一種含硫含銅的易切削不鏽鋼及其製備方法

2023-04-26 17:22:21 1

專利名稱：一種含硫含銅的易切削不鏽鋼及其製備方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵行業的合金鋼冶煉工藝，尤其是指含硫含銅易切削不鏽鋼303CuS2的生產工藝。
技術背景所謂的易切削不鏽鋼是指具有優良切削加工性能的不鏽鋼材，提高鋼 材的易切削性能主要是通過往鋼中單獨或複合加入易切削元素(S 、 P、 Pb、 Se、 Te、 Bi、 Zr、 Re等)。 一般通過對刀具壽命、加工 表面光潔度、切屑處理性、刀具受力以及能耗等幾項綜合指標來評價易切 削鋼切削性能的優越程度。隨著不鏽鋼市場的發展，需要進一步提高材料的加工性能，目前的不 鏽鋼品種不能滿足切削性能的要求。環保型易切削不鏽鋼越來越受到市場青睞，前景廣闊。但是，用於控 制鋼中易切削元素含量的工藝較難控制，通常不能令人滿意地改善不鏽鋼 材的易切削性能。例如， 一直以來，寶鋼股份公司特殊鋼分公司利用電渣 爐添加好u鐵的工藝生產含S鋼，S含量控制在0.06 0.10。/。。並且硫含量控 制不穩定，硫含量過低，切削性能達不到要求；硫含量過高，容易產生軋 制裂紋。並且產品強度過高，易產生表面雀皮的缺陷。因此，這種工藝下 生產的不鏽鋼產品難以兼顧到切削性能、延展性能、穩定性能等方面的因 素，需要有更好的替代產品。通過檢索國內外專利資料庫，發現有國內專利文獻34篇和國外文獻28 篇涉及相關的技術內容，但是沒有完全符合的專利文獻。其中在申請號為 C層100686.9，題目為"鈣硫複合奧氏體易切削不鏽鋼"的專利文獻中， 通過增加鉤硫含量生產奧氏體易切削不鏽鋼，該專利文獻提出通過控制含 硫含銅的量來生產奧氏體易切削不鏽鋼。據專利文獻CN200410090711.9
中的記載，控制2.0。/。或更低的Ni、 4.0。/。或更低的Mo，而控制9.0至25.0 %的Cr是為了保證產生鐵素體組織，通過這種方式得到的產品在強度和耐 腐蝕性方面的表現較差。本發明為了保證產生奧氏體組織，必須控制Ni 含量8.0~ 10.0%和Cr含量為17.0% ~ 19.0% 。不同之處是組織不同，用途 也不同，強度和耐腐蝕性能沒有本發明好。發明內容為了使不鏽鋼產品在切削性能，以及強度、穩定性等方面均具有良好 性能而提出本發明。本發明的 一 個目的在於提供 一 種具有優異的切削性能和強度的奧氏 體易切削不鏽鋼鋼，該不鏽鋼的化學成分設計為C 《0.05 wt% Mn < 3.00 wt%S 0.24 ~ 0.30 wt%Ni 8.00 ~ 10.00 wt%Cr 17.00 ~ 19.00 wt%Cu 1.80 ~ 3.50 wt%N < 0.040 wt%餘量為鐵和不可避免的雜質。上述成分中，碳含量控制為^).05wt。/。，是為了降低材料的硬度，氮 含量控制為S0.040wt %是為了降低材質強度；硫含量控制為0.24 ~ 0.30wt %, Cu含量控制為1.80 3.50wt。/。，同時保證Cu/S比值^8， Mn/S比值^10， 是為了保證足夠的切削性能；為了保證產生奧氏體組織，必須控制Ni含量為8.0 10.0wt。/。和Cr含量 為17.0% ~ 19.0wt% ,以保證材料的耐腐蝕性能。根據本發明的一個優選方案，所述不鏽鋼的化學成分設計為C < 0.05 wt%Si <1.00wt%Mn 《3.00 wt%P 《0.06 wt%S 0.24 ~ 0.30 wt%Ni 8.00 ~ 10.00 wt%Cr 17.00 ~ 19.00 wt%Cu 1.80 ~ 3.50 wt% Mo < 0.60 wt%N 《0.040 wt%餘量為鐵和不可避免的雜質。其中，前述的各種成分作用相同，在此基礎上，Si含量控制0.30-1.00wt%，是為了保證脫氧；P含量控制^0.06wt。/。，可以防止材料產生脆化，Mo含量作為殘餘元素控制。 具體控制範圍見下表l。 表l元素cSiMnPSNiCrCuMoN成分範圍0.051.003.000.060.24/ 0.308.00/ 10.0017.00/ 19.001.80/ 3.500.600.040根據本發明所提供的成分配比方案進行配比時，通常可利用廢鋼返回料中的合金元素Cr、 Ni、 Cu，其在初煉鋼水中有一定含量，其餘可在下 述的電爐出鋼過程補加。在氬氧脫碳轉爐冶煉出鋼前加入Si和Mn合金， 最後在鋼包內餵S線，調整S含量。即可完成本發明的成分配比方案，應當 了解，本領域技術人員可以根據實際需要在所述的成分比例範圍內自由選 擇成分配比的方式。本發明還有一個目的在於提供所述易切削不鏽鋼鋼的生產工藝方法， 該方法是用於批量生產的工藝技術，主要應用於鋼鐵企業冶煉質量合格的 易切削不鏽鋼。它採用電弧爐、氬氧脫碳轉爐和鋼包精練設備進行組合冶 煉(EAF+AOD+LF冶煉)， 一般在鋼鐵企業中實際的冶煉步驟通常包括 原材料準備—電弧爐+氬氧脫碳轉爐(或+鋼包爐)—連鑄—長型材軋制 —環形爐固溶處理—酸洗—檢驗—包裝—入庫。其中，在鋼包爐爐餵入硫 線前，應先儘可能扒清還原渣；環形爐固溶制度釆用不鏽鋼盤條常用的 1080。C固溶工藝進行處理。其工藝特點是控制硫含量在0.25-0.30wt%, Cu含量在2.00 ~ 2.50wt
%，同時保證Cu/S比值^8， Mn/S比值^10，使產品既有很好的延伸性能， 也有很好的切削性能，組織緻密。硫的收得率比較高，控制穩定的工藝， 能夠批量組織生產，成本低，良好切削性能的易切削不鏽鋼。並且產品的 固溶強度滿足要求，表面質量良好。具體地，上述易切削不鏽鋼的製備方法主要包括首先，根據上述成分設計配製爐料，在電弧爐(EAF)上熔化爐料形 成初煉鋼水，經鋼包注入氬氧脫碳轉爐(AOD)進行脫碳，控制碳含量為 0.03 ~ 0.05wt% ;在該過程中，控制氬氧脫碳轉爐還原前終點碳含量《0.030wt %再加 入還原劑例如SiFe進行還原。控制該氬氧脫碳轉爐中的石灰加入量為40 ~ 50kg/噸鋼水，可以保證較好的渣量和爐渣鹼度。其次，用鋼包爐(LF)餵線入石克含量控制在45%-50%的高石克包芯線， 餵線後取樣分析，當硫含量為0.025~0.030%時，進行下一步吊包澆注；當溫度達到1523 1528。C時即可進行所述的澆鑄步驟，例如，吊上鋼 包迴轉臺，採用160方3機3流弧型連鑄機進行澆注。以上冶煉的全部過程中吹氬處理，以降低氮含量，保證成品N《0.04%。其後，為了使上述澆鑄的產品的性能得到進一步穩定，例如，適當降 低其強度，增加其穩定性，改善表面性能，所述的澆鑄產品需要用固溶工 藝進行處理。該工藝通常可以使產品的組織更加緻密，從而在性能上得到 改善。上述澆鑄的產品經過軋制後形成盤條狀，然後再進行固溶工藝處理。 該固溶工藝的關鍵在於溫度控制， 一般地，如果固溶溫度較低，所述盤條 在熱處理後不但強度高，強度波動範圍也大，質量不穩定。但如果固溶溫 度太高，則會造成其表面氧化層增厚，相應在後續步驟的酸洗時間加長， 並且容易由於酸洗而在產品表面形成缺陷，直觀的表現可以是表面粗糙， 影響用戶的使用。在本發明中，經過多次對比試驗和數據積累。發現如果將固溶溫度控 制在1070-1090。C,並根據盤條的規格調整固溶時間，可以使產品的表面 質量不受後續酸洗步驟的不良影響，但強度可以適當降低，而且波動範圍
減少30%，增加了產品性能的穩定性。一般地，所述固溶處理工藝在環形爐中進行，該環形爐預熱至700。C 以上，即可將澆鑄並軋制形成的不鏽鋼盤條置於該環形爐中，加熱升溫至 1070 ~ 1090°C，通常對於熱裝的不鏽鋼盤條，所述加熱升溫過程需要約 30-40分鐘；對於冷裝的不鏽鋼盤條，所述加熱升溫過程需要約50-80分鐘， 當溫度到達預定的1070 - 1090。C時，維持該溫度30分鐘以上的時間。然後 將產品進行水冷。如圖1所示的本發明中所採用的固溶工藝的過程示意圖， 其中以溫度-時間坐標系示意了進爐至水冷的完整過程。根據本發明的技術方案，為了保證產生奧氏體組織，必須控制Ni含量 8.0 ~ 10.0 。/。和Cr含量為17.0% ~ 19.0 % 。在奧氏體不鏽鋼中添加高硫和銅， 硫含量控制在0.25 0.30%,銅含量需要控制在2.00~2.50%。同時此工藝 技術釆用1080。C的固溶工藝技術，得到了較好的強度，而且波動範圍減少 30%，酸洗後的表面質量無不良影響。既有很好的切削性能，也能保證很 好的延伸性能，保證了產品性能增加了產品性能的穩定性。本發明的技術效果是顯而易見的利用本發明方法生產含硫含銅易切 削不鏽鋼，操作過程簡便，滿足大生產要求，不需要大量設備投資，使用 現有不鏽鋼設備和餵絲機，進行餵S合金化，降低了生產成本。該冶煉工 藝可以用於其它含S不鏽鋼的生產。採用這種工藝生產質量滿足要求而且 穩定。鋼液中硫含量控制穩定，S的收得率比較高，合格率達到了100%, 且比較環保。


通過閱讀以下參照附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發 明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯。圖l為本發明中所採用的固溶工藝的過程示意圖，。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進 一 步闡述，本領域技術人員應當理解， 所述實施例僅用於示例，而不對本發明構成任何限制。 某鋼鐵公司使用本專利發明成功冶煉了含硫含銅易切削不鏽鋼BT303CuS2，完整的技術方案如下1、 冶煉工藝步驟是1) 第一步通過超高功率電弧爐(槽式瀝青爐村)，採用一定的電壓 和電流熔化廢鋼。第二籃料通電熔化後，第二籃料熔清〉80%後吹氧助熔。 氧氣消耗205m3,出鋼前加入200kg的SiFe還原，並且拉渣充分，控制出渣 量《500kg,出鋼溫度控制在1650。C。出鋼時的成分控制為，C含量 1.02wt%, P含量0.036wt%。根據取樣成分，在出鋼過程隨著鋼流加入 電解銅板1050kg,將Cu含量調整到2.8。/。，出鋼量為55.0噸。此步驟是次 要的技術措施。2) 第二步氬氧脫碳轉爐(AOD)操作AOD兌鋼後，加入1000kg 石灰和800kg輕燒Mg球。通過AOD吹煉模型進行吹煉。取樣分析C含量， C含量為0.021%時進行還原。還原過程，根據吹氧量計算，需要 980kgSiFe(通常在700 1200kg)、 400kg螢石和1200kg的石灰，還原以後人 工扒渣3/4渣包(3/4渣包的渣子重量為3000kg)。該步驟是完成本發明的 必要技術措施。3) 第三步鋼包精煉AOD出鋼後，鋼包就位LF。當溫度達為1580。C 時，開始餵入高S硫線(硫含量>50%),餵線速度為2.0米/秒，根據初始 硫含量0.04%，控制餵入量在1250m。餵線後取樣分析，當S為0,028。/。時， 吊包澆注。(這是是必要技術措施)。4) 第四步澆注當溫度達到1525。C時，吊上鋼包迴轉臺，釆用160 方3機3流弧型連鑄機進行澆注。2、 長型材軋制根據實際需要軋製成c])8 12的盤巻。3、 環形爐固溶處理工藝步驟溫度為73(TC進環形爐，控制升溫速度10.1°C /分鐘，升溫時間為34min, 溫度達到1082。C後進行保溫，最高溫度1090。C,最低溫度1080。C，保溫時 間30min，最後水冷到室溫。使用本發明解決了其它冶煉工藝硫含量控制不穩定，收得率比較低的 問題。軋制以後質量合格，完全能夠滿足鋼種切削等性能要求，性能符合用戶的要求。通過本專利發明冶煉BT303CuS2，提高了鋼材質量，可以進 行批量生產，降低了生產成本。對酸洗後的表面質量無不良影響，但強度 和硬度滿足要求，而且波動範圍減少30%，增加了產品性能的穩定性。
權利要求
1. 一種含硫含銅的易切削不鏽鋼，其特徵在於，所述不鏽鋼具有奧氏體組織，由下列成分組成C　　　　　　　　　　　　　　≤0.05wt％Mn ≤3.00wt％S0.24～0.30wt％Ni 8.00～10.00wt％Cr 17.00～19.00wt％Cu 1.80～3.50wt％N≤0.040wt％餘量為鐵和不可避免的雜質。
2. 根據權利要求l所述的不鏽鋼，其特徵在於，所述不鏽鋼由下列成 分組成c《0.05 wt%Si< 1.00 wt%Mn< 3.00 wt%P《0.06 wt%S0.24 ~ 0.30 wt%Ni8.00 ~ 10.00 wt%Cr17.00 ~ 19.00 wt%Cu1.80 ~ 3.50 wt%Mo< 0.60 wt%N< 0.040 wt%餘量為鐵和不可避免的雜質。
3,根據權利要求1或2所述不鏽鋼的製備方法，其特徵在於，包括下 列步驟1) 熔化根據配方準備的爐料形成鋼水，將其轉移至氬氧脫碳轉爐中 進行脫碳，控制碳含量為0.03 ~ 0.05wt% ;2) 用鋼包爐餵線入硫含量控制在45%-50%的高硫包芯線，餵線後取 樣分析，當S為0.025 0.030。/o時，吊包澆注；3) 當溫度達到1523 1528。C時進行澆注，得到不鏽鋼的澆鑄產品。 上述步驟l)至3)的全過程吹氬，以控制成品的氮含量《0.04wt0/0。
4. 根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟l)還包括在所述脫碳過程進行至碳含量< 0.03wt%時添加SiFe作為還原劑，所 述石灰的加入量控制在40 ~ 50kg/噸鋼水。
5. 根據權利要求3或4所述的製備方法，其特徵在於，還包括下列步驟4) 以固溶處理工藝對所述不鏽鋼的澆鑄產品進行處理，得到成品。
6. 根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述固溶處理工藝 包括-將所述不鏽鋼的澆鑄產品置於環形爐中，升溫至1070 ~ 1090。C並 維持30分鐘以上。
全文摘要
本發明提供一種具有優異的切削性能和強度的奧氏體易切削不鏽鋼鋼，該不鏽鋼中的化學成分設計為以重量百分比計的0.05％或更低的C、0.05至1.0％的Si、2.0％～3.0％的Mn、0.060％或更低的P、0.24％～0.30％的S、2.0％～2.5％的Cu、8.0％～10.0％的Ni、17.0％～19.0％的Cr、0.6％或更低的Mo、0.040％或更低的N，以及鐵和在剩餘部分中不可避免的雜質。
文檔編號C21D1/00GK101397633SQ20071004672
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月30日 優先權日2007年9月30日
發明者劉軍佔, 俊 廖, 徐松乾, 楊金明, 羅曉青, 震 臧 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司