阅读说明：本技术 一种新型奥氏体易切削不锈钢材料 (Novel austenite free-cutting stainless steel material ) 是由 张跃 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明属于不锈钢材料技术领域,具体公开了一种新型奥氏体易切削不锈钢材料,包括以下重量百分比的成分：C≤0.15％,Cr 14-17％,Mn 16-18％,S 0.15-0.25％,其余为铁和不可避免的杂质元素。本发明以锰替代镍,将锰含量提高至16-18％,同时通过C、Cr、S元素含量的优化,形成了一种无磁性、延伸率在47％左右的新型奥氏体不锈钢,能够完全替代镍,而不影响塑性,获得良好加工性能的同时有效降低了成本,而且强度高、耐磨性好、耐腐蚀性好,可用于制作圆珠笔芯、钥匙等加工精度要求高的元件,与现有的416和303两种常见的含硫易切削不锈钢相比,具有明显优势。(The invention belongs to the technical field of stainless steel materials, and particularly discloses a novel austenite free-cutting stainless steel material which comprises the following components in percentage by weight: less than or equal to 0.15 percent of C, 14 to 17 percent of Cr, 16 to 18 percent of Mn, 0.15 to 0.25 percent of S, and the balance of Fe and inevitable impurity elements. The invention replaces nickel with manganese, improves the manganese content to 16-18%, forms a novel austenitic stainless steel without magnetism and with an elongation rate of about 47% through the optimization of the contents of C, Cr and S elements, can completely replace nickel without affecting plasticity, effectively reduces the cost while obtaining good processing performance, has high strength, good wear resistance and good corrosion resistance, can be used for manufacturing elements with high processing precision requirements such as ball-point pen refills, keys and the like, and has obvious advantages compared with the existing 416 and 303 common sulfur-containing free-cutting stainless steels.)

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料

技术领域

本发明涉及不锈钢材料技术领域，具体涉及一种新型奥氏体易切削不锈钢材料。

背景技术

随着现代化工业向自动化、高速化和精密化的加工方向发展，要求钢材具有良好的切削性能，便于自动切削机床加工，提高生产效率，以适应大批量生产。易切削不锈钢是指单独或者复合添加易切削元素如硫、磷、铅、钙、硒、碲等，以改善切削性的合金钢，其中含硫易切削钢占世界和我国易切削钢总产量的比例分别达70%和90%，广泛应用于有切削性能需求的工业领域。

目前常见的含硫易切削不锈钢钢种有416不锈钢和303不锈钢，虽然这两种钢都具有比较好的切削性能，但也存在一定缺陷。416不锈钢是易切削马氏体不锈钢，化学成分按重量百分比计包括：C≤0.15%、Mn≤1.25%、Si≤1.00%、Cr12.0-14.0%、Ni≤0.6%、P≤0.06%、S≥0.15%、Mo≤0.6%，其综合力学性能良好，但对于复杂部件加工（如钥匙、精密零件），塑性达不到要求。303不锈钢是奥氏体易切削不锈耐磨酸钢，化学成分按重量百分比计包括：C≤0.15%、Mn≤2.00%、Si≤1.00%、Cr17.0-19.0%、Ni 8.0-10.0%、P≤0.20%、S≥0.15%、Mo≤0.6%，相比于416不锈钢，303不锈钢塑性、耐腐蚀性都有明显提升，但是需要至少添加8%的镍，镍是一种强奥氏体形成元素，非常昂贵，导致该钢种成本居高不下。

专利申请CN101413092A公开了一种易切削不锈钢303C，化学成分按重量百分比计包括：C0.08-0.12%、Mn12-14%、Si≤0.8%、P≤0.03%、S0.12-0.15%、Cr13-14%、Ni1-2%、Cu0.7-1%，对传统的303不锈钢进行了组分优化，降低了Ni含量，并以提高Mn含量和加入Cu来稳定奥氏体组织，弥补缺陷，但仍旧无法完全替代镍，除了价高外，镍还对人体有害，容易引起过敏，存在致畸、致癌风险，会限制该不锈钢的应用，而且与传统的303不锈钢相比，塑性下降（该专利不锈钢延伸率为32%，而传统303不锈钢延伸率[l1] ≥40%），影响加工性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，不含镍元素，塑性好，强度高，耐腐蚀性好。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，包括以下重量百分比的成分：C≤0.15%，Cr14-17%，Mn 16-17%，S 0.15-0.25%，其余为铁和不可避免的杂质元素。

按照上述配方，本发明获得的是一种无磁性、延伸率在47%左右、抗拉强度高的新型奥氏体不锈钢，本发明上述技术方案中，在成分选择和设计上主要考虑了如下因素：

碳（C）：碳是一种奥氏体形成元素，是提高硬度和强度的有效元素，本发明将其含量控制在≤0.15%，超出0.15%，不锈钢变脆，韧性下降，导致加工性能下降，加工难度增加，还影响使用寿命。

铬（Cr）：是不锈钢的必需元素，确保耐腐蚀性能，还与碳形成碳化铬，提高材料表面的耐磨性。本发明将铬含量控制在14-17%，超过17%，硬度增加，塑性下降。

硫（S）：作为易切削元素加入，含量控制在0.15-0.25%，＜0.15%时钢的韧性提高，不易切削和加工，＞0.25%时热加工难度提升，不锈钢易开裂。

锰（Mn）：锰是一种奥氏体形成元素，本发明不锈钢锰含量高达16-18%，一方面用于替代镍来稳定奥氏体组织，提高不锈钢的强度、耐磨性、淬透性，并使不锈钢无磁性；另一方面与S形成MnS夹杂物，MnS析出阻断组织的连续性，使切削性能优异；Mn＜16%时磁性上升，无法形成新型奥氏体，Mn＞18%时会使晶粒明显变大，塑性呈下降趋势。

优选的，所述Cr的重量百分比为14-15%。

优选的，所述Mn的重量百分比为16-17%。

优选的，所述不可避免的杂质元素包括Si、P、O，其重量百分比含量为：Si≤1.0%，P≤0.035%，O 0.01-0.02%。硅和磷元素对钢的塑性都有不利影响，应尽量减少两者的含量，而氧与硫同族，可在钢中形成纺锤形（Fe、Mn）（S-O）复合夹杂物，阻断基体连续性，改善不锈钢的切削性能，降低刀具的磨损程度。

本发明还提供了上述新型奥氏体易切削不锈钢材料的应用，可以用于制备强度和耐磨要求高、加工难度大的圆珠笔头或者钥匙。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明将锰含量提高至16-18%，首先与硫结合形成硫化锰获得良好的切削性能，更重要的是结合C、Cr、S元素含量的优化，通过相变，形成了一种新型的奥氏体（无磁性，延伸率在47%左右），能够完全替代镍，而不影响塑性，获得良好加工性能的同时有效降低了成本。

2、与416不锈钢相比，本发明不锈钢无磁性，塑性、强度和耐腐蚀性能提升；与303不锈钢相比，本发明不锈钢无需添加镍，仍可获得稳定的奥氏体组织，塑性好、成本低、安全性高。

3、本发明作为易切削不锈钢使用，可用于制作圆珠笔芯、钥匙等加工精度要求高的元件，对比于铜制钥匙、镀铜钥匙，用本发明不锈钢加工而成的钥匙，成本低、无污染。

4、本发明还可以在现有配方的基础上添加微量的辅料成分（如稀土元素、钒元素等），提升综合力学性能，以扩大应用范围，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。

本发明实施例的不锈钢样品制备方法如下：原料采用08F废钢、微碳铬铁（C：0.1％、Cr：60％）、电解锰（Mn：99.9％）以及硫块，将这些原料加入到中频炉冶炼。当混料全部熔化，温度达到1570℃时，扒尽氧化渣，加入石灰、萤石造渣，当渣全部成熔融状态，流动性良好时，用硅钙粉扩散脱氧，取炉前试样进行光谱分析；根据分析结果，调整合金成分；加入硅钙块沉淀脱氧，最后加入纯铝粉终脱氧，充分搅拌，取成品试样，调整温度至1595℃出炉；钢水倒入钢包后，加保温剂隔热保温，底吹氩气3分钟后浇注成型。钢锭热轧，工艺参数如下：进炉温度≤600℃，加热温度≤1200℃，加热时间4.5小时，开轧温度≤1180℃，终轧温度≥800℃，轧成卷带。将热轧卷带退火处理、酸洗、表面砂磨、冷轧，再将卷带退火处理，冷轧成各种厚度的卷带，再作最后一次光亮退火，根据需要最后加工成不同规格的成品。

实施例1

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，包括以下重量百分比的成分：C0.06%，Cr14%，Mn 16%，S 0.15%，Si 0.35%，P0.022%，O 0.01%，铁余量。

实施例2

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，包括以下重量百分比的成分：C0.10%，Cr15%，Mn17%，S 0.20%，Si 0.50%，P 0.031%，O 0.015%，铁余量。

实施例3

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，包括以下重量百分比的成分：C0.15%，Cr17%，Mn18%，S0.25%，Si1.0%，P0.035%，O 0.02%，铁余量。

实施例4

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，包括以下重量百分比的成分：C0.12%，Cr16%，Mn 17.5%，S 0.22%，Si 0.68%，P 0.018%，O 0.018%，铁余量。

实施例5

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，包括以下重量百分比的成分：C 0.08%，Cr14.5%，Mn16.5%，S 0.18%，Si 0.54%，P 0.025%，O 0.013%，铁余量。

实施例6

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，元素组成基本同实施例2，区别仅在于：Cr含量为15.5%。

实施例7

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，元素组成基本同实施例2，区别仅在于：Mn含量为17.5%。

实施例8

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，元素组成基本同实施例1，区别仅在于：O含量为0.005%。

对比例1

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，元素组成基本同实施例1，区别仅在于：Mn含量为15.6%

对比例2

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，元素组成基本同实施例3，区别仅在于：Mn含量为18.5%

对比例3

一种新型奥氏体易切削不锈钢材料，元素组成基本同实施例3，区别仅在于：Cr含量为17.4%。

对实施例1-8及对比例1-3进行性能测试，其中延伸率、断面收缩率、抗拉强度测试方法参照GBT 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》，性能测试结果如下：

项目	延伸率A（%）	断面收缩率Z（%）	抗拉强度Rm（Mpa）	磁导率μ
					实施例1	47.7	53.6	835	1.06
实施例2	49.8	54.3	863	1.02
					实施例3	46.9	50.8	884	1.01
实施例4	45.0	52.3	878	1.01
					实施例5	49.5	54.1	855	1.05
实施例6	47.2	52.6	867	1.02
					实施例7	46.3	52.9	870	1.03
实施例8	47.0	53.4	833	1.02
					对比例1	41.2	48.1	828	1.58
对比例2	32.6	43.8	879	1.01
					对比例3	39.6	46.2	871	1.01

综上，本发明不锈钢塑性好（延伸率在45-50%，断面收缩率在50-55%）；

强度高；无磁性（μ＜1.3）。

本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读了本发明的说明书之后所做的任何改变，只要在本发明权利要求书的范围内，都将受到专利法的保护。

该对比专利中传统303不锈钢写的是延伸率≥50%，断面收缩率≥40%；

但实际查阅资料过程中发现，常规的303不锈钢都是延伸率≥40%，断面收缩率≥50%；

因此，这里将50改为40。