快削不锈钢铸造制品及其生产方法技术

本发明专利技术的目的是提供能够确保所有优良的切削性、环境友好性和耐腐蚀性的快削不锈钢铸造制品及其生产方法。不锈钢铸造制品，其包含快削添加剂，即h-BN颗粒，其中h-BN颗粒在钢中均匀地分散和析出。其生产方法，包括：加热析出h-BN颗粒的不锈钢铸造制品，然后淬火以通过溶液处理消除h-BN颗粒；和回火以再次分散和析出h-BN颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】快削不锈钢铸造制品及其生产方法
本专利技术涉及已添加快削（易切削，free-cutting）添加剂的不锈钢铸造制品及其生产方法。
技术介绍
耐腐蚀性至关重要的不锈钢铸造制品，例如，用于管道工程、真空设备和分析设备、阀门和连接凸缘的管接头（例如，弯头、管套和连接管）通过铸造进行生产。形状复杂的制品不经过塑性加工如锻造和轧制，但经过对铸造结构进行切削加工（机械加工），如压平、冲孔和螺纹化。这些制品需要具有优良的耐腐蚀性，因此通常应用奥氏体不锈钢，如SUS304和SUS316。但是，奥氏体不锈钢容易发生加工硬化。因此已知奥氏体不锈钢由于邻近切削表面发生的加工硬化而具有差的切削性（机械加工性，machinability）。在常规技术中，提供了快削不锈钢，其中添加硫（S）、铅（Pb）或硒（Se）作为快削添加剂，目的在于提高切削性。但是，Pb的应用带来环境问题，并且鉴于安全性考虑不适于食品和饮品机械装置的连接。Se已知是环境有害的元素，并且其应用已被禁止。SUS303——可商业获得的加硫快削不锈钢——包含约0.3%的S。S已知是即使微量也不利地影响耐腐蚀性的元素。因此，SUS303的应用不适于耐腐蚀性重要的设备。加硫快削不锈钢仅仅可用于低腐蚀性环境或无需耐腐蚀性的制品中。由于这些原因，确保优良的切削性和耐腐蚀性的快削不锈钢铸造制品目前还未被提供。PTL1公开了同时确保优良的切削性、耐腐蚀性和机械性能的快削不锈钢及其生产方法。为确保所有切削性、耐腐蚀性和机械特性，本专利技术通过如下使快削不锈钢的切削性相对于常规的不锈钢材料提高约25%：对铸造后的铸锭进行锻造和轧制以消除铸造结构，并且再析出（再沉淀，re-precipitating）六方氮化硼（h-BN）颗粒。虽然切削性通过在锻造和轧制后进行热处理已得到提高的不锈钢已被开发，如PTL1公开的，但却未公开切削性得到提高并且保持铸造结构的不锈钢铸造制品。专利技术概述技术问题因此，本专利技术的目的在于提供快削不锈钢铸造制品——其可以确保所有优良的切削性、环境友好性和耐腐蚀性，作为不需要很高机械特性，但需要切削性以得到复杂形状的铸造钢制品；以及提供其生产方法。问题的解决方案本专利技术基于这样的见解而实现：切削性和耐腐蚀性优良的不锈钢铸造制品及其生产方法可通过如下提供：有效利用六方氮化硼（h-BN）颗粒作为固体润滑剂表现优良、化学性质稳定并且不被酸或碱损害的特性；以及甚至在铸造结构状态通过进行特定热处理利用h-BN的析出（沉淀，precipitation）或固溶体/再析出。专利技术1是包含快削添加剂的不锈钢铸造制品的实施方式，该快削添加剂是六方氮化硼（h-BN）颗粒，其中h-BN颗粒具有200nm至10μm粒径，是球形颗粒，并且在钢中均匀地分散和析出。专利技术2是专利技术1的不锈钢铸造制品生产方法的实施方式，该生产方法包括在铸造凝固过程中在1,250℃至850℃的温度范围内以h-BN颗粒析出的冷却速度冷却熔融不锈钢，从而在其中分散和析出所述h-BN颗粒。专利技术3是专利技术1的不锈钢铸造制品生产方法的实施方式，该生产方法包括：加热铸造不锈钢，在该铸造不锈钢的铸造结构中h-BN颗粒不均匀地析出，然后使铸造不锈钢以不引起所述h-BN颗粒析出的冷却速度淬火以变成固溶体状态，由此消除所述h-BN颗粒；以及使铸造不锈钢在950℃至1,100℃下回火以再次分散和析出所述h-BN颗粒。专利技术4是专利技术1的不锈钢铸造制品生产方法的实施方式，该生产方法包括：在铸造凝固过程中使熔融不锈钢在1,250℃至850℃的温度范围内以不引起h-BN颗粒析出的冷却速度淬火，以得到铸造结构，其中不析出所述h-BN颗粒；以及使铸造不锈钢在950℃至1，100℃范围的温度下回火，以在其中分散和析出所述h-BN颗粒。专利技术5是根据专利技术2至4所述的不锈钢铸造制品生产方法的实施方式，其中硼（B）的加入量为按质量计0.003%至按质量计0.5%，氮（N）的加入量为N/B摩尔比变为1或更大。专利技术6是根据专利技术5所述的不锈铸造制品生产方法的实施方式，其中B以硼铁或金属硼的形式加入熔融的不锈钢中，N通过提供氩和氮（氩+氮）的混合气或减压氮作为熔融不锈钢的熔融气氛而加入熔融不锈钢中。专利技术7是根据专利技术5所述的不锈钢铸造制品生产方法的实施方式，其中B以硼铁或金属硼的形式加入熔融不锈钢中，N以含氮的化合物或铁合金的形式加入熔融不锈钢中。专利技术的有利效果可以提供由于均匀地分散和析出作为优良固体润滑剂的h-BN颗粒，切削性提高而耐腐蚀性不恶化的不锈钢铸造制品，该固体润滑剂化学性质稳定并且不被酸或碱损害；以及提供其生产方法。专利技术1不仅可以确保优良的切削性和环境友好性，而且可以确保耐腐蚀性。这些效果通过有效施用作为铸造不锈钢固体润滑剂性质优良的h-BN颗粒而得到。h-BN颗粒的这种施用使实现这样的不锈钢铸造制品成为可能，该不锈钢铸造制品不仅确保切削性，而且因为没有使用环境有害的元素，例如Pb和Se而确保环境友好性，并且抑制耐腐蚀性的恶化。由于切削性提高，可以减少切削机的电力消耗。这种电能消耗的减少导致二氧化碳气体排放减少。进一步，可以预期生产率的提高，因此不锈钢铸造制品可以进行高速机械加工。附图简述图1是显示开发材料1的断裂表面上析出物的析出和分散状态的SEM显微图。图2是显示开发材料3的断裂表面上析出物的析出和分散状态的SEM显微图。图3是显示比较材料2的断裂表面上析出物的析出和分散状态的SEM显微图。图4是显示开发材料4以及比较材料1和2在车削过程中切削速度与切削抵抗合力（切削合力，combinedcuttingforce）之间关系的图。图5是显示开发材料1至3和比较材料3在车削过程中切削速度与切削抵抗合力之间关系的图。图6是显示根据不锈钢的硫酸测试方法（JISG0591）进行的开发材料4以及比较材料1和2的腐蚀测试结果的图。实施方式描述本专利技术具有上述特征，并且其实施方式将在下文中进行说明。在本专利技术的生产方法中，铸造不锈钢的熔融通过熔融炉进行，该熔融炉能够调节熔融气氛，并且一般用于不锈钢的熔融。在熔融中，硼铁或金属硼用作B的来源，但低熔点硼铁的应用在技术上具有优势，并且是经济的，因为每单位重量B的成本低。对于一般标准，B含量被确定为不锈钢铸造制品中的最终B含量，其优选为按质量计0.003%至按质量计0.5%，更优选按质量计0.01%至按质量计0.2%。对于添加N的方法，存在使熔融的不锈钢吸附熔融气氛中的N的方法和将组成不锈钢的合金元素的氮化物如氮化铬和氮化铬铁加入到熔融的不锈钢的方法。对于一般标准，不锈钢铸造制品中的N含量可以是N/B的摩尔比变为1或更大的量。当铸造不锈钢中N/B的摩尔比小于1时，溶质B的量增加，这使可用于切削性的析出的h-BN颗粒量减少。因此，期望N/B的摩尔比尽可能大。N含量取决于铸造不锈钢的化学组成而变化，但随着B增加，钢中的平衡N浓度减少，因为B增加N的活性。在SUS304不锈钢的化学组成中，N含量为按质量计0.25%或更低——不包括在加压氮气氛下的熔融。以上述方式制备的含B和N的熔融不锈钢通过在铸型中凝固期间在h-BN的析出温度范围，即1,250℃至850℃内控制其冷却速度可以在铸造结构中析出和分布粒径为200nm至10μm的h-BN球形颗粒。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.27 JP 2010-1678721.不锈钢铸造制品的生产方法，包括：在铸造凝固过程中在1,250℃至850℃的温度范围内以h-BN颗粒析出的冷却速度冷却熔融不锈钢，从而在其中分散和析出所述h-BN颗粒，其中所述熔融不锈钢在铸造结构状态；其中所述h-BN颗粒具有200nm至10μm的粒径，为球形颗粒，并且在所述不锈钢铸造结构中均匀地分散和析出。2.不锈钢铸造制品的生产方法，包括：在铸造凝固过程中使熔融不锈钢在1,250℃至850℃的温度范围内以不引起h-BN颗粒析出的冷却速度淬火，以得到无所述h-BN颗粒析出的铸造结构；和使所述铸造不锈钢在950℃至1,100℃范围内的温度下回火，以在其中分散和析出...

【专利技术属性】
技术研发人员：江村聪，山本重男，樱谷和之，津崎兼彰，
申请(专利权)人：独立行政法人物质·材料研究机构，
类型：
国别省市：