CN102337461B - 一种高硬度马氏体不锈钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高硬度马氏体不锈钢，其成分质量百分比含量为：C0.28～0.40、Si≤1.0、Mn≤2.0、P≤0.03、S≤0.01、Cr14～16、N0.06～0.15、Mo≤1.5、V≤0.15，余量为Fe和不可避免的杂质。采用本发明的成分设计得到的马氏体不锈钢具有高硬度的同时具有良好的耐蚀性能。

Description

一种高硬度马氏体不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属材料及其加工方法，特别是涉及一种高硬度马氏体不锈钢及其加工方法。

背景技术

马氏体不锈钢是一类特殊的不锈钢，其组织、性能可以通过不同的热处理改变。它们经退火后的主要组织为铁素体和碳化物，具有较低的强度、硬度和良好的塑性。经高温奥氏体化后空冷下来时主要组织为马氏体组织，具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性能，主要用于制造各类刀具、螺栓、气轮机叶片等。通常马氏体不锈钢硬度提高主要是通过在钢中增加碳含量来实现的，然而较高的碳含量对于改善材料的耐腐蚀性能是不利的。人们为了在得到高硬度的同时获得良好的耐蚀性，一方面通过在钢中加入氮、钒、钨等合金元素保证材料热处理后具有高硬度，另一方面加入铬、钼、铜等合金元素提高材料的耐腐蚀性能。

如美国专利US 4180420通过在钢中加入钨的含量来提高材料的高温硬度。然而，该钢种中的C含量过高，导致其耐腐蚀性降低。又如美国专利US 6086686利用增加碳、氮的含量来获得高硬度，并通过加入铬、钼提高耐蚀性。然而，其耐腐蚀性能仍未满足使用的需要。

因此，亟需一种高硬度高耐腐蚀性的马氏体不锈钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬度马氏体不锈钢，具有高硬度和优良耐蚀性。

为实现上述目的，本发明所提供的马氏体不锈钢，其成分质量百分比含量为：C 0.28～0.40、Si≤1.0、Mn≤2.0、P≤0.03、S≤0.01、Cr14～16、N 0.06～0.15、Mo≤1.5、V≤0.15，余量为Fe和不可避免的杂质。

此外，本发明还提供了上述不锈钢的制造方法，依次包括：冶炼、热轧、退火、冷轧、最终退火、热处理。

优选地，所述热轧包括加热和终轧。

优选地，所述退火为罩式炉退火，其温度为800-900℃。

优选地，所述冷轧包括中间退火，其温度为725-825℃。

优选地，所述最终退火温度为725-825℃。

优选地，所述加热的温度为1100-1250℃。

优选地，所述终轧的温度为950℃以上。

下面将进一步说明本发明。

本发明采用低碳高合金的成分设计。钢坯或连铸坯在1100～1250℃温度范围内加热，使材料的成分、组织均匀化，在950℃以上完成终轧，在奥氏体区轧制可以使钢坯或连铸坯有足够的延展性，而较高温度下的轧制可以使材料有较低的轧制变形抗力。热轧后的材料需要在800～900℃温度范围内进行退火，在这一温度区间内退火可以使碳化物析出均匀细小，可以获得较低的硬度、较高的延伸率。对热轧退火钢板进行冷轧，冷轧过程中可以进行中间退火，然后在725～825℃的温度进行冷轧最终退火，退火后材料具有较低的硬度值，有利于后续的加工。

以下将本发明成分的设计进行说明：

碳：碳主要用于使不锈钢热处理后得到马氏体结构。碳含量越高热处理后材料的硬度越高，如果碳含量低于0.28％则材料得不到足够的硬度；碳易于与碳化物形成元素形成碳化物，碳含量高于0.40％时使耐腐蚀性能下降。因此碳的含量设定在0.28～0.40％。

硅：硅是主要作为脱氧剂加入到钢中的，同时硅也是一种合金元素，起着固溶强化作用，同时在提高抗高温氧化性能方面硅也有明显的作用。但是，钢中硅含量高延展性变差，因此从提高铁素体不锈钢的可加工性考虑，其含量应该不大于1.0％。

锰：锰既是脱氧元素又是固溶强化元素能显著提高钢的强度。但锰含量过高使材料的退火软化困难，其含量应该不大于2.0％。

磷：磷是有害元素，因此根据生产控制水平尽量地降低。

硫：硫也是一种有害元素，不仅硫化物会产生热脆而且会降低耐蚀性，通常硫的含量控制在低于0.01％以避免硫的有害作用。

铬：为了保证不锈钢的耐蚀性，铬含量控制在14～16％，铬含量过高时，成本提高。

氮：氮是奥氏化形成元素，有助于得到高温奥氏体组织，并在热处理后得到马氏体组织。氮是一种间隙原子具有固溶强化作用能够提高热处理硬度，同时氮还有利于改善材料的耐点蚀性能。为了充分发挥其有利作用，并在生产过程中不析出氮的含量设定在0.06～0.15％。

钼：钼可以稳定不锈钢钝态表面氧化膜进而提高耐点蚀性。但是钼含量超过1.5％时，生产成本明显增加，因而钼的含量控制在≤1.5％。

钒：钒是强碳、氮化物元素，钢中的钒析出温度较高，可以细化晶粒，而且钒先于铬与碳、氮结合，可以抑制碳的偏析，有利于提高组织均匀性和耐蚀性。但是，钒的含量过高时，钒的氮化物会长大并使加工性能恶化。钒含量控制在≤0.15％。

与现有马氏体不锈钢相比，本发明具有以下有益效果：

(1)生产成本低；

(2)工艺易于控制；

(3)具有高的硬度和良好的耐蚀性能。

具体实施方式

在常压下冶炼得到化学成分如表1所示的A、B、C、D、E、F、G、H试验钢，其中A、B、C、D、E符合本发明钢成分要求为实施例，F为典型的3Cr14钢，G为5Cr15MoV钢，H为5Cr15钢。针对表1各实施例和对比例的成分，采用表2的工艺热轧、冷轧、退火，得到的性能如表2所示。点蚀电位的测定依据GB/T17899-1999不锈钢点蚀电位测量方法进行，实验温度为30℃±1℃，实验溶液为3.5％NaCl经99.9％以上的高纯氮气除氧0.5小时，所用试样用水砂纸打磨至800#砂纸，无水乙醇去除油脂，试验参数以20mV每分钟的扫描速率扫描至电流值增大到500uA。

表1实施例和对比例的化学成分(wt％)

表2实施例和对比例的工艺和性能

实施例的硬度≤250HV，较低的硬度便于材料进一步加工生产；实施例经过常规的1050℃正火热处理后的硬度可以达到≥58HRC，高于3Cr14钢，与5Cr15MoV钢、5Cr15钢的硬度相当。实施例经过正火热处理后的点蚀电位高于3Cr14钢、5Cr15钢、5Cr15MoV钢，点蚀电位越高说明材料在耐点蚀性能越好。由此可知，本发明所述的马氏体不锈钢具有高硬度的同时具有良好的耐蚀性能。

Claims (8)

1.一种高硬度马氏体不锈钢，其成分质量百分比含量为：

C：     0.28～0.40

Si：    ≤1.0

Mn：    ≤2.0

P：     ≤0.03

S：     ≤0.01

Cr：    14～16

N：     0.06～0.15

Mo：    ≤1.5

V：     ≤0.15

余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述不锈钢的制造方法，依次包括：冶炼、热轧、退火、冷轧、最终退火、热处理。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述热轧包括加热和终轧。

4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述退火为罩式炉退火，其温度为800-900℃。

5.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述冷轧包括中间退火，其温度为725-825℃。

6.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述最终退火温度为725-825℃。

7.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述加热的温度为1100-1250℃。

8.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述终轧的温度为950℃以上。