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)明涉及一種用于制造模具、手術(shù)及醫(yī)療器械、刀、剪等的馬氏體不銹鋼及其制造方法，其經(jīng)熱處理后具有良好的機械加工性能及優(yōu)良的耐腐蝕性能。
背景技術(shù)：
與其他類型的不銹鋼相比，馬氏體不銹鋼具有硬度高、耐磨損能力強和成本低等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于模具、刀剪、手術(shù)及醫(yī)療器械等行業(yè)。這些行業(yè)都要求鋼材具有足夠的硬度及耐磨性，對耐蝕性的要求也越來越高，同時成本問題也越來越突出。從成分設(shè)計的角度，傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼(如2Crl3、3Crl3、4Crl3系列)主要通過控制鋼中碳元素含量來控制鋼熱處理后的硬度，當(dāng)要求高硬度時，一般在鋼中加入的碳較多，但同時鋼的耐蝕性也相對比較差；當(dāng)碳含量較少時耐蝕性相對較好，但硬度又達不到要求。為此，人們的通常做法是提高Cr含量或添加Mo來補償高碳帶來的耐蝕性損失，但同時帶來了明顯的成本附加。馬氏體不銹鋼要求鋼經(jīng)過退火后的強度、硬度較低，延伸率較好，以易于冷軋、剪切等加工。然而隨著碳含量的增加，鋼退火后的冷加工變得困難，且易于出現(xiàn)因碳化物條帶組織而誘發(fā)的加工分層缺陷。為了在熱處理后同時具有高的硬度和良好的耐蝕性，并改善馬氏體不銹鋼的加工性，人們針對馬氏體不銹鋼做了不少研究工作。EP1739199A公開了一種用于手術(shù)刀、剃須刀等刀片用馬氏體不銹鋼，是通過在鋼中加入高碳(0.40-0.55% )來提高材料的硬度，并加入一定含量的鑰(1.0-1.5% ) 來提高耐蝕性；但其缺點是由于碳含量過高(> 0.4% )，即便加入了 Mo，其耐蝕性仍然不高。JP2009-203528A、FR2920784A和JP2007-277639A給出了用于紡織行業(yè)和模具行業(yè)的幾種馬氏體不銹鋼，均是在高碳含量的同時加入較高含量的氮來保證硬度。其中 JP2009-203528A通過高鉻當(dāng)量(15-16.6% )來保證耐蝕性，但由于碳含量較高，耐蝕性仍處于接近2Crl3的水平；FR2920784A的C、N含量較高，而Cr含量較低(10-12.4% )，通過加Mo來保證彌補耐蝕性的損失，但耐蝕性亦只能達到接近2Crl3的水平JP 2007-277639A 的所涵蓋的合金成分體系很寬，但其(C+N)的含量要求在0.4%-0.7%之間，這也就限定了其發(fā)明目的主要針對高硬度的馬氏體不銹鋼，同時為了保證耐蝕性滿足要求必須合理選擇 C、N、Cr、Mo等元素的含量，通常要獲得滿意的耐蝕性這些成分體系的成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐蝕性優(yōu)異，同時硬度高、成本效益好的馬氏體不銹鋼的成分和工藝控制范圍，同時退火熱處理后具有良好加工性能，以滿足模具、手術(shù)及醫(yī)療器械、刀剪等行業(yè)的實際需求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種耐蝕性優(yōu)異，同時硬度高、成本效益好的馬氏體不銹鋼，具有以下組成(重量％ ) C 0. 13-0. 23%, Si ( I. 0%, Mn ( I. 0%, P 彡 0. 030%, S 彡 0. 010%, Cr 12. 0-14. 0%, N :0. 070—0. 120%, Ni < I. 0%, Mo :0. 9-1. 5%，余量為 Fe和可避免的雜質(zhì)。其中C和N的含量滿足0. 20%彡C+N彡0. 33%。優(yōu)選地，Si( 0. 32%, Mn ( 0. 85%, S 彡 0. 008%, P 彡 0. 025%, Ni ( 0. 96%, Mo :0. 9-1. 26%。本發(fā)明的上述成分馬氏體不銹鋼具有高于53HRC的硬度值。本發(fā)明的另一個目的是提供上述馬氏體不銹鋼的制造方法。該方法包括鑄造，軋制及熱處理；鑄造的鋼坯或連鑄坯在1100-1250°c溫度范圍內(nèi)加熱，進行軋制并在900°C以上完成終軋，然后在800-900°C溫度范圍內(nèi)進行退火，退火時間4-8小時。正火處理的溫度范圍在1000-1200°C之間，正火時間為2-5小時。優(yōu)選地，經(jīng)過硅鋁脫氧后采用上澆鑄法進行澆鑄得到鋼坯，澆鑄溫度在 1560-1600°C，過熱度 35-450C。優(yōu)選地，在連鑄中，采用結(jié)晶器電磁攪拌，澆鑄溫度在1540_1630°C，過熱度 25-50 0C，拉速為 0. 9-1. 60m/min。優(yōu)選地，在軋制中，加熱溫度為1150_1230°C，保溫時間(分鐘)為(1-1. 5) X板坯厚度，板坯厚度單位為毫米；終軋溫度為950-1000°C。主要化學(xué)元素的作用C :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。碳的含量控制在0. 13-0. 23%。N :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及耐蝕性，但是過量的氮會引起鑄坯中因氮氣析出而產(chǎn)生的氣孔，過少的氮對硬度和耐蝕性的貢獻微乎其微，故氮含量控制在0. 070-0. 120%。C+N :馬氏體不銹鋼鋼的硬度取決于C+N的水平，總含量越高硬度越大，但同時耐蝕性受到的影響也會加大，因此為了保證耐蝕性和硬度的綜合性能，將C+N的含量控制在
0.20-0. 33%。Si :硅主要作為脫氧劑加入到鋼中的，同時硅也是一種合金元素，起著固溶強化作用，同時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，其含量小于1.0%，優(yōu)選為<0.32%。Mn:錳的加入可以增大氮的固溶比，但含量過高會惡化鋼材的耐蝕性以及表面質(zhì)量，而且會影響鋼材退火后的加工性，因此錳的含量控制在小于1.0%，優(yōu)選< 0. 85%。P :磷是有害元素，因此根據(jù)生產(chǎn)控制水平盡量地降低，優(yōu)選為< 0. 025%。S :硫也是一種有害元素，不僅硫化物會產(chǎn)生熱脆而且會降低耐蝕性，通常硫的含量控制在低于0. 010%以避免硫的有害作用，優(yōu)選為< 0. 008%。Cr :為了保證不銹鋼的耐蝕性，鉻含量控制在12. 0-14. 0%，鉻含量過高時，5鐵素體的含量增多，不利于性能；而且生產(chǎn)成本也會提高。Ni :鎳是奧氏體形成元素，可以起到平衡體系的作用；與鉻作用可以對提高耐蝕性有幫助；但含量不宜高，否則成本增加，殘余奧氏體的含量也會增加，因此鎳含量控制在 I %以下，優(yōu)選為0. 86%以下，更優(yōu)選0. 30-0. 86%。Mo :鑰元素提高鋼的淬透性，對耐蝕性的貢獻非常顯著，但含量不能過高，否則會增大鋼的脆性以及S鐵素體的含量，對鋼的組織性能不利，同時成本增加很大，因此鑰含量控制在0. 9-1. 5%，優(yōu)選0. 9-1. 3%。本發(fā)明的工藝過程的影響鋼坯或連鑄坯在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，優(yōu)選950-1000°C，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，退火時間為4-8小時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，正火時間為2-5小時，另一方面使使碳、氮化合物充分溶解，在此溫度范圍內(nèi)正火的材料具有優(yōu)良的耐蝕性和較高的硬度。采用上述成分設(shè)計和工藝控制方法生產(chǎn)的鋼板具有良好的加工性，正火處理后具有優(yōu)良的耐腐蝕性和高硬度，能夠滿足模具、醫(yī)療器械、五金刀具等行業(yè)要求，具有成本低、 工藝易于控制等特點。
具體實施例方式以下通過具體實施例對本發(fā)明進行較為詳細的說明，但這些是示例性的，對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。實施例1-5及對比例1-3的化學(xué)成分如表I所示。表I實施例和對比例的化學(xué)成分(wt. % )
權(quán)利要求
1.一種馬氏體不銹鋼，其重量百分比化學(xué)組成為c:0. 13-0. 23%, Si < 1.0%, Mn < I. 0%, P^O. 030%, S 彡 0. 010%, Cr :12. 0-14. 0%, N :0. 070-0. 120%, Ni < I. 0%, Mo :0. 9-1. 5%，其中C和N的含量滿足0. 20%^ C+N ^ 0. 33%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，Si( 0. 32%, Mn ( 0.85%, S 彡 0. 008%, P ( 0. 025%, Ni ( 0. 96%, Mo :0. 9-1. 26%。
3.如權(quán)利要求I或2所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，具有高于53HRC的硬度值。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的馬氏體不銹鋼的制造方法，包括冶煉、鑄造、軋制以及熱處理；鑄造的鋼坯或連鑄坯在1100-1250°C溫度范圍內(nèi)加熱，進行軋制，并在900°C以上完成終軋；然后進行退火處理，退火溫度為800-900°C，退火時間為4-8小時；再進行正火處理，正火溫度為1000-1200°C，正火時間為2-5小時。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述鋼坯是鋼水經(jīng)硅鋁脫氧或鋁脫氧后進行澆鑄得到，澆鑄溫度在1540-1630°C，過熱度為25-50°C。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的連鑄坯是采用電磁攪拌，在 1540-1630°C溫度，過熱度25-50°C，拉速為0. 9-1. 60m/min下澆鑄得到。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，軋制中加熱溫度為1100-1250°C，優(yōu)選 1150-12300C ;保溫時間為(1-1. 5) X板坯厚度(mm)分鐘；終軋溫度為900°C以上，優(yōu)選 950-1000°C。
8.如權(quán)利要求4-7任一所述的方法制造的馬氏體不銹鋼，具有高于53HRC的硬度值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種馬氏體不銹鋼，其重量百分比化學(xué)組成為C0.13-0.23％，Si＜1.0％，Mn＜1.0％，P≤0.030％，S≤0.010％，Cr12.0-14.0％，N0.070-0.120％，Ni＜1.0％，Mo0.9-1.5％，其中C和N的含量滿足0.20％≤C+N≤0.33％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該鋼的制造包括，鋼坯或連鑄坯在1100-1250℃溫度范圍內(nèi)加熱，進行軋制，并在900℃以上完成終軋；然后進行退火處理，退火溫度為800-900℃，退火時間為4-8h；再進行正火處理，正火溫度為1000-1200℃，正火時間為2-5h。本發(fā)明的馬氏體不銹鋼經(jīng)熱處理后具有良好的機械加工性能及優(yōu)良的耐腐蝕性能，適合用于制造模具、手術(shù)及醫(yī)療器械、刀、剪等。
文檔編號C22C38/22GK102605258SQ201110027268
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者秦斌, 馬永柱 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司