钢的组成中碳少于0.03％，镍少于1％，氮少于0.030％。
碳对腐蚀性能和机械加工性能是有害的。通常，其析出必须少，因为从磁性能的角度来看，它们形成Bloch壁移动的障碍物。
关于其它组成元素，镍和锰，由于工业规模的钢熔融，它们仅是一些残余元素，需要减少甚至消除这些元素。
钛和/或铌形成化合物，包括碳化钛和/或碳化铌，从而防止形成碳化铬和氮化铬。因此它们对耐腐蚀有利，特别是当需要焊接来生产磁性部件时，有利于耐焊接腐蚀。
以硫化物形式存在的硫有利于切屑碎裂，能提高机加工工具的寿命。但以硫化锰形式存在时，它会降低耐腐蚀性能。当以铬锰硫化物形式引入并且其中铬占主导地位时，则保留了其对机械加工性能的益处，并大大降低了其对耐腐蚀性能的不利影响。
需要硅来增加钢的电阻率，从而减少涡流，并有利于耐腐蚀，含量大于1.5％是优选的。
本发明的钢也可以含有0.2％-2％的钼，该元素可提高耐腐蚀性能，并有利于铁素体的形成。
在其应用领域中，铁素体不锈钢存在机械加工性能的问题。
这是因为铁素体钢的一个主要缺点是其切屑的形状很差。它们产生长的缠绕在一起的切屑，这些切屑很难断裂。这一缺点在切屑受限制的机加工模式中会变得极为不利，例如在深钻或切割(parting off)时。
按照本发明，减轻铁素体钢机加工问题的一种解决方案是向其组成中引入硫。按照本发明，含硫的铁素体不锈钢在其重量组成中还含有至少30×10-4％的钙和至少50×10-4％的氧。
以受控的和故意的方式引入钙和氧，使其满足关系式0.3≤Ca/O≤1，有利于在铁素体钢中形成石灰铝硅酸盐类的塑性氧化物，如图1所示，该图是Al2O3/SiO2/CaO的三元相图，塑性氧化物选自钙长石-钙铝黄长石-假硅灰石三相点的区域内。
钙和氧的存在限制了亚铬酸盐、氧化铝或硅酸盐类的硬磨料夹杂物的形成。另一方面，本发明的钢中存在石灰铝硅酸盐夹杂物有利于切屑碎裂，并提高了切割工具的寿命。
已经发现向铁素体结构的钢中引入钙基氧化物替代现存的硬氧化物，只能轻微改变铁素体钢的磁性特性。
低锰含量有利于形成其中铬为主要或主导组分的锰-铬硫化物夹杂物，因而可大大提高在氯化物介质中的耐点蚀性能。
在铁素体钢中所谓的塑性氧化物和硫化物的存在，还在拉伸和拉丝领域有优势。
这是因为塑性夹杂物能够在轧制方向上变形，而硬氧化物却保持为颗粒形状。
在拉丝领域，对小直径的铁素体钢丝来说，按照本发明选择的夹杂物主要降低了拉丝的断裂程度。
在另一应用领域，如抛光操作，硬的夹杂物会在铁素体钢中结壳，并形成表面沟纹。
本发明的铁素体钢，含有塑性石灰铝硅酸盐夹杂物以及锰-铬硫化物，可以更容易地被抛光，从而获得改善的抛光表面光洁度。
钢可以用电熔法熔炼，然后连续浇铸形成钢坯。
然后钢坯进行热轧，从而形成例如线材或棒材。
可以进行退火，以确保对产品进行的冷转化操作，如拉伸和拉丝，但这不是必须的。
钢可以进行补充的重结晶退火，以恢复和完善磁性能。然后可以进行表面处理。
在一个应用实施例中，本发明的三种钢由钢1、钢2和钢3表示，与四种对比钢A，B，C，D一起被熔炼，其组成由下表1给出。
                                             表1
    ％     C    Cr   Si   Mo   Mn     P     N     S     Ni    Cu    Ti    Nb     Ca     O
钢1 0.011 12.2 1.6 0.47 0.22 0.015 0.007 0.180 0.106 0.08 0.003 0.002 0.0051 0.0067
钢2 0.009 12.5 1.7 0.55 0.23 0.014 0.008 0.210 0.088 0.05 0.002 0.002 0.0053 0.0076
钢3 0.011 12.2 1.6 0.47 0.22 0.015 0.007 0.180 0.106 0.08 0.003 0.002 0.0051 0.0067
对比A 0.015 17.4 1.25 0.35 0.5 0.02 0.02 0.28 0.3 0.1 0.003 0.002 0.002 0.006
对比B 0.016 17.5 1.37 1.53 0.38 0.018 0.017 0.277 0.2 9 0.06 0.003 0.003 0.0017 0.007
对比C 0.011 11.9 1.47 0.49 0.22 0.015 0.007 0.029 0.126 0.06 0.003 0.002 0.0062 0.0012
对比D 0.011 12.2 0.81 0.31 0.47 0.018 0.01 0.29 0.13 0.07 0.003 0.003 0.0012 0.0052
这些钢按下列过程转化为直径10mm的棒材：-热轧11mm圆钢；-退火，钢3除外；-拉伸到10mm的直径；-最后退火-矫直并研磨。然后从磁性能、机械加工性能和腐蚀性能对它们进行表征。
本发明的钢1、2和3比对比钢A、B和D具有更好的磁性能，如下表2所示。
                     表2
  钢 矫顽磁场Hc(A/m) 相对导磁率μr
  钢1     117     2300
  钢2     120     2200
  钢3     125     2100
  对比A     184     1200
  对比B     177     1300
  对比C     115     2100
  对比D     140     1600
这些性能是由于低的附加元素含量，具体是由于铬含量约为12％，而硫含量相对中等。
钢1、2和3表现出很好的易切削机加工性能，这归功于硫含量以及由于钙和氧含量导致的石灰铝硅酸盐夹杂物的存在这两者的组合。
钢1、2和3在耐腐蚀方面表现很好，尽管它们的铬含量低，由下表3可以看出，由于它们相对受限制的硫含量以及低的锰含量，有利于富含铬的硫化物的存在。
                          表3
 23℃下在0.02M NaCl中的点蚀电势  23℃下在2M H2SO4中的I腐蚀
    钢1     180mV/SCE     20mA/cm2
    钢2     175mV/SCE     17mA/cm2
    钢3     180mV/SCE     20mA/cm2
  对比A     205mV/SCE     24mA/cm2
  对比B     330mV/SCE     6mA/cm2
  对比C     215mV/SCE     11mA/cm2
  对比D     150mV/SCE     40mA/cm2
总之，本发明的钢是由窄的组成范围定义的，用以优化通常不相容的性能：优异的磁性能和机加工性能，同时由于其相对低的硫含量，在耐腐蚀方面也表现良好，由于其钙和氧含量以及石灰铝硅酸盐夹杂物的存在，弥补了其机械加工性能问题，以及低的锰含量有利于富含铬的硫化物的存在。
本发明的钢具体可用于生产铁磁性部件，如电磁阀部件，用于直接燃料喷射系统的喷嘴部件，机动车领域的中控门锁部件，或用于其它需要感应器或磁芯类部件的应用。为片状时，它可以用于电流互感器或磁屏蔽(magnetic screening)。

Claims (10)

1.可用于铁磁性部件的铁素体不锈钢，其特征在于其重量组成为：
    C≤0.030％
     1.0％＜Si≤3％
     0.1％＜Mn≤0.5％
     1 0％≤Cr≤13％
     0％＜Ni＜1％
     0.03％＜S＜0.5％
     0％＜P≤0.030％
     0.2％＜Mo≤2％
     0％＜Cu≤0.5％
     0％＜N≤0.030％
     0％＜Ti≤0.5％
     0％＜Nb≤1％
     0％＜Al≤100×10-4％
     30×10-4％＜Ca≤100×10-4％
     50×10-4％＜O≤150×10-4％
钙含量和氧含量的比Ca/O为
0.3≤Ca/O≤1
余量为铁以及来自于钢熔化的不可避免的杂质。
2.权利要求1的钢，其特征在于该钢含有钙长石和/或假硅灰石和/或钙铝黄长石类的石灰铝硅酸盐夹杂物以及铬和锰硫化物类的夹杂物。
3.权利要求1或2的钢，其特征在于其重量组成中还含有在1.5％和2％之间的硅含量。
4.权利要求1-3中任意一项的钢，其特征在于其重量组成中还含有在11.8％和13％之间的铬含量。
5.权利要求1-4中任意一项的钢，其特征在于其重量组成中还含有在0.10％和0.5％之间的硫含量。
6.权利要求5的钢，其特征在于其重量组成中还含有在0.10％和0.3％之间的硫含量。
7.权利要求1-6中任意一项的钢，其特征在于其重量组成中还含有在0.4％和1％之间的钼含量。
8.权利要求1-7中任意一项的钢，其特征在于其重量组成中还含有少于0.3％的锰含量。
9.一种生产由权利要求1-8中任意一项的铁素体钢形成的部件的方法，其特征在于，在热轧和冷却后，在任选的退火热处理之后或不经退火热处理，对钢进行调整其断面的拉伸或拉丝类操作。
10.权利要求9的方法，其特征在于拉伸或拉丝后的钢可以随后进行补充的重结晶退火处理，以完善所述部件的磁性能。
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