本发明属于冶金领域，具体地，本发明涉及一种易切削不锈钢及其制备方法。
背景技术：
：在冶金
技术领域：
中，传统的超易切削不锈钢在采用添加硫(s)元素的方式外，还要添加适当铅(pb)元素，与硫(s)元素形成s-pb复合易切削效果，其中硫(s)元素与锰(mn)元素形成mns分布在基体中，在切削过程中起到割裂基体，断屑作用。此外，铅(pb)元素因熔点低，在高速切削过程中受热易熔化，形成液态金属脆化效应。但是，该铅(pb)元素属于有毒有害元素，在冶炼生产过程中会对环境造成污染，在产品加工和使用过程中对人体存在潜在危害。技术实现要素：本发明的发明目的在于针对现有技术中存在的缺陷，提供了一种易切削不锈钢及其制备方法。一方面，本发明提供了一种易切削不锈钢，按重量百分比计，包括：c≤0.014％，si0.36％～0.60％，p0.031％～0.045％，s0.02％～0.36％，te，且te的含量满足s/te＝10.5～15，mn0.95％～1.21％，cr19.7％～20.3％，mo1.7％～2.0％，pb0.001％～0.1％，bi，且bi的含量满足0.05％≤bi+pb≤0.35％，n0.016％～0.03％，ni0.21％～0.3％，cu0.1％～0.17％，v0.09％～0.15％，nb0.026％～0.05％，o0.016％～0.02％，和余量的fe和不可避免的杂质。前述的易切削不锈钢，按重量百分比计，包括：c0.008％～0.014％，si0.36％～0.50％，p0.031％～0.038％，s0.31％～0.35％，te，且te的含量满足s/te＝11～14，mn1.05％～1.20％，cr19.96％～20.04％，mo1.8％～1.9％，pb0.001％～0.1％，bi，且bi的含量满足0.05％≤bi+pb≤0.25％，n0.02％～0.03％，ni0.21％～0.25％，cu0.1％～0.15％，v0.09％～0.12％，nb0.03％～0.04％，o0.016％～0.019％，和余量的fe和不可避免的杂质。前述的易切削不锈钢，按重量百分比计，包括：c0.01％，si0.45％，p0.035％，s0.33％，te，且te的含量满足s/te＝12，mn1.15％，cr20％，mo1.85％，pb0.009％，bi0.10％，且bi的含量满足bi+pb＝0.109％，n0.024％，ni0.23％，cu0.12％，v0.10％，nb0.035％，o0.017％，和余量的fe和不可避免的杂质。前述的易切削不锈钢，所述易切削不锈钢的抗拉强度在400mpa至580mpa，断后伸长率17％至40％；优选地，所述易切削不锈钢的抗拉强度抗拉强度450mpa至540mpa，断后伸长率20％至35％。另一方面，本发明提供了一种易切削不锈钢的制备方法，包括：(1)以高炉铁水为原料，对其进行预处理；(2)将经过预处理的铁水浇铸成铸锭；(3)对铸锭进行加热，随后轧制为成品。前述的制备方法，步骤(1)中，预处理包括对高炉铁水进行脱磷、脱硅、和脱硫处理。前述的制备方法，步骤(2)中，在连铸之前，先对经过预处理的铁水进行脱碳和脱氮粗炼、lf炉精炼调温至1570℃至1620℃，钢水成分的重量百分比达到下述比例即可出钢：c≤0.014％，si0.36％～0.60％，p0.031％～0.045％，s0.02％～0.36％，s/te＝10.5～15，mn0.95％～1.21％，cr19.7％～20.3％，mo1.7％～2.0％，pb0.001％～0.1％，0.05％≤bi+pb≤0.25％，n0.016％～0.03％，ni0.21％～0.3％，cu0.1％～0.17％，v0.09％～0.15％，nb0.026％～0.05％，o0.016％～0.02％；随后将钢水浇铸成铸锭。前述的制备方法，步骤(3)中，铸锭经过加热，分为均热段、加热段和保温段；其中，均热段温度为1050℃至1150℃，均热段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.5min/mm至1.0min/mm计算；加热段的加热速度为100℃/h至200℃/h；保温段温度为1150℃至1250℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.5min/mm至1.0min/mm计算。前述的制备方法，步骤(3)中，铸锭表面温度不低于800℃时进行轧制，控制轧制全过程铸锭表面温度不高于1200℃，终轧温度不低于800℃。前述的制备方法，步骤(3)中，轧制采用一火成材或两火成材的方法进行。本发明的易切削不锈钢的耐蚀性能高，切削性能优异，能够满足精密高效加工使用要求，并且生产成本也无显著变化。本发明的不锈钢适用于各种电器及文具等精密加工配件，其制造过程切削量大，加工效率要求高，加工精度要求高，如圆珠笔头、钟表配件、机械用轴等。附图说明图1显示了实施例1的不锈钢的切削屑。图2显示了实施例1的不锈钢与430f的切削性能比较结果。具体实施方式为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。针对传统的超易切削不锈钢含铅影响切削性能并且易对环境与人体造成危害的问题，本发明的发明人费尽心力地发现，利用环保的铋(bi)元素替代铅(pb)元素，将钢种中铅(pb)元素含量降低到0.1％以下，以降低该不锈钢在冶炼生产以及使用过程中对环境及人体的危害，符合rohs(即电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令)要求，应用于电子电器行业，扩大了该不锈钢的使用领域，适合销售到标准更严格的国家。该不锈钢与传统易切削不锈钢相比，大幅地降低材料中的铅(pb)元素含量的同时，还通过保留易切削的硫(s)元素来增强该材料的切削性能，使该种材料可以承受高速切削加工，有效延长切削工具的使用寿命，提高生产效率。因此，本发明的不锈钢是一种易切削环保型的新型环保材料。第一方面，本发明提供了一种易切削不锈钢，按重量百分比计，包括：c≤0.014％，si0.36％～0.60％，p0.031％～0.045％，s0.02％～0.36％，含量满足s/te＝10.5～15的te，mn0.95％～1.21％，cr19.7％～20.3％，mo1.7％～2.0％，pb0.001％～0.1％，含量满足0.05％≤bi+pb≤0.25％的bi，n0.016％～0.03％，ni0.21％～0.3％，cu0.1％～0.17％，v0.09％～0.15％，nb0.026％～0.05％，o0.016％～0.02％，和余量的fe和不可避免的杂质。优选地，该易切削不锈钢包括：c0.008％～0.014％，si0.36％～0.46％，p0.031％～0.038％，s0.31％～0.35％，含量满足s/te＝11～14的te，mn1.05％～1.15％，cr19.96％～20.04％，mo1.8％～1.9％，pb0.001％～0.1％，含量满足0.05％≤bi+pb≤0.25％的bi，n0.02％～0.03％，ni0.21％～0.25％，cu0.1％～0.15％，v0.09％～0.12％，nb0.03％～0.04％，o0.016％～0.019％，和余量的fe和不可避免的杂质。更优选地，该易切削不锈钢包括：c0.01％，si0.45％，p0.035％，s0.33％，te，且te的含量满足s/te＝12，mn1.15％，cr20％，mo1.85％，pb0.009％，bi0.10％，且bi的含量满足bi+pb＝0.109％，n0.024％，ni0.23％，cu0.12％，v0.10％，nb0.035％，o0.017％，和余量的fe和不可避免的杂质。本发明的发明人综合了含铅易切削钢以及铁素体不锈钢的各自优势，设计出了s-bi-pb-te系易切削不锈钢，添加te、ni、cu、v、nb等元素改善组织，提高强塑性及切削性能。具体如下：c是奥氏体化元素和碳化物的主要组成元素，其在铁素体中含量极低，降低铁素体不锈钢的韧性，本发明c含量为≤0.014，优选是0.008～0.012％，降低c元素在铁素体不锈钢中的有害作用。si为铁素体化元素，可适当提升铁素体及奥氏体不锈钢的强度，但其也为σ相等有害相的形成元素，本发明控制si含量为0.36～0.60％，优选0.36～0.50％。mn为奥氏体化元素，是易切削不锈钢中主要易切削相mns的形成元素，其一般为s元素添加质量的2倍以上，本发明中mn含量为0.95～1.21％，优选1.05～1.15％。p为降低不锈钢塑性的元素，在低温时使钢材变脆，不利于冷加工，故本发明控制p元素含量为0.031～0.045％，优选0.031～0.038％。s为易切削不锈钢中的重要元素，其与mn元素形成的mns相硬度低，具有可塑性，在钢材变形过程中可随钢材发生变化，成为易切削不锈钢中的断屑点，是影响切削性能的关键元素。本发明控制s含量为0.02～0.036％，优选s元素含量为0.31～0.35％。cr为不锈钢中必备元素，其含量越高，不锈钢的耐点蚀性能越高，但cr含量过高会增加钢材硬度，增加脆性。本发明控制cr元素为19.7～20.3％，优选19.96～20.04％。mo为强烈的铁素体化元素，也是铁素体不锈钢中较常见元素，其可以显著提高不锈钢的耐点蚀性能，但也会加剧有害析出相的析出倾向，故本发明控制mo元素范围为1.7～2.0％，优选1.8～1.9％。bi和pb均为为低熔点元素，两者在易切削钢切削时产生液态金属催化效应，润滑切削工具，降低切削工具磨损。其中bi无毒害作用，是一种绿色元素，而pb为传统的易切削钢添加元素，但其具有毒性。两种元素的熔化温度不同，两者配合可以发挥更大的协同催化作用，本发明控制综合考虑情况下，控制两者添加量之和为0.05～0.35％，pb≤0.1％，两者之和优选0.05～0.25％，pb≤0.01％。te为与s元素配合元素，有利于切削性能的提升，本发明控制s/te＝10.5～15，优选s/te＝11～14。ni和cu均为奥氏体化元素，两者的添加有利于冷加工及力学性能的调整，本发明控制ni为0.21～0.3％，cu为0.1～0.17％，优选ni为0.21～0.25，cu为0.1～0.15％。v和nb均为较活泼元素，其与c的结合倾向大，可降低c元素的有害作用，也可以细化晶粒，本发明控制v和nb分别为0.09～0.15％和0.026～0.05％，优选地，分别为0.09～0.12％和0.03～0.04％。n元素为奥氏体化元素，其也是提升耐点蚀性能的元素，在铁素体不锈钢中溶解度低，其过高会形成cr的有害化合物。本发明控制0.016～0.03％，优选0.02～0.03％。o元素为易切削钢中通常含量较高的元素，其与s为同族元素，两者性质相近，其可保护s的收得率，改善mns形态，改善切削性能，本发明控制o含量为0.016～0.02％，优选0.016～0.019％。本发明的易切削不锈钢具有良好的力学性能和超易切削性。抗拉强度400mpa至580mpa，断后伸长率17％至40％，优选地，抗拉强度抗拉强度450mpa至540mpa，断后伸长率20％至35％。抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。断后伸长率是指金属材料受外力(拉力)作用断裂时，试棒伸长的长度与原来长度的百分比。第二方面，本发明提供了易切削不锈钢的制备方法，包括：(1)以高炉铁水为原料，对其进行预处理；(2)将经过预处理的铁水连铸成铸锭；(3)对铸锭进行加热，随后轧制为成品。在步骤(1)中，高炉铁水是由铁矿石与焦炭在高炉中反应制得。在步骤(1)中，预处理包括对高炉铁水进行脱磷、脱硅、和脱硫处理。具体地，采用氧化铁球及石灰加入铁水中进行脱出磷、硅和硫，三脱处理后的不锈钢母液中p≤0.04，si≤0.1％，s≤0.02％。在步骤(2)中，在连铸之前，先对经过预处理的铁水进行脱碳和脱氮粗炼以及lf炉精炼，具体地，铁水经过k-obm-s炉脱碳至0.02～0.04％，氮元素至0.02％～0.04％后，再经过vod炉进行深脱碳至0.014％以下，氮至0.03％以下，经过lf炉进行精炼调温至1570～1600℃范围，钢水成分重量百分比达到下述比例即可出钢：0.008～0.014％的c，0.36～0.46％的si，1.05～1.15％的mn，0.031～0.038％的p，0.31％～0.36％的s，s/te＝11～14，19.96～20.04％的cr，1.8～1.9％的mo，0.001％≤pb≤0.1％，0.05％≤bi+pb≤0.25％，0.02～0.03％的n，0.21～0.25％的ni，0.1～0.15％的cu，0.09～0.12％的v，0.03～0.04％的nb，0.016～0.019％的o，随后钢包出站，将钢水浇铸成锭。在步骤(3)中，铸锭经过加热，分为均热段、加热段和保温段；其中，均热段温度为1050℃～1150℃，均热段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.5～1.0min/mm计算；加热段的加热速度为100～200℃/h；保温段温度为1150℃～1250℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.5～1.0min/mm计算，一般而言，铸锭厚度为150～250mm。在步骤(3)中，对铸锭加热完毕后，出炉采用锻造或热轧方式开坯为棒材，单道次变形量≤30％，道次数根据坯料及成品尺寸计算得到。在棒材表面温度不低于850℃时进行轧制，控制轧制全过程轧材(即棒材)表面温度不高于1100℃，终轧温度不低于900℃。轧制过程可以分为一火成材和两火成材。其中，一火成材是：铸锭锻造或热轧为棒材，棒材尺寸为φ85～100mm后，在棒材表面没有低于800℃时(优选不低于850℃)直接进高速线材轧机，轧制为成品。两火成材是：铸锭锻造或热轧为棒材，棒材尺寸为φ85～100mm后，空冷，经过矫直，进行表面磨削或车光，重新加热至棒材温度不低于800℃(优选不低于900℃)时，进高速线材轧机，轧制为成品。上述各步骤采用的都是本领域的常规设备，在实际生产中，本领域技术人员可以根据需要选择合适的设备。实施例下面对实施例中使用的各个物质的来源进行说明，如果没有特别说明，所使用的原料和仪器均是商购获得，是本领域常规使用仪器和原料，只要其能满足实验需要即可。实施例1不锈钢的化学成分为：元素符号csimnpscrmobi质量百分比0.0110.391.200.0310.3320.041.820.15元素符号pbtenicuvnbno质量百分比0.010.0270.20.10.10.030.020.016制造方法：钢水经过三脱处理后，在k-obm-s炉脱碳至0.022％，氮元素至0.028％后，再经过vod炉进行深脱碳至0.008％，氮至0.020，经过lf炉进行精炼调温至1585℃，随后钢包出站，将钢水浇铸成铸锭。均热段温度为1120℃，均热段的保温时间按照0.6min/mm计算；加热段的加热速度为120℃/h；保温段温度为1180℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.6min/mm计算。铸锭出炉采用锻造或热轧方式开坯为棒材，单道次变形量≤25％，然后在棒材表面温度890℃时进行轧制，控制轧制全过程轧材表面温度不高于1100℃，终轧温度1050℃。轧制过程采用一火成材，热轧为φ85mm棒材，直接进高速线材轧机，轧制为成品φ5.5mm盘条。两火成材：铸锭锻造或热轧为棒材，棒材尺寸为φ85～100mm后，空冷，经过矫直，进行表面磨削或车光，重新加热至棒材温度不低于800℃(优选不低于900℃)时，进高速线材轧机，轧制为成品。图1显示了本实施例的不锈钢的切削屑，由图1可以看出，切削过程断屑良好，屑长度较短，易于排屑。实施例2不锈钢的化学成分为：元素符号csimnpscrmobi质量百分比0.0090.401.100.0360.3120.011.800.12元素符号pbtenicuvnbno质量百分比0.050.0250.230.110.090.030.0220.017制造方法：钢水经过三脱处理后，在k-obm-s炉脱碳至0.020％，氮元素至0.030％后，再经过vod炉进行深脱碳至0.007％，氮至0.024，经过lf炉进行精炼调温至1590℃，随后钢包出站，将钢水浇铸成铸锭。均热段温度为1150℃，均热段的保温时间按照0.8min/mm计算；加热段的加热速度为150℃/h；保温段温度为1200℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.8min/mm计算。铸锭出炉采用锻造或热轧方式开坯为棒材，单道次变形量≤25％，然后在棒材表面温度920℃时进行轧制，控制轧制全过程轧材表面温度不高于1050℃，终轧温度1020℃。轧制过程采用一火成材，热轧为φ85mm棒材，直接进高速线材轧机，轧制为成品φ6.5mm盘条。实施例3不锈钢的化学成分为：元素符号csimnpscrmobi质量百分比0.0100.381.160.0360.2819.841.870.14元素符号pbtenicuvnbno质量百分比0.0080.0290.190.10.110.040.0260.018制造方法：钢水经过三脱处理后，在k-obm-s炉脱碳至0.018％，氮元素至0.026％后，再经过vod炉进行深脱碳至0.009％，氮至0.025，经过lf炉进行精炼调温至1595℃，随后钢包出站，将钢水浇铸成铸锭。均热段温度为1140℃，均热段的保温时间按照1.0min/mm计算；加热段的加热速度为180℃/h；保温段温度为1230℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照1.0min/mm计算。铸锭出炉采用锻造或热轧方式开坯为棒材，单道次变形量≤25％，然后在棒材表面温度950℃时进行轧制，控制轧制全过程轧材表面温度不高于1100℃，终轧温度1060℃。轧制过程采用两火成材，热轧为φ85mm棒材，空冷后矫直，车削为φ80mm棒材，加热至1100，出炉进高速线材轧机，轧制为成品φ6.5mm盘条。实施例4不锈钢的化学成分为：元素符号csimnpscrmobi质量百分比0.0160.381.150.0330.3120.081.850.13元素符号pbtenicuvnbno质量百分比0.030.0300.210.120.080.0320.0240.019制造方法：钢水经过三脱处理后，在k-obm-s炉脱碳至0.027％，氮元素至0.027％后，再经过vod炉进行深脱碳至0.01％，氮至0.024，经过lf炉进行精炼调温至1585℃，随后钢包出站，将钢水浇铸成铸锭。均热段温度为1150℃，均热段的保温时间按照0.9min/mm计算；加热段的加热速度为140℃/h；保温段温度为1240℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.9min/mm计算。铸锭出炉采用锻造或热轧方式开坯为棒材，单道次变形量≤25％，然后在棒材表面温度950℃时进行轧制，控制轧制全过程轧材表面温度不高于1100℃，终轧温度1060℃。轧制过程采用两火成材，热轧为φ85mm棒材，空冷后矫直，车削为φ80mm棒材，加热至1100，出炉进高速线材轧机，轧制为成品φ9.0mm盘条。实施例5不锈钢的化学成分为：元素符号csimnpscrmobi质量百分比0.0140.441.190.0320.3019.941.190.18元素符号pbtenicuvnbno质量百分比0.010.0230.220.090.090.0350.0250.2制造方法：钢水经过三脱处理后，在k-obm-s炉脱碳至0.019％，氮元素至0.029％后，再经过vod炉进行深脱碳至0.011％，氮至0.022，经过lf炉进行精炼调温至1590℃，随后钢包出站，将钢水浇铸成铸锭。均热段温度为1140℃，均热段的保温时间按照0.8min/mm计算；加热段的加热速度为160℃/h；保温段温度为1200℃，保温段的保温时间根据所述铸锭的厚度按照0.8min/mm计算。铸锭出炉采用锻造或热轧方式开坯为棒材，单道次变形量≤25％，然后在棒材表面温度920℃时进行轧制，控制轧制全过程轧材表面温度不高于1050℃，终轧温度1010℃。轧制过程采用一火成材，热轧为φ85mm棒材，直接进高速线材轧机，轧制为成品φ9.0mm盘条。根据gb/t228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》对实施例1至5的不锈钢的抗拉强度和断后伸长率进行测量，结果如表1所示。表1实施例1至5的不锈钢的性能表实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5抗拉强度，mpa490470520550540断后伸长率，％2733231719实施例6：切削性能对比试验将实施例1的不锈钢与sus430f(sus430f的组成为c0.06％(重量)，si0.4％，mn1.2％，p0.03％，s0.29％，cr17.2％，mo0.03％和余量铁及不可避免的杂质)的切削性能进行比较。具体方法是：采用刀具为硬质合金k10，进给量0.2mm，背吃刀量为0.5mm，工具寿命依据刀具平均磨耗超过0.05mm。同样的切削速度下，实施例1的不锈钢的刀具寿命显著长于430f，反映出切削性能优异。具体结果如图2所示。实施例7：盐雾腐蚀试验将实施例1的不锈钢与sus303(sus303组成为c0.06％，si0.5％，mn1.20％，s0.30％，p0.03％，s0.31％，cr18.1％，ni8.05％和余量铁及不可避免的杂质)在50℃、5％食盐水中分别连续浸泡72小时和120小时，之后统计锈蚀点和锈蚀面积。结果如表2所示。表2盐雾腐蚀试验对比表钢种50℃、5％食盐水，连续72h50℃、5％食盐水，连续120h实施例1少于3个锈蚀点，锈蚀面积＜1％多锈蚀点，小于10％锈蚀面积sus303较多个锈蚀点，锈蚀面积＜5％部分锈蚀斑块，小于20％锈蚀面积从表2可以看出，在50℃、5％食盐水中连续浸泡72小时后，本发明的不锈钢抗腐蚀能力明显优于现有不锈钢。本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。当前第1页12