具有优异切削性的马氏体不锈钢制造技术

一种马氏体不锈钢，其包含０．０１－０．５质量％的Ｃ，Ｓｉ至多１．０质量％，Ｍｎ至多１．０质量％，１０－１５质量％的Ｃｒ，Ｎｉ至多０．６０质量％，０．５－６．０质量％Ｃｕ，其中，Ｃ浓度不低于０．１质量％或Ｓｎ和／或ｌｎ浓度不低于１０质量％的富含Ｃｕ相以０．２体积％或更多的比例分散于马氏体基质中。通过在５００－９００℃下对所述钢进行一次或多次时效处理，时效处理时间１小时或更长时间，使富含Ｃｕ相分散并沉淀于基质中。通过分散和沉淀富含Ｃｕ相代替加入赋予切削性的元素如Ｓ或Ｐｂ，上述类型的不锈钢改善了马氏体不锈钢的切削性，而对成形性、耐腐蚀性、环境等无损。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过添加无毒的Cu得到的切削性得到改善的铁素体和马氏体不锈钢。
技术介绍
由于精细机械工业的显著进步，以及为满足对于电子家用产品、家具等的需求，不锈钢已广泛应用于各个工业领域。为通过节约劳动力成本的自动机械工业生产这些用途的部件，已报导了各种改善不锈钢切削性的手段。例如，通过加入Se，就可改善铁素体不锈钢的切削性，如根据JIS4303规定的SUS430F所表明的那样。马氏体不锈钢的切削性则通过加入Pb得到改善，如SUS410F和SUS410F2所表明的那样，或者通过加入S得到改善，如SUS416和SUS420F所表明的那样，均由JIS4303所规定。但是，加入S虽然对切削性有效，但会大幅度地降低热加工性、延展性和耐腐蚀性，并会造成机械性能的各向异性。而对含Pb以改善切削性的铁素体或马氏体不锈钢来说，由于在使用过程中有毒的Pb会溶出，造成其是不可回收利用的。根据SAE规定的不锈钢51430FSe(相应于AISI下的430Se型)，其包含Se用于改善切削性，但实际上也会因Se的毒性而造成环境问题。
技术实现思路
本专利技术旨在提供切削性得到改善，而对加工性能、耐腐蚀性、机械性能和环境没有有害影响的铁素体和马氏体不锈钢，是通过沉淀富含Cu颗粒来取代常规元素而实现。本专利技术提供了铁素体和马氏体不锈钢，其中，富含Cu颗粒以0.2体积％或更多的比例分散，以改善切削性而不会对环境有有害的影响。富含Cu颗粒可为一相，其包含为0.1质量％或更多的相对高浓度的C；或者为一相，其包含浓度为10质量％或更多的Sn和/或In。铁素体不锈钢具有如下的基本组成0.001-1质量％的C，Si至多1.0质量％，Mn至多1.0质量％，15-30质量％的Cr，Ni至多0.60质量％，0.5-6.0质量％的Cu，除不可避免杂质之外，其余为Fe。马氏体不锈钢具有如下的基本组成0.01-0.5质量％的C，Si至多1.0质量％，Mn至多1.0质量％，10-15质量％的Cr，Ni至多0.60质量％，0.5-6.0质量％的Cu，除不可避免杂质之外，其余为Fe。为了分散Sn或In浓度不低于10质量％的富含Cu颗粒的沉淀，将不锈钢的组成调节为包含0.005质量％或更多的Sn或In。铁素体和马氏体不锈钢中的任一种可包含一种或多种的选自下述的元素0.2-1.0质量％的Nb，0.02-1质量％的Ti，0-3质量％的Mo，0-1质量％的Zr，0-1质量％的Al，0-1质量％的V，0-0.05质量％的B和0-0.05质量％的稀土金属(REM)。通过至少一次时效处理，使C浓度不低于0.1质量％的富含Cu颗粒或Sn或In浓度不低于10质量％的富含Cu颗粒作为铁素体或马氏体基质中的沉淀分散，从而铁素体或马氏体不锈钢在成形步骤之前的热轧步骤之后于500-900℃下保持1小时或更长而得到最终产品。附图说明图1为用于解释评价切削性的实验的说明图。具体实施例方式常规不锈钢一般切削性较差，被认为是代表性的不可进行机械加工的材料。切削性差是因其较低的导热性、可淬性和粘合性造成的。在JP2000-63996A中，本专利技术的专利技术人揭示出以一定比例的富含Cu颗粒的沉淀可有效地改善奥氏体不锈钢的抗菌性和切削性，同时对环境没有不利的影响。本专利技术的专利技术人进一步研究了富含Cu颗粒的作用，并偶然发现也可实现对铁素体和马氏体不锈钢切削性的作用。不锈钢的切削性通过富含Cu相如ε-Cu的细沉淀得到改善，其在钢材料和机制工具间起到润滑作用，并促进了热流出，均匀地分散于钢基质中。富含Cu相对切削性的作用可能是由于其润滑作用和导热性使得在刀具的斜度表面处磨擦减少而带来的。磨擦的减小还导致耐切削性降低，也会延长工具的寿命。铁素体不锈钢或回火的马氏体不锈钢具有B.C.C.(体心立方体)的结晶结构，而富含Cu相则为F.C.C.(面心立方体)。与在具有相同结晶结构的F.C.C.奥氏体不锈钢中的富含Cu相的沉淀比较，在B.C.C.基质中的富含Cu相的沉淀带来切削性的改善作用。富含Cu颗粒的沉淀对铁素体或马氏体不锈钢有别于对奥氏体不锈钢的作用可解释为在富含Cu沉淀(F.C.C.)分散于B.C.C.的铁素体或马氏体基质的情形下，晶体一致性变得无序达到通过分散富含Cu沉淀能够重应力积聚的状态。进而，奥氏体形成元素C由钢基质(B.C.C.)传送至富含Cu相(F.C.C.)，导致C在富含Cu相中的凝聚并使富含Cu相变脆。变脆后的富含Cu颗粒成为破坏位错的密集积聚的起点，因而其以铁素体或马氏体基质中的碎片存在，从而实现机械加工，即一类断口。在包含0.005质量％或更多的Sn和/或In的钢组合物中，Sn和/或In在富含Cu颗粒中以10质量％或更多的比例凝聚，并转化成低熔点的Cu-Sn或Cu-In合金。简而言之，低熔点的富含Cu颗粒作为具有较大位错积聚的碎片分散，从而促进了在钢材料与切削工具之间的润滑，导致刀具寿命的显著延长。富含Cu相的沉淀是通过等温处理实现的，如在适宜的温度范围内进行时效处理，或者通过在可能最长的时间内，在热处理后的降温步骤中，在用于沉淀的温度区内逐渐冷却钢材料。本专利技术的专利技术人由大量的研究成果确证，在最后退火之后在500-900℃下进行时效处理，富含Cu相的沉淀加速了C不低于0.1质量％凝聚或Sn和/或In不低于10质量％凝聚的富含Cu相的沉淀。富含Cu相的沉淀也使铁素体或马氏体不锈钢具有抗菌性。富含Cu相的沉淀可通过加入至少一种形成碳氮化物或形成沉淀的元素如Nb、Ti或Mo来加速。这些元素的碳氮化物用作沉淀位点以在铁素体或马氏体基质可均匀地分散富含Cu颗粒，并具有良好的生产能力。每一种合金元素按照如下受控的比例加至不锈钢中对铁素体不锈钢，0.001-0.1质量％的C，或对马氏体不锈钢，0.01-0.5质量％的CC在富含Cu相中凝聚而使富含Cu相变脆，并部分转化成碳化铬，作为富含Cu相的沉淀位点，从而在钢基质中均匀分散细的富含Cu颗粒。该作用通常解释为铁素体不锈钢中C含量为0.001质量％或更多，或在马氏体不锈钢中C含量为0.01质量％或更多。然而过量的C会降低生产能力和钢的耐腐蚀性，因此C含量的上限确定为对铁素体不锈钢0.1质量％或对马氏体不锈钢为0.5质量％。Si至多1.0质量％Si是一种改善耐腐蚀性和抗菌性的元素。但是，超过1.0质量％的过量的Si也会降低钢的生产能力。Mn至多1.0质量％Mn是一种改善生产能力和将有害的S以MnS稳定于钢基质中的元素。金属间化合物MnS可改善钢的切削性，并用作细富含Cu颗粒的沉淀位点。但是，超过1.0质量％的Mn也会降低钢的耐腐蚀性。S至多0.3质量％虽然S是一种会转化成MnS的元素，对切削性是有效的，但随S含量的增加，不锈钢的热加工性和延展性均变差。因而，S含量的上限为0.3质量％。对铁素体不锈钢，10-30质量％的Cr对马氏体不锈钢，10-15质量％的CrCr是一种不锈钢耐腐蚀性的基本元素。以高于10质量％的比例加入Cr是确保耐腐蚀性所必要的。但是，超过30％的过量的Cr会降低铁素体不锈钢的生产能力和加工性，或者超过15质量％的过量的Cr则使铁素体相太稳定而导致在退火状态中不产生马氏体转化。Ni至多0.60质量％Ni是一种在常规生产铁素体或马氏体不锈钢的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优良切削性的马氏体不锈钢，其化学组成为：０．０１－０．５质量％的Ｃ，Ｓｉ至多１．０质量％，Ｍｎ至多１．０质量％，１０－１５质量％的Ｃｒ，Ｎｉ至多０．６０质量％，０．５－６．０质量％Ｃｕ，总共为０．００５－０．５质量％的Ｓｎ和 Ｉｎ中的一种或两种，除不可避免杂质之外，其余为Ｆｅ；所述马氏体不锈钢还具有如下结构：Ｓｎ和／或Ｉｎ浓度不低于１０质量％的富含Ｃｕ颗粒以０．２体积％或更多的比例分散于马氏体基质中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：铃木聪，田中秀记，平松直人，
申请(专利权)人：日新制钢株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]