專利名稱：具有優(yōu)異切削性的鐵素體和馬氏體不銹鋼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過添加無毒的Cu得到的切削性得到改善的鐵素體和馬氏體不銹鋼。
背景技術：
由于精細機械工業(yè)的顯著進步，以及為滿足對于電子家用產品、家具等的需求，不銹鋼已廣泛應用于各個工業(yè)領域。為通過節(jié)約勞動力成本的自動機械工業(yè)生產這些用途的部件，已報導了各種改善不銹鋼切削性的手段。例如，通過加入Se，就可改善鐵素體不銹鋼的切削性，如根據JIS4303規(guī)定的SUS430F所表明的那樣。馬氏體不銹鋼的切削性則通過加入Pb得到改善，如SUS410F和SUS410F2所表明的那樣，或者通過加入S得到改善，如SUS416和SUS420F所表明的那樣，均由JIS4303所規(guī)定。
但是，加入S雖然對切削性有效，但會大幅度地降低熱加工性、延展性和耐腐蝕性，并會造成機械性能的各向異性。而對含Pb以改善切削性的鐵素體或馬氏體不銹鋼來說，由于在使用過程中有毒的Pb會溶出，造成其是不可回收利用的。根據SAE規(guī)定的不銹鋼51430FSe(相應于AISI下的430Se型)，其包含Se用于改善切削性，但實際上也會因Se的毒性而造成環(huán)境問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供切削性得到改善，而對加工性能、耐腐蝕性、機械性能和環(huán)境沒有有害影響的鐵素體和馬氏體不銹鋼，是通過沉淀富含Cu顆粒來取代常規(guī)元素而實現(xiàn)。
本發(fā)明提供了鐵素體和馬氏體不銹鋼，其中，富含Cu顆粒以0.2體積％或更多的比例分散，以改善切削性而不會對環(huán)境有有害的影響。富含Cu顆粒可為一相，其包含為0.1質量％或更多的相對高濃度的C；或者為一相，其包含濃度為10質量％或更多的Sn和/或In。
鐵素體不銹鋼具有如下的基本組成0.001-1質量％的C，Si至多1.0質量％，Mn至多1.0質量％，15-30質量％的Cr，Ni至多0.60質量％，0.5-6.0質量％的Cu，除不可避免雜質之外，其余為Fe。馬氏體不銹鋼具有如下的基本組成0.01-0.5質量％的C，Si至多1.0質量％，Mn至多1.0質量％，10-15質量％的Cr，Ni至多0.60質量％，0.5-6.0質量％的Cu，除不可避免雜質之外，其余為Fe。
為了分散Sn或In濃度不低于10質量％的富含Cu顆粒的沉淀，將不銹鋼的組成調節(jié)為包含0.005質量％或更多的Sn或In。鐵素體和馬氏體不銹鋼中的任一種可包含一種或多種的選自下述的元素0.2-1.0質量％的Nb，0.02-1質量％的Ti，0-3質量％的Mo，0-1質量％的Zr，0-1質量％的Al，0-1質量％的V，0-0.05質量％的B和0-0.05質量％的稀土金屬(REM)。
通過至少一次時效處理，使C濃度不低于0.1質量％的富含Cu顆粒或Sn或In濃度不低于10質量％的富含Cu顆粒作為鐵素體或馬氏體基質中的沉淀分散，從而鐵素體或馬氏體不銹鋼在成形步驟之前的熱軋步驟之后于500-900℃下保持1小時或更長而得到最終產品。


圖1為用于解釋評價切削性的實驗的說明圖。
具體實施例方式
常規(guī)不銹鋼一般切削性較差，被認為是代表性的不可進行機械加工的材料。切削性差是因其較低的導熱性、可淬性和粘合性造成的。在JP2000-63996A中，本發(fā)明的發(fā)明人揭示出以一定比例的富含Cu顆粒的沉淀可有效地改善奧氏體不銹鋼的抗菌性和切削性，同時對環(huán)境沒有不利的影響。本發(fā)明的發(fā)明人進一步研究了富含Cu顆粒的作用，并偶然發(fā)現(xiàn)也可實現(xiàn)對鐵素體和馬氏體不銹鋼切削性的作用。
不銹鋼的切削性通過富含Cu相如ε-Cu的細沉淀得到改善，其在鋼材料和機制工具間起到潤滑作用，并促進了熱流出，均勻地分散于鋼基質中。富含Cu相對切削性的作用可能是由于其潤滑作用和導熱性使得在刀具的斜度表面處磨擦減少而帶來的。磨擦的減小還導致耐切削性降低，也會延長工具的壽命。
鐵素體不銹鋼或回火的馬氏體不銹鋼具有B.C.C.(體心立方體)的結晶結構，而富含Cu相則為F.C.C.(面心立方體)。與在具有相同結晶結構的F.C.C.奧氏體不銹鋼中的富含Cu相的沉淀比較，在B.C.C.基質中的富含Cu相的沉淀帶來切削性的改善作用。
富含Cu顆粒的沉淀對鐵素體或馬氏體不銹鋼有別于對奧氏體不銹鋼的作用可解釋為在富含Cu沉淀(F.C.C.)分散于B.C.C.的鐵素體或馬氏體基質的情形下，晶體一致性變得無序達到通過分散富含Cu沉淀能夠重應力積聚的狀態(tài)。進而，奧氏體形成元素C由鋼基質(B.C.C.)傳送至富含Cu相(F.C.C.)，導致C在富含Cu相中的凝聚并使富含Cu相變脆。變脆后的富含Cu顆粒成為破壞位錯的密集積聚的起點，因而其以鐵素體或馬氏體基質中的碎片存在，從而實現(xiàn)機械加工，即一類斷口。
在包含0.005質量％或更多的Sn和/或In的鋼組合物中，Sn和/或In在富含Cu顆粒中以10質量％或更多的比例凝聚，并轉化成低熔點的Cu-Sn或Cu-In合金。簡而言之，低熔點的富含Cu顆粒作為具有較大位錯積聚的碎片分散，從而促進了在鋼材料與切削工具之間的潤滑，導致刀具壽命的顯著延長。
富含Cu相的沉淀是通過等溫處理實現(xiàn)的，如在適宜的溫度范圍內進行時效處理，或者通過在可能最長的時間內，在熱處理后的降溫步驟中，在用于沉淀的溫度區(qū)內逐漸冷卻鋼材料。本發(fā)明的發(fā)明人由大量的研究成果確證，在最后退火之后在500-900℃下進行時效處理，富含Cu相的沉淀加速了C不低于0.1質量％凝聚或Sn和/或In不低于10質量％凝聚的富含Cu相的沉淀。富含Cu相的沉淀也使鐵素體或馬氏體不銹鋼具有抗菌性。
富含Cu相的沉淀可通過加入至少一種形成碳氮化物或形成沉淀的元素如Nb、Ti或Mo來加速。這些元素的碳氮化物用作沉淀位點以在鐵素體或馬氏體基質可均勻地分散富含Cu顆粒，并具有良好的生產能力。
每一種合金元素按照如下受控的比例加至不銹鋼中對鐵素體不銹鋼，0.001-0.1質量％的C，或對馬氏體不銹鋼，0.01-0.5質量％的CC在富含Cu相中凝聚而使富含Cu相變脆，并部分轉化成碳化鉻，作為富含Cu相的沉淀位點，從而在鋼基質中均勻分散細的富含Cu顆粒。該作用通常解釋為鐵素體不銹鋼中C含量為0.001質量％或更多，或在馬氏體不銹鋼中C含量為0.01質量％或更多。然而過量的C會降低生產能力和鋼的耐腐蝕性，因此C含量的上限確定為對鐵素體不銹鋼0.1質量％或對馬氏體不銹鋼為0.5質量％。
Si至多1.0質量％Si是一種改善耐腐蝕性和抗菌性的元素。但是，超過1.0質量％的過量的Si也會降低鋼的生產能力。
Mn至多1.0質量％Mn是一種改善生產能力和將有害的S以MnS穩(wěn)定于鋼基質中的元素。金屬間化合物MnS可改善鋼的切削性，并用作細富含Cu顆粒的沉淀位點。但是，超過1.0質量％的Mn也會降低鋼的耐腐蝕性。
S至多0.3質量％雖然S是一種會轉化成MnS的元素，對切削性是有效的，但隨S含量的增加，不銹鋼的熱加工性和延展性均變差。因而，S含量的上限為0.3質量％。
對鐵素體不銹鋼，10-30質量％的Cr對馬氏體不銹鋼，10-15質量％的CrCr是一種不銹鋼耐腐蝕性的基本元素。以高于10質量％的比例加入Cr是確保耐腐蝕性所必要的。但是，超過30％的過量的Cr會降低鐵素體不銹鋼的生產能力和加工性，或者超過15質量％的過量的Cr則使鐵素體相太穩(wěn)定而導致在退火狀態(tài)中不產生馬氏體轉化。
Ni至多0.60質量％Ni是一種在常規(guī)生產鐵素體或馬氏體不銹鋼的方法中不可避免包含于原料中的雜質。Ni含量的上限確定為0.60質量％。
0.5-6.0質量％的CuCu是一種本發(fā)明不銹鋼的重要元素。在鋼基質中以0.2體積％或更多富含Cu顆粒的沉淀對于實現(xiàn)優(yōu)良切削性能來說是必要的。因此，Cu含量確定為0.5質量％或更多以使富含Cu顆粒在鋼基質中以0.2體積％沉淀于具有特定組成的鐵素體或馬氏體不銹鋼中。但是，超過6.0質量％Cu也會降低不銹鋼的生產能力、加工性能和耐腐蝕性。對在鐵素體或馬氏體基質中沉淀的富含Cu顆粒的大小沒有限制，但優(yōu)選其均勻地分散富含Cu顆粒于包括表面層在內的基質中。富含Cu顆粒的均勻分散改善了不銹鋼的切削性至高穩(wěn)定的水平，也使不銹鋼具有抗菌性。
0.005質量％或更多的Sn和/或InSn和/或In為用于沉淀富含Cu顆粒所必需的合金元素，其中，Sn和/或In被濃縮。隨著Sn和/或In以不低于10質量％的比例濃縮，富含Cu相的熔點下降，使得切削性顯著改善。在不銹鋼中的Sn和/或In比例控制在0.005質量％或更多以使富含Cu相的熔點下降。當Sn和In同時加至鋼中時，Sn和In的總比例確定為0.005質量％或更多。但是，過量加入Sn和/或In會大幅度降低富含Cu相的熔點，從而由于液相變脆而使鋼的熱加工性能急劇變差。因此，Sn和/或In含量的上限優(yōu)選為0.5質量％。
0.02-1質量％的NbNb是一種選擇性元素。在各種沉淀物中，Nb沉淀物是最有效的沉淀富含Cu顆粒的位點。細沉淀物如碳化鈮、氮化鈮和碳氮化鈮均勻分散的冶金結構適用于均勻沉淀富含Cu顆粒。但是，過量的Nb會降低不銹鋼的生產能力和加工性能。因此，Nb的加入比例優(yōu)選為0.02-1質量％。
0.02-1質量％的TiTi也是一種用于產生碳氮化鈦的選擇性元素，其作為沉淀富含Cu顆粒的位點，作用與Nb相同。但是，過量的Ti會降低生產能力和加工性能，也會造成在鋼板表面上形成擦傷。因而，如果需要，Ti的優(yōu)選加入比例范圍為0.02-1質量％。
0-3質量％的MoMo是一種耐腐蝕的選擇性元素。Mo會作為金屬間化合物如Fe2Mo部分沉淀，其作為沉淀富含Cu顆粒的位點。但是，過量的超過3質量％的Mo會降低不銹鋼的生產能力和加工性能。
0-1質量％的ZrZr是一種選擇性元素，其作為碳氮化物沉淀，可有效地用于沉淀細富含Cu顆粒。但是，過量的超過1質量％的Zr會降低不銹鋼的生產能力和加工性能。
0-1質量％的AlAl是一種選擇性元素，與Mo相同用于改善耐腐蝕性，并以化合物形式部分沉淀，其作為沉淀富含Cu顆粒的終點。但是，過量的超過1質量％的Al會降低不銹鋼的生產能力和加工性能。
0-1質量％的V
V是一種選擇性元素，作為碳氮化物部分沉淀，與Zr相同，其作為沉淀細富含Cu顆粒的位點。但是，過量的超過1質量％的V會降低不銹鋼的生產能力和加工性能。
0-0.05質量％的BB是一種選擇性元素，在鋼基質中以細沉淀物分散，用于改善熱加工性能。硼沉淀物也作為沉淀富含Cu顆粒的位點。但是，過量的B會造成熱加工性能變差，從而B含量的上限確定為0.05質量％。
0-0.05質量％的稀土金屬(REM)REM也是一種選擇性元素。與B相同，通過以適宜的比例加入REM可改善不銹鋼的熱加工性能。REM也以細沉淀物分散，作為沉淀富含Cu顆粒的位點。但是，過量的超過0.05質量％的REM會使不銹鋼的熱加工性能變差。
500-900℃下進行熱處理不銹鋼優(yōu)選在500-900℃下進行時效處理以沉淀對切削性有效的富含Cu顆粒。隨時效處理溫度降低，Cu在鋼基質中的溶解性降低，導致富含Cu顆粒增加。但是，由于擴散速度減慢，在鋼基質中沉淀的富含Cu顆粒在太低的時效處理溫度下會減少。本發(fā)明的發(fā)明人從各種實驗中證實，適宜的時效處理溫度為500-900℃，用于在不低于0.2體積％的比例下沉淀富含Cu顆粒，適用于改善切削性。時效處理可在熱軋步驟之后最后形成產品形狀的步驟之前的任何步驟中進行，但應在特定溫度下持續(xù)1小時或更長時間。
由下述實施例更清楚地了解本發(fā)明的其它特性。
表1

將從每種鋼棒取樣的鋼材樣品進行JIS B-4011規(guī)定的題為“硬合金塊切削試驗方法”的切削實驗。在該切削實驗中，合金塊的磨損根據側面磨損(VB＝0.3mm)進行評價，條件為進料速度每通過一次0.05mm，切削深度為每次0.3mm和切削長度為200mm。
對取自相同鋼棒的另一鋼材樣品通過透射電子顯微鏡(TEM)進行觀察，通過圖像處理方法定量分析分解于鐵素體基質中的富含Cu顆粒，以計算富含Cu顆粒的比例(體積％)。進而，通過能量分散X射線分析儀(EDX)測量在富含Cu顆粒中的C濃度。
對鋼A-1至P-1在800℃下時效處理9小時取樣的每種鋼材樣品的磨損時間與作為參考值的鋼D-1的磨損時間VB進行比較。與目前認為具有優(yōu)良切削性的材料鋼E-1進行比較來評價每種鋼材樣品的切削性。標記◎是指切削性優(yōu)于鋼E-1，標記○是指切削性與鋼E-1類似，標記×是指切削性比鋼E-1差。切削性的結果如表2所示。
實驗鋼A-1、B-1、C-1、F-1、G-1、I-1和K-1具有優(yōu)異的切削性能，它們包含不低于0.5質量％的Cu，并具有這樣的結構，即C濃度不低于0.1質量％的富含Cu顆粒經時效處理而以0.2體積％或更多分散于鐵素體基質中。
另一方面，鋼A-2、B-2、C-2和F-2的切削性能較差，它們未進行時效處理，不論Cu含量是否高于0.5質量％，富含Cu顆粒以低于0.2體積％的不充分比例分散。鋼J-2則因即使在時效處理后，富含Cu顆粒以0.2體積％或更大分散時Cu的不足，使得其切削性較差。鋼P-1因其富含Cu顆粒變脆性差并未顯示出優(yōu)良的切削性，這是因為在富含Cu顆粒中的C濃度低于0.001質量％，雖然其包含高于0.5質量％Cu，并且，富含Cu顆粒以高于0.2體積％的比例分散。
表2富含Cu顆粒對切削性的作用

時效處理800℃下9小時實施例2在與實施例1相同的條件下對表1中的鋼取樣得到鋼材樣品。將鋼材樣品單獨進行時效處理，時效處理在450-950℃下進行0.5-12小時。用與實施例1相同的方式評價每種時效處理后的鋼材樣品的切削性。
由表3的結果可以看出，A-4和A-6至A-10的任一種鋼材樣品，其在500-900℃下時效處理1小時或更長，具有C濃度0.1質量％或更多的富含Cu顆粒分散于鐵素體基質中，比例為0.2體積％或更多，產生優(yōu)良的切削性。
另一方面，在500-900℃下時效處理短于1小時的鋼材A-5則具有較差的切削性，因為富含Cu顆粒中的C濃度不低于0.1質量％，不能充分地以低于0.2體積％的比例分散。在時效處理溫度低于500℃或高于900℃的溫度下，富含Cu顆粒的沉淀比例也低于0.2體積％。
結果證明，改善切削性的重要因素是鐵素體鋼中Cu含量為0.5質量％或更多并且C濃度不低于0.1質量％的富含Cu顆粒在鐵素體基質中以0.2體積％或更多的比例分散，結果還證明，通過在500-900℃將不銹鋼時效處理1小時或更長時間可實現(xiàn)富含Cu顆粒的適宜的沉淀比例。
表3時效處理條件與富含Cu顆粒的沉淀及切削性的關系

實施例3將表4所示化學組成的幾種馬氏體不銹鋼在30kg真空熔化爐中熔化、鑄造成塊并鍛造成直徑為50mm鋼棒。每種鋼棒在1000℃下退火30分鐘，并在450-950℃范圍內變化的溫度下對一些鋼棒進行時效處理。
表4馬氏體不銹鋼的化學組成

將每種鋼棒的鋼材樣品進行與實施例1相同的處理，測量富含Cu顆粒的沉淀比例，在富含Cu顆粒中的C濃度和合金塊的磨損時間。
將來自鋼MA-1至MP-1在780℃下時效處理9小時得到的鋼材樣品與作為參考值的鋼MD-1的鋼材樣品的磨損時間VB進行比較。與目前認為具有優(yōu)良切削性的鋼ME-1進行比較來評價每種鋼材樣品的切削性。標記◎是指切削性優(yōu)于鋼ME-1，標記○是指切削性與鋼ME-1類似，標記×是指切削性比鋼ME-1差。切削性的結果如表5所示。
實驗鋼MA-1、MB-1、MC-1、MF-1、MG-1、MI-1和MK-1具有優(yōu)異的切削性能，它們包含0.5質量％或更多的Cu，并具有這樣的結構，Cu濃度不低于0.1質量％的富含Cu顆粒經時效處理而以0.2體積％或更多分散于鋼基質中。
另一方面，鋼MA-2、MB-2、MC-2和MF-2的切削性能較差，它們未進行時效處理，不論Cu含量是否高于0.5質量％，富含Cu顆粒以低于0.2體積％比例不充分分散。鋼MJ-2則因即使在時效處理后，富含Cu顆粒以0.2體積％或更大分散時Cu的不足，使得其切削性較差。鋼MP-1因其富含Cu顆粒變脆性差并未顯示出優(yōu)良的切削性，這是因為在富含Cu顆粒中的C濃度低于0.1質量％，雖然其包含高于0.5質量％的Cu，并且，富含Cu顆粒以高于0.2體積％的比例分散。
表5富含Cu顆粒對切削性的作用

時效處理780℃下9小時實施例4在與實施例3相同的條件下對表4中的鋼MA取樣得到鋼材樣品。將鋼材樣品單獨進行時效處理，時效處理在450-950℃下進行0.5-12小時。用與實施例1相同的方式評價每種時效處理后的鋼材樣品的切削性。
由表6的結果可以看出，MA-4和MA-6至MA-10的任一種鋼材樣品，其在500-900℃下時效處理1小時或更長，具有C濃度0.1質量％或更多的富含Cu顆粒分散于鋼基質中，比例為0.2體積％或更多，產生優(yōu)良的切削性。
另一方面，在500-900℃下時效處理短于1小時的鋼材MA-5則具有較差的切削性，因為富含Cu顆粒中的C濃度不低于0.1質量％，不能充分地以低于0.2體積％的比例分散。在時效處理溫度低于500℃或高于900℃的溫度下，富含Cu顆粒的沉淀比例也低于0.2體積％。
結果證明，改善切削性的重要因素是鐵素體鋼中Cu含量為0.5質量％或更多并且C濃度不低于0.1質量％的富含Cu顆粒在鐵素體基質中以0.2體積％或更多的比例分散，結果還證明，通過在500-900℃將不銹鋼時效處理1小時或更長時間可實現(xiàn)富含Cu顆粒的適宜的沉淀比例。
表6時效處理條件與富含Cu顆粒的沉淀及切削性的關系

實施例5將表7所示化學組成的幾種馬氏體不銹鋼在30kg真空熔化爐中熔化、鑄造成塊并鍛造成直徑為50mm鋼棒。每種鋼棒在1230℃下加熱1小時，熱軋成4mm厚度，并在不同溫度下對其進行時效處理，然后酸洗。
表7馬氏體不銹鋼的化學組成

如圖1所示，采用JIS B4107規(guī)定的水平銑床對每種鋼板進行切削實驗，其中，將16片硬合金塊2與外徑125mm寬度為10mm的銑具1沿圓周連接，將實驗片3沿與軋制方向相垂直的方向在不使用潤滑劑下進行切削加工，轉速為2000r.p.m.，每次進料速度為0.6mm，切削深度為每次0.5mm。
在使鋼板沿其縱向連續(xù)切削1200mm長度后，將其沿橫向移動10mm，再將其沿縱向在與第一次切削位置相鄰的位置處進行切削。通過重復切削將鋼板的整個表面切削0.5mm的深度。然后，將鋼板設定在原始位置，進一步切削0.5mm的深度。重復進行切削，直至刀片被磨損掉0.1mm，通過切削時間來評價刀片的磨損。
將由相同鋼板取得的另一鋼材樣品通過TEM進行觀察，通過圖像處理儀定量分析鋼基質中分散的富含Cu顆粒，以計算富含Cu顆粒的比例(體積％)。進而，通過EDX測量在富含Cu顆粒中的Sn或In的濃度。
將在790℃下時效處理9小時的由鋼MA-1至MS-1得到的每種鋼材料樣品的切削性與鋼MT-1的切削性進行比較，所述MT-1鋼目前被認為是切削性優(yōu)良的材料。標記◎是指切削性優(yōu)于鋼MT-1，標記○是指切削性與鋼MT-1類似，標記×是指切削性比鋼MT-1差。切削性的結果如表8所示。
任一種鋼MB-1、MC-1、MD-1、MG-1、MI-1、MJ-1、MK-1、MM-1、MN-1和MO-1具有優(yōu)異的切削性能，它們包含0.5質量％或更多的Cu并且Sn(或在鋼MO-1中的In)濃度不低于0.005質量％，并具有這樣的結構，即Sn或In濃度不低于10質量％的富含Cu顆粒經時效處理而以0.2體積％或更多分散于鋼基質中。
另一方面，鋼MB-2、MC-2、MD-2、MF-2、MG-2、MI-2、MJ-2、MK-2、ML-2、MM-2、MN-2、MO-2、MP-2、MQ-2、MR-2和MS-2的切削性則較差，它們未進行時效處理，富含Cu顆粒以低于0.2體積％的不充分比例分散，盡管Cu含量高于0.5質量％。鋼MF-1和-2的切削性較差，因為在時效處理后，以0.2體積％或更多分散富含Cu顆粒的Cu不足。鋼MA-1的切削性好于鋼MT-1，但其切削性不充分，因為在富Cu顆粒中Sn不低于10質量％的濃度Sn不足。鋼ML-1包含高于0.15質量％的Sn，但其熱加工性能太差，不能對鋼材料樣品進行評價。
表8富含Cu顆粒對切削性的作用

時效處理790℃下9小時實施例6在與實施例5相同的條件下對表7中的鋼MC取樣得到鋼材樣品。將鋼材樣品單獨進行時效處理，時效處理在450-950℃下進行0.5-16小時。用與實施例5相同的方式評價每種時效處理后的鋼材樣品的切削性。
由表9的結果可以看出，MC-4和MC-6至MC-10的任一種鋼材樣品，其在500-900℃下時效處理1小時或更長，其具有Sn濃度10質量％或更多的富含Cu顆粒分散于鋼基質中，比例為0.2體積％或更多，產生優(yōu)良的切削性。
另一方面，在500-900℃下時效處理短于1小時的鋼材MC-5則具有較差的切削性，因為富含Cu顆粒不能充分地以低于0.2體積％的比例分散。在時效處理溫度低于500℃或高于900℃的溫度下，富含Cu顆粒的沉淀比例也低于0.2體積％。
結果證明，改善切削性的重要因素是不銹鋼中Cu含量為0.5質量％或更多并且Sn或In濃度不低于10質量％或更多的富含Cu顆粒在馬氏體基質中以0.2體積％或更多的比例分散，結果還證明，通過在500-900℃將不銹鋼時效處理1小時或更長時間可實現(xiàn)富含Cu顆粒的適宜的沉淀比例。
表9時效處理條件與富含Cu顆粒的沉淀及切削性的關系

實施例7將表10所示化學組成的幾種鐵素體不銹鋼在30kg真空熔化爐中熔化、鑄造成塊，每種鋼棒在1230℃下加熱1小時，熱軋成4mm厚度，并在不同溫度下對其進行時效處理，然后酸洗。
采用水平銑床對每種鋼板進行與實施例5相同的切削實驗。每種鋼材樣品的切削性由刀片磨損0.1mm時的切削時間來評價。
采用TEM對取自相同鋼板的另一鋼材樣品進行觀察，通過圖像處理儀定量分析鋼基質中分散的富含Cu顆粒，以計算富含Cu顆粒的比例(體積％)。進而，通過EDX測量在富含Cu顆粒中的Sn或In的濃度。
表10鐵素體不銹鋼的化學組成

將在820℃下時效處理9小時的由鋼FA-1至FT-1得到的每種鋼材料樣品的切削性與鋼FN-1的切削性進行比較，所述FN-1鋼目前被認為是切削性優(yōu)良的材料。標記◎是指切削性優(yōu)于鋼FN-1，標記○是指切削性與鋼FN-1類似，標記×是指切削性比鋼FN-1差。切削性的結果如表11所示。
任一種鋼FB-1、FC-1、FF-1、FG-1、FH-1、FI-1、FJ-1、FK-1、FL-1和FM-1具有優(yōu)異的切削性能，它們包含0.5質量％或更多的Cu并且Sn(或在鋼FK-1中的In)濃度不低于0.005質量％，并具有這樣的結構，即Sn或In濃度不低于10質量％的富含Cu顆粒經時效處理而以0.2體積％或更多分散于鋼基質中。
另一方面，鋼FB-2、FC-2、FG-2、FH-2、FI-2、FJ-2、FK-2和FM-2的切削性則較差，它們未進行時效處理，富含Cu顆粒以低于0.2體積％的不充分比例分散，盡管Cu含量高于0.5質量％。鋼FE-1和-2的切削性較差，因為在時效處理后，以0.2體積％或更多分散富含Cu顆粒的Cu不足。鋼FA-1切削性較差，因為在富Cu顆粒中Sn不低于10質量％的濃度Sn不足。鋼FD-1包含高于0.15質量％的Sn，但其熱加工性能太差，不能對鋼材料樣品進行評價。
表11富含Cu顆粒對切削性的作用

時效處理820℃下10小時實施例8在與實施例7相同的條件下對表10中的鋼FC取樣得到鋼材樣品。將鋼材樣品單獨進行時效處理，時效處理在450-950℃下進行0.5-11小時。用與實施例7相同的方式評價每種時效處理后的鋼材樣品的切削性。
由表12的結果可以看出，F(xiàn)C-4和FC-6至FC-10的任一種鋼材樣品，其在500-900℃下時效處理1小時或更長，具有Sn濃度10質量％或更多的富含Cu顆粒分散于鋼基質中，比例為0.2體積％或更多，產生優(yōu)良的切削性。
另一方面，在500-900℃下時效處理短于1小時的鋼材FC-5則具有較差的切削性，因為Sn濃度低于10質量％的富含Cu顆粒不能充分地以低于0.2體積％的比例分散。在時效處理溫度低于500℃或高于900℃的溫度下，富含Cu顆粒的沉淀比例也低于0.2體積％。
結果證明，改善切削性的重要因素是鐵素體基質中Cu含量為0.5質量％或更多并且Sn或In濃度10質量％或更多的富含Cu顆粒在鋼基質中以0.2體積％或更多的比例分散，結果還證明，通過在500-900℃將不銹鋼時效處理1小時或更長時間可實現(xiàn)富含Cu顆粒的適宜的沉淀比例。
表12時效處理條件與富含Cu顆粒的沉淀及切削性的關系

工業(yè)實用性由本發(fā)明提供的上述鐵素體和馬氏體不銹鋼具有優(yōu)異的切削性，因其化學組成中包含0.5質量％或更多的Cu和0.001質量％或更多的C，0.1質量％或更多的Sn和0.1質量％或更多的In，以及其結構中C濃度不低于0.1質量％或Sn或In不低于10質量％的富含Cu顆粒以0.2體積％的比例分散于鐵素體或馬氏體基質中。由于不銹鋼不含諸如S、Pb、Bi或Se之類用于改善切削性的元素，因而對環(huán)境不存在有害的影響。所述不銹鋼被切削成目標形狀并用于家用電器、家具、廚房設備、機械、設備和在各種領域中的其它裝備。
權利要求
1.一種具有優(yōu)良切削性的鐵素體不銹鋼，其化學組成為0.001-0.1質量％的C，Si至多1.0質量％，Mn至多1.0質量％，15-30質量％的Cr，Ni至多0.60質量％，0.5-6.0質量％Cu，總共為0.005-0.5質量％的Sn和In中的一種或兩種，除不可避免雜質之外，其余為Fe；所述鐵素體不銹鋼還具有如下結構Sn和/或In濃度不低于10質量％的富含Cu顆粒以0.2體積％或更多的比例分散于鐵素體基質中。
2.一種具有優(yōu)良切削性的馬氏體不銹鋼，其化學組成為0.01-0.5質量％的C，Si至多1.0質量％，Mn至多1.0質量％，10-15質量％的Cr，Ni至多0.60質量％，0.5-6.0質量％的Cu，總共為0.005-0.5質量％的Sn和In中的一種或兩種，除不可避免雜質之外，其余為Fe；所述馬氏體不銹鋼還具有如下結構Sn和/或In濃度不低于10質量％的富含Cu顆粒以0.2體積％或更多的比例分散于馬氏體基質中。
3.根據權利要求1或2的鐵素體或馬氏體不銹鋼，其中，所述組成進一步包含以下的至少一種或多種0.2-1.0質量％的Nb，0.02-1質量％的Ti，0-3質量％的Mo，0-1質量％的Zr，0-1質量％的Al，0-1質量％的V，0-0.005質量％的B和0-0.05質量％的稀土金屬。
全文摘要
一種鐵素體不銹鋼，其包含0.01－0.1質量％的C，Si至多1.0質量％，Mn至多1.0質量％，15－30質量％的Cr，Ni至多0.60質量％，0.5－6.0質量％的Cu，或者一種馬氏體不銹鋼，其包含0.01－0.5質量％的C，Si至多1.0質量％，Mn至多1.0質量％,10－15質量％的Cr，Ni至多0.60質量％，0.5－6.0質量％Cu，其中，C濃度不低于0.1質量％或Sn和/或In濃度不低于10質量％的富含Cu相以0.2體積％或更多的比例分散于鐵素體或馬氏體基質中。通過在500－900℃下對所述鋼進行一次或多次時效處理，時效處理時間1小時或更長時間，使富含Cu相分散并沉淀于基質中。通過分散和沉淀富含Cu相代替加入賦予切削性的元素如S或Pb，上述類型的不銹鋼改善了鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼的切削性，而對成形性、耐腐蝕性、環(huán)境等無損。
文檔編號C22C38/26GK1690240SQ20051007513
公開日2005年11月2日 申請日期2001年11月19日 優(yōu)先權日2001年5月15日
發(fā)明者鈴木聰, 田中秀記, 平松直人 申請人:日新制鋼株式會社