[发明专利]一种经济型含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种经济型含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料，属钢铁合金材料技术领域。

背景技术

易切削不锈钢是指具有优良切削加工性能的合金材料，提高易切削性能的主要方法就是通过单独或者复合添加易切削元素如S、P、Pb、Bi、Re等。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%，由于其具有良好的切削性能和力学性能，已经广泛应用于有切削性能需求的工业领域。硫在钢中主要以MnS夹杂物的形式存在，大量呈点状或链状的MnS析出阻断了基体组织的连续性，从而使得切削性更加优异；同时MnS的析出在加工刀具和被加工件之间也起到了润滑作用。

近年来，随着世界范围内金属镍供需关系及价格的剧烈波动，世界各国特别是发达国家均在努力攻克不含镍或低镍不锈钢产业化关键技术。与传统不锈钢相比，通过加入一定量的锰、氮元素来稳定奥氏体，低镍的经济型奥氏体不锈钢也可以获得优异的综合性能。本发明正是在这样的背景下，发明了一种通过Mn和N元素来稳定奥氏体组织的、低Ni含量的、经济型含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济型含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种经济型含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料，其特征在于：其具有如下的成分及质量百分比（%）：0.1≤C≤0.15，Cr：16.0-18.0，Ni：1.4-3.4，N：0.10-0.25，Si≤0.75，6.0≤Mn≤8.0，P≤0.04，0.25≤S≤0.35，余量为Fe和不可避免的杂质。

该合金材料的Mn×S积和Mn/S比满足：1.5≤Mn×S≤2.5，8≤Mn/S≤30，保证MnS夹杂物呈近球状形貌析出且不会导致合金材料在热加工过程中发生热裂。

其生产工艺包括以下步骤：采用感应熔炼工艺，感应熔炼前，感应炉中先放入经过300°C烘干处理的纯铁、铬铁、纯镍、纯锰原材料，将感应炉抽真空到低于5Pa后，关闭扩散泵，同时保持机械泵和罗茨泵工作状态，缓慢提高感应炉功率，待感应炉中原材料底部出现暗红色光时，打开气阀先后用罗茨泵和扩散泵抽气到低于3Pa，然后充入纯氩气；然后将原材料全部熔清后，停电冷凝至钢液表面结膜，然后加入MnN和FeS原材料并充入纯氮气，经常规工艺熔清后浇注成型；再经热锻和退火处理，最终制得经济型含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料。

本发明的机理如下所述：控制Mn含量来固定N元素，在降低Ni含量的前提下制备出组织非常稳定、完全奥氏体化的合金材料，生产成本更加低廉。在这基础上，通过控制合金材料中的Mn×S积和Mn/S比，从而获得数量更多、分布更加弥散均匀的近球状MnS夹杂物。这种近球状的呈弥散分布的MnS夹杂物不会恶化热加工性能。在钢的切削加工过程中，MnS夹杂物在刃具和钢材之间起到了润滑作用，大大改善了钢的切削性能。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明的生产成本更加低廉，大大改善了钢的切削性能，并且不会恶化热加工性能。本发明合金材料的室温拉伸断裂强度不小于800 MPa，屈服强度不小于380 MPa，断裂延伸率不小于55%。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

实施例1：一种经济型含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料，其特征在于：其具有如下的成分及质量百分比（%）：

Cr 16.8%

Ni 2.6%

N0.18%

Mn 7.3%

C0.12%

Si 0.36%

S0.28%

P0.011%

Fe 余量

其生产工艺包括以下步骤：采用感应熔炼制备奥氏体不锈钢合金材料，综合配料计算后，熔炼前在300°C的烘箱中烘干处理纯铁、铬铁、纯镍、纯锰原材料，感应炉中先后放入铬铁、纯镍、纯锰、纯铁原材料，将感应炉真空度抽真空到4.5Pa后，关闭扩散泵，同时保持机械泵和罗茨泵工作状态，缓慢提高感应炉功率，待感应炉中原材料底部出现暗红色光时，打开气阀先后用罗茨泵和扩散泵抽气到2.6Pa，然后充入纯氩气；然后将原材料全部熔清后，停电冷凝至钢液表面结膜，然后加入MnN和FeS原材料并充入纯氮气，经常规工艺熔清后浇注成型；再经热锻和退火处理，最终制得经济型含硫易切削奥氏体不锈钢合金材料。该合金材料室温拉伸抗拉强度810 MPa，屈服强度385 MPa，断裂延伸率56%。