CN100338237C - 马氏体不锈钢和炼钢方法 - Google Patents

马氏体不锈钢和炼钢方法 Download PDF

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Abstract

一种加工钢材的方法，包括把至少一部分钢熔体进行电渣重熔，在其后的步骤中，把钢加热到至少相同于重熔钢中形成的所有碳化物要溶解的最低温度，以及低于重熔钢的零值延性转变温度，并在该温度下保持足够时间，以溶解重熔钢中的长度大于15微米的一次渗碳体和聚集的渗碳体颗粒。还公开了一种新型马氏体不锈钢，该钢含有：0.65～0.70碳、0～0.025磷、0～0.20硫、0.20～0.50硅；至少一种大于0.0004的硼和大于0.03的氮；0.45～0.75锰、12.7～13.7铬以及0～0.50镍。

Description

马氏体不锈钢和炼钢方法
              与本申请有关的交叉文献
没有适当的；
                 联邦政府资助研究
没有适当的。
技术领域和本发明的工业应用性
本发明针对马氏体不锈钢。更详细地说，本发明针对的马氏体不锈钢，可通过适当处理，制造成一种适于剃须刀片生产的显微组织。本发明还针对把马氏体不锈钢加工成一定规格并具有适于剃须刀片制造的显微组织的方法。
发明背景
因为剃须过程使刀片钢与潮湿接触，所以，当然要选择不锈钢用作剃须刀片。剃须刀片通常是由不锈钢卷材制造的，该钢卷材已被轧制成非常薄的规格(小于2.54×10-4m(10密耳))，并且切割成适当的宽度。把卷成的钢带开卷，锐化、淬火，适当地涂层以及焊接到刀片支承体上，以便它可以对着皮肤进行操作。
用作剃须刀片材料的钢，优选地包括二次渗碳体颗粒，它一般是均匀的球状，具有均匀的小于15μm的尺寸和均匀的分布，当以高放大倍数进行观测时，其浓度为每100平方微米达到约50～200个渗碳体颗粒。如果钢中的二次渗碳体颗粒不是均匀的大小和分布，例如，在剃须刀片生产中进行热处理期间，钢可能变形。热处理中钢的变形被称作“凹状扭曲(dish)”，并且，仅少量的凹状扭曲就使钢材报废。钢最好是基本上无长度大于15微米的一次渗碳体或聚集碳化物。钢基本上无非金属的微夹杂物，以及不含有偏析区、渗碳区或脱碳区，这样也是优选的。一次渗碳体颗粒和非金属微夹杂物，通常是大尺寸，性质脆，并具有对钢基体的低粘合力。因此，在钢锐化期间，它们可能引起“撕裂”。当渗碳体颗粒或杂质从钢中脱出时，在锐化时产生撕裂，在剃须时，能感觉到遗留的锯齿状表面。
除了满足上述显微组织标准以外，用于制作剃须刀片的不锈钢还必须满足个别剃须刀片生产厂商所确定的另外的品质和重量的标准，并证明适于剃须。某种这些另外的标准，在钢带样品经制造者改性后进行评价，这种改性包括锐化边缘、另外的马氏体(即，增加硬度)以及非金属涂层布。
剃须刀片通常是从某种高碳型420不锈钢带制造(420型钢具有的标称组成是：最低碳量0.15，最高镁量1.00，最大硅量1.00和铬12.0～14.0，全部以重量百分数计)。可用作剃须刀片材料的420型钢必须具有可加工满足上述显微组织要求的化学组成。该钢还必须能加工成均匀的薄规格的带，通常是7.62×10-5m～1.02×10-4m(3～4密耳)的厚度，均匀的宽度，并没有明显的表面缺陷或边缘微裂。因为钢带通常是由重达数千磅的钢锭制造的，在加工过程中，全部厚度降低必须达到7.62×10-5m～1.02×10-4m(3～4密耳)，这是极端困难的。需要达到薄规格的最终材料同时还需要满足上述其他要求时，必然使材料的加工复杂化，并且限制了适当的热化学和加工制度的布置。
因此，需要一种把420型和其他不锈钢加工成均匀的薄规格，同时满足上述显微组织标准的方法。也还需要改进马氏体不锈钢合金，以表明对剃须刀片使用的适用性。
发明概述
本发明是通过提供一种把马氏体不锈钢加工成一种规格，并具有适于用作剃须刀片材料的显微组织及其他性质的方法而满足上述要求。该方法包括：使至少一部分马氏体不锈钢的熔体经受电渣重熔(ESR)处理的步骤。在ESR处理步骤后，把钢加热到至少相同于钢中可生成的所有碳化物要熔解的最低温度，以及低于钢的零值延性转变温度。把钢在这个温度保持足够时间以使所有大于15μm长的一次渗碳体颗粒都熔于钢中。然后，进行热处理，通过一系列加热和冷却轧制步骤，把钢轧制成所要求规格的钢带(通过用于制作剃须刀片是小于2.54×10-4m(10密耳))。在冷轧步骤至使钢中适当重结晶冷加工结构之间钢可进行退火并抑制在冷轧制中的破裂或不可接受的微裂。
本发明的方法可用于，例如，具有420型马氏体不锈钢化学组成的钢，特别是良好适应的420型不锈钢，该钢至少包括下列成分，全部以重量百分率表示：
0.65～0.70碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.20～0.50硅；
0.45～0.75锰；
12.7～13.7铬；
0～0.50镍；和
伴生的杂质。
本发明还针对某些新型马氏体420型不锈钢，它形成本发明的一部分，并且至少包括下列组成，全部以重量百分率计：
0.65～0.70碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.20～0.50硅；
至少一种选自大于0.0004的硼和大于0.03的氮；
0.45～0.75锰；
12.7～13.7铬；
0～0.50镍；和
伴生的杂质。
这种钢通过本发明的方法可有利地加工成基本上无单个的和集聚的长度大于15μm的一次渗碳体的微组织，并且每100平方微米区域内有平均50～200个二次渗碳体颗粒，它是通过高放大倍数观测到的。
具体地说，本发明第1项，提供一种马氏体不锈钢，全部基于钢总重的重量百分数；其含有，
0.65～0.70碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.20～0.50硅；
至少一种大于0.0004到至多0.006％(重量)的硼和大于0.03到至多0.20％(重量)的氮；
0.45～0.75锰；
12.7～13.7铬；和
0～0.50镍。
第2项.一种马氏体不锈钢，全部基于钢总量的重量百分数，其含有大于0.45到至多0.70的碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.30～0.45硅；
至少一种大于0.0004到至多0.006％(重量)的硼和大于0.03到至多0.20％(重量)的氮；
0.45～0.75锰；
13.0～14.5铬；
0～0.50镍。
第3项.第1～2项中任一项的马氏体不锈钢，其中，该钢不含有长度大于15微米的一次渗碳体和聚集的碳化物。
第4项.第1～2项中任一项的马氏体不锈钢，其中，当放大8000x观测时，钢在每100平方微米面积含有平均50～200个二次渗碳体颗粒。
第5项.一种制造钢材的方法，该法包括：
提供一种具有420型不锈钢的化学组成的钢；
采用电渣重熔处理以使钢的至少一部分熔化以提供一种重熔钢的钢锭；
把至少一部分重熔钢的钢锭加热到至少相同于重熔钢中形成的所有碳化物将要溶解的最低温度，以及不高于重熔钢的零值延性转变温度，并且在该温度下保持足够时间，以使重熔钢中的长度大于15微米的一次渗碳体和聚集渗碳体颗粒充分溶解。
第6项.第5项的方法，其中，采用电渣重熔处理使该钢的至少一部分熔化，包括：
提供一种含有熔渣的容器；
在该容器内使钢与熔渣接触；
通过包括至少钢和熔渣的回路通电，通过电阻以加热钢和熔渣，以及在它与熔渣的接触点熔化钢，从而生成重熔钢的许多液滴；和
使许多重熔钢液滴通过加热的熔渣。
第7项.第5项的方法，其中，加热至少一部分重熔钢，包括：把至少一部分重熔钢加热到至少1260℃。
第8项.第5项的方法，其中，加热至少一部分重熔钢，包括：把至少一部分重熔钢加热到不高于1315.5℃。
第9项.第5项所述的方法，其中，加热至少一部分重熔钢，包括：至少一部分重熔钢在温度至少1260℃和不高于1315.5℃下至少加热2小时。
第10项.第9项中所述的方法，其中，加热至少一部分重熔钢，包括：将至少一部分重熔钢在温度至少1260℃和不高于1287.8℃下加热。
第11项.第5项的方法，其中，提供一种包括提供的不锈钢在内的钢，全部基于钢总量的重量百分数，含有
至少0.15碳；
不大于1.0的锰；
不大于1.0的硅；和
12.0～14.0的铬。
第12项.第11项的方法，其中，提供一种包括提供的不锈钢在内的钢，全部基于钢总量的重量百分数，含有
0.65～0.70碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.20～0.50硅；
0.45～0.75锰；
12.7～13.7铬；和
0～0.50镍。
第13项.第12项的方法，其中，提供一种包括提供的不锈钢在内的钢，该钢全部基于钢总量的重量百分数；基本含有：
0.65～0.70碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.20～0.50硅；
0.45～0.75锰；
12.7～13.7铬；
0～0.50镍；和
伴随的杂质。
第14项.第12和13项中任一项的方法，其中，该钢还可含有至少一种大于0.0004％到至多0.006％(重量)的硼和大于0.03％至多0.20％(重量)的氮。
第15项.第14项的方法，在加热至少一部分重熔钢以后，还可含有：
把厚度降低到小于2.54×10-4m的规格。
第16项.第14项的方法，其中，降低钢的厚度，包括对钢施加多次压缩和多次退火。
第17项.第14项所述的方法，在加热至少一部分再熔钢之前还含有：
把至少一部分重熔钢加热至1218℃～1246℃(2250+/-25°)和在该温度下至少保持1小时；
热轧至中间规格；和
退火以消除应力。
第18项.一种制备钢材的方法，该法包括：
提供一种具有420型不锈钢化学组成的钢；
通过电渣重熔处理熔化至少一部分钢，以提供一种重熔钢的钢锭；
轧制钢锭，以降低钢链厚度至少50％；和
把重熔钢的至少一部分加热到至少相同于重熔钢中所形成的所有碳化物要溶解的最低温度，以及不高于重熔钢的零值延性转变温度，并且，在该温度下保持足够时间以使长度大于15微米的一次渗碳体和集聚渗碳体颗粒溶解在重熔钢中。
第19项.第18项的方法，其中，加热至少一部分重熔钢包括：在温度至少1260℃和不高于1315.5℃下加热至少一部分重熔钢至少2小时。
第20项.第18项的方法，其中，采用电渣重熔处理熔融至少一部分钢，包括：
提供一个含有熔渣的容器；
在该容器内使钢与熔渣接触；
经包括至少钢和熔渣的回路通以电流，通过电阻加热钢和熔渣，并在其与熔渣的接触点熔化钢，从而形成许多重熔钢的液滴；和
使许多重熔钢液滴通过加热的熔渣。
读者在参考下列本发明的详细描述的具体实施方案，可以理解本发明的上述细节及优点以及其他。读者还可以在使用本发明时也可理解这些附加的细节和本发明的优点。
附图的简单说明
通过参考下列附图，可更好地理解本发明的特点和优点。
图1是钢水RV 1662材料在最终退火后在刚达到7.62×10-5m(0.003英寸)以下厚度的样品的显微照片(1500x)。
图2是剃须刀片生产工业中使用的常规材料样品的显微照相(1500x)。
图3是从钢水RV 1663加工成7.62×10-5m(0.003英寸)规格的材料样品的SEM显微照片(8000x)。
图4是从钢水RV 1664加工成7.62×10-5m(0.003英寸)规格的材料样品的SEM显微照片(8000x)。
图5是从钢水RV 1665加工成7.62×10-5m(0.003英寸)规格的材料样品的SEM显微照片(8000x)。
图6是从钢水RV 1666加工成7.62×10-5m(0.003英寸)规格的材料样品的SEM显微照片(8000x)。
图7是用于制造剃须刀片的常用不锈钢样品的SEM显微照片(8000x)。
图8是由热轧制的钢带规格再轧制到7.62×10-5m(0.003英寸)的轧制热的057867材料的样品的SEM显微照片(8000x)；以及
图9是本发明用于生产具有适于用作剃须刀片材料的显微组织的马氏体不锈钢的方法的概略示图。
本发明实施方案的说明
本发明针对适于制作剃须刀片的不锈钢带的生产方法。这种钢带的特征包括上述均匀的薄规格(小于2.54×10-4m(10密耳))和显微组织和其他性质。加工时，钢带最好具有一种显微组织，该显微组织基本上没有非金属微夹杂物和大的(大于15微米)一次渗碳体和聚集碳化物。该钢带还可优选包括一般的均匀分布的小的二次渗碳体和没有表面脱碳，以及该钢带必须保持精确的尺寸容许偏差(例如，对规格、宽度、凹状扭曲和翘曲的容许偏差是非常严格的)。通常，420型马氏体不锈钢可用于制作剃须刀片。420型钢一般含有0.2～0.4％(重量)的碳，而当用于制作剃须刀片时，可以含有显著更高的碳量。
本发明人研究的中心是高碳含量的420型不锈钢，其具有的基本化学组成和目标化学组成示于表1。
                                   表1
  元素   C   Mn   Si   P   S   N   B   Cr   Ni   Fe
  基本化学组成   0.65-0.70   0.45-0.75   0.20-0.50   0.025(最大值)   0.020(最大值)   -   -   12.7-13.7   0.50(最大值)   其余部分
  目标化学组成   0.675   0.70   0.40   LAP*   LAP*   0.025   -   13.0   0.10   其余部分
通过试验以确定方法参数(温度、时间等)，该参数对于溶解大量的一次渗碳体和在表1所示的基本化学组成的钢中产生均匀的二次渗碳体分布是必须的。进一步研究，试图确定加工方法，以便把表1所示基本化学组成材料的钢锭轧制到约7.62×10-5m(0.003英寸)规格，同时避免过度的边缘微裂以及保持通过高温处理而达到的有利的显微组织。制备具有表1基本配方的420型不锈钢的两种22.68kg(50磅)VIM钢水(钢水RV1661和RV1662)，它具有表2所示的实际化学组成。
                                        表2
  钢水   C   Mn   Si   P   S   N   B   Cr   Ni   Fe
  RV1661   0.65   0.66   0.43   0.005   0.0038   0.028   0.0004   13.16   0.12   其余部分
  VR1662   0.69   0.71   0.39   0.006   0.004   0.021   0.0002   13.07   0.13   其余部分
用RV1661钢水浇铸钢锭，冷却至室温，然后在热轧前再加热至1260℃(2300)3小时的温度-时间(T.A.T)。从RV1662钢水浇铸的钢锭要在热状态下运输，再加热，并在把其冷却至室温前轧制成3.556×10-3m(0.140英寸)的钢带。虽然从RV1611钢水浇铸的钢锭的显微组织含有许多大的碳化物，但从RV1662钢水得到的热钢带样品却没有。在其被加热至1260℃(2300)后，保持3小时T.A.T，然后，轧制成3.556×10-3m(0.140英寸)热钢带，RV1661材料的显微组织与RV1662钢水材料的显微组织相同。因此，于1260℃(2300)的三小时热处理中溶解存在于空气冷却的钢锭中的一次渗碳体，以及适当的解决了热钢带中大量的一次渗碳体保留的问题。
从RV1661和RV1662钢水材料制成的3.556×10-3m(0.140英寸)热钢带的显微组织是由脱碳的马氏体外层和主要含有奥氏体和含有15～20％的马氏体以及假定是碳化物的晶界相的内层所构成。因此，把从RV1662钢水得到的热钢带的部分，通过缓慢加热该部分至760℃(1400)、于该温度下保持10小时和缓慢冷却而进行装箱退火。该步骤使材料中的奥氏体和马氏体分解成铁氧体和碳化物。把装箱退火的热钢带加以喷砂和酸洗，以除去表面氧化铁皮。在冷轧时产生明显的边缘微裂，因此，在热钢带已修整边后重复冷轧以及于760℃(1400)进行2分钟T.A.T退火。在这条件下，该材料可从热钢带成功地冷轧成1.5×10-3m(0.060英寸)。短的退火步骤，可明显降低冷轧至1.5×10-3m(0.060英寸)材料时边缘微裂的程度。然后，把冷轧成1.5×10-3m(0.060英寸)的材料进行边的修整，再次于760℃(1400)T.A.T退火2分钟，并冷轧成6.1×10-4m(0.024英寸)。把该6.1×10-4m(0.024英寸)材料进行边缘修整和退火，冷轧至2.29×10-4m(0.009英寸)，加以边缘修整与退火，以及，最终冷轧成7.62×10-5m(0.003英寸)和退火。进行最终退火的7.62×10-5m(0.003英寸)材料的显微组织，示于放大1500x的图1。材料中的一次渗碳体在1260℃(2300)均热3小时期间已溶解，而在轧制到最终规格的每个步骤时材料中的二次渗碳体颗粒均匀保留并均匀分布，当用于剃须刀片制造时性质对避免断裂和撕裂有重大意义。最终规格的材料的洁净度也是可接受的。7.62×10-5m(0.003英寸)规格(图1)的显微组织，与工业用于剃须刀片生产的普通不锈钢样品的显微组织(图2)相比是适宜的。从RV1661和1662钢水制成的材料，用放大8000倍观察，每100平方微米面积，平均含有187(RV1661)和159(RV 1662)的渗碳体颗粒。以同样的方法测量，计数一般材料的平均渗碳体颗粒是168。因此，本发明人推断，可使用高温再加热到至少约1260℃(2300)和低于钢材的固相线温度，可达到适于剃须刀片制作的显微组织。在其后的用于促进冷轧而不使钢带破裂的较低温度的消除应力退火对通过1260℃(2300)再加热所达到的显微组织没有实质性的影响。
对钢锭的生产和在工业规模轧机的轧制也进行了评价。按表3所示的目标和实际化学组成，用VIM制备6350kg(14000磅)熔体(熔体0507876)。虽然VIM被用于生产熔体，可以理解任何其他的适于制造钢水的方法(例如，氩-氧脱碳)都可使用。
                                           表3
  C   Mn   P   S   Si   Cr   Ni   Al   Mo   Cu   Ti   N   Pb   Sn   B   Cb
  实际值   0.69   0.59   0.011   0.005   0.46   13.05   0.13   0.01   0.01   0.01   0.002   0.021   0.0007   0.004   0.0004   0.003
  目的值   0.68   0.65   0.012   LAP   0.3   13.1   0.1   LAP   LAP   LAP   LAP   0.025   LAP   LAP   LAP   LAP
用钢水浇铸2个3175kg(7000磅)钢锭。一个3175kg(7000磅)钢锭，在676.7℃(1250)进行消除应力退火6小时T.A.T。然后，把该钢锭进行电渣重熔(ESR)处理，以除去夹杂物和增加钢锭内的均匀性。ESR包括在一个开底式精炼槽内使需精炼材料的电极与熔渣接触。电流通过一个包括电极和熔渣回路并加热两者。材料在与加热过的熔渣接触点熔化，熔化的材料液滴通过熔渣并被收集。当它通过以及接触加热的导电熔渣时，材料被精炼。通常ESR装置的基本构件包括：电源、电极给料机构、开底式水冷却容器和熔渣。所用的具体熔渣类型取决于需精制的特定的合金。ESR处理是人所熟知的并广泛应用，对于任何一种特定的金属或合金所必须的操作参数，易于由本领域技术人员确定。因此，ESR装置的结构状态或操作方式、或者用于特定合金的具体操作方法就没有必要进一步讨论。
用于现有方法的ESR处理，是降低钢锭内的偏析以及使钢锭快速冷却，由此，限制了钢锭中形成的一次渗碳体的大小。碳化物愈小，则愈易于在低于钢锭材料固相线温度的温度下溶解。由ESR处理产生的钢锭，直径达到0.33m(13英寸)。虽然使用ESR，但其他合适的再熔技术，例如，真空电弧再熔也可以使用。
电渣重熔钢锭，在676.7℃(1250)进行消除应力退火8小时的T.A.T。消除应力退火降低钢锭内的剩余应力，防止板坯的龟裂。优选的是，消除应力退火是在不高于钢锭中碳化物粗化的温度下进行。切下经过退火的钢锭端头，将钢锭重量降低约25％。把切下来的端头进行氧化铁皮热处理，这将有效地溶解一次渗碳体，以及在钢锭中适当分配二次渗碳体。然后，把经过退火的钢锭再在1232+/-14℃(2250+/-25°)，加热至少1小时的T.A.T，以及热轧成截面0.15×0.84m(6×33英寸)的板坯大小。再加热低于材料的固相线温度，以便防止糊状物出现。然后，把板坯于676.7℃(1250)进行8小时T.A.T的消除应力退火。接着，把退火的板坯进行12号磨料的外形研磨，以除去表面氧化铁皮，以及通过研磨除去任何边缘缺陷。
使用端头样品的试验，预先从0.15m(6英寸)板坯切取的，试验表明，在1260℃(2300)～约1315.5℃(2400)的温度范围内，优选在1260℃～1287.8℃(2300～2350)，采用至少3小时T.A.T，足以使一次渗碳体溶于轧制热材料的大钢锭中(453.6kg(1000磅)或更大)。可以认为，该温度范围也可用于使碳化物溶于任何420型不锈钢的大钢锭中。更一般地说，本发明人推断，在任何合金大钢锭中的一次渗碳体，通过把钢锭加热到至少相同于钢锭中可生成的所有碳化物进行溶解的最低温度以及不高于钢锭材料的零值延性转变温度，可以适当的溶解。对特定材料的这种温度的测定，由普通的技术人员不用过分努力就可完成。把钢锭在该温度下保持足够时间，以适当溶解碳化物，让材料经受高于零值延性转变温度以上的温度，则通常将含有使材料满意的进行轧制的太多的液体。材料的零值延性转变温度是，当材料的样品处于下列条件下的张力时，其材料伸长为零(即，没有伸长，而材料被破坏)：0.11m(4.25英寸)长、6.35×10-3m(0.25英寸)直径的材料圆棒，以55.6℃(100)/秒加热至试验温度，在该温度下保持60秒钟，以0.13m(5英寸)/秒的十字头分离速率拉至破裂。
零值延性转变试验是在由057876钢水获得的0.33m(13英寸)钢锭的材料上并在零值延性转变试验温度1232.2℃(2250)、1246.1℃(2275)、1260℃(2300)和1287.8℃(2350)下进行。试验表明，对0.33m(13英寸)钢锭材料来说，零值延性转变温度约为1204.4℃(2200)。然而，在0.33m(13英寸)钢锭被破裂成0.15m(6英寸)的板坯后，则可在1287.8℃(2350)再加热后进行热轧。这些结果表明，通过轧制来降低钢锭厚度，能使零值延性转变温度增加。这点是重要的，因为作为非常一般的近似方法，在现有方法中，碳化物溶解步骤的温度上升27.8℃(50)，在用于溶解一次渗碳体所需的温度-时间减少50％。因此，在1204.4℃(2200)，溶解一次渗碳体需要令人十分不满的长时间。把钢锭破碎成厚度约为其50％的板坯，降低零值延性转变温度，则可使碳化物溶解步骤在实质上的较高温度下以明显短的时间进行。
把钢水057876的材料0.15m(6英寸)板坯放入再加热炉，在1287.8℃(2350)再加热3小时T.A.T，然后，直接热轧成3.048×10-3m～3.175×10-3m(0.120英寸～0.125英寸)厚度并成卷。在运输的棒材阶段取样，当材料达到约2.54×10-2m(1英寸)厚度时，用SEM进行分析。既未检出一次渗碳体或碳化物的大聚集体，也未发现很多夹杂物的存在。这就证明，在至少约1287.8℃(2350)的温度下保持3小时，足以使一次渗碳体溶于被加工材料的显微组织中。在碳化物溶解热处理期间，在晶粒界产生液化作用，但这个事实对材料的热轧和热轧带钢的质量并无负影响，其表明某些初期熔融量是可以允许的。对较大的碳化物来说T.A.T有效于适当的溶解一次渗碳体将更长。碳化物的大小通常是随着钢锭大小的增加而增大，这是因为在凝固期间，较大的钢锭冷却更慢。
另外，把3.048×10-3m～3.175×10-3m(0.120英寸～0.125英寸)材料卷，在746℃(1375)炉子内进行装箱退火48小时。优选的是，炉温不应超过760℃(1400)，以避免碳化物粗化，以及，在746℃(1375)时的T.A.T至少10小时。卷材必要时可进行边缘修整，以避免在冷轧制时边部裂纹和破裂，然后，于746℃(1375)再进行装箱退火总计36小时。如同上述装箱退火一样，温度最好不超过760℃(1400)。虽然采用装箱退火，但是，线性退火也可以使用并且可加速进程。然后，把退火的卷材喷砂和酸洗，以除去表面氧化铁皮和腐蚀层。为了把材料轧制成所要术的0.003的规格，在线性退火步骤后使用连续增加的冷轧步骤，并必要时通过边缘修整以去除微裂。
ESR步骤被认为是与上述碳化物溶解再加热步骤相结合的步骤，以除去显微组织中的几乎全部一次渗碳体颗粒，以及在大的钢锭(453.6kg(1000磅)或更重)中产生适当的二次渗碳体的大小、形状、分布和浓度。电渣重溶步骤不仅提高了钢锭的纯度，而且提供一种更均匀的，其磷和其他组分偏析都低的均匀钢锭。可以相信，通过ESR步骤达到的降低的碳偏析，将使材料中一次渗碳体的大小减小。因此，ESR处理提供一种有利于纯度和均匀性的增加并可抑制一次渗碳体的生长。较小尺寸的一次渗碳体，在1260℃～1287.8℃(2300～2350)的再加热步骤，在短的T.A.T时，更容易溶解。虽然上述方法利用了VIM和ESR来制造一种纯钢锭，但是，人们可以相信，AOD和ESR法可以被取代，即以低成本大容量、在最终卷材中，具有可比较的微夹杂量和一次渗碳体来取代。
使用以本发明的方法加工成薄规格的另一种化学组成的420型钢，研究测定对显微组织的影响。制备四种22.68kg(50磅)VIM钢锭(RV 1663～1666)的高碳420型材料，它具有表1所示基本化学组成(少数几个除外)以及具有改性的硼和氮量，它具有表4的化学组成。一个主要目的是评价在具有表1基本化学组成的420型材料中添加硼及/或氮对一次渗碳体含量的碳化物分布的影响。另一个化学组成包括氮的添加及/或硼的添加，其添加量大于这些元素所预期的最大剩余杂质量。对于普通的420型材料来说，氮和硼的预期的最大剩余杂质量分别是0.02％(重量)和0.0004％(重量)。其他三个改变的化学组成包括大于0.03～约0.20％重量的氮。改变的化学组成的每一个含有至少0.0004％(重量)～约0.006％(重量)的硼。表1中的基本化学组成和列于表4的RV 1661钢水的化学组成，是用于与另一种化学组成的钢水进行比较。
                                                             表4
  C   Mn   Si   P   S   N   B   Cr   Ni
  基本化学组成   0.65-0.70   0.45-0.75   0.20-0.50   0.025(最大值)   0.020(最大值)   -   -   12.7-13.7   0.50(最大值)
  RV1661   0.650   0.66   0.43   0.005   0.0038   0.028   0.0004   13.16   0.12
  RV1663   0.655   0.64   0.31   0.004   0.0038   0.0220   0.0051   13.33   0.14
  RV1664   0.651   0.63   0.38   0.005   0.0050   0.1325   0.0004   13.24   0.14
  RV1665   0.458   0.61   0.38   0.006   0.0047   0.168   0.0006   13.37   0.14
  RV1666   0.568   0.67   0.33   0.005   0.0042   0.137   0.0041   14.13   0.13
把由改性化学组成的钢水所形成的钢锭冷却至室温。研磨钢锭以制备进行热加工，然后，装于982℃(1800)的炉子内。该炉子的温度增加到1121℃(2050)，最终达到1260℃(2300)固定点。如上所述，本发明人确定，在1260℃(2300)固定点的温度，一次渗碳体将溶解在钢锭内。在增加到1260℃(2300)固定点温度以前，炉温稳定在982℃(1800)和1121℃(2050)之间的温度。另一个化学组成的钢锭于1260℃(2300)保持2小时，以使一次渗碳体溶解在钢锭中。采用一系列的轧制步骤，把0.15m(6英寸)宽的片料热轧成3.81×10-3m(0.150英寸)规格的热钢带，必要时以1260℃(2300)进行中间再加热，以防止轧制时材料的破裂以及降低轧制机上的应力。在达到3.81×10-3m(0.150英寸)的目的规格后，把热钢带进行空气冷却，然后，每一个热钢带通过把含有该钢带的箱子放入260℃(500)的炉子内，而在氮气氛中进行装箱退火。以27.8℃(50)/小时的速率使炉温升至760℃(1400)，并于该760℃(1400)保持10小时。10小时完成后，以41.7℃(75)/小时的速率使箱子冷却至260℃(500)，然后，再次冷却至室温。把装箱退火的热钢带进行边的修整和退火(760℃(1400)，2分钟T.A.T)。然后，把边已修整和退火的热钢带进行轻微的喷砂和酸洗，然后，冷轧1.5×10-3m(0.060英寸)、6.1×10-4m(0.024英寸)、2.29×10-4m(0.009英寸)，最后达到7.62×10-5m(0.003英寸)的规格。在每个冷轧步骤的中间，钢带要进行修边，然后于760℃(1400)的空气中退火2分钟T.A.T。
把从每个改良的化学组成的RV 1663～RV 1666制成的7.62×10-5m(0.003英寸)的最终规格的钢带，于760℃(1400)进行最终退火2小时，并制备用于金相检验。把金相样品于10-10-10混合酸内浸蚀3秒钟，用Nikon Epiphot金相仪进行检验。另一个样品，用Murikami浸蚀液浸蚀45秒，用菲利普1L XL 30 FEG扫描电子显微镜进行测定。铸造的显微组织的检测揭示，由RV 1663和RV 1664钢水的钢锭中所形成的一次渗碳体，其大小类似于RV 1661钢水中所形成的一次渗碳体(大多数直径小于1微米)。在RV 1665和RV 1666钢水的钢锭中所形成的一次渗碳体小于RV 1663和RV 1664钢水的钢锭中所形成的一次渗碳体，可能部分地是由于RV 1665和RV 1666钢水的碳含量较低。
SEM也可用于比较由RV 1663～1666钢水(分别示于图3～6)制成的7.62×10-5m(0.003英寸)钢带样品的显微组织、具有一般的高碳马氏体420型不锈钢剃须刀片毛坯(图7)样品的显微组织和由热轧钢带轧制成的7.62×10-5m(0.003英寸)的轧制熔炼(057876钢水)的材料的显微组织(图8)。一般的马氏体不锈钢近似的化学组成是0.8Mn、0.2P、0.4Si、13.3Cr、0.1Ni、0.03Mo、0.006Cb、0.001Ti、0.0006B、0.7C、0.002S和0.028N2，(均以重量百分数计)。表5列出对放大8000x的图像的每个样品，所测得的每100平方微米面积中的渗碳体颗粒的平均数。表5还列出对RV 1661和RV 1662材料的渗碳体颗粒数。实验是和热轧熔炼材料的显微组织全部具有与一般的马氏体不锈钢显微组织，就二次渗碳体大小、形状和碳化物分布的均匀性方面的良好的可比较性，而每个实验样品的碳化物浓度接近于一般材料计算得到的浓度。
                                                               表5
  材料   轧制加工的轧制钢水057867   通用材料   RV1661   RV1662   RV1663   RV1664   RV1665   RV1666
  每100平方微米的平均碳化物数   141   168   187   159   179   154   153   194
从改性钢水RV 1663～1666制得的样品的上述分析表明，硼和/或氮的含量是在改进钢水目标量之内(上述残余元素和高至0.20％(重量)的氮，及/或上述残余元素和高至0.006％(重量)的硼)，实质上对二次渗碳体浓度、大小、形状或分布没有负影响，以及实质上对用本发明研究方法所制成的材料中，不增加一次渗碳体的含量。因此，可以相信，硼及/或氮浓度大于一般剃须刀片材料的量，是适于制作剃须刀片的。
考虑上述实验室和热轧钢水的结果以及材料的加工，其方法概略示于图9，当应用于马氏体不锈钢时，例如420型钢时，可以用于制造适于剃须刀片生产的显微组织。尤其是，具有420型化学组成的熔体可以采用VIM、AOD或其他合适的方法来制备，并且浇铸成钢锭。在随后的步骤中，把钢锭进行电渣重熔，以降低材料中的一次渗碳体的大小，以及，更一般地说，降低钢锭内碳的偏析和移动。ESR还增大钢锭的纯度和增加钢锭的均匀性。在ESR后面的步骤中，把材料加热至接近材料的零值延性转变温度到材料的固相线温度的范围内。把材料在该温度下保持必要的时间，以基本上使所有的一次渗碳体和团聚碳化物都溶解。合理的时间将随钢锭大小而变化，如果最大允许的一次渗碳体颗粒大小变化，则时间和温度也可能改变。优选的是，钢在该温度下至少保持约2小时。如果材料用于制作剃须刀片，则在高温碳化物溶解步骤之后依次有热轧和冷轧步骤。在轧制时，必要时通过边缘修整和退火的组合而隔开冷轧步骤以防止破裂和过大的裂纹。在轧钢试验中应用时，在高温碳化物溶解步骤之前，有1个或多个热轧步骤以达到中间板坯的厚度。在钢加工工艺中必要时可使用表面研磨、酸洗、修边和其他步骤。
因此，本发明提供一种制备420型不锈钢的方法，该钢的显微组织基本上没有一次渗碳体和集聚的一次渗碳体，并具有的二次渗碳体的大小、形状和分布都适于制作本文所述的剃须刀片。本发明还提供一种由420型钢水或其他马氏体不锈钢制备不锈钢带，其规格适于制作剃须刀片的方法(一般是小于2.54×10-4m(10密耳))。虽然结合具体实施方案描述本发明，但是，本领域的一般技术人员，通过对上述说明的考虑和理解，可使用许多本发明的改进和变化。特别是，本发明方法的上述实施例所必要应用有限量的合金化学组成，但是，可以相信，把该法，例如，可应用于任何420型马氏体不锈钢，可得到基本相同的结果。本发明所有这种改变和改进，都包括在说明书和下面的权利要求书中。

Claims (20)

1.一种马氏体不锈钢，全部基于钢总重的重量百分数；其含有，
0.65～0.70碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.20～0.50硅；
大于0.0004到至多0.006％重量的硼和大于0.03到至多0.20％重量的氮中的至少一种；
0.45～0.75锰；
12.7～13.7铬；和
0～0.50镍。
2.一种马氏体不锈钢，全部基于钢总量的重量百分数，其含有
大于0.45到至多0.70的碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.30～0.45硅；
大于0.0004到至多0.006％重量的硼和大于0.03到至多0.20％重量的氮中的至少一种；
0.45～0.75锰；
13.0～14.5铬；
0～0.50镍。
3.权利要求1～2中任一项的马氏体不锈钢，其中，该钢不含有长度大于15微米的一次渗碳体和聚集的碳化物。
4.权利要求1～2中任一项的马氏体不锈钢，其中，当放大8000x观测时，钢在每100平方微米面积含有平均50～200个二次渗碳体颗粒。
5.一种制造钢材的方法，该法包括：
提供一种具有420型不锈钢的化学组成的钢；
采用电渣重熔处理以使钢的至少一部分熔化以提供一种重熔钢的钢锭；
把至少一部分重熔钢的钢锭加热到至少相同于重熔钢中形成的所有碳化物将要溶解的最低温度，以及不高于重熔钢的零值延性转变温度，并且在该温度下保持足够时间，以使重熔钢中的长度大于15微米的一次渗碳体和聚集渗碳体颗粒充分溶解。
6.权利要求5的方法，其中，采用电渣重熔处理使该钢的至少一部分熔化，包括：
提供一种含有熔渣的容器；
在该容器内使钢与熔渣接触；
通过包括至少钢和熔渣的回路通电，通过电阻以加热钢和熔渣，以及在它与熔渣的接触点熔化钢，从而生成重熔钢的许多液滴；和
使许多重熔钢液滴通过加热的熔渣。
7.权利要求5的方法，其中，加热至少一部分重熔钢，包括：把至少一部分重熔钢加热到至少1260℃。
8.权利要求5的方法，其中，加热至少一部分重熔钢，包括：把至少一部分重熔钢加热到不高于1315.5℃。
9.权利要求5所述的方法，其中，加热至少一部分重熔钢，包括：至少一部分重熔钢在温度至少1260℃和不高于1315.5℃下至少加热2小时。
10.权利要求9中所述的方法，其中，加热至少一部分重熔钢，包括：将至少一部分重熔钢在温度至少1260℃和不高于1287.8℃下加热。
11.权利要求5的方法，其中，提供一种包括提供的不锈钢在内的钢，全部基于钢总量的重量百分数，含有
至少0.15碳；
不大于1.0的锰；
不大于1.0的硅；和
12.0～14.0的铬。
12.权利要求11的方法，其中，提供一种包括提供的不锈钢在内的钢，全部基于钢总量的重量百分数，含有
0.65～0.70碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.20～0.50硅；
0.45～0.75锰；
12.7～13.7铬；和
0～0.50镍。
13.权利要求12的方法，其中，提供一种包括提供的不锈钢在内的钢，该钢全部基于钢总量的重量百分数；基本含有：
0.65～0.70碳；
0～0.025磷；
0～0.020硫；
0.20～0.50硅；
0.45～0.75锰；
12.7～13.7铬；
0～0.50镍；和
伴随的杂质。
14.权利要求12和13中任一项的方法，其中，该钢还含有大于0.0004％到至多0.006％重量的硼和大于0.03％至多0.20％重量的氮中的至少一种。
15.权利要求14的方法，在加热至少一部分重熔钢以后，还含有：
把厚度降低到小于2.54×10-4m的规格。
16.权利要求14的方法，其中，降低钢的厚度，包括对钢施加多次压缩和多次退火。
17.权利要求14所述的方法，在加热至少一部分再熔钢之前还含有：
把至少一部分重熔钢加热至1218℃～1246℃和在该温度下至少保持1小时；
热轧至中间规格；和
退火以消除应力。
18.一种制备钢材的方法，该法包括：
提供一种具有420型不锈钢化学组成的钢；
通过电渣重熔处理熔化至少一部分钢，以提供一种重熔钢的钢锭；
轧制钢锭，以降低钢锭厚度至少50％；和
把重熔钢的至少一部分加热到至少相同于重熔钢中所形成的所有碳化物要溶解的最低温度，以及不高于重熔钢的零值延性转变温度，并且，在该温度下保持足够时间以使长度大于15微米的一次渗碳体和集聚渗碳体颗粒溶解在重熔钢中。
19.权利要求18的方法，其中，加热至少一部分重熔钢包括：在温度至少1260℃和不高于1315.5℃下加热至少一部分重熔钢至少2小时。
20.权利要求18的方法，其中，采用电渣重熔处理熔融至少一部分钢，包括：
提供一个含有熔渣的容器；
在该容器内使钢与熔渣接触；
经包括至少钢和熔渣的回路通以电流，通过电阻加热钢和熔渣，并在其与熔渣的接触点熔化钢，从而形成许多重熔钢的液滴；和
使许多重熔钢液滴通过加热的熔渣。
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