一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料及其制备方法。

背景技术

常用的拉链纽扣等零部件所用的材料为304不锈钢或316不锈钢，其均属于奥氏体型不锈钢，奥氏体型不锈钢是无磁或弱磁的，因此在用作拉链纽扣的使用材料时，无需再经过消磁处理，能够降低生产成本，同时可以避免在缝纫过程中导致断针或停针的问题。然而奥氏体型不锈钢是亚稳定态的，在退火状态后属于单一奥氏体组织状态，不带有磁性，但是在经过冷加工、变形(如冲压、拉伸、轧制等)候部分奥氏体组织会发生马氏体相变而带有磁性，根据变形量的大小而造成磁性的强弱不一，因此要想获得不带有磁性的不锈钢，则需要增强奥氏体不锈钢的稳定性，尽量保证奥氏体单一组织的状态。

Ni元素作为形成奥氏体的主要成分，因此成为许多不锈钢材料的必备选择，但是由于Ni元素价格昂贵，使得生产成本较高。

根据有关研究表明，奥氏体形成能力＝Ni％+30C％+30N％+0.5Mn％+0.25Cu％，由这个公式可以看出，C元素和N元素的奥氏体形成能力是Ni元素的30倍，但是C元素不宜过多，否则耐蚀性会变差，因此可通过N元素、Mn元素来替代Ni元素，从而增强不锈钢的奥氏体形成能力，提升奥氏体组织的稳定性，避免奥氏体不锈钢在加工变形中发生马氏体转变而形成磁性相。

通常不锈钢在制备过程中经多种工艺处理后会存在加工硬化的现象，而使得机械加工性能较差，这对拉链纽扣应用来说是非常不利的，会导致在变形过程中发生开裂等现象。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料及其制备方法，所述不锈钢为完全奥氏体型，在变形过程中不会发生马氏体相变，不会生成磁性相，并且不含Ni成分，可以大大降低成本。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料，按照重量百分比计，所述不锈钢包括以下成分：C：0.01～0.05％；Si：0.1～0.5％；Mn：13～18％；Cr：15～25％；N：0.5～0.95％；Cu：1.0～1.8％；B：0.001～0.006％；余量为Fe。

作为一种优选的方案，按照重量百分比计，所述不锈钢包括以下成分：C：0.02～0.04％；Si：0.15～0.4％；Mn：12.5～16％；Cr：16～23％；N：0.6～0.85％；Cu：1.1～1.5％；B：0.002～0.006％；余量为Fe。

一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量配比称各成分，将称取好的金属成分分别置于装有酒精的烧杯中进行超声清洗10min，采用吹风机冷风吹干；

(2)将准备好的各原料通过真空熔炼炉进行熔炼，将其反复熔炼8-15次得到铸锭；

(3)将熔炼得到的铸锭进行锻造；

(4)将锻造后的工件进行退火处理；

(5)将退火后的工件进行不同变形量的冷轧，得到轧制工件；

(6)将轧制工件进行固溶处理，保温后进行淬火处理。

作为一种优选的方案，所述在锻造之前，需要将所述铸锭先加热到1200-1230℃，保温1h-3h。

作为一种优选的方案，所述锻造的终锻温度不低于1050℃。

作为一种优选的方案，所述退火处理的温度为1050-1100℃，退火时间为3-4h。

作为一种优选的方案，所述冷轧的条件为室温25-30℃，每次轧制的厚度变形量为10％。

作为一种优选的方案，所述固溶处理的温度范围为1100-1150℃，所述固溶处理的时间为2-6h。

作为一种优选的方案，所述退火处理和所述固溶处理采用真空或保护气体的环境，所述保护气体为氩气或氦气。

作为一种优选的方案，所述淬火处理的介质为水或油。

有益效果：

(1)本发明的不锈钢为完全奥氏体型，在加工变形过程中不会产生马氏体相变，不会产生磁性相。

(2)本发明的不锈钢不含Ni元素，采用C、N、Mn和Cu元素作为稳定奥氏体组织的主要元素，大大降低原材料的成本。

(3)采用锻造和冷轧工艺改善不锈钢的机械加工性能，通过固溶处理消除加工硬化，并通过淬火处理保证奥氏体组织的单一性。

(4)本发明的不锈钢具有低硬度、易加工和无磁性等特点，非常适用于拉链纽扣行业使用。

具体实施方式

结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本发明所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本发明中提供的任何定义不一致，则以本发明中提供的术语定义为准。

在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本发明的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料，按照重量百分比计，所述不锈钢包括以下成分：C：0.01～0.05％；Si：0.1～0.5％；Mn：13～18％；Cr：15～25％；N：0.5～0.95％；Cu：1.0～1.8％；B：0.001～0.006％；余量为Fe。

在一些优选的实施方式中，按照重量百分比计，所述不锈钢包括以下成分：C：0.02～0.04％；Si：0.15～0.4％；Mn：12.5～16％；Cr：16～23％；N：0.6～0.85％；Cu：1.1～1.5％；B：0.002～0.006％；余量为Fe。

采用上述各成分的理由如下：

碳C：作为有效的奥氏体相的稳定化元素，可以有助于提高弹性特性的元素，但是碳会导致不锈钢的耐腐蚀性能降低，如果含量过多出现固溶碳，则会破坏不锈钢的可加工性，因此控制碳的重量百分比为0.01～0.05％。

硅Si：对奥氏体不锈钢具有提高耐氯化物腐蚀的作用，但Si元素是抑制奥氏体形成的元素，加入的量过多会使不锈钢的力学性能变差，因此控制Si的重量百分比为0.1～0.5％。

铬Cr：是奥氏体不锈钢的主要合金元素，首先它能够提高N在钢中的溶解度；另外可以在不锈钢表面形成富铬的氧化膜，有效提高不锈钢耐腐蚀性能。

氮N：是强烈的奥氏体形成和稳定元素，可以扩大相图中奥氏体的范围，有助于合金保持非磁性。

锰Mn：是钢中强烈的奥氏体化元素，但其形成奥氏体的能力远小于Ni，在奥氏体不锈钢中加入大量锰的主要目的是与Cr元素共同提高N在钢中的溶解度，并且和N元素协同作用获得单一的奥氏体组织。

铜Cu：是奥氏体相的稳定化元素，并且是用于赋予可加工性的有效元素，如果加入的Cu过量导致超过固溶度上限则会削弱可加工性，因此将Cu的重量百分比定在1.0～1.8％。

硼B：可以提高对钢的淬透性和韧性。

本发明的另一方面提供了一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按重量配比称各成分，将称取好的金属成分分别置于装有酒精的烧杯中进行超声清洗10min，采用吹风机冷风吹干；

(2)将准备好的各原料通过真空熔炼炉进行熔炼，将其反复熔炼8-15次得到铸锭；

(3)将熔炼得到的铸锭进行锻造；

(4)将锻造后的工件进行退火处理；

(5)将退火后的工件进行不同变形量的冷轧，得到轧制工件；

(6)将轧制工件进行固溶处理，保温后进行淬火处理

在一些优选的实施方式中，所述在锻造之前，需要将所述铸锭先加热到1200-1230℃，保温1h-3h。

通过锻造能使铸造组织中的疏松、气孔压实，把粗大的铸造组织(树枝状晶粒)击碎成细小的晶粒,并形成纤维组织。当纤维组织沿着零件轮廓合理地分布时，能提高零件的机械性能。

在一些优选的实施方式中，所述锻造的终锻温度不低于1050℃。

在一些优选的实施方式中，所述退火处理的温度为1050-1100℃，退火时间为3-4h。

对锻造后的工件进行退火处理是为了消除锻造过程中产生的加工硬化，去除热应力，避免在后续的处理过程中发生开裂的倾向。

在一些优选的实施方式中，所述冷轧的条件为室温25-30℃，每次轧制的厚度变形量为10％。

将工件进行冷轧处理可以有效细化晶粒，从而提升不锈钢的韧性，但冷轧处理后会产生加工硬化，为了消除残余应力、改善组织缺陷以及使组织更加均匀化，将工件进行固溶处理，固溶处理是将合金加热到高温奥氏体区保温一定时间，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后进行淬火处理，使合金从奥氏体状态快速冷却，得到单一的奥氏体组织，从而得到奥氏体型不锈钢。

在一些优选的实施方式中，所述固溶处理的温度范围为1100-1150℃，所述固溶处理的时间为2-6h。

在一些优选的实施方式中，所述退火处理和所述固溶处理采用真空或保护气体的环境，所述保护气体为氩气或氦气。

在一些优选的实施方式中，所述淬火处理的介质为水或油。

实施例

表1为各实施例中不锈钢各成分的重量占比(％)。

表1

实施例1

本实施例涉及一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照表1中实施例1对应的重量配比准确称取各成分，将称取好的金属成分Cr、Cu、Fe、Mn分别置于装有酒精的烧杯中进行超声清洗10min，采用吹风机冷风吹干；

(2)将准备好的各原料通过真空熔炼炉进行熔炼，将其反复熔炼10次得到铸锭；

(3)将熔炼得到的铸锭先加热到1200℃，保温3h即开始锻造；

(4)将锻造后的工件进行条件为1080℃，3h的退火处理；

(5)将退火后的工件在室温下进行厚度变形量为50％的冷轧，每次轧制的厚度变形量为10％，得到轧制工件；

(6)将轧制工件进行条件为1120℃和3h的固溶处理，保温后进行水冷淬火处理。

实施例2

本实施例涉及一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照表1中实施例2对应的重量配比准确称取各成分，将称取好的金属成分Cr、Cu、Fe、Mn分别置于装有酒精的烧杯中进行超声清洗10min，采用吹风机冷风吹干；

(2)将准备好的各原料通过真空熔炼炉进行熔炼，将其反复熔炼12次得到铸锭；

(3)将熔炼得到的铸锭先加热到1220℃，保温2h即开始锻造；

(4)将锻造后的工件进行条件为1100℃，3h的退火处理；

(5)将退火后的工件在室温下进行厚度变形量为50％的冷轧，每次轧制的厚度变形量为10％，得到轧制工件；

(6)将轧制工件进行条件为1150℃和4h的固溶处理，保温后进行水冷淬火处理。

实施例3

本实施例涉及一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照表1中实施例3对应的重量配比准确称取各成分，将称取好的金属成分Cr、Cu、Fe、Mn分别置于装有酒精的烧杯中进行超声清洗10min，采用吹风机冷风吹干；

(2)将准备好的各原料通过真空熔炼炉进行熔炼，将其反复熔炼15次得到铸锭；

(3)将熔炼得到的铸锭先加热到1230℃，保温1h即开始锻造；

(4)将锻造后的工件进行条件为1050℃，4h的退火处理；

(5)将退火后的工件在室温下进行厚度变形量为50％的冷轧，每次轧制的厚度变形量为10％，得到轧制工件；

(6)将轧制工件进行条件为1150℃和5h的固溶处理，保温后进行水冷淬火处理。

对比例1

所述对比例1涉及一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料及其制备方法，与实施例1的区别在于Mn的重量比为10％。

对比例2

所述对比例2涉及一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料及其制备方法，与实施例1的区别在于N的重量比为0.3％。

对比例3

所述对比例3涉及一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料及其制备方法，与实施例1的区别在于Cr的重量比为12％。

对比例4

所述对比例4涉及一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料及其制备方法，与实施例1的区别在于冷轧的厚度变形量为30％。

对比例5

所述对比例5涉及一种拉链纽扣用低硬度易加工的不锈钢材料及其制备方法，与实施例1的区别在于冷轧的厚度变形量为70％。

性能测试：

对本发明实施例1-3及对比例1-5进行力学性能和磁性能进行测试，测试结果见表2。

表2性能测试结果

由表2的测试结果可知，采用本发明提供的化学成分所制备的不锈钢具有优异的力学性能和机械加工性，并且磁导率数值合格，具有稳定的无磁性，由对比例4和对比例5可知不锈钢经过不同冷轧变形量，其仍具有合格的磁导率，表明本发明的不锈钢具有稳定的奥氏体组织，不易发生马氏体相变。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对本领域的技术人员来说，可根据上述说明加以改进和变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。