专利名称：耐蚀钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐蚀钢。更具体地说，本发明涉及一种适合用作OA机如打印机的轴材料的耐蚀钢。
目前用下述不锈钢作为激光打印机的轴材料SUS420J2(C0.26-0.40％，Si最高1.0％，Mn最高1.0％，P最高0.040％，S最高0.040％，Cr12.0-14.0％，余量基本上是Fe)，和SUS410(C最高0.15％，Si最高1.0％，Mn最高1.0％，P最高0.040％，S最高0.030％，Cr11.5-13.5％，余量基本上是Fe)。
另一方面，用下述经过切削且镀镍的易切钢生产喷墨打印机如彩色打印机的轴。
SUM24L(C最高0.15％，Mn0.85-1.15％，P0.040-0.090％，S0.26-0.35％，Pb0.10-0.35％，余量基本上是Fe)，和SUM22(C最高0.13％，Mn0.70-1.00％，P0.07-0.12％，S0.24-0.35％，余量基本上是Fe)。
因为这种轴具有令人满意的耐蚀性，能够耐室内环境，所以，从性价平衡的观点看，上述昂贵的不锈钢SUS420J2和SUS410不是合适的材料。在电镀由易切钢如SUM24L制成的机加工零件时，产品质量常常由于电镀金属层中的厚度波动和缺陷而变化，这将降低产品的可靠性。另外，从避免环境污染的观点出发，必须考虑处理电镀产生的废液。处理废液的费用越来越高，因此，可以说根据传统技术生产轴的成本是一个很重要的问题。
应当注意的是，平直度是常发生在轴上的另一个问题。
为了解决这些问题，本发明的发明人进行了研究和开发，旨在提供一种钢，这种钢具有良好的可切削性和平直度、足以耐室内环境的耐蚀性，另外，其价格不贵。结果他们发现在含C0.005-0.200％，Si最高1.0％，Mn最高2.0％，P最高0.05％，Cu最高2.0％，Ni最高2.0％，Cr2.0-9.0％，余量基本上是Fe的钢中加入一定量的S和Se中一种或两种、及Ti和Zr中一种或两种能够在钢中形成含C和一种或两种S和Se的Ti基化合物、Zr基化合物或Ti-Zr基化合物如(Ti，Zr)4(S，Se)2C2，这些化合物在钢中的弥散分布能够改善钢的可切削性，使钢具有良好的耐蚀性、冷加工性和热加工性。
除上述合金组分外，本发明适用于轴的耐蚀钢还可含有一个或多个下述组中的一种或多种元素。
1)一种或两种Mo和W，其中，Mo0.1-4.0％，W0.1-3.0％；2)下述元素中的至少一种，Pb0.01-0.30％，Te0.005-0.100％，Bi0.01-0.20％；3)Ca、Mg、B和REM中的至少一种0.005-0.010％；和4)Nb、V、Ta和Hf中的至少一种0.01-0.50％。
下面解释各个合金组分的作用及限定其组成的原因。C0.005-0.200％，优选0.010-0.100％碳是形成用于改善钢的可切削性的夹杂物的基本元素。C含量低于0.005％时，不能得到足量的改善可切削性的夹杂物。C含量高于0.200％时，得到大量的单个碳化物，这将降低钢的可切削性。其优选范围是0.010-0.100％。Si最高1.0％硅作为脱氧剂加入钢中。太高的加入量将使固溶处理后的钢硬度增加，导致其冷加工性降低，还增加δ-铁素体的生成量，导致其热加工性和耐蚀性降低。因此，其上限设定为1.0％。在可切削性和平直度特别重要的情况下，Si含量应当非常低，最高为0.15％。Mn最高2.0％锰不仅是脱氧剂，而且能够通过与S和Se形成化合物改善钢的可切削性。Mn和S结合形成的MnS将大大降低钢的耐蚀性和冷加工性及平直度，因此，Mn含量的上限设定为2.0％。如果必须使耐蚀性和冷加工性高，则优选将Mn含量的上限设定为0.40％或更低。P最高0.05％磷在钢中是一种杂质，其将增加晶界腐蚀的敏感性，降低钢的韧性。因此，P含量越低越好。但是，极度降低P含量的费用非常高，因此，其允许的上限是0.05％。优选的P含量最高为0.03％。Cu最高2.0％铜是提高耐蚀性特别是还原条件下的耐蚀性的有效元素。过量加入将降低钢的热加工性，Cu含量的上限定为2.0％。Ni最高2.0％Ni是改善耐蚀性的元素。大量加入Ni将使产品钢成本高，因此，加入量的上限设定为2.0％。为了确保足够的耐蚀性和良好的平直度，加入Ni的量优选是0.3-0.8％。Cr2.0-9.0％Cr也是改善耐蚀性的元素。如果Cr含量低于2.0％，则效果不充分，但是，Cr的加入量大于9.0％时，将降低钢的平直度、加工性和可切削性。另外，其成本增加。其加入量的优选范围是6.0-9.0％。一种或两种Ti和Zr，[Ti％]+0.52[Zr％]0.03-1.20％
钛和锆与C和S和/或Se共存于钢中时形成能改善钢的可切削性的化合物如(Ti，Zr)4(S，Se)2C2或(Ti，Zr)(S，Se)。具体来说，其中前一种化合物能够改善改善钢的可切削性而不损及钢的耐蚀性和冷加工性，这是由于其在钢中的弥散分布所致。为了确保这些效果，必须使以[Ti％]+0.52[Zr％]表示的Ti和Zr的加入量是0.03％或更高。过多的大于1.20％的加入量将导致硬夹杂物如TiN和TiO2的形成，同时，钢基体的硬度提高。一种或两种S和Se，其中，S0.01-0.50％，Se0.01-0.40％如上所述，与C和Ti和/或Zr共存于钢中的硫和硒形成能改善钢的可切削性的化合物如(Ti，Zr)4(S，Se)2C2或(Ti，Zr)(S，Se)。为了形成优选量的这些化合物，必须加入S0.01％或更高和/或Se0.01％或更高。如果S和/或Se的含量过大，则将破坏钢的热加工性和韧性。因此，S的上限是0.50％，Se的上限是0.40％。N最高0.050％氮在钢中也是一种杂质。因为N能脱除钢中的形成能改善其可切削性的化合物的必要元素Ti和Zr而形成对其可切削性有害的氮化物。所以必须尽可能地降低N含量。另一方面，极度降低N含量将增加生产成本。因此，其允许的上限设定为0.050％。优选的N含量最高为0.025％，更优选最高为0.010％。O最高0.030％氧在钢中也是一种杂质。N与钢中的形成能改善其可切削性的化合物的必要元素Ti和Zr结合形成对其可切削性有害的氧化物。所以必须尽可能地降低O含量。但是，极度降低O含量将增加生产成本。因此，其允许的上限设定为0.030％。优选的O含量为0.010％或更低。
下面解释上述任选加入的合金组分的加入效果及限定其含量范围的原因。一种或两种Mo和W，其中，Mo0.1-4.0％，W0.1-3.0％如果加入钼和钨，二者都能提高钢的耐蚀性。为了达到这样的效果，必须加入0.1％或更高的一种或两种Mo和W。大量加入又会破坏钢的冷加工性。因此，加入量的上限设定为Mo4.0％，W3.0％。下述元素中的至少一种，Pb0.01-0.30％，Te0.005-0.100％，Bi0.01-0.20％铅、碲和铋也能提高钢的耐蚀性。为了确保这样的效果，其必须的最小加入量为Pb0.01％，Te0.005％，Bi0.01％。过量加入这些元素又会破坏钢的热加工性。因此，其上限设定为Pb0.30％，Te0.10％，Bi0.20％。Ca、Mg、B和REM中的至少一种0.005-0.010％钙、镁和稀土金属能提高钢的热加工性。这些元素可以单独或结合(在结合加入的情况下，计总量)以0.005％或更高的量加入来达到这样的效果。但是，加入量太高会对钢的热加工性产生负面影响，因此，其加入量最大为0.010％。Nb、V、Ta和Hf中的至少一种0.01-0.50％铌、钒、钽和铪能形成其碳氮化物，使钢中的晶粒细化，并提高钢的韧性。这些元素可以单独或结合(在结合加入的情况下，计总量)以0.01％或更高的量加入来达到这样的效果。但是，加入量过高会形成粗碳氮化物，这相反会降低钢的韧性。其加入量的上限为0.50％。
可用公知技术生产本发明的耐蚀钢。这是因为本发明的钢是在已知的含2.0-9.0％Cr等的钢中加入规定量的一种或两种Ti和Zr，碳，及一种或两种S和Se而制备的钢。
根据上述机理，本发明的耐蚀钢具有良好的可切削性和良好的平直度，还有足以用在室内的耐蚀性。这种钢因为降低了Cr含量而比传统的铁素体钢便宜。
将钢锭初轧成断面为155mm2的钢坯，然后将钢坯线轧(wire rolled)成直径为9.5mm的钢丝。使得到的钢丝退火和除鳞，然后成为平直钢丝，最后用无心磨床精磨成直径为8mm的钢丝。用这样制备的试验钢丝进行下述各种试验。表1实施例的合金组成(wt％，余量为Fe和杂质)No. C SiMnP CuNiCr N OTi，Zr XS，Se 其它10.029 0.08 0.35 0.01 0.05 0.32 8.22 0.008 0.004 Ti0.58 0.58 S0.19 -20.149 0.12 1.34 0.01 0.19 0.54 8.66 0.016 0.006 Ti1.15 1.15 S0.33 -Se0.1330.103 0.15 0.35 0.02 0.45 0.87 6.89 0.009 0.002 Ti0.52 0.84 S0.28 Mo0.5Zr0.6140.021 0.09 0.89 0.02 1.33 0.23 8.05 0.007 0.008 Ti0.14 0.14 S0.05 Bi0.1350.159 0.02 0.80 0.01 0.45 0.48 7.99 0.007 0.009 Ti1.01 1.19 S0.42 Ca0.0Zr0.34 03360.111 0.07 0.52 0.02 0.13 0.52 8.52 0.004 0.001 Ti0.05 1.05 S0.34 W2.1Mg0.001870.095 0.03 1.83 0.01 0.59 0.43 8.33 0.004 0.005 Ti0.89 0.89 S0.25 -Se0.1180.072 0.13 0.56 0.02 0.22 0.98 8.94 0.008 0.005 Ti0.77 0.77 S0.25 B0.002390.146 0.14 0.44 0.02 1.21 1.53 5.22 0.013 0.009 Ti1.17 1.17 S0.47 Ta0.11REM0.0025100.100 0.09 0.33 0.02 0.38 0.55 8.81 0.023 0.009 Ti0.85 0.85 S0.28 Nb0.23110.094 0.01 0.75 0.01 0.54 0.67 8.77 0.019 0.011 Ti0.94 0.94 S0.31 Mo2.8Hf0.25 B0.0022120.133 0 05 1.57 0.02 0.82 0.32 7.32 0.041 0 004 Ti1.16 1.16 S0.38 Pb0.17130.075 0.12 0.94 0.03 0.19 0.92 8.56 0.012 0.007 Ti0.68 0.68 S0.22 Mo2.2Te0.03140.096 0.09 0.67 0.02 0.29 0.63 8.03 0.008 0.005 Ti0.82 0.82 S0.28 Mo1.4Te0.02150.095 0.10 0.88 0.01 0.23 0.32 6.72 0.020 0.013 Zr1.44 0.75 S0.31 -160.139 0.11 0.91 0.03 0.41 0.33 7.88 0.013 0.007 Ti1.11 1.11 Se0.33 -170.105 0.15 0.35 0.02 0.45 0.87 3.89 0.009 0.002 Ti0.51 0.83 S.26-Zr0.61180.022 0.09 0.89 0.02 1.33 0.23 2.98 0.007 0.008 Ti0.11 0.11 S0.07 -190.161 0.02 0.39 0.01 0.45 0.48 4.55 0.007 0.009 Ti0.90 1.17 S0.41 -Zr0.52200.110 0.07 0.52 0.02 0.13 0.52 6.22 0.004 0.001 Ti1.07 1.07 S0.33 -210.070 0.13 0.56 0.02 0.22 0.98 3.44 0.008 0.005 Ti0.80 0.80 S0.26 -220.200 0.14 0.44 0.02 1.21 1.63 5.99 0.013 0.009 Ti1.15 1.15 S0.48 -Se0.18230.098 0.09 0.33 0.02 0.38 0.55 4.75 0.023 0.009 Ti0.88 0.88 S0.37 -240.093 0.01 0.75 0.01 0.54 0.67 3.35 0.019 0.011 Ti0.89 0.89 S0.32 -表2对比实施例的合金组成(wt％，余量为Fe和杂质)No. C SiMnP CuNiCr N OTi，Zr XS，Se其它1 0.002 1.05 0.05 0.02 0.15 0.24 8.41 0.008 0.003 Ti0.19 0.19 S0.33 -2 0.002 0.19 0.88 0.02 0.17 2.11 1.88 0.018 0.002 Ti0.89 0.89 S0.21 -3 0.016 0.23 0.29 0.02 0.18 0.77 9.32 0.053 0.005 Ti1.01 1.01 S0.32 -4 0.019 0.33 2.03 0.01 0.25 0.47 8.28 0.011 0.012 Ti1.05 1.05 S0.42 -5 0.005 0.45 1.13 0.01 0.10 0.88 1.53 0.023 0.007 Ti0 01 0.01 S0.21 -从上述试验钢丝上切下直径为8mm、长度为500mm的样品，用这些样品进行下述试验以测定其可切削性、耐蚀性和平直度。[可切削性]对本发明钢的可切削性进行评价的方法是在下述条件下切削500个样品的外表面，测量切削工具的磨损度。工具烧结碳化物制成的刀头(bite)切削速度150mm/min进刀量0.05mm/转深度1mm工具的磨损度分为“轻度”、“中度”和“重度”，如下面表2所示。表2磨损处 轻度 中度 重度侧刀面(side)间隙 小于100μm100-500μm 大于500μm前刀面(Front)间隙小于100μm100-200μm 大于200μm[耐蚀性]将样品置于高温、高湿度即60℃和95％N的气氛下240小时，然后观察铁锈的生成并记录。[平直度]将样品固定在两个相距400mm的支点上，然后旋转，用刻度盘测量试验样品中心处的跑偏。量度为“μm/400mm宽度”。结果评价如下。轻度0-10μm/400mm中度大于10-30μm/400mm重度大于30-100μm/400mm结果示于下表3表3例可切削性 耐蚀性(生成铁 平直度锈)实施例1-24良好 没有铁锈 良好对比例1 不好 有铁锈 不好对比例2 良好 有铁锈 不好对比例3 不好 没有铁锈 不好对比例4 良好 有铁锈 不好对比例5 不好 有铁锈 中度从表3的结果可以看出本发明的工作实施例具有良好的可切削性，其可切削性以侧刀面间隙和前刀面间隙处的用工具磨损度为量度都小于100μm。在耐蚀性试验中，没有观察到铁锈，证明其具有高的耐蚀性。用无心磨床精轧后的钢丝样品的曲度值小于对比实施例的曲度值，证明其具有良好的平直度。
与此相反，在其中的C含量比本发明钢的低而Si含量比本发明钢的高的对比实施例1中，工具磨损度高，在耐蚀性试验中出现铁锈，表示平直度的曲度大。在其中的C含量比本发明钢的低而Cr含量也比本发明钢的低的对比实施例2中，虽然工具磨损度是轻度，而在耐蚀性试验中出现铁锈，且曲度大。在C和N含量比本发明钢的高的对比实施例3中，工具磨损度非常大，曲度也大。在Mn含量比本发明钢的高得多的对比实施例4中，样品不能经受耐蚀性试验，在平直度试验中，还显示出较大的曲度。最后，在Ti含量比本发明钢的低的对比实施例5中，工具磨损度非常大，其可切削性较差，在耐蚀性试验中还观察到铁锈。
为了分析钢中的夹杂物，对1号铸造钢样品电解萃取，用X射线衍射分析仪分析残渣。如
图1所示，证明存在有Ti4C2S2。
权利要求
1.一种耐蚀钢，其含有以wt％表示的下述元素，C0.005-0.200％，Si最高1.0％，Mn最高2.0％，P最高0.05％，Cu最高2.0％，Ni最高2.0％，Cr2.0-9.0％，Ti和Zr中一种或两种以[Ti％]+0.52[Zr％]表示的含量是0.03-1.20％，一种或两种S和Se，其中，S0.01-0.50％，Se0.01-0.40％，N最高0.050％，O最高0.030％，余量是Fe和不可避免的杂质，这种钢中还含有作为其中夹杂物的含有C和S和Se中的一种或两种的Ti基化合物、Zr基化合物或Ti-Zr基化合物。
2.根据权利要求1的耐蚀钢，除权利要求1所述的合金组分外，还含有以wt％表示的Mo和W中一种或两种，其中，Mo0.1-4.0％，W0.1-3.0％。
3.根据权利要求1的耐蚀钢，除权利要求1所述的合金组分外，还含有以wt％表示的下述元素中的至少一种，Pb0.01-0.30％，Te0.005-0.100％，Bi0.01-0.20％。
4.根据权利要求1的耐蚀钢，除权利要求1所述的合金组分外，还含有以wt％表示的Ca、Mg、B和REM中的至少一种0.005-0.010％。
5.根据权利要求1的耐蚀钢，除权利要求1所述的合金组分外，还含有以wt％表示的Nb、V、Ta和Hf中的至少一种0.01-0.50％。
6.一种打印机的轴，由任一权利要求1-5的耐蚀钢制成。
全文摘要
本发明公开一种具有良好可切削性和在平常室内环境中有足够高耐蚀性且适用于生产各种小电机和OA机的轴的耐蚀钢。该钢含有以wt％表示的下述元素，C0.005－0.200％，P最高0.05％，Cu最高2.0％，Ni最高2.0％，Cr2.0－9.0％，一种或两种Ti和Zr以[Ti％]+0.52[Zr％]表示的含量是0.03－1.20％，一种或两种S和Se，其中，S0.01－0.50％，Se0.01－0.40％，N最高0.050％，O最高0.030％，余量是Fe和不可避免的杂质。这种钢的特征在于其中有作为夹杂物的含C和一种或两种S和Se的Ti基化合物、Zr基化合物或Ti－Zr基化合物。
文档编号C22C38/00GK1390973SQ0212757
公开日2003年1月15日 申请日期2002年5月16日 优先权日2001年5月16日
发明者石田清仁, 及川胜成, 江幡贵司, 石川浩一, 野田俊治, 清水哲也 申请人:石田清仁, 独立行政法人产业技术综合研究所, 大同特殊钢株式会社