專利名稱：耐蝕鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐蝕鋼。更具體地說，本發(fā)明涉及一種適合用作OA機(jī)如打印機(jī)的軸材料的耐蝕鋼。
目前用下述不銹鋼作為激光打印機(jī)的軸材料SUS420J2(C0.26-0.40％，Si最高1.0％，Mn最高1.0％，P最高0.040％，S最高0.040％，Cr12.0-14.0％，余量基本上是Fe)，和SUS410(C最高0.15％，Si最高1.0％，Mn最高1.0％，P最高0.040％，S最高0.030％，Cr11.5-13.5％，余量基本上是Fe)。
另一方面，用下述經(jīng)過切削且鍍鎳的易切鋼生產(chǎn)噴墨打印機(jī)如彩色打印機(jī)的軸。
SUM24L(C最高0.15％，Mn0.85-1.15％，P0.040-0.090％，S0.26-0.35％，Pb0.10-0.35％，余量基本上是Fe)，和SUM22(C最高0.13％，Mn0.70-1.00％，P0.07-0.12％，S0.24-0.35％，余量基本上是Fe)。
因?yàn)檫@種軸具有令人滿意的耐蝕性，能夠耐室內(nèi)環(huán)境，所以，從性價(jià)平衡的觀點(diǎn)看，上述昂貴的不銹鋼SUS420J2和SUS410不是合適的材料。在電鍍由易切鋼如SUM24L制成的機(jī)加工零件時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量常常由于電鍍金屬層中的厚度波動(dòng)和缺陷而變化，這將降低產(chǎn)品的可靠性。另外，從避免環(huán)境污染的觀點(diǎn)出發(fā)，必須考慮處理電鍍產(chǎn)生的廢液。處理廢液的費(fèi)用越來越高，因此，可以說根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)軸的成本是一個(gè)很重要的問題。
應(yīng)當(dāng)注意的是，平直度是常發(fā)生在軸上的另一個(gè)問題。
為了解決這些問題，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了研究和開發(fā)，旨在提供一種鋼，這種鋼具有良好的可切削性和平直度、足以耐室內(nèi)環(huán)境的耐蝕性，另外，其價(jià)格不貴。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)在含C0.005-0.200％，Si最高1.0％，Mn最高2.0％，P最高0.05％，Cu最高2.0％，Ni最高2.0％，Cr2.0-9.0％，余量基本上是Fe的鋼中加入一定量的S和Se中一種或兩種、及Ti和Zr中一種或兩種能夠在鋼中形成含C和一種或兩種S和Se的Ti基化合物、Zr基化合物或Ti-Zr基化合物如(Ti，Zr)4(S，Se)2C2，這些化合物在鋼中的彌散分布能夠改善鋼的可切削性，使鋼具有良好的耐蝕性、冷加工性和熱加工性。
除上述合金組分外，本發(fā)明適用于軸的耐蝕鋼還可含有一個(gè)或多個(gè)下述組中的一種或多種元素。
1)一種或兩種Mo和W，其中，Mo0.1-4.0％，W0.1-3.0％；2)下述元素中的至少一種，Pb0.01-0.30％，Te0.005-0.100％，Bi0.01-0.20％；3)Ca、Mg、B和REM中的至少一種0.005-0.010％；和4)Nb、V、Ta和Hf中的至少一種0.01-0.50％。
下面解釋各個(gè)合金組分的作用及限定其組成的原因。C0.005-0.200％，優(yōu)選0.010-0.100％碳是形成用于改善鋼的可切削性的夾雜物的基本元素。C含量低于0.005％時(shí)，不能得到足量的改善可切削性的夾雜物。C含量高于0.200％時(shí)，得到大量的單個(gè)碳化物，這將降低鋼的可切削性。其優(yōu)選范圍是0.010-0.100％。Si最高1.0％硅作為脫氧劑加入鋼中。太高的加入量將使固溶處理后的鋼硬度增加，導(dǎo)致其冷加工性降低，還增加δ-鐵素體的生成量，導(dǎo)致其熱加工性和耐蝕性降低。因此，其上限設(shè)定為1.0％。在可切削性和平直度特別重要的情況下，Si含量應(yīng)當(dāng)非常低，最高為0.15％。Mn最高2.0％錳不僅是脫氧劑，而且能夠通過與S和Se形成化合物改善鋼的可切削性。Mn和S結(jié)合形成的MnS將大大降低鋼的耐蝕性和冷加工性及平直度，因此，Mn含量的上限設(shè)定為2.0％。如果必須使耐蝕性和冷加工性高，則優(yōu)選將Mn含量的上限設(shè)定為0.40％或更低。P最高0.05％磷在鋼中是一種雜質(zhì)，其將增加晶界腐蝕的敏感性，降低鋼的韌性。因此，P含量越低越好。但是，極度降低P含量的費(fèi)用非常高，因此，其允許的上限是0.05％。優(yōu)選的P含量最高為0.03％。Cu最高2.0％銅是提高耐蝕性特別是還原條件下的耐蝕性的有效元素。過量加入將降低鋼的熱加工性，Cu含量的上限定為2.0％。Ni最高2.0％Ni是改善耐蝕性的元素。大量加入Ni將使產(chǎn)品鋼成本高，因此，加入量的上限設(shè)定為2.0％。為了確保足夠的耐蝕性和良好的平直度，加入Ni的量?jī)?yōu)選是0.3-0.8％。Cr2.0-9.0％Cr也是改善耐蝕性的元素。如果Cr含量低于2.0％，則效果不充分，但是，Cr的加入量大于9.0％時(shí)，將降低鋼的平直度、加工性和可切削性。另外，其成本增加。其加入量的優(yōu)選范圍是6.0-9.0％。一種或兩種Ti和Zr，[Ti％]+0.52[Zr％]0.03-1.20％
鈦和鋯與C和S和/或Se共存于鋼中時(shí)形成能改善鋼的可切削性的化合物如(Ti，Zr)4(S，Se)2C2或(Ti，Zr)(S，Se)。具體來說，其中前一種化合物能夠改善改善鋼的可切削性而不損及鋼的耐蝕性和冷加工性，這是由于其在鋼中的彌散分布所致。為了確保這些效果，必須使以[Ti％]+0.52[Zr％]表示的Ti和Zr的加入量是0.03％或更高。過多的大于1.20％的加入量將導(dǎo)致硬夾雜物如TiN和TiO2的形成，同時(shí)，鋼基體的硬度提高。一種或兩種S和Se，其中，S0.01-0.50％，Se0.01-0.40％如上所述，與C和Ti和/或Zr共存于鋼中的硫和硒形成能改善鋼的可切削性的化合物如(Ti，Zr)4(S，Se)2C2或(Ti，Zr)(S，Se)。為了形成優(yōu)選量的這些化合物，必須加入S0.01％或更高和/或Se0.01％或更高。如果S和/或Se的含量過大，則將破壞鋼的熱加工性和韌性。因此，S的上限是0.50％，Se的上限是0.40％。N最高0.050％氮在鋼中也是一種雜質(zhì)。因?yàn)镹能脫除鋼中的形成能改善其可切削性的化合物的必要元素Ti和Zr而形成對(duì)其可切削性有害的氮化物。所以必須盡可能地降低N含量。另一方面，極度降低N含量將增加生產(chǎn)成本。因此，其允許的上限設(shè)定為0.050％。優(yōu)選的N含量最高為0.025％，更優(yōu)選最高為0.010％。O最高0.030％氧在鋼中也是一種雜質(zhì)。N與鋼中的形成能改善其可切削性的化合物的必要元素Ti和Zr結(jié)合形成對(duì)其可切削性有害的氧化物。所以必須盡可能地降低O含量。但是，極度降低O含量將增加生產(chǎn)成本。因此，其允許的上限設(shè)定為0.030％。優(yōu)選的O含量為0.010％或更低。
下面解釋上述任選加入的合金組分的加入效果及限定其含量范圍的原因。一種或兩種Mo和W，其中，Mo0.1-4.0％，W0.1-3.0％如果加入鉬和鎢，二者都能提高鋼的耐蝕性。為了達(dá)到這樣的效果，必須加入0.1％或更高的一種或兩種Mo和W。大量加入又會(huì)破壞鋼的冷加工性。因此，加入量的上限設(shè)定為Mo4.0％，W3.0％。下述元素中的至少一種，Pb0.01-0.30％，Te0.005-0.100％，Bi0.01-0.20％鉛、碲和鉍也能提高鋼的耐蝕性。為了確保這樣的效果，其必須的最小加入量為Pb0.01％，Te0.005％，Bi0.01％。過量加入這些元素又會(huì)破壞鋼的熱加工性。因此，其上限設(shè)定為Pb0.30％，Te0.10％，Bi0.20％。Ca、Mg、B和REM中的至少一種0.005-0.010％鈣、鎂和稀土金屬能提高鋼的熱加工性。這些元素可以單獨(dú)或結(jié)合(在結(jié)合加入的情況下，計(jì)總量)以0.005％或更高的量加入來達(dá)到這樣的效果。但是，加入量太高會(huì)對(duì)鋼的熱加工性產(chǎn)生負(fù)面影響，因此，其加入量最大為0.010％。Nb、V、Ta和Hf中的至少一種0.01-0.50％鈮、釩、鉭和鉿能形成其碳氮化物，使鋼中的晶粒細(xì)化，并提高鋼的韌性。這些元素可以單獨(dú)或結(jié)合(在結(jié)合加入的情況下，計(jì)總量)以0.01％或更高的量加入來達(dá)到這樣的效果。但是，加入量過高會(huì)形成粗碳氮化物，這相反會(huì)降低鋼的韌性。其加入量的上限為0.50％。
可用公知技術(shù)生產(chǎn)本發(fā)明的耐蝕鋼。這是因?yàn)楸景l(fā)明的鋼是在已知的含2.0-9.0％Cr等的鋼中加入規(guī)定量的一種或兩種Ti和Zr，碳，及一種或兩種S和Se而制備的鋼。
根據(jù)上述機(jī)理，本發(fā)明的耐蝕鋼具有良好的可切削性和良好的平直度，還有足以用在室內(nèi)的耐蝕性。這種鋼因?yàn)榻档土薈r含量而比傳統(tǒng)的鐵素體鋼便宜。
將鋼錠初軋成斷面為155mm2的鋼坯，然后將鋼坯線軋(wire rolled)成直徑為9.5mm的鋼絲。使得到的鋼絲退火和除鱗，然后成為平直鋼絲，最后用無心磨床精磨成直徑為8mm的鋼絲。用這樣制備的試驗(yàn)鋼絲進(jìn)行下述各種試驗(yàn)。表1實(shí)施例的合金組成(wt％，余量為Fe和雜質(zhì))No. C SiMnP CuNiCr N OTi，Zr XS，Se 其它10.029 0.08 0.35 0.01 0.05 0.32 8.22 0.008 0.004 Ti0.58 0.58 S0.19 -20.149 0.12 1.34 0.01 0.19 0.54 8.66 0.016 0.006 Ti1.15 1.15 S0.33 -Se0.1330.103 0.15 0.35 0.02 0.45 0.87 6.89 0.009 0.002 Ti0.52 0.84 S0.28 Mo0.5Zr0.6140.021 0.09 0.89 0.02 1.33 0.23 8.05 0.007 0.008 Ti0.14 0.14 S0.05 Bi0.1350.159 0.02 0.80 0.01 0.45 0.48 7.99 0.007 0.009 Ti1.01 1.19 S0.42 Ca0.0Zr0.34 03360.111 0.07 0.52 0.02 0.13 0.52 8.52 0.004 0.001 Ti0.05 1.05 S0.34 W2.1Mg0.001870.095 0.03 1.83 0.01 0.59 0.43 8.33 0.004 0.005 Ti0.89 0.89 S0.25 -Se0.1180.072 0.13 0.56 0.02 0.22 0.98 8.94 0.008 0.005 Ti0.77 0.77 S0.25 B0.002390.146 0.14 0.44 0.02 1.21 1.53 5.22 0.013 0.009 Ti1.17 1.17 S0.47 Ta0.11REM0.0025100.100 0.09 0.33 0.02 0.38 0.55 8.81 0.023 0.009 Ti0.85 0.85 S0.28 Nb0.23110.094 0.01 0.75 0.01 0.54 0.67 8.77 0.019 0.011 Ti0.94 0.94 S0.31 Mo2.8Hf0.25 B0.0022120.133 0 05 1.57 0.02 0.82 0.32 7.32 0.041 0 004 Ti1.16 1.16 S0.38 Pb0.17130.075 0.12 0.94 0.03 0.19 0.92 8.56 0.012 0.007 Ti0.68 0.68 S0.22 Mo2.2Te0.03140.096 0.09 0.67 0.02 0.29 0.63 8.03 0.008 0.005 Ti0.82 0.82 S0.28 Mo1.4Te0.02150.095 0.10 0.88 0.01 0.23 0.32 6.72 0.020 0.013 Zr1.44 0.75 S0.31 -160.139 0.11 0.91 0.03 0.41 0.33 7.88 0.013 0.007 Ti1.11 1.11 Se0.33 -170.105 0.15 0.35 0.02 0.45 0.87 3.89 0.009 0.002 Ti0.51 0.83 S.26-Zr0.61180.022 0.09 0.89 0.02 1.33 0.23 2.98 0.007 0.008 Ti0.11 0.11 S0.07 -190.161 0.02 0.39 0.01 0.45 0.48 4.55 0.007 0.009 Ti0.90 1.17 S0.41 -Zr0.52200.110 0.07 0.52 0.02 0.13 0.52 6.22 0.004 0.001 Ti1.07 1.07 S0.33 -210.070 0.13 0.56 0.02 0.22 0.98 3.44 0.008 0.005 Ti0.80 0.80 S0.26 -220.200 0.14 0.44 0.02 1.21 1.63 5.99 0.013 0.009 Ti1.15 1.15 S0.48 -Se0.18230.098 0.09 0.33 0.02 0.38 0.55 4.75 0.023 0.009 Ti0.88 0.88 S0.37 -240.093 0.01 0.75 0.01 0.54 0.67 3.35 0.019 0.011 Ti0.89 0.89 S0.32 -表2對(duì)比實(shí)施例的合金組成(wt％，余量為Fe和雜質(zhì))No. C SiMnP CuNiCr N OTi，Zr XS，Se其它1 0.002 1.05 0.05 0.02 0.15 0.24 8.41 0.008 0.003 Ti0.19 0.19 S0.33 -2 0.002 0.19 0.88 0.02 0.17 2.11 1.88 0.018 0.002 Ti0.89 0.89 S0.21 -3 0.016 0.23 0.29 0.02 0.18 0.77 9.32 0.053 0.005 Ti1.01 1.01 S0.32 -4 0.019 0.33 2.03 0.01 0.25 0.47 8.28 0.011 0.012 Ti1.05 1.05 S0.42 -5 0.005 0.45 1.13 0.01 0.10 0.88 1.53 0.023 0.007 Ti0 01 0.01 S0.21 -從上述試驗(yàn)鋼絲上切下直徑為8mm、長(zhǎng)度為500mm的樣品，用這些樣品進(jìn)行下述試驗(yàn)以測(cè)定其可切削性、耐蝕性和平直度。[可切削性]對(duì)本發(fā)明鋼的可切削性進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法是在下述條件下切削500個(gè)樣品的外表面，測(cè)量切削工具的磨損度。工具燒結(jié)碳化物制成的刀頭(bite)切削速度150mm/min進(jìn)刀量0.05mm/轉(zhuǎn)深度1mm工具的磨損度分為“輕度”、“中度”和“重度”，如下面表2所示。表2磨損處 輕度 中度 重度側(cè)刀面(side)間隙 小于100μm100-500μm 大于500μm前刀面(Front)間隙小于100μm100-200μm 大于200μm[耐蝕性]將樣品置于高溫、高濕度即60℃和95％N的氣氛下240小時(shí)，然后觀察鐵銹的生成并記錄。[平直度]將樣品固定在兩個(gè)相距400mm的支點(diǎn)上，然后旋轉(zhuǎn)，用刻度盤測(cè)量試驗(yàn)樣品中心處的跑偏。量度為“μm/400mm寬度”。結(jié)果評(píng)價(jià)如下。輕度0-10μm/400mm中度大于10-30μm/400mm重度大于30-100μm/400mm結(jié)果示于下表3表3例可切削性 耐蝕性(生成鐵 平直度銹)實(shí)施例1-24良好 沒有鐵銹 良好對(duì)比例1 不好 有鐵銹 不好對(duì)比例2 良好 有鐵銹 不好對(duì)比例3 不好 沒有鐵銹 不好對(duì)比例4 良好 有鐵銹 不好對(duì)比例5 不好 有鐵銹 中度從表3的結(jié)果可以看出本發(fā)明的工作實(shí)施例具有良好的可切削性，其可切削性以側(cè)刀面間隙和前刀面間隙處的用工具磨損度為量度都小于100μm。在耐蝕性試驗(yàn)中，沒有觀察到鐵銹，證明其具有高的耐蝕性。用無心磨床精軋后的鋼絲樣品的曲度值小于對(duì)比實(shí)施例的曲度值，證明其具有良好的平直度。
與此相反，在其中的C含量比本發(fā)明鋼的低而Si含量比本發(fā)明鋼的高的對(duì)比實(shí)施例1中，工具磨損度高，在耐蝕性試驗(yàn)中出現(xiàn)鐵銹，表示平直度的曲度大。在其中的C含量比本發(fā)明鋼的低而Cr含量也比本發(fā)明鋼的低的對(duì)比實(shí)施例2中，雖然工具磨損度是輕度，而在耐蝕性試驗(yàn)中出現(xiàn)鐵銹，且曲度大。在C和N含量比本發(fā)明鋼的高的對(duì)比實(shí)施例3中，工具磨損度非常大，曲度也大。在Mn含量比本發(fā)明鋼的高得多的對(duì)比實(shí)施例4中，樣品不能經(jīng)受耐蝕性試驗(yàn)，在平直度試驗(yàn)中，還顯示出較大的曲度。最后，在Ti含量比本發(fā)明鋼的低的對(duì)比實(shí)施例5中，工具磨損度非常大，其可切削性較差，在耐蝕性試驗(yàn)中還觀察到鐵銹。
為了分析鋼中的夾雜物，對(duì)1號(hào)鑄造鋼樣品電解萃取，用X射線衍射分析儀分析殘?jiān)?。?br>
圖1所示，證明存在有Ti4C2S2。
權(quán)利要求
1.一種耐蝕鋼，其含有以wt％表示的下述元素，C0.005-0.200％，Si最高1.0％，Mn最高2.0％，P最高0.05％，Cu最高2.0％，Ni最高2.0％，Cr2.0-9.0％，Ti和Zr中一種或兩種以[Ti％]+0.52[Zr％]表示的含量是0.03-1.20％，一種或兩種S和Se，其中，S0.01-0.50％，Se0.01-0.40％，N最高0.050％，O最高0.030％，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)，這種鋼中還含有作為其中夾雜物的含有C和S和Se中的一種或兩種的Ti基化合物、Zr基化合物或Ti-Zr基化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的耐蝕鋼，除權(quán)利要求1所述的合金組分外，還含有以wt％表示的Mo和W中一種或兩種，其中，Mo0.1-4.0％，W0.1-3.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的耐蝕鋼，除權(quán)利要求1所述的合金組分外，還含有以wt％表示的下述元素中的至少一種，Pb0.01-0.30％，Te0.005-0.100％，Bi0.01-0.20％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的耐蝕鋼，除權(quán)利要求1所述的合金組分外，還含有以wt％表示的Ca、Mg、B和REM中的至少一種0.005-0.010％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的耐蝕鋼，除權(quán)利要求1所述的合金組分外，還含有以wt％表示的Nb、V、Ta和Hf中的至少一種0.01-0.50％。
6.一種打印機(jī)的軸，由任一權(quán)利要求1-5的耐蝕鋼制成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有良好可切削性和在平常室內(nèi)環(huán)境中有足夠高耐蝕性且適用于生產(chǎn)各種小電機(jī)和OA機(jī)的軸的耐蝕鋼。該鋼含有以wt％表示的下述元素，C0.005－0.200％，P最高0.05％，Cu最高2.0％，Ni最高2.0％，Cr2.0－9.0％，一種或兩種Ti和Zr以[Ti％]+0.52[Zr％]表示的含量是0.03－1.20％，一種或兩種S和Se，其中，S0.01－0.50％，Se0.01－0.40％，N最高0.050％，O最高0.030％，余量是Fe和不可避免的雜質(zhì)。這種鋼的特征在于其中有作為夾雜物的含C和一種或兩種S和Se的Ti基化合物、Zr基化合物或Ti－Zr基化合物。
文檔編號(hào)C22C38/00GK1390973SQ0212757
公開日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月16日
發(fā)明者石田清仁, 及川勝成, 江幡貴司, 石川浩一, 野田俊治, 清水哲也 申請(qǐng)人:石田清仁, 獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所, 大同特殊鋼株式會(huì)社