[发明专利]一种含硫铁素体不锈钢及其制造方法

说明书

本发明属于不锈钢冶炼及热加工领域，具体涉及一种含硫铁素体不锈钢及其制造方法。该制造方法包括以下工序：电炉初炼、LF精炼、VD脱气、模铸、锻造开坯、锻造成材、淬火和回火、矫直及去应力；其中，在VD脱气工序中，向VD炉内钢水中加入碲合金包芯线，碲合金包芯线中碲元素的加入量为钢水质量的0.009‑0.045％。本发明可使含硫铁素体不锈钢横向力学性能获得大幅改善，横向延伸率从3％提高到14％，横向断面收缩率从2％提高到17％。本发明制备的含硫铁素体不锈钢可应用于我国高压高湿煤层电液控制器，最大使用压力可达41.5MPa。解决了煤炭机械卡脖子关键材料国产化，实现了进口替代。

技术领域

本发明属于不锈钢冶炼及热加工领域，具体涉及一种含硫铁素体不锈钢及其制造方法。

背景技术

易切削不锈钢广泛应用于家电、机械装备、汽车零部件、仪器仪表、电子通讯设备等行业，但我国成熟的被收录于国家标准的牌号非常有限，只有6种，成熟应用的易切削铁素体不锈钢只有一种，牌号是Y10Cr17(S11717)，该品种是含硫铁素体不锈钢，切削性能良好，其主要是通过添加硫线来改善铁素体不锈钢的自动机床切削加工性能。

但是，该含硫铁素体不锈钢存在两个主要问题：第一，钢中MnS夹杂物极易变形，加工后呈明显的长条状，MnS长宽比高达10-12左右，球状与短棒状MnS占比小于10％，严重恶化了横向力学性能。第二，钢材纵向与横向力学性能存在明显差异，纵向延伸率一般在18-25％，纵向断面收缩率一般在40-50％，但横向延伸率一般在1.0-4.5％，横向断面收缩率一般在0.5-4.0％，表现出明显的各向异性，其使用条件受到限制，限制了在一些承压负载部件中的应用。

如何提高易切削铁素体不锈钢的横向力学性能，一直是钢铁业的技术难题。

提高易切削铁素体不锈钢的横向力学性能，目前主要采用以下几种工艺路径：

第一种，通过锻造成材，锻造工序施加墩粗工序。但缺点是制造成本增加，每墩粗一次，吨钢平均增加工序成本超过500元/吨，墩粗次数通常需要2-3次，所以会增加锻造吨钢成本1000-1500元/吨。第二，墩粗过程MnS作为裂纹源，极易产生表面裂纹，后道精整修磨工序增加了成本，降低了综合成材率。另外墩粗提升延伸率效果不足，只能将横向延伸率从1.0-4.5％提升至6-8％，成本投入大，取得的效果不明显。

第二种，通过添加Nb作为弥散质点，形成NbC弥散质点细化晶粒，提高易切削铁素体不锈钢横向力学性能，但Nb较昂贵。铌条(65％Nb)平均价格250元/Kg(市场价格会波动)，添加量0.05-0.10％，增加原料成本(收得率按98％)196-392元/吨，均值294元/吨。这种方法能够提升易切削铁素体不锈钢横向力学性能有限，一般横向延伸率仍然低于5％(均值3-4％)。

第三种，通过添加Bi、Pb等。但Pb含有剧毒，对环境影响大，我国已经禁止生产含Pb易切削钢。Bi改善易切削性能良好，但提升易切削铁素体不锈钢横向力学性能有限，一般横向延伸率仍然低于5％(均值3-4％)。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供含硫铁素体不锈钢及其制造方法，以解决目前我国易切削铁素体不锈钢横向力学性能差的问题，提高易切削铁素体不锈钢承压范围，扩大易切削铁素体不锈钢应用领域。

本发明提高含硫铁素体不锈钢横向力学性能的设计思路是，围绕硫化物尺寸、硫化物形状、硫化物分布优化来改善。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种含硫铁素体不锈钢的制造方法，包括以下工序：电炉初炼、LF精炼、VD脱气、模铸、锻造开坯、锻造成材、淬火和回火、矫直及去应力；其中，在所述VD脱气工序中，向VD炉内钢水中加入碲合金包芯线，所述碲合金包芯线中碲元素的加入量为钢水质量的0.009％-0.045％。