TW200300454A - Sulphur-containing ferritic stainless steel that can be used for ferromagnetic parts - Google Patents

Description

200300454 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明範圍 本發明係關於可應用於鐵磁性零件的含硫鐵素性不鏽 鋼。 鐵素性不鏽鋼之特徵爲經界定之組成物，該組成物經 輥軋並冷卻之後，該鐵素性結構特別藉由退火之熱處理獲 致該結構而得確認。 鐵素性不鏽鋼結構的廣泛族群當中，特別是根據其鉻 及碳含量界定者，包含： 含達於0.1 7%碳之鐵素性不鏽鋼。此等不鏽鋼在熔煉並 冷卻之後具有渥氏田體的（austenitic)鐵素性二相結構。然 而，退火之後儘管具有局碳含量，該二相結構仍會轉變成 鐵素性不鏽鋼； 鉻含量約11或12%之鐵素性不鏽鋼。該鐵素性不鏽鋼 極類似含1 2 %鉻之馬登斯體的（m a r t e n s i t i c )不鏽鋼，但碳含 量不同，該鐵素性不鏽鋼的碳含量較低。 熱軋鋼時，該鋼可能具有二相-鐵素體及渥斯田體 -結構。如果該冷卻係快速的，例如，最終結構係鐵素體 及馬登斯體。如果該冷卻係緩慢的，該渥斯田鐵有一部分 會分解成鐵素體及碳化物，但碳含量比周圍的基體材料更 高，該渥斯田鐵，在熱的狀態下，會溶解更多於該鐵素體 的碳。在二例中，回火或退火作業皆必須對經熱軋及經冷 卻的鋼進行以產生完全鐵素體的結構。該回火可於約8 2 0 °C 之溫度，低於α態轉成γ態的溫度Acl，時進行，藉以使碳 化物沉澱。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） —豸-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 200300454 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（2 ) 欲將鐵素性不鏽鋼用於利用磁性應用的領域中，藉由 限定該碳化物的用量以獲得該鐵素性結構，因爲此領域中 發展出來的鐵素性不鏽鋼具有少於0.03 %之碳含量。 咸知鋼之磁性可加以利用，例如文獻美國專利案第 5 769 974號揭示製造防鏽性鐵素性不鏽鋼並且可降低該不 鏽鋼之矯頑電場（coerive field)的方法。該鐵素性不鏽鋼的 組成範圍極其廣泛並且未曾界定使鐵磁性零件應用所需之 性質最佳化的範圍。用於該方法的鋼係再硫化型。然而， 藉由該方法獲得的鋼，包含硫，易被腐蝕。 咸知美國專利案第5 09 1 024號亦揭示本質上由低碳含 量及低矽含量之組成物組成之合金形成之防鏽性磁生物件 ，也就是說分別低於〇·〇3%及〇.5%。然而，在磁場中，重 要的是該鋼包含高矽含量以增加該材料之阻抗並降低渦電 流。 咸知專利FR 94/0 65 90號亦揭示關於應用於機械加工領 域時具有改善可機械加工性之鐵素性不鏽鋼，但該組成範 圍極其廣泛並且未曾界定使鐵磁性零件所需之性質最佳化 的範圍。 本發明之目的在提供含硫鐵素性結構不鏽鋼，該不鏽 鋼可應用於具有高磁性並具有極良好的可機械加工性及防 鏽性的磁性零件。 本發明之目的係可應用於磁性零件的含硫鐵素性不鏽 鋼，其特徵爲以重量計該不鏽鋼之組成包括： 碳 S 0.0 3 0 % (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200300454 A7 B7 五、發明説明（3 ) 1.0% <矽 < 3% 0.1% <錳 < 0.5% 10% <鉻S 13% 0% < 鎳< 1% 0.0 3 %〈硫 < 0.5% 0% < 磷< 0.03 0% 0.2% <鉬 < 2% 0% < 銅 S 0.5% 0% < 氮< 0.03 0% 0% < 鈦 < 0.5% 0% < 鋸 < 1% 0% < 鋁 S 100 X 10-4% 30 X 1 〇·4% < < 金5 < 1 ο ο X 10'4% 50 X 10·4% < (氧 S 150 X 1 0'4% -該鈣含量對該氧含量之比率鈣/氧係 0.3 < 鈣 /氧 < 1， 其餘係鐵及該鋼熔煉時不可或免的不純物。 本發明之其他特點係·· S亥鋼包含該惩長石及/或僞砂灰石（pseudowollastonite) 及/或鈣鋁黃長石之石灰鋁矽酸鹽包裹體，該包裹體與硫化 鉻及硫化錳型包裹體締結在一起； 較佳地，以重量計，該鋼之組成含有1.5 %及2%之間的 石夕含量； 較佳地，以重量計，該鋼之組成含有Π.8%及13%之間 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 批衣 ： 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -8- 200300454 A7 B7 五、發明説明（4 ) 的鉻含量； 較佳地，以重量計，該鋼之組成含有010%及0.50%之 間的硫含量；特別以0. 10及0.3 0%之間爲佳； 聿父佳地，以重量計，該鋼之組成含有〇 . 4 %及1 %之間的 鉬含量；以及 較佳地，以重量計，該鋼之組成含有小於或等於0.3% 之錳含量。 本發明亦關於由根據本發明重量組成之鐵素性不鏽鋼 製成零件之製造方法，並且可在熱輥軋及冷卻之後進行改 質拉伸或伸線型截面之作業，該交錯部分可視情況需要先 經退火或未經退火處理。 該拉伸或伸線鋼可接著進行額外的再結晶步驟使該零 件之磁性趨於完美。 由接下來的說明及單一圖式，藉由非限定實施例的方 式分別提供，將更完全瞭解本發明。 本發明係關於具有以下總組成之鋼： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝·

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 碳S 0.030% 1 .0% <矽 < 3% 0.1% 〈 猛 < 0.5% 10% “各< 13% 0% < 鎳< 1% 0.0 3 %〈硫 < 0.5% 0% < 磷S 0.03 0% 0% < 鉬< 2% 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -9- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200300454 A7 ____________B7 五、發明説明（5 ) 0% < 氮 < 0.030% 0% < 鈦 < 0.5% 0% < 鈮 < 1% 0% < 鋁 < 100 X 1 0_4〇/〇 30 X ΙΟ-4 % < :鈣S 100 X 10· 4% 50 X 10*4 % < :氧2 1 5 0 X 1 0" 4% 其餘係鐵及該鋼熔煉時不可或免的不純物。 由此以嚴緊的範圍界定之組成物能獲得鐵磁性零件所 需之性質。 由冶金的觀點來看，鋼組成中包含之特定元件較佳具 有體心型立方結構之鐵素性相外觀。此等元素稱爲α -誘導 型元素。其他元素，稱爲γ-誘導型元素，較佳爲體心型立方 結構之γ-渥斯田體相。此等元素中包含之元素係鎳、碳及氮 。因此必須降低此等元素之含量，因爲根據本發明之鋼之 組成具有小於〇.〇3〇%的碳，小於1%的鎳及小於0.03 0%的 氮。 碳係不利於侵蝕及可機械加工性。大體而言，由磁性 觀點來看，因爲該等沉澱物會妨礙布洛克牆（Block wall) 之移動，所以該等沉澱物必須係小的。 關於該組成之其他元素，由於該鋼以產業規模熔煉， 鎳及錳僅係所欲還原，甚至淸除之殘餘元素。 鈦及/或鈮會形成化合物，包含碳化鈦及/或碳化鈮，以 防止碳化鉻及氮化鉻形成。所以該等化合物較佳具有耐腐 蝕性，如果產製磁性零件需要焊接時，特別需要耐焊接腐 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 批本 ^ 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 200300454 A7 B7 五、發明説明（6 ) 蝕性。 硫化物形態之硫較佳爲薄片狀斷片並改良該加工工具 之壽命。然而，硫化錳形態之硫會使耐腐鈾性劣化。以硫 化鉻-錳形態摻入，以鉻爲主，有利之處係保有可機械加工 性並且大幅降低耐腐蝕性之不良影響。 爲增加該鋼之阻抗需要矽，以降低渦電流，並且對於 耐腐蝕性係有利的。以大於1 . 5%之含量爲宜。 根據本發明之鋼亦可包含0.2%至2%鉬，此元素會改良 耐腐蝕性並且有利於鐵素形成。 使用該等鋼的領域中，鐵素性不鏽鋼具有可機械加工 性的問題。 這是因爲鐵素性不鏽鋼主要的缺點係不良的薄片外形 。該等鋼會製成長並且糾結的薄片，要變成碎片極其困難 。此缺點會使薄片受到限制，例如鑽深孔或切開時，在加 工模式中變得極爲不利。 根據本發明，緩和關於鐵素性不鏽鋼加工之問題的解 決之道係將硫摻入其組成。根據本發明，該含硫之鐵素性 不鏽鋼另外包含，以其重量組成計，至多3 0 X 1 0·4%鈣及至 多 50 X 10·4%氧。 該鐵素性不鏽鋼中，較佳以經控制及設計之方法摻入 鈣及氧使符合此關係0.3 < C aO ^ 1，如第1圖所示之可熔 性石灰鋁矽酸鈣型氧化物之形成，該第 1圖係 AhOs/SiC^/CaO三相圖，該可熔性氧化物係選自該鈣長石 -鈣鋁黃長石-僞矽灰石三相點的範圍內。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 裝 ： 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 200300454 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（7 ) 存在鈣及氧會限制硬質鉻鐵礦、礬土或矽酸鹽型硏磨 劑包裹物之形成。另一方面，根據本發明之鋼中存有之石 灰鋁矽酸鹽包裹物較佳爲薄片狀斷片並且改良該切割工具 之壽命。 經發現將以鈣爲主之氧化物摻入鐵素性結構鋼中，取 代既有的硬質氧化物，僅稍微改良該鐵素性鋼在磁場中的 特徵。 低錳含量較佳形成硫化錳·鉻包裹物，其中鉻係主要的 成分，以大幅改良對氯化物形成抗點蝕性。 鐵素性鋼中存有所謂可熔性氧化物及硫化物在拉伸及 伸線領域亦有助益。 這是因爲儘管硬質氧化物仍保有顆粒狀，該可熔性包 裹物可依輥軋方向變形。 在伸線領域中，對於小線徑鐵素性鋼線，根據本發明 選擇包裹物實質上可降低該伸線斷裂的程度。 在應用領域中，例如拋光作業中，該硬質包裹物會在 該鐵素性鋼中變成硬殼並造成表面溝紋。 根據本發明之鐵素性鋼，含有與硫化錳-鉻締結之可熔 性石灰鋁矽酸鹽包裹物，更加易於拋光以獲得經改良之拋 光表面外觀。 該鋼可以電性熔融的方式熔煉，接著連續鑄造形成鋼 條。 然後對該鋼條進行熱輥軋以形成，例如，線、棍或棒 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝·

、1T 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -12- 200300454 A7 ___ B7 五、發明説明（8 ) 可進行退火以確保使產物進行冷卻轉化作業，例如拉 伸及伸線，但此方法並非必要條件。 該鋼可進行額外的再結晶退火以復原並且使磁性更趨 完美。然後接著表面處理。 在應用實施例中，熔解三種根據本發明之鋼，標示爲 鋼1、鋼2及鋼3，以及四種控制組鋼a、b、c及D，組成 列示於以下表1中： ---------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度it用巾國u家標準⑽s ) M規格（21GX 297公酱） -13- 200300454 A7

7 B 五、發明説明（9 ) 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 祕 卜 〇 o VO o O 卜 o (N r-H o (N s 〇 〇 o o o o d o 1—Η 〇 cn o T-H s o (N o 卜 o CN v〇 〇 (N r-H o 〇 o o o’ o 〇 o CN 〇 (N 〇 (N o s o s o g o s o 〇 o o o o o o S s s s s s s 〇 o o o o o o 〇 o’ o’ o o o o 疆 g s g t—i o g g ο o o o o o’ 骤 g r-H o 00 g o g H o cn o Q\ <N o CN T-H o cn r-H o § r-H o r-H (N § Γ-Η 00 (N CM 〇\ s 〇\ (N O o O’ o O’ d o 碱 o 00 o o s l> r-H o r-H o o o d o d o o’ 露 o 寸 in r-H O g 00 r-H IT) r-H o 00 1—H o o o o o o o o CN CN CO CN <N (N o 00 cn <N (M o O’ 〇 o O’ o 題 o cn cn On r-H rn o O’ o’ r-H 〇 O T—H 卜 MD (N t—1 卜 cn H r-H r-H 00 o 漶 CN m CS 寸 O) <N (N r-H (N r—^ (Nl H 卜· r-H (N 1—H 磐 r-H H o g O r-H 〇 r-H 〇 r—i o r-H H 〇 r-H r-H 〇 o d 〇 o o’ O’ 〇 < PQ U Q r-H CN cn ML 键 匿 匿 a ti 辦衣 ； 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -14- 200300454 A7 B7 五、發明説明（10) 該等鋼根據以下的方法轉變成直徑1 0毫米之棒子： 熱輥軋成11毫米之圓形物； 退火，除了鋼3之例子以外， 拉伸成1 〇毫米直徑； 最終退火； 強化及硏磨； 然後以磁性、可機械加工性及腐蝕爲其特徵° 根據本發明之鋼1、2及3比控制組鋼A、B、C及D 具有較佳的磁性，如以下表2中所示。 表2 鋼 矯頑磁場Hc (安培/米） 相對磁導率A Γ 鋼1 1 17 23 00 鋼2 120 2200 鋼3 125 2 100 控制組A 184 1200 控制組B 177 1300 控制組C 115 2100 控制組D 140 1600 由於低含量附加元素，特別是約1 2 %之鉻含量，以及 較適硫含量而產生此等性質。 由於結合該硫含量及石灰鋁矽酸鹽包裹物之存在俾益 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 絮·

rL 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 200300454 A7 _______ B7 五、發明説明（11 ) 於15及氧含量，使得鋼1、2及3具有優良的無需切割加工 由於相較之下有限度的硫含量與低錳含量結合，較佳 存有富含鉻之硫化物，儘管含有低絡含量，鋼1、2及3在 腐鈾方面表面良好，如以下表3中所示。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----Γ--訂------線

表3 23t：時在0.02M氯 化鈉中局部腐蝕熱 23°C時2M硫酸 中之腐蝕電流 鋼1 180毫伏特/SCE 20毫安培/平方公分 鋼2 175毫伏特/SCE 17毫安培/平方公分 鋼3 180毫伏特/SCE 20毫安培/平方公分 控制組A 205毫伏特/SCE 24毫安培/平方公分 控制組B 3 3 0毫伏特/SCE 6毫安培/平方公分 控制組c 215毫伏特/SCE 1 1毫安培/平方公分 控制組D 1 50毫伏特/SCE 40毫安培/平方公分 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 總而言之，根據本發明之鋼係以嚴緊的組成範圍界定 使大部分不相容的性質最佳化：優良的磁性及機械加工性 ，同時以腐蝕來看，藉由較低硫含量結合低錳含量，較佳 存有富含鉻之硫化物，亦具有良好的性質，該硫含量在可 機械加工性的例子中可藉鈣及氧含量及存有石灰鋁矽酸鹽 包裹物而獲得補償。 根據本發明之鋼特別可用於鐵素零件之製造，例如， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) -16- 200300454 A7 B7 五、發明説明（12) 螺線管閥零件、直接燃料噴射系統之噴射器零件、機動機 具方面之中控門鎖零件或任何需要誘導子或磁心型零件之 應用。該鋼可以薄片狀用於電流變壓器或磁網。 裝 „ 訂 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -17-

Claims (1)

1. 200300454 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍1 1. 一種可應用於鐵磁性零件的含鐵素體不鏽鋼，特徵在 於其組成物中包括，以重量計： 碳 S 0.03 0% 1.0% <矽 < 3% 0.1% <猛 <0.5% 10% ： “各< 13% 0% < 鎳< 1% 0.0 3 %〈硫 < 0.5% 0% < 磷< 0.030% 0.2% <鉬 < 2% 0% < 銅 < 0.5% 0% < 氮< 0.03 0% 0% < 鈦< 0.5% 0% < 鈮< 1% 0% < 鋁 < 100 X ΙΟ'4% 3 0 X 10-4% < c 齡 < 1 〇〇 X 10'4% 50 X 10·4% < (氧 < 1 5 0 X 10-4% 鈣含量對該氧含量之比率鈣/氧係 0.3 < 鈣/氧 < 1 , 剩餘部分爲鐵及該鋼熔煉時不可或免的不純物。 2.如申請專利範圍第1項之鋼，其特徵爲該鋼包含鈣長 石及/或僞矽灰石及/或鈣鋁黃長石之石灰鋁矽酸鹽包裹體， 該包裹體與硫化鉻及硫化錳型包裹體締結在一起‘。 3 .如申請專利範圍第1或2項之鋼，特徵在於其組成物 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、1T 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐） -18- 200300454 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 2 中另包括介於I.5重量％及2重量％間的矽。 4.如申請專利範圍第1或2項之鋼，特徵在於其組成物 中另包括介於II.8重量％及13重量％間的鉻。 5 .如申請專利範圍第1或2項之鋼，特徵在於其組成物 中另包括介於0.10重量％及〇.5重量％間的硫。 6 .如申請專利範圍第5.項之鋼，特徵在於其組成物中另 包括介於0.10重量％及0.3重量％間的硫。 7.如申請專利範圍第1或2項之鋼，特徵在於其組成物 中另包括介於小於0.4重量％及1重量％的鉬。 8 ·如申請專利範圍第1或2項之鋼，特徵在於其組成物 中另包括介於小於0.3 %之錳。 9. 一種製備由如申請專利範圍第1至8項中任一項之鐵 素體鋼製成零件之方法，特徵爲該鋼在熱輥軋及冷卻之後 進行加以改良拉伸或伸線型截面，在視情況退火熱處理或 未經退火熱處理之後。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，特徵爲該拉伸或伸 線鋼可接著進行額外的再結晶退火處理使該零件之磁性趨 於完美。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、11 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -19-