一种不锈钢材料及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢材料及其制造方法，不锈钢材料是以氮取代镍的Cr-Mn-N奥氏体不锈钢。制造方法包括：冶炼方法、坯件冲压方法、机械加工方法。冶炼方法主要是以固体含氮物料和气态氮两种合金化增氮方法来冶炼高氮钢。坯件冲压方法主要是循环进行冲坯、热处理、固溶处理，控制保温温度与保温时间，模具选用主要参考硬度值和冲击韧性值。机械加工主要是控制铣削和车削的合适的加工参数。其有益效果是：该不锈钢材料是一新型奥氏体不锈钢；冶炼方法适于批量冶炼含氮量0.4-0.75wt％的高氮钢；坯件冲压方法抑制了高氮钢加工过程的冷作硬化现象，利于坯件冲压；机械加工方法克服了高氮钢因硬度大故加工难度大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢材料及其制造方法
本专利技术涉及不锈钢及冶炼、加工方法，更具体地说，涉及一种不锈钢材料及其制造方法。
技术介绍
1、使用高氮钢的意义不锈钢是不易生锈的钢，不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜(钝化膜)而形成。由于不锈钢具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中以其优异特性取得广泛的应用，不仅是功能性材料，也是现代结构材料。不锈钢具有寿命周期长、成本低的优势，可100％回收再利用，也是不会造成环境污染(无铅、无聚氯乙烯、无环境荷尔蒙)的绿色环保材料。不锈钢自20世纪专利技术以来是当今唯一的产量和需求持续上升(世界年均增长率6％)的金属材料，由于技术的更新与进步，成本的降低，不锈钢的产量不断提升。不锈钢材料大量应用于与人体接触的产品，如手表、首饰、医疗器械、人体器官植入等，这些领域所用不锈钢牌号主要为SUS304(06Cr19Ni10)和SUS316L(022Cr17Ni12Mo2)，但是这两类材料镍含量均超过8％。近年来的研究表明，镍在长期接触人体时可能会有溶出而对人体造成危害，主要体现在镍对皮肤的过敏反应以及镍可能致癌的影响，即含镍金属材料用于制造接触人体皮肤的物品，会诱发过敏反应，而在人体内使用含镍金属材料时，可能会诱发疾病。含镍金属制品(包括镀层)与人体皮肤长期直接接触，有些人会在接触部位造成不同程度的皮肤损害，轻微的有发红、搔痒，严重的会红肿、溃烂等，这种现象称之为镍过敏。在日常生活中，人们经常接触含镍金属制品(如手表、首饰等)，因此引起皮肤过敏的病例屡见不鲜。对镍引起皮肤过敏机理的研究表明，金属不会直接与人体皮肤发生不良反应，皮肤在长期与含镍制品直接接触中，吸收含镍材料中释放的镍离子，与皮肤黏膜上皮蛋白结合，滞留于表皮，导致皮肤表面出现湿疹等病理变化，引起过敏。这个过程可以描述为含镍材料在与人体皮肤长期接触过程中，人体汗液的作用加速了材料的腐蚀过程。镍对人体产生的致敏反应和致癌影响，日益引起世界医学界和材料界的重视。各国对日用和医用金属材料中的镍含量限制越来越严格，标准规定中所允许的最高镍含量也越来越低。自20世纪80年代开始就有标准规定，将镍质量分数大于1％的合金划入致癌物质和皮肤过敏物质范畴，并要求在产品质量证明书中附带说明可能对人体产生有害后果的“安全证书”。1994年，通过的ISO6871-2-1994国际标准警告：镍质量分数大于1％的口腔矫形合金，属人体不能耐受的“危险等级”合金。1999年7月，欧盟发布了指导性法规CEDirective94/27/EEC，即俗称镍指令(TheNickelDirective)，对日用品生产用材的规定更加苛刻，指出植入人体内的材料(植入材料、矫形假牙等)中，镍质量分数不应超过0.05％，而用于制造长期接触人体皮肤的首饰、手表、戒指、手镯等产品的合金，镍含量则以每周渗入皮肤的量不应超过0.5μg/cm2为最高限量。国外厂商特别是欧盟国家对镍指令反应非常积极。2000年1月20日，镍指令纳入英国法律。2000年7月21日，德国禁止生产和进口与皮肤长期接触的含镍成分时款配饰。2002年，我国首饰行业制定并颁布了强制性技术标准GB11887—2002《首饰贵金属的规定及命名方法》，其中明确规定：首饰与人体皮肤长期接触部分的镍释放量每周必须小于0.5μg/cm2，并于2005年确立了首饰镍释放量的测定标准。2007年起，我国钟表行业正在制定强制性技术标准《直接接触人体皮肤的手表元件中有害物质限量的规定》，其中也规定了与人体皮肤长期接触部分的镍释放量要求。现有与人体接触产品的不锈钢虽然其耐腐蚀性能较好，但均存在着镍释放量超标的潜在风险。因此，为了避免在与人体接触不锈钢产品的镍释放超标问题，研究低镍乃至无镍的奥氏体不锈钢及其加工技术势在必行。另外，从资源角度分析，我国是一个缺少镍、铬资源的国家，中国镍资源储量为670万吨，硫化铜镍矿约占总储量的91％，其余为氧化矿。世界各国在争夺镍铬资源开发控制权方面竞争激烈，因此镍铬资源供应是我国发展不锈钢生产的重要限制因素，且近年来镍原料价格高涨，相对使得镍铬系不锈钢成本偏高，因此发展低镍乃至无镍不锈钢具有重要的战略意义。2、相关技术的发展低镍或无镍的奥氏体不锈钢的发展经过了几个阶段，是伴随着奥氏体不锈钢的发展而不断进度的。奥氏体不锈钢自二十世纪二十年代初专利技术以来，得到了迅猛的发展。目前，奥氏体不锈钢已发展成不锈钢中最重要的钢类，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的60％以上。随着冶炼技术的发展，氩—氧脱碳精炼法(AOD)和真空吹氧脱碳法(VOD)开始作为商品化的大生产应用到不锈钢的生产工艺上。用精炼技术可经济地脱碳，并易于将碳含量降至0.03wt％以下，大大减少了敏化现象的发生。超低碳奥氏体不锈钢以其优异的耐蚀性和综合性能，逐渐取代了含Nb、Ti类不锈钢。然而碳的降低，使得奥氏体不锈钢的强度下降。为弥补降碳引起的强度不足，氮在不锈钢中的作用开始为人们所重视。从二十世纪二十年代开始，人们发现在不锈钢中氮可以提高强度，后来又陆续发现其对钢的耐蚀性能有有益的影响。但氮作为合金化元素使用的最早报道是在1938年。阻碍氮作为合金元素广泛使用的主要因素首先是氮的加入问题。在大气压强下氮溶解度非常低，加入非常困难。由于加入量很小，因此其对钢的有利作用不明显。此外，在某些合金钢中，氮在冲击韧性、塑性等方面存在不利影响，进一步阻碍了人们对氮的应用的重视。二十世纪五十年代，由于当时不锈钢中贵重元素镍资源的奇缺，促使了人们对铬镍锰氮和铬锰氮奥氏体不锈钢的广泛研究。这种研究的结果，导致了Cr-Mn-Ni-N不锈钢系列即200系的诞生。钢中的N含量集中在0.10～0.25％范围内。到六十年代，由于AOD炉外精炼技术的工业应用，使得氮的加入和控制问题得到了一定程度的解决。对含氮不锈钢的进一步研究使得氮在不锈钢中的有益作用越来越多地为人们所认识。当时，研究者已经认识到，氮在显著提高不锈钢的力学性能的同时，还提高钢的耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀性能如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。但是，受冶炼条件等因素的限制，当时氮在不锈钢中的溶解度仍然处于较低的水平。随着加压冶金技术的发展，氮可以以较大含量固溶于钢中，并因此对钢的性能带来了更大的影响。氮在钢中的作用再次被人们所广泛关注。工业对高氮钢寄予了很大的兴趣。氮在铁合金中的溶解度关系为：logN＝-293/T-1.16-logfN+0.5logPN2式中T为温度，fN为氮的活化系数，受合金元素影响，其中Cr、Mn、Mo、Nb降低其活化系数值。目前，国外已开发了多种高氮钢的冶炼技术，包括等离子冶炼、加压感应炉冶炼、加压电渣重熔冶炼、粉末冶金以及利用先进的计算机合金设计方法进行的常压下高氮钢的冶炼等。高氮钢发展的主要趋势有：(1)高强高韧钢。此类钢主要利用N对钢力学性能的贡献，通过适当的冶金工艺和恰当的合金设计，将N极大地固溶于钢中，从而研制出超高强度、超高韧性的不锈钢。部分成果已表明，这是研究超高强度钢的又一途径。已经研究出固溶状态下屈服强度超过2000MPa，冷变形状态下强度超过3600MPa的超高强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高氮钢的机械加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选择刀具选用洛氏硬度HRA大于95，抗弯强度δ大于2GPa的刀具；S2：加工S2.1：铣削机械设备采用以下加工参数对高氮钢进行铣削：切削速度Vc介于60‑100m/min，转速n介于3000‑5000r/min，每齿进给量fz介于0.01‑0.02mm/z，进给速度F介于200‑300mm/min，吃刀量AP介于0.03‑0.2mm；S2.2：车削机械设备采用以下加工参数对高氮钢进行车削：转速n介于700‑1000r/min，每转进给量fr介于0.02‑0.04mm/r，吃刀量AP介于0.05‑0.3mm；直至把高氮钢加工成符合设计要求的零件；其中，铣削及车削时采用冷却液，冷却液为质量分数为3‑6％的乳化液，所述乳化液的PH值介于9.0‑9.5。

【技术特征摘要】
1.一种高氮钢的机械加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选择刀具选用洛氏硬度HRA大于95，抗弯强度δ大于2GPa的刀具；S2：加工S2.1：铣削机械设备采用以下加工参数对高氮钢进行铣削：切削速度Vc介于60-100m/min，转速n介于3000-5000r/min，每齿进给量fz介于0.01-0.02mm/z，进给速度F介于200-300mm/min，吃刀量AP介于0.03-0.2mm；S2.2：车...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎宇平，李北，邢长军，鲍贤勇，孙绍华，翁建寅，姚春发，唐海元，陈海涛，曹呈祥，吴林，宁小智，屈华鹏，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，飞亚达集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11