本发明涉及冶金连铸技术领域，涉及食品接触用奥氏体易切削不锈钢银亮棒及其生产工艺，具体说是一种低硫无毒食品接触用奥氏体易切削不锈钢银亮棒及其生产工艺。
背景技术：
易切削不锈钢是指具有优良切削加工性能的不锈钢材，一般通过对刀具寿命、加工表面光洁度、切削形貌、刀具受力以及能耗等综合指标来评价易切削不锈钢切削性能的优越程度。目前主要通过添加易切削元素硫、铅、硒等元素来提高不锈钢的切削性能，随着人们环保意识的增强和身体健康的要求。铅、硒等有毒的重金属元素在工业生产中受到限制使用，冶炼过程添加铅、硒会引起严重公害，是不允许用含铅等重金属的不锈钢制造医疗卫生器械、食品机械、厨卫器具、家用电器等电子产品。硫元素虽然能够显著提高不锈钢的切削性能，但硫元素在不锈钢中形成的硫化物夹杂会降低不锈钢的力学性能和耐腐蚀性能，不能保障产品能达到国家食品安全标准的镍、铬、铅、镉、砷迁移量的技术要求。
在奥氏体不锈钢中添加铋元素可以改善其切削性能，提高加工效率，同时，因为铋的无公害无毒性，含铋易切削不锈钢更易满足日益提高的食品、医疗卫生制品和环境标准的要求。但由于铋熔点很低(271℃)沸点仅为1564℃.若将铋直接加入钢的熔池中，虽然铋的密度较大(25℃时为9.75)易于沉入钢液，但铋的蒸气压高，挥发性较强，导致回收率很低，一般只有10-15％。
目前，对于直径Ф12-Ф25mm按照国家银亮钢标准生产的奥氏体不锈钢棒材，传统生产普遍采用的工艺为：电弧炉+中频炉冶炼、浇注成铸锭、加热开坯机开坯、再加热横列式轧机轧制成Ф15-Ф27mm的棒材半成品、冷拉、加热固溶、滚压校直、无芯磨床粗磨、无芯磨床精磨、探伤、成品包装。由于该工艺生产流程长、生产效率低、再加热工序多、能耗高、成材率低、生产成本高，而且生产环境恶劣，产品质量不稳定。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术上面所述的不足之处，而提供的一种铋回收率高，生产流程短效率高，成材率高，产品质量稳定的新型低硫无毒食品接触用奥氏体易切削不锈钢银亮棒材的生产工艺。
本发明所述的一种新型食品接触用奥氏体易切削不锈钢银亮棒材及其生产工艺，其具有高效节能，环保，产品综合成材率高的特点。生产出来的产品填补了国内市场对食品接触用不锈钢以及食品级易切削不锈钢使用的空白。
本发明所述的一种食品接触用奥氏体易切削不锈钢银亮棒，是一种低硫无毒食品接触用奥氏体易切削不锈钢银亮棒，以质量百分比计，含有以下组成成分：
C：0.03-0.07％、S：0.003-0.01％、Cr：18.0-20.0％、Ni：8.0-10.0％、Bi：0.06-0.26％、Ca：0.0010-0.0028％、Si：0.30-1.00％、Mn：1.0-1.6％、P：0.020-0.045％，余量为铁和不可避免的杂质。
本发明所述的低硫无毒食品接触用奥氏体易切削不锈钢银亮棒，其中：Cd≤100mg/kg、Pd≤1000mg/kg、Hg≤1000mg/kg。
本发明所述的低硫无毒食品接触用奥氏体易切削不锈钢银亮棒，其中的Cr、Ni、Pb、Cd、As金属离子析出根据我国国家标准GB9684—2011(食品安全国家标准不锈钢制品)迁移量为：Cr≤0.4mg/dm2、Ni≤0.1mg/dm2、Pb≤0.01mg/dm2、Cd≤0.005mg/dm2、As≤0.008mg/dm2。
本发明所述的低硫无毒食品接触用奥氏体易切削不锈钢银亮棒，其生产工艺，包括如下步骤：
1)配料装炉：将配比好的合格奥氏体不锈钢精铸料装入小截面水平连铸机；
2)熔炼：加热使得钢温缓慢稳步上升至熔化、升温到1580℃以上至白渣，加入易切削元素铋，吹氩精炼，除渣微调合金成分，符合标准后二次吹氩精炼，再升温至1600-1620℃转入连铸工序；
3)连铸：确认水平连铸机组及配套设备运转正常，调整结晶器进出水压力、流量，启铸拉坯，控制炉内钢水温度、拉坯速度、拉坯频率；
4)无心车床加工：将铸坯滚压校直后送入无心车床进行车削加工；
5)轧制：将步骤4)得到的精整好的连铸坯料通过中频透热无氧化均匀在线加热后，精准轧制成半成品；
6)热处理：通过无氧化可控气氛保护辊底式连续热处理的方式进行固溶处理，出炉后用水冷急冷然后酸洗、精整，冷拉，再定尺切割；
7)无心磨床研磨：将步骤6)得到的半成品滚压矫直后送入无心磨床研磨成银亮棒材；
8)迁移量及腐蚀性能检测；
9)无损探伤检测包装。
本发明步骤1)所述的配料装炉，优选将合格供应商定点供应的去油去杂精选分类的不锈钢精铸料，按照电磁感应炉冶炼的配料计算要求和钢种的化学成分要求予以科学配料，然后将配比好的合格奥氏体不锈钢精铸料装入集熔炼、电磁感应加热中间包炉、氩氧底吹、隋性气体保护、复合精炼、恒温连铸多位一体的小截面水平连铸机。
步骤2)所述的熔炼，优选调整精炼炉加热功率保持钢温缓慢稳步上升至熔化，造渣，升温至1580℃以上至白渣，加入易切削元素铋，吹氩精炼，时间为3-5分钟，除渣微调合金成分，取炉中样，C按0.05％配，碳硫快速分析仪验样≤0.07％；Si按≤1.0％配入；Mn按1.5％配入，Ni按8.2％配入，化学验样≥8.2％，小于时补足8.2％；Bi按0.10-0.15％配入，化学验样≥0.11％；Cr按18.16％配入，化学验样≥18.16％，小于时补足18.16％；S≤0.01％，P≤0.045％；符合上述标准后二次吹氩精炼3-5分钟，再升温至1600-1620℃转入下道水平连铸工序。
步骤3)所述的连铸，优选确认水平连铸机组及配套设备运转正常，结晶器冷却水流量：5.5m3/h，进水压力：0.5MPa，出水压力：0.1MPa，启铸拉坯，控制好炉内钢水温度在1550-1600℃范围，控制拉坯速度在2.0-2.5米/分钟；拉坯频率在90-120次/分钟。
步骤4)所述的无心车床加工，优选将定长为2-3米的Φ35-Φ50mm的铸坯滚压校直后送入无心车床进行车削加工。
步骤5)所述的轧制：优选将步骤4)得到的精整好的连铸坯料通过中频透热无氧化均匀在线加热至1150-1200℃后送入三辊行星轧机一次精准轧制成Ф15-Ф27mm的半成品，终轧温度930-1000℃，轧制延伸系数3-11。
步骤6)所述的热处理，优选通过无氧化可控气氛保护辊底式连续热处理的方式进行固溶处理，固溶温度1050-1150℃，出炉后用水冷急冷然后酸洗、精整，冷拉至Φ16.35mm，再定尺2.5m进行切割。
步骤7)所述的无心磨床研磨，优选将步骤6)得到的半成品滚压矫直后送入无心磨床研磨至Ф12-Ф25mm的银亮棒材，银亮棒材的直径偏差在0-0.033mm范围内，表面粗糙度≤5.0μm，平直度≤1mm/m。
步骤8)所述的迁移量及腐蚀性能检测，是指将研磨好的钢棒随机抽取，取样送入中性盐雾实验器做腐蚀度实验，96小时后无腐蚀，再按GB/T5009.81标准检测其乙酸溶液中镍、铬、铅、砷镉的含量，产品质量达到GB9684-2011食品安全国家标准(不锈钢制品)重金属Cr、Ni、Pb、Cd、As迁移量标准限值的要求：Ni≤0.1mg/dm2、Cr≤0.4mg/dm2、Pb≤0.01mg/dm2、As≤0.008mg/dm2、Cd≤0.005mg/dm2。
步骤9)所述的无损探伤检测包装，是指将经无心磨床加工达到精度要求的银亮棒材成品送入涡流探伤机无损探伤，检查棒材表面无裂纹缺陷后，再送入超声波探伤检验棒材内部无缩松、针眼、孔隙裂纹等缺陷，包装入库。
与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1、本发明在熔炼时，熔炼生产时采用的是集熔炼、电磁感应加热、氩氧底吹、隋性气体保护、水平连铸多位一体的复合精炼中间包炉；通过优化工艺配比，采用合适的铋加入量将熔点很低(271℃)沸点仅为1564℃、而且蒸气压高、挥发性较强的铋元素加入钢的熔池中，将铋的回收率由一般的10-15％提高到75％以上。
2、本发明生产工艺流程短，产品综合成材率高，达到75％以上。
3、本发明轧制时采用的是可控气氛全封闭无氧化连续电磁感应加热和三辊行星轧机大压下量一次性精准连续轧制机组，实现了低温轧制，精确控温；固溶处理时采用的是可控气氛保护加火封式保护辊底式连续热处理机组。三辊行星轧机自动化控制程度高，而且轧材的表面质量、形状和精度得到了大幅度的提高，轧材合格率达到99％以上，减少了劳动强度和提高了劳动生产率。
4、本发明用新的冶炼方法将无公害、无毒、无致癌的铋和钙元素，替代传统的铅、硒、硫等易切削元素，避免铅、硒等有毒元素对人体的伤害，同时有效地降低不锈钢中硫的含量，并具有优良的易切削性能，而且易切削不锈钢的力学性能和耐腐蚀性能得到了有效的提高。得到的产品，其中的Cr、Ni、Pb、Cd、As金属离子析出根据我国国家标准GB9684—2011(不锈钢制品)重金属迁移量为：Cr≤0.4mg/dm2、Ni≤0.1mg/dm2、Pb≤0.01mg/dm2、Cd≤0.005mg/dm2、As≤0.008mg/dm2，达到并优于食品安全国家标准。
具体实施方式
下面以实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1：
选用以下质量组成百分比进行冶炼：C:0.057％，S:0.009％，Cr:18.14％，Ni:8.18％，Bi:0.11，Ca:0.0018％，Si:0.34％，Mn:1.41％，P:0.032％，还含有<100mg/kg的Cd，<1000mg/kg的Pb，<1000mg/kg的Hg，其余为Fe。
具体的生产工艺流程，步骤如下：
1)配料：以精铸不锈钢、切屑、返回料等为主炉料成分，除了碳、硅、硫外，接近钢种的标准成分。
2)熔炼：调整精炼炉加热功率保持钢温缓慢稳步上升至熔化，造渣，升温至1580℃以上至白渣，加入易切削元素铋，吹氩精炼，时间为3-5分钟，除渣微调合金成分，取炉中样，C按0.05％配，碳硫快速分析仪验样≤0.07％；Si按≤1.0％配入；Mn按1.5％配入，Ni按8.2％配入，化学验样≥8.2％，小于时补足8.2％；Bi按0.10-0.15％配入，化学验样≥0.11％；Cr按18.16％配入，化学验样≥18.16％，小于时补足18.16％；S≤0.01％，P≤0.045％；符合上述标准后二次吹氩精炼3-5分钟，再升温至1600-1620℃转入下道水平连铸工序；
3)连铸：生产过程中，控制好炉内钢水温度在1580-1590℃范围内，结晶器冷却水流量：5.5m3/h，进水压力：0.5MPa，出水压力：0.1MPa，控制好拉坯速度在2-2.5米/分钟范围内，拉坯频率110次/分钟；
4)无心车床加工：将Φ35mm，2.2M长棒送入无心车床加工为Φ31.6±0.1mm的半成品，待用；
5)轧制：将扒皮的连铸坯通过中频透热无氧化均匀加热至1150℃后送入三辊行星轧机大压下量的轧制成Φ18mm*6.5m的轧材；
6)热处理或固溶：将轧材通过带保护气氛辊底式连续热处理的方式进行固溶，固溶温度1050-1150℃，出炉后用水冷急冷然后酸洗、精整，冷拉至Φ16.35mm，再定尺2.5m进行切割；
7)无心磨床研磨：将拉拔定尺切割好的坯料校直后，送入无心磨床研磨达到直接Φ16mm，直径偏差在0--0.02mm范围内，表面粗糙度≤5.0μm，平直度≤1mm/m；
8)迁移量及腐蚀性能检测：成品检测其成分为C:0.038％，S:0.007％，Cr:18.15％Ni:8.20％，Bi:0.114％，Ca:0.001％，Mn:1.42％，Si:0.39，P:0.038％，重金属含量Cd<2mg/kg、Pb<2mg/kg、Hg<2mg/kg，其余为Fe。经96小时中性盐雾实验无腐蚀现象，根据我国国家标准GB9684-2011(食品安全国家标准不锈钢制品)要求，该合金按GB/T5009.81标准检测结果为Cr:0.017mg/dm2，Ni:0.017mg/dm2，Pb:0.002mg/dm2，Cd:0.002mg/dm2，As<0.008mg/dm2；
9)无损探伤检测包装：将经无心磨床加工达到精度要求的银亮棒材成品送入涡流探伤机无损探伤，检查棒材表面无裂纹缺陷后，再送入超声波探伤检验棒材内部无缩松、针眼、孔隙裂纹等缺陷，包装入库。
实施例2
生产步骤与实施例1相同，不同之处在于选用以下质量组成百分比进行冶炼：C:0.05％，S:0.01％，Cr:18.19％，Ni:8.13％，Bi:0.116％，Ca:0.001％，Si:0.46％，Mn:1.31％，P:0.03％，还含有<2mg/kg的Cd，<2mg/kg的Pb，<2mg/kg的Hg，其余为Fe。在冶炼期按上述组成控制含量和添加，所得产品性能与实施例1基本相同。
实施例3
生产步骤与实施例1相同，不同之处在于选用以下质量组成百分比进行冶炼：C:0.038％，S:0.007％，Cr:18.20％，Ni:8.20％，Bi:0.114％，Ca:0.001％，Si:0.46％，Mn:1.42％，P:0.038％，还含有<2mg/kg的Cd，<2mg/kg的Pb，<2mg/kg的Hg，其余为Fe。在冶炼期按上述组成控制含量和添加，所得产品性能与实施例1基本相同。