專利名稱：一種馬氏體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金領(lǐng)域，具體地說，涉及一種馬氏體不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
不銹鋼刀具用鋼應(yīng)當具有高的硬度和良好的耐腐蝕性能，與其他不銹鋼相比，馬 氏體不銹鋼具有硬度高、耐磨損能力強和制造成本低等優(yōu)點，主要用于制造刀剪類五金刀 具。但是，目前常用的2-4Cr 13等普通馬氏體不銹鋼主要依靠在鋼中加入碳元 素來提高鋼 熱處理后的硬度，然而當加入的碳較多時，鋼的耐蝕性相對比較差，當碳含量較少時硬度又 達不到要求，如何使馬氏體不銹鋼同時具有高硬度和良好的耐蝕性一直是倍受關(guān)注的難 題。刀具制造過程中還要求鋼種經(jīng)過退火后的強度、硬度較低，并具有良好的延伸率，以便 于冷軋、剪切等加工，然而隨著碳含量的增加，退火后的冷加工變得困難。為了使鋼種易于 加工，并在熱處理后同時具有高的硬度和良好的耐蝕性，人們針對馬氏體不銹鋼做了不少 研究工作。CN1145644A通過在鋼中加入高碳(0. 15%-0. 40% )來提高硬度，并加入鉬來提高 耐蝕性JP2008163452、EP496350、JP5287456和CN1624182A屬于含氮的馬氏體不銹鋼，其 中JP2008163452和CN1624182A在2Crl3的基礎(chǔ)上降低鋼中的碳、加入一定量的氮來提高 硬度和耐蝕性，EP496350中利用錳提高硬度，并加入鉬、銅提高耐蝕性，JP5287456中除了 加入鉬以外還加入了鎳。然而，在鋼中加入較高的碳含量會使材料的耐腐蝕性能下降；在鋼 中加入鉬、銅等貴金屬可以提高材料的耐腐蝕性能，但會造成原材料成本的增加；氮的加入 雖然也能夠提高材料的硬度，但是氮在常壓高溫鐵素體中固溶度較小，其加入的量是有限 的，因此，單獨依靠氮來提高硬度也受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種馬氏體不銹鋼，其硬度高耐蝕性好，具有良好的加工性 能，生產(chǎn)成本低。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種馬氏體不銹鋼的制造方法，其能夠制造出具有 高硬度、優(yōu)良耐蝕性和良好加工性能的馬氏體不銹鋼。本發(fā)明所提供的馬氏體不銹鋼，其成分質(zhì)量百分比為C 0. 22-0. 30、Si ^ 1. 0、 Mn 1. 0-2. 0、P 彡 0. 030, S 彡 0. 010, Cr 12. 0-15. 0、Ν :0· 070-0. 120, V 0. 02-0. 15，余量 為Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，C質(zhì)量百分比為0. 22-0. 26 ；優(yōu)選地，Cr質(zhì)量百分比為13. 0-14. 0 ；優(yōu)選地，V質(zhì)量百分比為0. 08-0. 15。以下將本發(fā)明合金成分的設(shè)計機理作詳細說明碳碳是提高材料正火熱處理后硬度的主要元素，但碳與鉻反應(yīng)形成化合物，碳含 量越高形成鉻的碳化物的量越多，鉻的碳化物的形成會在鋼中形成貧鉻區(qū)，使鋼的耐蝕性下降，其含量控制在0. 22-0. 30%。硅硅主要作為脫氧劑加入到鋼中，同時硅也是一種合金元素，起著固溶強化作 用，并且在提高抗高溫氧化性能方面硅也有明顯的作用。但是，鋼中硅含量高時延展性變 差，因此從提高馬氏體不銹鋼的可加工性考慮，其含量不應(yīng)大于1.0%。
錳錳既是脫氧元素又是固溶強化元素能顯著提高鋼的強度，加入較高含量的錳 可以提高鋼正火后的硬度，但是錳含量過高不利于提高鋼退火后的加工性，其含量控制在 1. 0-2. 0%。磷磷是有害元素，磷容易在晶界附近偏聚而降低耐蝕性，其含量應(yīng)低于 0. 030%。硫硫也是有害元素，不僅硫化物會產(chǎn)生熱脆而且會降低耐蝕性，通常其含量控制 在低于0. 010%以避免硫的有害作用。鉻為了保證不銹鋼的耐蝕性，鉻含量控制在12. 0-15.0%，鉻含量過高時，生產(chǎn) 成本提高。氮氮是一種間隙原子，具有固溶強化作用，可以提高鋼正火后的硬度。但是過量 的氮會引起鑄坯中因氮氣析出而產(chǎn)生的氣孔，其含量控制在0. 070-0. 120%。釩釩是強碳、氮化物元素，鋼中的釩析出溫度較高，可以細化晶粒，而且釩先于鉻 與碳、氮結(jié)合，可以抑制碳的偏析，有利于提高組織均勻性和耐蝕性。但是釩的含量過高時， 釩的氮化物會長大并使加工性能惡化，其含量控制在0. 02-0. 15%。本發(fā)明所提供的馬氏體不銹鋼可以通過以下方法制造，其包括(1)鋼坯或連鑄坯在1100-1250°C溫度范圍內(nèi)加熱；(2)在900°C以上完成終軋；(3)在800_900°C溫度范圍內(nèi)進行退火；(4)在1000-1200°C溫度范圍內(nèi)進行正火處理。優(yōu)選地，步驟(3)的退火時間為3-30小時；優(yōu)選地，步驟(4)的保溫時間為10-30分鐘。下面進一步說明制造方法的工藝參數(shù)鋼坯或連鑄坯在1100-1250°C溫度范圍內(nèi)加熱，使奧氏體組織均勻化，保證鋼坯或 連鑄坯有足夠的可延展性，另一方面使碳、氮化合物充分溶解，使成分均勻化；在900°C以上完成熱軋終軋，較高的終軋溫度會部分消除加工硬化；然后在800-900°C的溫度范圍內(nèi)退火，使得熱軋后的組織基本上完成再結(jié)晶，完全 消除加工硬化；使得碳、氮化合物充分析出，最大程度軟化材料，有利于材料的加工；通過以上方法生產(chǎn)的鋼在1000-1200°C溫度范圍內(nèi)正火，較高的正火溫度一方面 可以保證材料奧氏體化充分，另一方面使碳、氮化合物充分溶解，在此溫度范圍內(nèi)正火的材 料具有高于56HRC的洛氏硬度值，并具有良好的耐蝕性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點是(1)本發(fā)明提供的馬氏體不銹鋼具有良好的加工性能和高于56HRC的洛氏硬度 值，能夠滿足五金刀具制造的需要，并且還具有良好的耐蝕性，同時該鋼種沒有添加鉬、銅 等貴金屬，生產(chǎn)成本低廉；(2)本發(fā)明提供的馬氏體不銹鋼的制造方法，能夠制造出滿足五金刀具制造要求的馬氏體不銹鋼，并且其中沒有增加額外的生產(chǎn)工序，易于控制。本發(fā)明的馬氏體不銹鋼與現(xiàn)有技術(shù)中類似鋼種的成分對比見表1。表1有關(guān)馬氏體不銹鋼專利的化學(xué)成分比較(wt. % )
具體實施例方式用真空感應(yīng)爐冶煉得到鋼錠，將鋼錠置于加熱爐內(nèi)，以80°C /小時升溫至1250°C， 保溫3. 5小時；然后在900-1200°C溫度范圍內(nèi)鍛打成40mm厚的鋼坯；再熱軋成5mm厚的鋼 板；然后進行熱處理；最后測定性能。實施例和對比例的具體化學(xué)成分、制備工藝和加工性能、硬度和耐腐蝕性分別見 表2-5，其中對比例1、對比例2和對比例3分別是典型的4Crl3、3Crl3和2Crl3鋼；表3 中代表本發(fā)明的實施例A-E，其屈服強度小于370MPa、最大抗拉強度為660MPa、延伸率大于 27. 5%，具有良好的加工性能；表4中實施例A-E正火后的洛氏硬度達到56HRC以上，硬度 值高于2Crl3，并與3Crl3、4Crl3在同一水平；表5是試樣在35°C條件下濃度為3. 5%的 NaCl溶液中的點蝕電位值，實施例A-E的點蝕電位高于3Crl3和4Crl3，即其耐點蝕性優(yōu)于 3Crl3 和 4Crl3。綜合而言，本發(fā)明所提供的馬氏體不銹鋼性能良好，能夠用于制造高硬度、高耐蝕 不銹鋼刀具，而且其具有生產(chǎn)成本低、工藝易于控制等特點。表2實施例和對比例的化學(xué)成分(wt. % ) 表3實施例和對比例的工藝和性能 表5實施例和對比例的點蝕電位
權(quán)利要求
一種馬氏體不銹鋼，其成分質(zhì)量百分比為C0.22-0.30、Si≤1.0、Mn1.0-2.0、P≤0.030、S≤0.010、Cr12.0-15.0、N0.070-0.120、V0.02-0.15，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，C質(zhì)量百分比為0.22-0. 26。
3.如權(quán)利要求1所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，Cr質(zhì)量百分比為13.0-14.0。
4.如權(quán)利要求1所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，V質(zhì)量百分比為0.08-0. 15。
5.如權(quán)利要求1所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，C、Cr和V質(zhì)量百分比為C: 0. 22-0. 26、Cr 13. 0-14. 0 和 V 0. 08-0. 15。
6.如權(quán)利要求1-5任何一項所述的馬氏體不銹鋼的制造方法，包括(1)鋼坯或連鑄坯在1100-1250°C溫度范圍內(nèi)加熱；(2)在900°C以上完成終軋；(3)在800-900°C溫度范圍內(nèi)進行退火；(4)在1000-1200°C溫度范圍內(nèi)進行正火處理。
7.如權(quán)利要求6所述的馬氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，步驟(3)的退火時間為 3-30小時。
8.如權(quán)利要求6或7所述的馬氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，步驟(4)的保溫時 間為10-30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種馬氏體不銹鋼，其硬度高耐蝕性好，具有良好的加工性能，生產(chǎn)成本低廉，其成分質(zhì)量百分比為C0.22-0.30、Si≤1.0、Mn1.0-2.0、P≤0.030、S≤0.010、Cr12.0-15.0、N0.070-0.120、V0.02-0.15，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還公開了所述馬氏體不銹鋼的一種制造方法，該方法沒有增加額外的生產(chǎn)工序，易于控制，包括(1)鋼坯或連鑄坯在1100-1250℃溫度范圍內(nèi)加熱；(2)在900℃以上完成終軋；(3)在800-900℃溫度范圍內(nèi)進行退火；(4)在1000-1200℃溫度范圍內(nèi)進行正火處理。
文檔編號C22C38/24GK101845594SQ200910048200
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者孫全社, 王軍, 秦斌, 顧玉明, 馬永柱 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司