易切削铁素体不锈钢及其铸造方法
阅读说明：本技术 易切削铁素体不锈钢及其铸造方法 (Free-cutting ferritic stainless steel and casting method thereof ) 是由 车德会 李建民 张增武 张威 杨红岗 李欢 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明属于钢铁冶炼技术领域,涉及一种易切削铁素体不锈钢及其铸造方法。本发明的一种易切削铁素体不锈钢,按重量百分比计,包括：0.005％≤C+N≤0.05％,Si 0.3％-0.8％,Mn 0.5％-2.0％,P 0.025％-0.05％,S0.15％-0.40％,Cr 18％-25％,Mo 1.0％-3.5％,Bi 0.05％-0.20％,其余为铁及不可避免的杂质。本发明的易切削铁素体不锈钢,钢锭碳含量低,钢锭内部缺陷少,表面质量佳,避免了开裂问题,可大幅提高后续轧制的成材率,其中开坯成材率提高可至85％,盘条轧制成材率可提高至93％。(The invention belongs to the technical field of steel smelting, and relates to free-cutting ferritic stainless steel and a casting method thereof. The invention relates to free-cutting ferritic stainless steel, which comprises the following components in percentage by weight: 0.005% or more and less than or equal to 0.05% of C and N, 0.3% -0.8% of Si, 0.5% -2.0% of Mn, 0.025% -0.05% of P, 0.15% -0.40% of S, 18% -25% of Cr, 1.0% -3.5% of Mo, 0.05% -0.20% of Bi, and the balance of iron and inevitable impurities. The free-cutting ferritic stainless steel has low carbon content in steel ingots, few internal defects in the steel ingots, good surface quality, avoids cracking, and can greatly improve the yield of subsequent rolling, wherein the cogging yield can be improved to 85 percent, and the rolling yield of wire rods can be improved to 93 percent.)
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，涉及一种易切削铁素体不锈钢及其铸造方法，尤其涉及一种高硫高耐蚀铁素体易切削不锈钢及其铸造方法。
背景技术
易切削不锈钢通常在加工精密器件时，均需要进行冷加工处理，使尺寸精度和力学性能等满足加工要求。超易切削铁素体不锈钢一般采用多相复合方式改善钢的切削性能，S元素是传统的易切削元素，当钢种S元素超过0.15％，则对钢材的切削性能产生显著改善。主要由于S元素与钢中添加的Mn元素形成MnS夹杂物，割裂基体组织的连续性，切削过程中在刀具的作用下产生应力集中，易断屑，降低切削力并避免了长丝状屑缠绕，难以退屑，影响切削进程的情况。本领域中，为了改善易切削不锈钢材料的切削性能，会在不锈钢材料中加入Pb，但是由于Pb有毒性，生产过程及产品使用过程中均对人体产生潜在的危害。
此外，铁素体不锈钢的生产一直是难题，因其存在着较高的开裂风险，关于该类钢种的模铸方法鲜有报道。况且高硫含量会进一步恶化钢的韧性。铸造后钢坯表面极易形成钢锭表面裂纹，甚至断裂，给后面的热加工造成严重影响，甚至无法加工，造成废品。高硫铁素体型易切削不锈钢还有一个问题就是碳和氮的控制，采用高碳的保护渣和低流量的氮气控制无法达到产品的成分要求，对后面的成品耐蚀性能等有较大影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种易切削铁素体不锈钢及其铸造方法。
具体的，本发明的一种易切削铁素体不锈钢，按重量百分比计，包括：0.005％≤C+N≤0.05％，Si 0.3％-0.8％，Mn 0.5％-2.0％，P 0.025％-0.05％，S 0.15％-0.40％，Cr18％-25％，Mo 1.0％-3.5％，Bi 0.05％-0.20％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述的易切削铁素体不锈钢，按重量百分比计，包括：0.015％≤C+N≤0.035％，Si0.35％-0.6％，Mn1.0％-1.5％，P 0.03％-0.04％，S 0.26％-0.32％，Cr 19％-21％，Mo1.6％-2.0％，Bi 0.08％-0.16％。
上述的易切削铁素体不锈钢，按重量百分比计，包括：0.02％≤C+N≤0.03％，Si0.4％-0.6％，Mn 1.05％-1.25％，P 0.03％-0.04％，S 0.27％-0.31％，Cr 19.5％-20.5％，Mo 1.7％-1.9％，Bi 0.1％-0.15％其余为铁及不可避免的杂质。
另一方面，本发明提供了一种易切削铁素体不锈钢的铸造方法，包括：
(1)冶炼钢水；
其中，所述钢水的出钢温度比液相线温度高85℃-120℃；
(2)在氩气保护下，将钢水按照1.5-2.5t/min的流量浇注到钢锭模中；
(3)静置3-6小时。
上述的易切削铁素体不锈钢的铸造方法，按重量百分比计，所述钢水包括：0.005％≤C+N≤0.05％，Si 0.3％-0.8％，Mn 0.5％-2.0％，P 0.025％-0.05％，S 0.15％-0.40％，Cr 18％-25％，Mo 1.0％-3.5％，Bi 0.05％-0.20％，其余为铁及不可避免的杂质。
上述的易切削铁素体不锈钢的铸造方法，所述氩气的流量≥5m3/min。
上述的易切削铁素体不锈钢的铸造方法，浇注时，所述钢水采用碳含量≤2％的低碳保护渣保护。
上述的易切削铁素体不锈钢的铸造方法，所述钢锭模为5.8吨方锭或8.4吨方锭。
上述的易切削铁素体不锈钢的铸造方法，浇注前所述钢锭模需保持60℃以上的温度。
上述的易切削铁素体不锈钢的铸造方法，浇注完成后，所述5.8吨方锭的静置时长为3-4.5小时，所述8.4吨方锭的静置时长为4.5-6小时。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的易切削铁素体不锈钢的铸造方法，采用低碳保护渣避免了铸造过程过多增碳，采用高流量的氩气保护，避免了铸造过程的过多增氮；通过控制浇注温度和静置时间，并采用大锭型及高冒口浇注，增强了补缩能力，并且降低了钢锭的冷却速度，降低钢锭的冷却应力，避免铸锭温降过快造成的表面开裂；
(2)本发明的易切削铁素体不锈钢，钢锭碳含量低，钢锭内部缺陷少，表面质量佳，避免了开裂问题，可大幅提高后续轧制的成材率，其中开坯成材率提高可至85％，盘条轧制成材率可提高至93％；
(3)本发明的易切削铁素体不锈钢，在后续切削加工过程中不会造成表面和内部的微裂纹等使用问题，机加工产品因原料问题的废品率可降低至0.03％以下；
(4)本发明对于方板坯一体的连铸机在进行板坯连铸期间无法生产方坯时，模铸生产可不受限制，灵活生产，保证交货期方面更有优势。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本文使用的术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。另外，本文公开的所有范围包括端点而且可独立地组合。
具体的，本发明的一种易切削铁素体不锈钢，按重量百分比计，
包括：0.005％≤C+N≤0.05％，Si 0.3％-0.8％，Mn 0.5％-2.0％，P 0.025％-0.05％，S 0.15％-0.40％，Cr 18％-25％，Mo 1.0％-3.5％，Bi 0.05％-0.20％，其余为铁及不可避免的杂质；优选的，包括：0.015％≤C+N≤0.035％，Si 0.35％-0.6％，Mn1.0％-1.5％，P 0.03％-0.04％，S 0.26％-0.32％，Cr 19％-21％，Mo 1.6％-2.0％，Bi 0.08％-0.16％其余为铁及不可避免的杂质；最优选的，包括：0.02％≤C+N≤0.03％，Si 0.4％-0.6％，Mn 1.05％-1.25％，P 0.03％-0.04％，S 0.27％-0.31％，Cr 19.5％-20.5％，Mo1.7％-1.9％，Bi 0.1％-0.15％其余为铁及不可避免的杂质。
本发明的易切削铁素体不锈钢中，S、P元素含量较高，接近钢材的允许上限。因S元素在钢中与Mn形成MnS相，是易切削不锈钢的常用效果优良的切削相。而P元素为冷脆性的元素，其添加可降低钢的塑性，使钢材在切削过程中更脆，减小塑性变形，即粘刀问题。
Cr和Mo元素为高耐蚀铁素体不锈钢的典型添加元素，两者配合形成高的PREN值，本使铁素体不锈钢更佳耐蚀。
Bi元素是一种低熔点元素，在易切削不锈钢材料中起到辅助切削的作用，其在高速切削过程中，会发生软化或熔化，润滑刀具，降低切削力和降低刀具温度等。起到与传统Pb元素相近的作用，但却没有Pb的毒性，生产过程安全，产品在使用过程中也不会对人体产生潜在的危害。
本发明的易切削铁素体不锈钢中，通过特定含量的各元素之间的协同作用，使铁素体不锈钢具有高耐蚀和易切削性，开坯成材率、盘条轧制成材率提高，并且在后续切削加工过程中不会造成表面和内部的微裂纹等使用问题。
本发明的易切削铁素体不锈钢用于生产不同规格的初轧坯、棒材或盘条。
本发明的一种易切削铁素体不锈钢，具有很高的S含量，所以具有非常优异的切削性能，又因为其具有较高的Cr、Mo含量，其耐腐蚀性能与304不锈钢相当，属于超易切削铁素体不锈钢中具有优异耐蚀性能的钢种。
另一方面，本发明提供了一种易切削铁素体不锈钢的铸造方法，包括：
(1)冶炼钢水。
其中，按重量百分比计，所述钢水包括：0.005％≤C+N≤0.05％，Si 0.3％-0.8％，Mn 0.5％-2.0％，P 0.025％-0.05％，S 0.15％-0.40％，Cr 18％-25％，Mo 1.0％-3.5％，Bi 0.05％-0.20％，其余为铁及不可避免的杂质；优选的，包括：0.015％≤C+N≤0.035％，Si 0.35％-0.6％，Mn1.0％-1.5％，P 0.03％-0.04％，S 0.26％-0.32％，Cr 19％-21％，Mo1.6％-2.0％，Bi 0.08％-0.16％其余为铁及不可避免的杂质；最优选的，包括：0.02％≤C+N≤0.03％，Si 0.4％-0.6％，Mn 1.05％-1.25％，P 0.03％-0.04％，S 0.27％-0.31％，Cr19.5％-20.5％，Mo 1.7％-1.9％，Bi 0.1％-0.15％其余为铁及不可避免的杂质。
包括：0.005％≤C+N≤0.05％，Si 0.3％-0.8％，Mn 0.5％-2.0％，P 0.025％-0.05％，S 0.15％-0.40％，Cr 18％-25％，Mo 1.0％-3.5％，Bi 0.05％-0.20％，其余为铁及不可避免的杂质。
其中，所述钢水的出钢温度比液相线温度高85℃-120℃。当出钢温度小于该范围的最小值时，则可能出现浇铸过程冻钢风险，当出钢温度大于该范围的最大值时，则凝固过慢。因此，当出钢温度不在该范围时，拒绝浇注。
在一个具体的实施方式中，钢水液相线温度为1490℃，钢水的出钢温度为1575-1610℃。
(2)在氩气保护下，将钢水按照1.5-2.5t/min的流量浇注到钢锭模中，冒口浇高不小于330mm。
浇注前所述钢锭模需保持60℃以上的温度。
优选的，浇注过程采用氩气保护，氩气流量不小于5m3/min，从而避免钢水增氮。
优选的，浇注时，所述钢水采用碳含量≤2％的低碳保护渣保护，避免碳含量在浇注过程升高。
本发明通过将冒口浇高限定在330mm以上，可提升钢锭的保温和补缩作用，降低钢锭温降速度，降低钢锭应力。
优选的，所述钢锭模为5.8吨方锭或8.4吨方锭。采用5.8吨以上的方锭模效率比较高，浇注较快，钢水温降较小。并且大钢锭的温降较慢，内应力较小。
(3)静置3-6小时。
本发明的易切削铁素体不锈钢的铸造方法，浇注后静置时间为3-6小时等待凝固，该凝固时间很短，为其他钢种静置时间的50％以下。
优选的，浇注完成后，所述5.8吨方锭的静置时长为3-4.5小时，所述8.4吨方锭的静置时长为4.5-6小时。静置时间过短会造成钢水凝固不完全，静置时间过长则效率较低，且久置会造成钢锭开裂风险，在6小时以内装炉可避免钢锭开裂。
本发明的易切削铁素体不锈钢的铸造方法，采用低碳保护渣避免了铸造过程过多增碳，采用高流量的氩气保护，避免了铸造过程的过多增氮。通过控制浇注温度和静置时间，并采用大锭型及高冒口浇注，增强了补缩能力，并且降低了钢锭的冷却速度，降低钢锭的冷却应力，避免铸锭温降过快造成的表面开裂。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件。
实施例1
待浇注钢水除铁及不可避免的杂质元素外，化学成分(质量百分数)组成为：
C+N
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Bi
0.022
0.42
1.20
0.031
0.30
20.05
1.86
0.15
(1)待浇注钢水控制出钢温度为液相线温度+120℃范围。
(2)模铸锭型采用5.8吨方锭，钢锭模浇注前需保持80℃以上温度，钢水流量控制在2.1吨/分。
(3)浇注过程采用氩气封保护，氩气流量不小于7.5m3/min，浇注保护渣采用碳含量不超过1.5％的低碳保护渣。
(4)浇注后静置时间5小时后动车。
经检测，钢锭表面良好，无裂纹，钢锭成分C+N总量为0.024％。开坯成材率85％，线材轧制成材率92.5％。采用该钢锭生产的Φ2.3mm不锈钢光亮钢丝，经过5％的氯化钠溶液35℃连续喷雾120h，有少量锈斑，锈蚀面积＜10％。
采用该钢锭生产的Φ2.3mm钢丝在Mikron的MULTYSTAR高速机床加工圆珠笔头，连续加工500万颗后，刀具磨损轻微，生产的圆珠笔头仍满足尺寸规格要求，刀具无需更换，切削性能优。
实施例2
待浇注钢水除铁及不可避免的杂质元素外，化学成分(质量百分数)组成为：
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Bi
0.035
0.69
1.01
0.031
0.19
18.2
1.2
0.05
(1)待浇注钢水控制出钢温度为液相线温度+100℃范围。
(2)模铸锭型采用5.8吨方锭，钢锭模浇注前需保持80℃以上温度，钢水流量控制在2.5吨/分。
(3)浇注过程采用氩气封保护，氩气流量不小于6m3/min，浇注保护渣采用碳含量不超过1.8％的低碳保护渣。
(4)浇注后静置时间5小时后动车。
经检测，钢锭表面良好，无裂纹，钢锭成分C+N总量为0.037％。开坯成材率84.5％，线材轧制成材率93％。
采用该钢锭生产的Φ2.3mm不锈钢光亮钢丝，经过5％的氯化钠溶液35℃连续喷雾120h，有较多锈斑及部分块状生锈，锈蚀面积＜40％。
采用该钢锭生产的Φ2.3mm钢丝在Mikron的MULTYSTAR高速机床加工圆珠笔头，连续加工300万颗后，刀具稍有磨损，需微调刀具位置，可继续生产的圆珠笔头仍满足尺寸规格要求，刀具无需更换，切削性能良。
实施例3
待浇注钢水除铁及不可避免的杂质元素外，化学成分(质量百分数)组成为：
C+N
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Bi
0.015
0.39
1.28
0.038
0.35
24.5
3.1
0.3
(1)待浇注钢水控制出钢温度为液相线温度+85℃范围。
(2)模铸锭型采用5.8吨方锭，钢锭模浇注前需保持100℃以上温度，钢水流量控制在1.6吨/分。
(3)浇注过程采用氩气封保护，氩气流量不小于9m3/min，浇注保护渣采用碳含量不超过1.1％的低碳保护渣。
(4)浇注后静置时间4小时后动车。
经检测，钢锭表面良好，无裂纹，钢锭成分C+N总量为0.017％。开坯成材率85.5％，线材轧制成材率93.5％。
采用该钢锭生产的Φ2.3mm不锈钢光亮钢丝，经过5％的氯化钠溶液35℃连续喷雾120h，有少量锈斑，锈蚀面积＜5％。
采用该钢锭生产的Φ2.3mm钢丝在Mikron的MULTYSTAR高速机床加工圆珠笔头，连续加工500万颗后，刀具磨损轻微，生产的圆珠笔头仍满足尺寸规格要求，刀具无需更换，切削性能优。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种抗拉强度780MPa级双相钢及其生产方法