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，特別屬于馬氏體不銹鋼。
背景技術(shù)：
：在生產(chǎn)剪刀、餐刀、五金刀具時經(jīng)常采用Crl3型馬氏體不銹鋼，這類不銹鋼具有較高的強度、硬度，并具有一定的耐蝕性。為了保證馬氏體不銹鋼具有較高的硬度和一定的耐蝕性，2Crl3鋼具有0.16-0.25。/。C(典型2Crl3鋼0.22%C)，12-14%Cr的基本化學(xué)成分。由于鋼中C含量較高，鋼在生產(chǎn)過程中的偏析較嚴(yán)重，耐蝕性相對較差。為保證鋼具有良好耐蝕性，除了在鋼中加入的適量Cr夕卜，還在鋼中加入Ni，有時也加入Mo、Cu，以保證鋼具有高硬度，表l為Crl3型馬氏體不銹鋼的相關(guān)專利。表lCrl3型馬氏體不銹鋼專利的化學(xué)成分比較/wtM<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>加入c的目的是能得到穩(wěn)定的高溫奧氏體相，增加鋼的淬透性，在空冷條件下即可得到馬氏體組織。但是，較高的c對于提高鋼的耐蝕性不利，所以，有時人們加入一定量的奧氏體形成元素N、Ni來代替部分的C，如CN1145644、CN1287184、JP100腦2、CN11624182。鋼中加入Mo、Cu,可以改善鋼的耐蝕性，提高鋼的強度和硬度，增加二次硬化效應(yīng)，Mo還能提高鋼的高溫強度和回火穩(wěn)定性，如CN1145644、JP10018002、EP1739199。但是，加入Ni、Mo、Cu等合金元素后，鋼的成本顯著上升。N的加入對于提高不銹鋼硬度和耐蝕性來說是優(yōu)選的，然而，N在高溫鐵素體中的固溶度很低，N的含量過高時就會在鋼L—S的轉(zhuǎn)變過程中析出，在鋼中留下氣孔，因而在N的合金化過程中，如何控制鋼中的N含量是一個關(guān)鍵點。CN11624182中規(guī)定C的含量為0.120.17%，而N含量為0.060.10%。實際上，N在高溫鐵素體中的固溶度與其他合金元素的含量，特別是C含量有很大的關(guān)系。實踐證明，當(dāng)C含量為O.13時，N含量為0.095。/。左右時就會在鑄坯中形成氣孔；當(dāng)碳含量為O.18%時，N的含量達到0.1iy。時鋼中氣孔仍不明顯。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過提供一種馬氏體不銹鋼及其制造方法，使生產(chǎn)出的馬氏體不銹鋼具備更高的硬度和更好的耐蝕性能，在降低生產(chǎn)成本的同時，可以更好地滿足制造餐刀具對馬氏體不銹鋼的要求。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種馬氏體不銹鋼，包括如下重量百分配比的化學(xué)元素C:0.130.18%，N:0.06(C—0.06)%，且C+N>0.21%，Si《1.00%，Mn《1.00%，Cr:12.0014.00%，P《0.035%，S《0.030%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，所述Cr元素的重量百分配比為13.0014.00%。C:提高鋼的淬硬性及強度。過低的碳會導(dǎo)致鋼的硬度達不到使用要求；過高的碳會增加鋼在連鑄過程中的偏析，同時也會降低鋼的耐腐蝕性能。C含量的合理范圍可以規(guī)定為0.130.18%，同時必須與N的含量有合理的匹配。N:提高鋼的淬硬性及強度，推遲碳化物的析出。當(dāng)?shù)隈R氏體不銹鋼中的含量低于0.06%時作用不明顯。N在馬氏體不銹鋼中的含量主要受N在鐵素體中的固溶度限制，而N在鐵素體中的固溶度與C含量(0.130.18%范圍內(nèi))存在(C一0.06)%的關(guān)系，因此，N的含量可以規(guī)定為0.06(C一0.06)%。在2Crl3鋼中，碳化物的析出溫度較高，析出傾向較大，降低C含量可以降低碳化物的析出溫度，對提高鋼的耐蝕性也有利；N都是強奧氏體化元素，又是提高鋼的耐點蝕能力的重要元素，加入N可以提高鋼的硬度、耐蝕性；N在高溫鐵素體的固溶度與鋼中的C含量有很大的關(guān)系，因此在鋼中加入N時應(yīng)當(dāng)注意與鋼中的C量相匹配，過低的N量會使鋼的淬硬性不夠，N含量過高會導(dǎo)致鋼產(chǎn)生氣孔。C+N:控制鋼中C+N的量主要是為了保證鋼具有較好的淬硬性，使鋼的硬度達到HRC》48的要求。Si:鋼中存在的一種雜質(zhì)元素。當(dāng)Si含量較低時，對鋼的機械性能沒有大的影響，當(dāng)Si含量超過1.00%時韌性劣化。Mn:可在一定程度上提高鋼的淬透性，增加鋼的強度；以MnS的形式固定鋼中的S，而超過1.00%時韌性劣化。Cr:提高鋼的耐腐蝕性能。當(dāng)Cr含量達到12.00%時改善鋼的耐點腐蝕以及縫隙腐蝕性。過度添加Cr會增加生產(chǎn)成本。因此，Cr含量的合理范圍12.0014.00%，為了提高鋼的耐蝕性可以更優(yōu)選為13.0014.00%。P:鋼中的雜質(zhì)元素?？紤]到過多的要求低P量會增加生產(chǎn)成本，其上限可以規(guī)定為《0.035%。S:鋼中的雜質(zhì)元素，惡化耐蝕性，含量越少越好。考慮到過多的要求低S量會增加生產(chǎn)成本，其上限可以規(guī)定為《0.030%。一種馬氏體不銹鋼的制造方法，包括以下步驟(1)連鑄或模鑄；連鑄或者模鑄時要保證鑄坯內(nèi)部成分均勻和表面質(zhì)量良好，模鑄的鋼錠需軋制成鋼坯。連鑄坯和鋼坯需要采用《10。C/min冷卻速度冷卻，這是為了避免馬氏體轉(zhuǎn)變過快引起開裂。(2)熱軋將坯料加熱至1200。C125(TC，保溫至坯料溫度均勻，開軋溫度《1180。C，終軋溫度^980。C，軋后鋼巻自然冷卻，高溫時要避免風(fēng)吹、水淋等激冷方式冷卻。連鑄坯或初軋鋼坯在熱軋前的加熱溫度為1200°C1250°C，一方面可以使碳化物充分的溶解，另一方面可以獲得均勻的奧氏體化組織；開軋溫度《1180。C，終軋溫度》98(TC時可以保證鋼具有良好的軋制性能；鋼巻高溫時避免風(fēng)吹、水淋，以避免馬氏體轉(zhuǎn)變過快引起開裂。(3)常規(guī)退火退火溫度78(TC900。C;熱軋鋼巻經(jīng)780。C90(TC退火后組織為均勻細(xì)小的鐵素體基體和球狀碳化物，這樣一方面保證鋼材有良好的加工性能，另一方面也為正火處理作好準(zhǔn)備。(4)常規(guī)正火正火溫度100(rC115(TC。正火加熱溫度為1000°C1150。C可以使碳化物充分溶解，獲得均勻的奧氏體組織，正火后為馬氏體組織。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果1.本發(fā)明中關(guān)于化學(xué)元素的重量百分配比的設(shè)計可以使馬氏體不銹鋼在鑄造過程中碳化物的偏析較少，同時避免氣孔產(chǎn)生。2.本發(fā)明生產(chǎn)出的馬氏體不銹鋼具備較高的硬度、較好的耐蝕性，更加適合于制作刀具等承受高應(yīng)力且需要有一定耐蝕性的器具或零件。3.本發(fā)明提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。圖1為實施例1的熱軋后鋼的金相圖。圖2為對比例1的熱軋后鋼的金相圖。圖3為實施例1的正火后鋼的組織的金相圖。圖4為對比例1的正火后鋼的組織的金相圖。圖5為4個實施例與對比例1的點蝕電位測定示意圖。圖6為C含量對N在鐵素體中的影響的示意圖。圖7為實施例3的試驗鋼錠圖。圖8為對比例3的試驗鋼錠圖。具體實施例方式經(jīng)冶煉得到成分如表1所述的馬氏體不銹鋼錠，初軋成30mm厚的鋼坯，鋼坯以《10。C/min的速度冷卻至250。C以下；將鋼坯加熱至1230°C，保溫至溫度均勻后進行熱軋；開軋溫度118(TC，終軋溫度100(TC，熱軋得到厚度為8mm的板材。熱軋板材料經(jīng)82(TC退火后備用，部分材料進行正火處理備用。表l本發(fā)明鋼與對比鋼的化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表1中，實驗例14的本發(fā)明鋼種，其成分在規(guī)定的成分范圍內(nèi)，而對比例13為對比鋼，其中對比例1為典型的2Crl3馬氏體不銹鋼。參照表1可以知道，實施例l鋼與對比例l鋼相比，C含量較低，N含量較高，而C十N相差不大。表2為各實施例以及對比例1、對比例2正火后的洛氏硬度值。當(dāng)材料被用作刀具時，一般要求HRC值》48，最好HRC值》50。結(jié)合表1、表2可以知道，當(dāng)鋼中的C+N^0.21%時，鋼在100(TC115(TC的溫度區(qū)間內(nèi)進行正火，硬度全部達到HRC值》48，大部分達到HRC值》50的要求，與對比例1(典型2Crl3鋼)相比，硬度有了明顯提高。相對而言，實施例1的硬度值偏低，這與鋼中C+N的值較低有關(guān)。當(dāng)C+N《0.21。/。時，很難保證鋼正火后的硬度達到HRC值^48，如對比例2鋼中C+N為0.198，其HRC值沒有能夠達到48的要求。因此，在設(shè)計鋼的成分時，應(yīng)當(dāng)注意保證鋼中C+N》0.21%。由表2還可以看出，實施例在95(TC正火時鋼的硬度偏低，這與此溫度下鋼奧氏體化不完全有關(guān)。當(dāng)正火溫度達到IIO(TC時，隨著正火溫度的上升，材料的硬度開始呈下降的趨勢，由變化的趨勢可以看到，當(dāng)材料的正火溫度超過115(TC時很難保證材料的服C值達到48，這是由于從高溫正火冷卻下來時，鋼中存在較多的殘余奧氏體，使鋼的淬硬性下降。由此可見，本發(fā)明鋼的正火處理溫度區(qū)間為10001150°C。由圖1和圖2可以看到，經(jīng)熱軋之后，如圖2中所示，表l對比例l的鋼中存在明顯的條狀鐵素體組織以及顆粒狀碳化物，這種不均勻的組織在長期加熱過程中很難徹底地消除。相比之下，圖1為表1實施例1的鋼的熱軋后組織更均勻，碳化物的析出細(xì)小而均勻，這種組織對于材料的熱處理是相當(dāng)有利的。圖3和圖4是表1實施例1及對比例1經(jīng)105(TC正火后的金相照片，由圖4可以看到，表1對比例1鋼正火后的組織中可以看到明顯的碳化物析出，而在表l實施例l中則看不到明顯的碳化物的析出現(xiàn)象?？梢姡景l(fā)明鋼在正火過程中的析出傾向較小。圖5是表1各實施例及對比例1鋼經(jīng)1050。C正火后在3.5%NaCl(20°C)水溶液中測得的點蝕電位，點蝕電位是衡量鋼的耐點蝕性的重要標(biāo)準(zhǔn)，點蝕電位越高，鋼的耐點蝕性能越好。由圖5可以看出，本發(fā)明鋼種的點蝕電位都高于傳統(tǒng)的2Crl3馬氏體不銹鋼(見表l對比例l)。結(jié)合表l可以發(fā)現(xiàn)，在其他成分基本相同的情況下，隨著本發(fā)明鋼中C含量的增加，鋼的點蝕電位呈下降的趨勢。當(dāng)C含量達到0.18時，鋼的耐蝕性與2Crl3鋼的耐蝕性相近，若C含量繼續(xù)增加，其耐蝕性會進一步降低，因此，為了使本發(fā)明鋼具有較好的耐點蝕能力，鋼中C含量應(yīng)《0.18%。圖6是用Thermercalc計算得到的0.08N-0.53Mn-0.46Si-13.7Cr鋼中C對N在鐵素體中的影響。由圖6可以看出，此成分的鋼在從液態(tài)冷卻下來時，首先發(fā)生L—高溫S鐵素體的凝固過程，而N在高溫5鐵素體中的溶解度較小，且隨著成分的變化而有所不同。由圖6還可以看出，對于成分為0.08N-0.53Mn-0.46Si-13.7Cr的鋼，當(dāng)C<0.15%時鋼從高溫冷卻下來時都會經(jīng)過氣體相析出的區(qū)域，且隨著含碳量的增加，氣體的析出傾向下降。由圖6中的計算可知，當(dāng)OO.15%時，鋼中的含N量可以達到0.08%。在實際冶煉過程中，由于鋼水表面張力、本身壓力的作用，C含量為0.14。/。時即可以使鋼中不產(chǎn)生明顯的氣泡。結(jié)合更詳細(xì)的相圖計算和上面的分析，可以得出，0.13《C《0.18%時，N的固溶度約為(C一O.06)%。表1實施例3和對比例3中的碳含量分別為O.179%和0.142y。，按照以上計算式可以得到它們的N固溶度分別為0.119%和0.082%，在實際的冶煉過程中加入的N分別為0.112%，0.095%。結(jié)果由圖7和圖8可以看出，表1實施例3的鑄錠上未發(fā)現(xiàn)有氣孔，而對比例3的鑄錠上發(fā)現(xiàn)了大量的氣孔。權(quán)利要求1.一種馬氏體不銹鋼，其特征在于包括如下重量百分配比的化學(xué)元素C0.13～0.18％，N0.06～(C—0.06)％，且C+N≥0.21％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，Cr12.00～14.00％，P≤0.035％，S≤0.030％，其余為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，其特征還在于所述Cr元素的重量百分配比為13.0014.00%。3.—種馬氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于包括以下步驟(1)連鑄或模鑄，緩冷；(2)熱軋熱軋前經(jīng)1200。C1250。C加熱，開軋溫度《1180。C，終軋溫度^98(TC，軋后的鋼巻自然冷卻；(3)常規(guī)退火退火溫度78(TC90(TC;(4)常規(guī)正火正火溫度1000°C1150°C。4.如權(quán)利要求3所述的馬氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于所述步驟(1)中，連鑄坯或者初軋坯冷卻速度《l(TC/min。全文摘要本發(fā)明公開了一種馬氏體不銹鋼及其制造方法，其主要特征為包括如下重量百分配比的化學(xué)元素0.13～0.18％C，0.06～(C-0.06)％N，且C+N≥0.21％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，Cr12.00～14.00％，P≤0.035％，S≤0.030％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；制造方法如下1)連鑄或模鑄，鑄后以≤10℃/min冷卻；2)熱軋加熱溫度1200℃～1250℃，開軋溫度≤1180℃，終軋溫度≥980℃，軋后鋼卷自然冷卻；3)780℃～900℃常規(guī)退火；4)1000℃～1150℃常規(guī)正火。本發(fā)明可以在降低生產(chǎn)成本的同時，提高馬氏體不銹鋼的硬度和耐蝕性能。文檔編號C21D8/00GK101372734SQ200710045220公開日2009年2月25日申請日期2007年8月24日優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日發(fā)明者磊何,崔培耀,軍楊,軍王,強王,王治宇,斌秦,鄭皓宇申請人:寶山鋼鐵股份有限公司