一种易切削不锈钢及其应用

摘要

本发明公开了一种易切削不锈钢，其特征在于，由如下成分组成：C：0.01～0.03wt%、Si：0.6～0.9wt%、Mn：2.5～3wt%、Cr：23～25wt%、P：0.06～0.09wt%、S：0.01～0.3wt%、Mo：1.8～2.6wt%、V：0.40～0.60wt%，B：0.001‑0.03 wt%、Se：0.1～0.3wt%、Ce：0.1～0.3wt%、Bi:0.05‑0.15％、Te：0.01～0.03wt%，余量为Fe和无法避免的杂质，其具有无铅元素，实现了性能不降低，但是剔除Pb元素的技术难题，最终让不锈钢满足了环保、安全、健康的使用属性。

权利要求

1.一种易切削不锈钢，其特征在于，由如下成分组成：

C：0.01～0.03wt%、Si：0.6～0.9wt%、Mn：2.5～3wt%、Cr：23～25wt%、P：0.06～0.09wt%、S：0.01～0.3wt%、Mo：1.8～2.6wt%、V：0.40～0.60wt%，B：0.001-0.03 wt%、Se：0.1～

0.3wt%、Ce：0.1～0.3wt%、Bi:0.05-0.15 wt%、Te：0.01～0.03wt%，余量为Fe和无法避免的杂质；将熔炼轧制后的圆钢在840～860℃的温度下，保温8～10小时，空冷后进行240℃回火

2h。

2.根据权利要求1所述的易切削不锈钢，其特征在于，C：0.02wt%、Si：0.7～0.8wt%、Mn：

2.8～3wt%、Cr：23～25wt%、P：0.08～0.09wt%、S：0.2～0.3wt%、Mo：1.8～2wt%、V：0.40～

0.45wt% 、B：0.02-0.03 wt%、Se：0.1～0.3wt%、Ce：0.2～0.3wt%、Bi:0.1-0.15 wt%、Te：

0.02～0.03wt%，余量为Fe和无法避免的杂质。

3.一种如权利要求1-2任意一项所述不锈钢在圆珠笔领域的应用。

4.一种如权利要求3所述不锈钢在圆珠笔领域的应用，其特征在于，具体应用于球座体。

说明书

一种易切削不锈钢及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及不锈钢制备领域，更具体地说，它涉及一种易切削不锈钢及其应用。

背景技术

[0002] 国外易切削钢的发展较早且迅速，1920年美国首次正式生产硫系易切削钢，后来英、苏、日、法等国也相继生产和使用，1937年美国一家研究所发表了铅易切削钢专利并生产出Ledloy易切钢后，日本、德国才相继开始生产，与此同时，硒、易切钢开始应用，主要与硫、铅复合加入钢中，切削性能非常好，可与易切削黄铜相媲美，但因其价格昂贵而主要用于易切不锈钢中，1964年联邦德国首先研制成功钙易切钢，三年后引入日本，称之为钙脱氧调整型易切钢，1969年12月日本金属材料技术研究所提出了第一项钛易切削钢专利。在最近几十年，易切削钢以惊人的速度发展，全世界每年消耗易切削钢超过400万吨。

[0003] 参考公开号为CN104995324A的发明专利，本发明提供切削性优异的含铅易切削钢，以质量％计含有：C：0.005～0.2％、Mn：0.3～2.0％、P：0.005～0.2％、S：0.01～0.7％、Pb：0.03～0.5％、N：0.004～0.02％、和O：0.003～0.03％，余量包含Fe和杂质。

[0004] 现有的大部分易切削钢都是通过铅元素造成的夹杂物来提升整体的易切削性能，但是这种含有铅元素的合金并不环保，对人体健康也没有好处，因此人们也期待开发出新的可替代产品减少铅元素的使用，保证材料的环保与健康。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种易切削不锈钢，其具有无铅元素，环保、健康的特点。

[0006] 为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种易切削不锈钢，由如下成分组成：

[0007] C：0.01～0.03wt%、Si：0.6～0.9wt%、Mn：2.5～3wt%、Cr：23～25wt%、P：0.06～0.09wt%、S：0.01～0.3wt%、Mo：1.8～2.6wt%、V：0.40～0.60wt%，B：0.001-0.03 wt%、Se：0.1～0.3wt%、Ce：0.1～0.3wt%、Bi:0.05-0.15 wt%、Te：0.01～0.03wt%，余量为Fe和无法避免的杂质。

[0008] 通过上述技术方案，易切削不锈钢剔除了对环保和健康都有不利影响的铅元素，同时通过其他元素的搭配，形成了新的多元晶间产物，这与含铅易切削钢中在切削加工过程中，切削刀具和铁屑之间产生强烈的摩擦，使分布在钢中的铅微粒呈熔融状态析出，产生润滑，起减摩作用，而本方案是在高温切割过程中在工具钢表面形成一种Fe-V-Si临时粘合层，增加刀具表面耐磨性能，降低高温切割过程中刀具的磨损，从而侧面提升材料本身的易切削性能，最终实现了合理的性能不降低，但是剔除Pb元素的技术难题，最终让不锈钢满足了环保、安全的使用属性。

[0009] 较佳的， C：0.02wt%、Si：0.7～0.8wt%、Mn：2.8～3wt%、Cr：23～25wt%、P：0.08～0.09wt%、S：0.2～0.3wt%、Mo：1.8～2wt%、V：0.40～0.45wt% 、B：0.02-0.03 wt%、Se：0.1～
0.01wt%、Ce：0.2～0.3wt%、Bi:0.1-0.15 wt%、Te：0.02～0.03wt%，余量为Fe和无法避免的杂质。

[0010] 通过上述技术方案，挑选更合适的元素组合来实现不锈钢内部组织形态上的改进，Cr含量提升能够增加不锈钢的耐蚀性能，这同样是不锈钢中重要的指标，作为一款用于球座体，防腐蚀同样重要，更高的Cr含量打破了传统不锈钢的晶间化合物组织形态，形成了以Cr-C-Se为主的晶间多元化合物，从而限制了墨水造成的晶间腐蚀，提升了产品的耐腐蚀性能。

[0011] 较佳的，将熔炼轧制后的圆钢在840～860℃的温度下，保温8～10小时，冷却。

[0012] 较佳的，冷却方式采用空冷。

[0013] 较佳的，空冷之后，还进行240℃回火2h。

[0014] 本发明的目的二：一种不锈钢在圆珠笔领域的应用。

[0015] 较佳的，具体应用于球座体。

[0016] 综上所述，本发明具有以下有益效果：

[0017] 第一、由于本发明无铅工艺进行钢材熔炼工艺能够大幅度改善冶炼环境，从而实现加工工艺的安全和环保要求；

[0018] 第二、本发明在去除了铅元素之后，仍然具有抗拉性能不降低，耐磨效果良好的优异属性；

[0019] 第三、本发明中还引入了Se-Ce-Te-S-P易切削体系一方面增加对切削刀具的保护，一方面这一体系下，硒、磅与钢中锰或硫形成化合物，加工后不易变形，其中Te元素的化合物效果最好，故钢的方向性最小，横向机械性能降低的也最小，硒与硫相配合形成新的硒锰硫晶间化合物，圆或者椭圆的形态让切削加工时排屑容易，同时减摩，热加工时不易变形，并以椭圆状分布在钢中，横向机械性能降低的很少；

[0020] 第四、球座体的使用环境也进一步要求不锈钢材料本身具有对应的抗拉性能和耐蚀性能，这些性能会因为夹杂物尺寸过大、含量过高而明显降低，这是该产品的矛盾点所在，也是我们需要通过调整晶间化合物成分、尺寸、占比的目的所在，通过本申请的熔炼过程和热处理过程，充分的实现了对晶间化合物形态上的控制，调整其成分占比，最终实现崩碎屑的实际加工要求，让材料能够更加适应对粗糙度、切断性的要求，而并非是单一维度的简单提升某一项指标；

[0021] 第五、碎屑形态上，金属从原有的螺形-C形-崩碎屑仅仅是切削性能良好的一个指标，但是针对作为球座体的实际产品需求，有恰恰是其中较为重要的一个指标，这更多的是因为粗糙度的一个考量，崩碎屑会减少其对加工表面的损害，这种微小的变化会导致后期墨水流淌的流畅性以及是否会断墨，所以也是本申请创新之处，材料中合金元素的选用和热处理过程最终会影响材料内部晶体尺寸和晶体间夹杂物的形态、分布和占比，这些都会最终影响崩碎屑是否能够产生；

[0022] 第六、B元素的添加是钢材合金化的重要方式，添加了B元素的钢材通常具有良好的强度与耐磨性能，但对于常规易切削钢而言，所谓的高强度会导致不锈钢本身易切削性能的下降，这是很多易切削钢出现的问题，但是本申请通过B元素和Bi元素本身的配合，同时熔炼后产生的Te-Mn-S-P夹杂物中发生了形态上的转变，夹杂物从不规则的周边形态转化为具有异性方向性的椭球型，同时椭球形态趋向于与球形，同时经过检测发现，在增加了耐磨性能的同时，并未影响其本身具有的易切削性能。

具体实施方式

[0023] 以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。实施例

[0024] 实施例1、一种易切削不锈钢，由如下成分组成：

[0025] C：0.03wt%、Si：0.9wt%、Mn 3wt%、Cr：25wt%、P：0.09wt%、S：0.3wt%、Mo：2.6wt%、V：0.60wt%、B：0.03 wt%、Se：0.3wt%、Ce：0.3wt%、Bi: 0.15 wt%、Te：0.03wt%，余量为Fe和无法避免的杂质；将熔炼轧制后的圆钢在860℃的温度下，保温10小时，冷却方式采用空冷。

[0026] 实施例2、一种易切削不锈钢，由如下成分组成：

[0027] C：0.01wt%、Si：0.6wt%、Mn：2.5wt%、Cr：23wt%、P：0.06wt%、S：0.01wt%、Mo：1.8wt%、V：0.40wt%、B：0.001 wt%、Se：0.1wt%、Ce：0.1wt%、Bi:0.05 wt%、Te：0.01wt%，余量为Fe和无法避免的杂质；将熔炼轧制后的圆钢在840℃的温度下，保温8小时，冷却方式采用空冷。

[0028] 实施例3、一种易切削不锈钢，由如下成分组成：

[0029] C：0.02wt%、Si：0.8wt%、Mn：2.7wt%、Cr：24wt%、P：0.07wt%、S：0.25wt%、Mo：2.2wt%、V：0.50wt%、 B：0.002wt%、Se：0.2wt%、Ce：0.2wt%、Bi:0.1 wt%、Te：0.02wt%，余量为Fe和无法避免的杂质，将熔炼轧制后的圆钢在850℃的温度下，保温9小时，冷却方式采用空冷。

[0030] 实施例4、C：0.02wt%、Si：0.8wt%、Mn：3wt%、Cr：25wt%、P：0.09wt%、S：0.3wt%、Mo：2wt%、V：0.45wt%、B：0.015 wt%、Se：0.01wt%、Ce：0.3wt%、Bi:0.1 wt%、Te：0.02wt%，余量为Fe和无法避免的杂质，将熔炼轧制后的圆钢在860℃的温度下，保温10小时，冷却方式采用空冷，空冷之后，还进行240℃回火2h。

[0031] 实施例5、C：0.02wt%、Si：0.7wt%、Mn：2.8wt%、Cr：23wt%、P：0.09wt%、S：0.3wt%、Mo：2wt%、V：0.45wt%、B：0.025 wt%、Se：0.01wt%、Ce：0.3wt%、Bi: 0.15 wt%、Te：0.02wt%，余量为Fe和无法避免的杂质，将熔炼轧制后的圆钢在840℃的温度下，保温8小时，冷却方式采用空冷，空冷之后，还进行240℃回火2h。

[0032] 实施例6、C：0.02wt%、Si：0.75wt%、Mn：2.9wt%、Cr：25wt%、P：0.08wt%、S：0.25wt%、Mo：1.9wt%、V：0.43wt%、B：0.001wt%、Se：0.12wt%、Ce：0.25wt%、Bi:0.12 wt%、Te：0.017wt%，余量为Fe和无法避免的杂质，将熔炼轧制后的圆钢在850℃的温度下，保温9小时，冷却方式采用空冷，空冷之后，还进行240℃回火2h。

[0033] 应用例、以上实施例制备得到的不锈钢在圆珠笔领域的应用，具体用作球座体。

[0034] 对比例

[0035] 对比例1、一种易切削不锈钢，由如下成分组成：

[0036] C：0.02wt%、Si：0.8wt%、Mn：2.5wt%、Cr：18wt%、P：0.07wt%、S：0.25wt%、Mo：2.2wt%、Se：0.2wt%、Ce：0.2wt%、Bi:0.12 wt%、Te：0.02wt%，余量为Fe和无法避免的杂质，将熔炼轧制后的圆钢在850℃的温度下，保温9小时，冷却方式采用空冷。（缺少V、Cr：18wt%）[0037] 对比例2、一种易切削不锈钢，由如下成分组成：

[0038] C：0.02wt%、Si：0.8wt%、Mn：2.5wt%、Cr：18wt%、P：0.07wt%、S：0.25wt%、Mo：2.2wt%、V：0.50wt%、Ce：0.2wt%、Bi:0.12 wt%，余量为Fe和无法避免的杂质，将熔炼轧制后的圆钢在850℃的温度下，保温9小时，冷却方式采用空冷。（缺少Se：0.2wt%、Te：0.2wt%）[0039] 对比例3、一种易切削不锈钢，由如下成分组成：

[0040] C：0.02wt%、Si：0.8wt%、Mn：2.5wt%、Cr：28wt%、P：0.01wt%、S：0.25wt%、Mo：2.2wt%、V：0.50wt%，Se：0.2wt%、Ce：0.2wt%、Bi:0.12 wt%、Te：0.02wt%，余量为Fe和无法避免的杂质，将熔炼轧制后的圆钢在850℃的温度下，保温9小时，冷却方式采用空冷。（P：0.01wt%）[0041] 对比例4、一种易切削不锈钢，由如下成分组成：

[0042] C：0.02wt%、Mn：2.9wt%、Cr：28wt%、P：0.07wt%、S：0.25wt%、Mo：2.2wt%、V：0.50wt%，Se：0.2wt%、Ce：0.2wt%、Bi:0.12 wt%、Te：0.02wt%，余量为Fe和无法避免的杂质，将熔炼轧制后的圆钢在850℃的温度下，保温9小时，冷却方式采用空冷。（缺少Si、B元素）[0043] 性能检测试验

[0044] 检测方法/试验方法

[0045] 拉伸力学性能试验

[0046] 按标准GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》，在长春试验机研究所生产的CSS-44020型电子万能试验机(规格2t)上进行，试样原始标距为100mm，试验机两夹头间自由长度为150mm，取实施例和对比例用钢成品线材4根进行室温拉伸试验，并最终取得四次检测成绩的平均值。

[0047] 切削力试验在CA6140车床上进行，采用机夹车刀YT15精车，通过Kistler测力系统测量车削力。

[0048] 具体采用以下方案:固定切削深度ap=2mm，切削速度v=120m/min，进给量f= 0.3 mm/r。 进行对比分析，其力学性能测试结果如下，切屑断屑性采用观察法比较切屑形貌的方法来评定。

[0049]   拉伸强度 断后伸长率（%） 加工粗糙度（Rz） 加工碎屑形态 微观形态实施例1 681.32 3.02 23.13 崩碎屑 晶界处有球形、椭球形细小夹形物实施例2 682.98 3.02 22.52 崩碎屑 晶界处有球形、椭球形细小夹杂物
实施例3 684.15 3.02 21.96 崩碎屑 晶界处有球形、椭球形细小夹杂物
实施例4 680.69 3.02 22.48 崩碎屑 晶界处有球形、椭球形细小夹杂物
实施例5 686.76 3.02 23.15 崩碎屑 晶界处有球形、椭球形细小夹杂物
实施例6 685.34 3.02 22.69 崩碎屑 晶界处有球形、椭球形细小夹杂物
对比例1 671.98 2.81 25.28 C形屑 晶界处有尺寸较大夹杂物，形态不规则
对比例2 668.87 2.98 23.16 C形屑 晶界处有尺寸较大夹杂物，形态不规则
对比例3 681.15 2.94 26.38 C形屑，但尺寸小 晶界处有尺寸较大夹杂物，形态不规则对比例4 672.51 2.72 25.56 C形屑，但尺寸小 晶界处有夹杂物

[0050] 在实验限定的的进给速度下，实施例中的切削屑呈崩碎屑，与刀具接触少，对刀具磨损也小，不容易划伤已加工表面，从而让产品的表面粗糙度较低，是材料具有良好切断性的重要体现，而C形屑切削过程中会因切屑碰撞刀具后刀面或工件表面上断裂而产生振动，从而影响切削过程的平稳性和已加工表面粗糙度。对于圆珠笔头这样的尺寸精度高，表面粗糙度同样要比较低的材料，C形屑会大幅度降低产品质量，导致墨水流淌速度不稳定，腐蚀速度过快等等问题。而崩碎屑的碎屑状态才能保证切削表面质量和切屑处理性，是应用于圆珠笔尖制作的必要性能。

[0051] 同时关于围观形态的观察，也能够侧面体现其具有良好的切削性能基础，椭球形、球形的夹杂物能够让切削效果更好，增加切削效果的还可以是增大夹杂物尺寸，但是大尺寸夹杂物的出现会大幅度降低耐蚀性和抗拉强度，最终会导致无法让不锈钢满足作为球座体的要求。因此，在缺少Pb元素后，在改善传统的MnS的形态，同时形成更多的弥散细小夹杂物同样能够起到类似提高切削效果的作用，同时还不会过多的降低材料原有的力学性能和耐蚀性能。

[0052] 本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。