易切削不鏽鋼是指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質和酸、鹼、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕的鋼。又稱不銹耐酸鋼。實際套用中，常將耐弱腐蝕介質腐蝕的鋼稱為不鏽鋼，而將耐化學介質腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。由於兩者在化學成分上的差異，前者不一定耐化學介質腐蝕，而後者則一般均具有不銹性。不鏽鋼的耐蝕性取決於鋼中所含的合金元素。鉻是使不鏽鋼獲得耐蝕性的基本元素，當鋼中含鉻量達到1.2%左右時，鉻與腐蝕介質中的氧作用，在鋼表面形成一層很薄的氧化膜（自鈍化膜），可阻止鋼的基體進一步腐蝕。
基本介紹
- 中文名：易切削不鏽鋼
- 外文名：Free cutting stainless steel
- 定義：耐化學浸蝕性介質腐蝕的鋼
- 鋼中含鉻量：1.2%左右
- 抗氧化原因：有很薄的氧化膜
- 首創：第一次世界大戰期間
- 專研生產：1932年後
歷史,發展狀況,元素分類,生產工藝,展望,
歷史
第一次世界大戰期間(1914～1918年)，美國人首先發現硫在鋼中對改善切削性的作用，生產出自動工具機用硫系低碳易切削鋼，後來英、蘇、德、日、法等國也相繼生產自動工具機用硫系易切削鋼並逐步使之系列化。硫系易切削鋼的產量大，用途廣，許多新型易切削鋼也是以硫係為基礎發展起來的。約在1932年後，人們受到切削性異常優越的鉛黃銅的啟發，開始研製含鉛的易切削鋼。因鉛有劇毒，當時在冶煉和安全防護等方面的技術問題還沒有解決，直到1937年美國研製出含鉛易切削鋼。1958年，日本引進此種技術並開始研製新的鉛易切削鋼，到1975年日本公布的含鉛易切削鋼專利就有25項之多。前蘇聯是在70年代初才開始生產鉛易切削鋼。
發展狀況
隨著機械切削加工不斷向自動化、高速化和精密化方向發展，對材料的切削性提出更高的要求，於是出現了切削性更佳的鉛一硫複合易切削鋼，又稱為超易切削鋼。此後各種鉛一硫二元和多元複合易切削鋼陸續問世。碲作為易切削元素用於易切削鋼，首先出現在1932年的專利中。1961年美國研製成功一種含碲易切削鋼，它是硫一鉛一碲多元複合易切削鋼，其切削性非常優異，可與易切削黃銅比美。由於硒與碲的性能和作用相近，故經常被交替使用或同時加入鋼中。自60年代起，人們又從另一途徑來研究改善鋼的切削性，即加入某種脫氧元素，以生成所需要的脫氧產物——有利夾雜，在日本將此稱為脫氧調整型易切削鋼。前聯邦德國於1964年首先提出用鈣脫氧的鈣易切削鋼專利，3年後被日本引入並正式生產，它最適於用TiC的硬質合金刀具，進行高速切削，可顯著提高生產率，降低工具消耗。在日本已成為汽車、拖拉機製造業中用量相當大的一種易切削鋼。從60年代後期開始，又研究了加鈦脫氧的易切削鋼。1973年日本首先發表了以鈦脫氧的鈦一硫複合易切削鋼專利，在日本等少數國家已開始試用。
易切削鋼生產發展很快，品種和牌號數量不斷增加，產量逐漸上升。在美國、日本、英國、前聯邦德國、前蘇聯五國易切削鋼標準中，多者有31個鋼號(AISI)，少者有7個鋼號(FOCT)。品種已經擴大到扁鋼和管易。易切削鋼產量以日本最多，增加速度也最快。1965年接近10萬t，到了1985年達到了100萬t左右，其中硫系占64．4%。日本生產的易切削鋼約有40%～46%消耗在汽車製造業，產業機械消耗約10%，家庭用品和其他消耗約6%。中國從20世紀50年代開始生產硫系易切削鋼(主要是低碳自動工具機加工用鋼)，1975年又審訂了易切削鋼的新標準GBl91-75。從70年代起，開始試生產鈣系和鈦系易切削鋼。但是對生產中需要特殊防護，以消除公害的含鉛、硒或碲的易切削鋼，卻一直未正式生產。從1977年開始，中國又研究了含稀土易切削鋼。
元素分類
一、硫易切削鋼
硫在鋼中與錳和鐵形成硫化錳夾雜，這類夾雜物能中斷基體金屬的連續性，在切削時促使斷屑形成小而短的捲曲半徑，而易於排除，減少刀具磨損，降低加工表面粗糙度，提高刀具壽命。通常鋼的被切削性隨鋼中硫含量的增多而增高。但鋼的縱向和橫向的力學性能差別大，橫向塑、韌性差，疲勞及耐蝕性能也有所降低。鋼中硫含量過高時，會導致熱脆性，對鋼的熱加工造成困難，惡化鋼的力學性能。通常硫含量為0.08%～0.30%，有的可提高到0.4%，易切削工具鋼和不鏽鋼中的硫含量均應在0.06%～0.10%之間，磷多與硫複合加入鋼中，通常磷含量在0.04%～0.12%，磷固溶於鐵素體中會提高硬度和強度，降低韌性，使切屑易於折斷和排除，從而獲得良好的加工表面粗糙度，但磷含量過高會顯著降低塑性，提高硬度，反而對鋼的切削性起有害作用。
二、鉛易切削鋼
鉛在鋼中呈細小金屬顆粒形態，均勻分布或附著於硫化物的周圍。由於鉛的熔點較低，切削時融熔滲出起潤滑作用，降低摩擦，提高切削性，但並不影響常溫力學性能。鋼中鉛含量一般在0.10%～0.35%。因為鉛的比重大，如含量過高，容易引起嚴重的偏析並形成大顆粒夾雜物，反而降低鉛對切削加工的有利作用。鉛和硫複合加入低碳結構鋼中，改善鋼材被切削的效果更為顯著。
三、鈣易切削鋼
鋼中鈣與鋁、矽結合形成低熔點的複合氧化物(主要是CaO·Al2O3·SiO2)，高速切削時，鈣系氧化物附著於切削工具表面起潤滑和減摩作用，從而提高刀具的使用壽命。如果同時含硫、鉛等元素，它們的複合作用會使切削效果更好。80年代以來隨著切削工具的改進，在鈣易切削鋼上塗有T|N塗層的工具，對於工具費用高的滾齒刀、插齒刀等齒輪加工工具，有顯著效果。
四、硒、碲、鉍易切削鋼
碲、鉍含量約為0.03%～0.10%，硒的含量可達0.15%。硒以硒化物如FeSe、MnSe等形態存在於鋼中，其作用與硫相似，對於既要求高的切削性，又要求較好塑性的鋼，在鋼中加硒要比硫好。碲可單獨加入，也可與鉛或硫同時加入鋼中，形成複合夾雜物，以降低切削抗力和切削熱，使切屑容易排除，顯著提高鋼的切削性，得到良好的加工表面粗糙度，不過加碲後會使鋼的塑性、韌性稍有降低。硒和碲一般多用於合金鋼。鉍在鋼中的作用與鉛相似，呈細小的金屬顆粒夾雜物，均勻分布或附著於硫化物周圍。
五、其它易切削鋼
其他元素對鋼切削性的影響在易切削鋼中除上述易切削元素外，其他元素也對鋼的切削性有一定影響：
(1)碳。鋼中碳含量的高低與鋼材的切削性能有關。碳含量過低，組織中會出現大量鐵素體，鋼的硬度和強度很低，切屑易粘著於刀刃上形成刀瘤，加之切屑是撕裂斷落，使切削性下降，加工表面粗糙度很高。碳量過高，組織中珠光體量增多，硬度及強度提高，使切削抗力增大，切削性變壞。易切削結構鋼中碳含量以0.15%～0.25%為宜。
(2)錳。鋼中錳與硫形成硫化錳夾雜，使切屑易於斷裂，改善鋼的切削性，還能消除或減弱因硫所引起的熱脆性。因此，在易切削鋼中應保證錳含量在0.60%～1.60%之間，並保持適當的Mn/S的比值。
(3)矽和鋁。矽和鋁都對鋼的切削性起有害作用。矽部分固溶於鐵素體中，提高鋼的硬度，使切削加工困難。而且矽在鋼中與氧結合形成硬度較高的氧化矽夾雜物，使刀具的磨損增加，使用壽命降低。故易切削鋼中矽含量宜低。鋁一般作為脫氧劑加入鋼中，大部分與氧結合生成細小脆硬的氧化鋁夾雜，增加刀具的磨損。矽和鋁加入鋼中還會降低鋼的氧含量，使硫化物夾雜呈細長條狀分布，惡化鋼的切削性。
(4)氧和氮。氧在鋼中一般是有害的，因為它降低鋼的力學性能，但易切削鋼中氧含量增高，會使硫化物呈紡錘形分布，改善鋼的切削性。氮雖能提高鋼的強度，但增加脆性，切削加工時會形成短碎的斷屑。鋼中含微量氮(≤0.002%)時對切削性和工件表面質量起有利作用，但含量過高時，鋼的強化作用增大，對刀具壽命不利。
生產工藝
生產工藝易切削鋼可在各種煉鋼爐中冶煉，但低碳的硫易切削鋼宜用轉爐冶煉，硫的合金化是在盛鋼桶或熔池中加入硫或硫化鐵進行的，所用錳鐵以低矽和低碳者為宜。如無特殊要求，應儘量降低鋼中矽含量，以改善鋼的切削性，並要進行充分脫氧，防止產生髮紋。在冶煉過程中產生的硫、鉛等有害氣體，必須用強力通風裝置排除，並應有防治污染環境等設施處理。易切削鋼中含硫較高時，會有熱脆傾向，不利熱加工，應予注意。冷加工時力求外形尺寸精確，表面質量良好，以改善在自動工具機上切削加工性能。
展望
隨著機械構件緻密化的發展、也出現了要求亞微（米）水平非常高的加工精度的構件，這種高水平的加工精度，在冷加工成形時，由於微妙的殘餘應力的影響是很難得到滿足的，因此，大多採用切削/研削加工成形方法，可以認為易切削不鏽鋼作為能夠勝任這種精密加工要求的不鏽鋼，今後將擔任著重要的任務。
