專利名稱：：一種銅碳易切削不銹鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種銅碳易切削不銹鋼及其制備方法，屬合金鋼材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
。技術(shù)背景隨著航空、航天、石油和化工等行業(yè)的發(fā)展，不銹鋼材料已得到廣泛應(yīng)用，但不銹鋼由于韌性大、熱強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn)而難以加工，因此改善不銹鋼的切削性能成為不銹鋼行業(yè)的重要課題。目前，主要通過(guò)添加易切削元素，例如硫、鉛、硒以及碲元素來(lái)提高不銹鋼的切削性能。然而，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，鉛、硒、碲等有毒元素在工業(yè)生產(chǎn)上將逐漸被限制使用。硫元素雖然能夠顯著提高鋼的切削性能，然而，硫元素在鋼中形成的硫化物夾雜會(huì)降低鋼的耐腐蝕性能，尤其是抗點(diǎn)蝕性能，因而不適合在不銹鋼中使用。為了避免上述缺點(diǎn)，本專利通過(guò)向不銹鋼中加入銅元素，并通過(guò)一種特殊的熱處理工藝，在鋼中形成銅、石墨復(fù)合的易切削相來(lái)提高鋼的切削性能，并分析提出了銅、石墨復(fù)合相提高不銹鋼切削性能的機(jī)理。經(jīng)該方法處理的不銹鋼的切削性能達(dá)到了含硫不銹鋼的切削水平。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種銅碳易切削不銹鋼。本發(fā)明一種銅碳易切削不銹鋼，其特征在于是有以下的化學(xué)成分及其重量百分比C:0,1~0.6%Cr:10.0~20.0%Cu:1.0~2.0%Mo:0.0~1.2%Si:0.3~0.9%Mn:0.4~1.0%Ni:0.0%~2.0%Fe:余量本發(fā)明一種銅碳易切削不銹鋼的制備方法，其特征在于是有以下的工藝過(guò)程和步驟a、將按上述配方配制好的配合料，以傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉方法放于電感應(yīng)爐或電弧爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，再經(jīng)電渣重熔后，鍛造或軋制成不銹鋼鋼胚。b、將上述鋼胚進(jìn)行熱處理，先將該鋼坯進(jìn)行淬火處理，淬火溫度為100(K1080'C，并按1.5min/mm的時(shí)間進(jìn)行保溫；然后迅速油淬，冷卻至100。C以下；c、然后再將鋼胚于50070(TC下時(shí)效510小時(shí)，隨后在空氣中自然冷卻至室溫；經(jīng)上述熱處理后的鋼胚即為銅碳易切削不銹鋼。本發(fā)明銅碳易切削不銹鋼的成分設(shè)計(jì)及制備工藝的理論依據(jù)如下所述(1)對(duì)于含銅不銹鋼，由于合金含量一般都非常高，為了在淬火過(guò)程中使鋼奧氏體化，并使碳化物盡可能的固溶到奧氏體中，所以選擇淬火最低溫度為IOO(TC，保溫時(shí)間按1.5minAnm進(jìn)行計(jì)算。(2)由于銅在鋼中的溶解度低，生產(chǎn)中經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)鋼表面有時(shí)可以形成一層沉積銅。如果鋼的淬火溫度在銅的熔點(diǎn)(1083'C)以上則表面沉積的這層銅將形成液膜，將潤(rùn)濕鋼的表面并沿晶界向鋼內(nèi)部浸潤(rùn)，最后導(dǎo)致嚴(yán)重的銅裂。因此，最高淬火溫度選擇為1080°C。(3)選擇為50070(TC時(shí)效510小時(shí)，有利于銅、石墨復(fù)合相的析出，并能控制銅、石墨復(fù)合相的尺寸在1020nm范圍內(nèi)。(4)控制銅和碳元素以銅、石墨復(fù)合相的形式析出，該相的平均尺寸在1020nm范圍內(nèi)，甚至更小，并且均勻的分散于基體中。銅、碳復(fù)合相中的石墨含量為10~20%，甚至更多，其余成分為單質(zhì)銅。銅、石墨復(fù)合相中的銅元素可以降低不銹鋼的屈服強(qiáng)度，從而使不銹鋼在刀具的擠壓作用下更易發(fā)生剪切塑性變形，從而降低了刀具的磨損；銅、石墨復(fù)合相中大量的石墨可使其作為固體潤(rùn)滑劑存在于鋼基體中，在切削過(guò)程中能夠潤(rùn)滑刀具，從而提高了不銹鋼的切削性能。圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中4Crl3Cu1.4合金鋼與比較例4Crl3鋼以及含硫4Crl3鋼的后刀面磨損-時(shí)間變化曲線比較圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中4Crl6MoCu1.3合金鋼與比較例4Crl6Mo鋼的后刀面磨損一時(shí)間變化曲線比較圖。具體實(shí)施方式現(xiàn)將本發(fā)明的實(shí)施例具體敘述于后。實(shí)施例1本實(shí)施例中的工藝過(guò)程和步驟如下本實(shí)施例中的銅碳易切削不銹鋼的化學(xué)組成如下(Wt%)C0.4%Cr13.0%Cu1.4%Mo0%Si0.42。/。Mn0.70%Fe84.08%上述不銹鋼以標(biāo)號(hào)4Crl3Cul.4表示。其制備過(guò)程和步驟如下(1)將按上述配方配制好的配合料，以傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉方法放于電感應(yīng)爐或電弧爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，再經(jīng)電渣重熔后，鍛造或軋制成不銹鋼鋼胚。(2)將上述鋼胚試樣進(jìn)行熱處理，先將該鋼坯進(jìn)行淬火處理，淬火溫度為102(TC下淬火，并按1.5min/mm的時(shí)間進(jìn)行保溫，然后迅速油淬，冷卻到IO(TC以下取出，此時(shí)其硬度為52~54HRC。(3)將淬火后的鋼胚在60(TC下時(shí)效5小時(shí)，隨后在空氣中自然冷卻到室溫，即得銅碳易切削不銹鋼。作為比較例，將不含Cu的不銹鋼來(lái)作比較，該不含Cu鋼的化學(xué)成分和制備過(guò)程與上述實(shí)施例1相同，其化學(xué)成分如下(wt%):C0,4%,Cr13.0%,Cu0%,Mo0%,Si0.42%,Mn0.70%，F(xiàn)e85.48%。所制得的不銹鋼以標(biāo)號(hào)4Cd3表示。實(shí)施例2本實(shí)施例中的工藝過(guò)程和步驟如下本實(shí)施例中的銅碳易切削不銹鋼的化學(xué)組成如下(Wt%)c0.4%Cr16.0%Cu1.3%Mo1.0%Si0.75%Mn0.65%Fe79.90%上述不銹鋼以標(biāo)號(hào)4Crl6MoCul.3表示。其制備過(guò)程和步驟如下(1)將按上述配方配制好的配合料，以傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉方法放于電感應(yīng)爐或電弧爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，再經(jīng)電渣重熔后，鍛造或軋制成不銹鋼鋼胚。(2)將上述鋼胚試樣進(jìn)行熱處理，先將該鋼坯進(jìn)行淬火處理，淬火溫度為1050'C下淬火，并按1.5min/mm的時(shí)間進(jìn)行保溫，然后迅速油淬，冷卻到IO(TC以下取出，此時(shí)其硬度為5355HRC。(3)將淬火后的鋼胚在650'C下時(shí)效6小時(shí)，隨后在空氣中自然冷卻到室溫，即得銅碳易切削不銹鋼。作為比較例，將不含Cu的不銹鋼來(lái)作比較，該不含Cu鋼的化學(xué)成分和制備過(guò)程與上述實(shí)施例2相同，其化學(xué)成分如下(wt。/。)C0.4%，Cr16.0%，Cu0%，Mo1.0%，Si0.75%，Mn0.65%，F(xiàn)e81.20%。所制得的不銹鋼以標(biāo)號(hào)4Crl6Mo表示。性能測(cè)試將上述實(shí)施例1和實(shí)施例2所得的不銹鋼試樣分別作性能對(duì)比試驗(yàn)。切削性能試驗(yàn)是在C6140車床上采用干切方式進(jìn)行的；刀具選用YT15硬質(zhì)合金刀具；前角、后角和主偏角分別為75、75和75度；或者為30、45和45度。記錄不同切削時(shí)間下的刀具的后刀面磨損。試驗(yàn)一將實(shí)施例1中所得的4Crl3Cu1.4易切削不銹鋼和普通的4Crl3鋼以及普通含硫的4Crl3S易切削鋼作切削性能試驗(yàn)，并進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)果參見圖1。圖1為各個(gè)不同鋼種的后刀面磨損-時(shí)間變化曲線比較圖。從圖1中可以看出，經(jīng)本發(fā)明方法處理過(guò)的4Crl3Cu1.4易切削不銹鋼的切削性能明顯優(yōu)于普通的4Crl3鋼，并接近于含硫的4Crl3S易切削不銹鋼的切削水平。試驗(yàn)二將實(shí)施例2中所得的4Crl6MoCu1.3易切削不銹鋼和普通的4Crl6Mo鋼以及普通含硫的4Crl3S易切削鋼作切削性能試驗(yàn)，并進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)果參見圖2。圖2為各個(gè)不同鋼種的后刀面磨損-時(shí)間變化曲線比較圖。從圖2中可以看出，經(jīng)本發(fā)明方法處理過(guò)的4Crl6MoCu1.3易切削不銹鋼的切削性能明顯優(yōu)于普通的4Crl6Mo鋼。電鏡微觀分析利用投射電鏡對(duì)4Crl3Cul.4鋼中的銅、石墨復(fù)合相的形態(tài)和大小進(jìn)行觀察。可見到該鋼中的銅、石墨復(fù)合相的尺寸為10nm左右。從能譜圖中可看出該相的主要成分為單質(zhì)銅和石墨C。該相的具體成分如下表1所示，其中石墨的含量多達(dá)37%。表1銅-石墨復(fù)合相的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1、一種銅碳易切削不銹鋼，其特征在于是有以下的化學(xué)成分及其重量百分比C0.1～0.6％Cr10.0～20.0％Cu1.0～2.0％Mo0.0～1.2％Si0.3～0.9％Mn0.4～1.0％Ni0.0％～2.0％Fe余量。2、權(quán)利要求1的一種銅碳易切削不銹鋼的制備方法，其特征在于是有以下的工藝過(guò)程和步驟a、將按上述配方配制好的配合料，以傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉方法放于電感應(yīng)爐或電弧爐內(nèi)進(jìn)行熔煉，再經(jīng)電渣重熔后，鍛造或軋制成不銹鋼鋼胚。b、將上述鋼胚進(jìn)行熱處理，先將該鋼坯進(jìn)行淬火處理，淬火溫度為1000~1080°C，并按1.5min/mm的時(shí)間進(jìn)行保溫；然后迅速油淬，冷卻至IO(TC以下；c、然后再將鋼胚于50070(TC下時(shí)效510小時(shí)，隨后在空氣中自然冷卻至室溫；經(jīng)上述熱處理后的鋼胚即為銅碳易切削不銹鋼。全文摘要本發(fā)明涉及一種銅碳易切削不銹鋼及其制備方法。本發(fā)明易切削不銹鋼的化學(xué)組成(wt％)如下C0.1～0.6％，Cr10.0～20.0％，Cu1.0～2.0％，Mo0.0～1.2％，Si0.3～0.9％，Mn0.4～1.0％，Ni0.0％～2.0％，F(xiàn)e余量。所述化學(xué)組成的不銹鋼經(jīng)熱處理，即在1000～1080℃進(jìn)行淬火處理，該溫度下保溫一段時(shí)間后，迅速油淬，冷卻至100℃以下，然后再在500～700℃下時(shí)效5～10小時(shí)，隨后冷卻至室溫，最終制得銅碳易切削不銹鋼。通過(guò)上述的熱處理，在鋼中形成銅-石墨復(fù)合相，且均勻分散于鋼基體中，由此可提高不銹鋼的切削性能。文檔編號(hào)C21D1/28GK101117687SQ20071004591公開日2008年2月6日申請(qǐng)日期2007年9月13日優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日發(fā)明者吳曉春,汪宏斌,耿鴻明,閔永安申請(qǐng)人:上海大學(xué)