易切削不锈钢

耐空气、蒸汽等弱腐蚀介质和酸、碱等化学浸蚀性介质腐蚀的钢

易切削不锈钢是指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中含铬量达到1.2%左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜（自钝化膜），可阻止钢的基体进一步腐蚀。

历史

第一次世界大战期间(1914～1918年)，美国人首先发现硫在钢中对改善切削性的作用，生产出自动机床用硫系低碳易切削钢，后来英、苏、德、日、法等国也相继生产自动机床用硫系易切削钢并逐步使之系列化。硫系易切削钢的产量大，用途广，许多新型易切削钢也是以硫系为基础发展起来的。约在1932年后，人们受到切削性异常优越的铅黄铜的启发，开始研制含铅的易切削钢。因铅有剧毒，当时在冶炼和安全防护等方面的技术问题还没有解决，直到1937年美国研制出含铅易切削钢。1958年，日本引进此种技术并开始研制新的铅易切削钢，到1975年日本公布的含铅易切削钢专利就有25项之多。前苏联是在70年代初才开始生产铅易切削钢。

发展状况

随着机械切削加工不断向自动化、高速化和精密化方向发展，对材料的切削性提出更高的要求，于是出现了切削性更佳的铅一硫复合易切削钢，又称为超易切削钢。此后各种铅一硫二元和多元复合易切削钢陆续问世。碲作为易切削元素用于易切削钢，首先出现在1932年的专利中。1961年美国研制成功一种含碲易切削钢，它是硫一铅一碲多元复合易切削钢，其切削性非常优异，可与易切削黄铜比美。由于硒与碲的性能和作用相近，故经常被交替使用或同时加入钢中。自60年代起，人们又从另一途径来研究改善钢的切削性，即加入某种脱氧元素，以生成所需要的脱氧产物——有利夹杂，在日本将此称为脱氧调整型易切削钢。前联邦德国于1964年首先提出用钙脱氧的钙易切削钢专利，3年后被日本引入并正式生产，它最适于用TiC的硬质合金刀具，进行高速切削，可显著提高生产率，降低工具消耗。在日本已成为汽车、拖拉机制造业中用量相当大的一种易切削钢。从60年代后期开始，又研究了加钛脱氧的易切削钢。1973年日本首先发表了以钛脱氧的钛一硫复合易切削钢专利，在日本等少数国家已开始试用。

易切削钢生产发展很快，品种和牌号数量不断增加，产量逐渐上升。在美国、日本、英国、前联邦德国、前苏联五国易切削钢标准中，多者有31个钢号(AISI)，少者有7个钢号(FOCT)。品种已经扩大到扁钢和管易。易切削钢产量以日本最多，增加速度也最快。1965年接近10万t，到了1985年达到了100万t左右，其中硫系占64．4%。日本生产的易切削钢约有40%～46%消耗在汽车制造业，产业机械消耗约10%，家庭用品和其他消耗约6%。中国从20世纪50年代开始生产硫系易切削钢(主要是低碳自动机床加工用钢)，1975年又审订了易切削钢的新标准GBl91-75。从70年代起，开始试生产钙系和钛系易切削钢。但是对生产中需要特殊防护，以消除公害的含铅、硒或碲的易切削钢，却一直未正式生产。从1977年开始，中国又研究了含稀土易切削钢。

元素分类

一、硫易切削钢

硫在钢中与锰和铁形成硫化锰夹杂，这类夹杂物能中断基体金属的连续性，在切削时促使断屑形成小而短的卷曲半径，而易于排除，减少刀具磨损，降低加工表面粗糙度，提高刀具寿命。通常钢的被切削性随钢中硫含量的增多而增高。但钢的纵向和横向的力学性能差别大，横向塑、韧性差，疲劳及耐蚀性能也有所降低。钢中硫含量过高时，会导致热脆性，对钢的热加工造成困难，恶化钢的力学性能。通常硫含量为0.08%～0.30%，有的可提高到0.4%，易切削工具钢和不锈钢中的硫含量均应在0.06%～0.10%之间，磷多与硫复合加入钢中，通常磷含量在0.04%～0.12%，磷固溶于铁素体中会提高硬度和强度，降低韧性，使切屑易于折断和排除，从而获得良好的加工表面粗糙度，但磷含量过高会显著降低塑性，提高硬度，反而对钢的切削性起有害作用。

二、铅易切削钢

铅在钢中呈细小金属颗粒形态，均匀分布或附着于硫化物的周围。由于铅的熔点较低，切削时融熔渗出起润滑作用，降低摩擦，提高切削性，但并不影响常温力学性能。钢中铅含量一般在0.10%～0.35%。因为铅的比重大，如含量过高，容易引起严重的偏析并形成大颗粒夹杂物，反而降低铅对切削加工的有利作用。铅和硫复合加入低碳结构钢中，改善钢材被切削的效果更为显著。

三、钙易切削钢

钢中钙与铝、硅结合形成低熔点的复合氧化物(主要是CaO·Al2O3·SiO2)，高速切削时，钙系氧化物附着于切削工具表面起润滑和减摩作用，从而提高刀具的使用寿命。如果同时含硫、铅等元素，它们的复合作用会使切削效果更好。80年代以来随着切削工具的改进，在钙易切削钢上涂有T|N涂层的工具，对于工具费用高的滚齿刀、插齿刀等齿轮加工工具，有显著效果。

四、硒、碲、铋易切削钢

碲、铋含量约为0.03%～0.10%，硒的含量可达0.15%。硒以硒化物如FeSe、MnSe等形态存在于钢中，其作用与硫相似，对于既要求高的切削性，又要求较好塑性的钢，在钢中加硒要比硫好。碲可单独加入，也可与铅或硫同时加入钢中，形成复合夹杂物，以降低切削抗力和切削热，使切屑容易排除，显著提高钢的切削性，得到良好的加工表面粗糙度，不过加碲后会使钢的塑性、韧性稍有降低。硒和碲一般多用于合金钢。铋在钢中的作用与铅相似，呈细小的金属颗粒夹杂物，均匀分布或附着于硫化物周围。

五、其它易切削钢

其他元素对钢切削性的影响在易切削钢中除上述易切削元素外，其他元素也对钢的切削性有一定影响：

(1)碳。钢中碳含量的高低与钢材的切削性能有关。碳含量过低，组织中会出现大量铁素体，钢的硬度和强度很低，切屑易粘着于刀刃上形成刀瘤，加之切屑是撕裂断落，使切削性下降，加工表面粗糙度很高。碳量过高，组织中珠光体量增多，硬度及强度提高，使切削抗力增大，切削性变坏。易切削结构钢中碳含量以0.15%～0.25%为宜。

(2)锰。钢中锰与硫形成硫化锰夹杂，使切屑易于断裂，改善钢的切削性，还能消除或减弱因硫所引起的热脆性。因此，在易切削钢中应保证锰含量在0.60%～1.60%之间，并保持适当的Mn/S的比值。

(3)硅和铝。硅和铝都对钢的切削性起有害作用。硅部分固溶于铁素体中，提高钢的硬度，使切削加工困难。而且硅在钢中与氧结合形成硬度较高的氧化硅夹杂物，使刀具的磨损增加，使用寿命降低。故易切削钢中硅含量宜低。铝一般作为脱氧剂加入钢中，大部分与氧结合生成细小脆硬的氧化铝夹杂，增加刀具的磨损。硅和铝加入钢中还会降低钢的氧含量，使硫化物夹杂呈细长条状分布，恶化钢的切削性。

(4)氧和氮。氧在钢中一般是有害的，因为它降低钢的力学性能，但易切削钢中氧含量增高，会使硫化物呈纺锤形分布，改善钢的切削性。氮虽能提高钢的强度，但增加脆性，切削加工时会形成短碎的断屑。钢中含微量氮(≤0.002%)时对切削性和工件表面质量起有利作用，但含量过高时，钢的强化作用增大，对刀具寿命不利。

生产工艺

生产工艺易切削钢可在各种炼钢炉中冶炼，但低碳的硫易切削钢宜用转炉冶炼，硫的合金化是在盛钢桶或熔池中加入硫或硫化铁进行的，所用锰铁以低硅和低碳者为宜。如无特殊要求，应尽量降低钢中硅含量，以改善钢的切削性，并要进行充分脱氧，防止产生发纹。在冶炼过程中产生的硫、铅等有害气体，必须用强力通风装置排除，并应有防治污染环境等设施处理。易切削钢中含硫较高时，会有热脆倾向，不利热加工，应予注意。冷加工时力求外形尺寸精确，表面质量良好，以改善在自动机床上切削加工性能。

展望

随着机械构件致密化的发展、也出现了要求亚微（米）水平非常高的加工精度的构件，这种高水平的加工精度，在冷加工成形时，由于微妙的残余应力的影响是很难得到满足的，因此，大多采用切削/研削加工成形方法，可以认为易切削不锈钢作为能够胜任这种精密加工要求的不锈钢，今后将担任着重要的任务。

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