CN104838031B - 刀具用不锈钢的中间坯料 - Google Patents

Abstract

提供一种在淬火时以短时间的热处理可实现高硬度化的、碳化物分布优异的刀具用不锈钢的中间坯料。一种刀具用不锈钢的中间坯料，其是实质上为FCC相的热轧后且退火前的刀具用不锈钢的中间坯料，组成以质量％计为C：0.46～0.72％、Si：0.15～0.55％、Mn：0.45～1.00％、Cr：12.5～13.9％、Mo+W/2：0～2.0％、余量由Fe和杂质组成，距离轧制面表面的深度为板厚的1/4的位置处的KAM值为0.5°以上。

Description

刀具用不锈钢的中间坯料

技术领域

本发明涉及用于例如剃刀、切割器、菜刀、小刀等刀具用不锈钢的中间坯料。

背景技术

以往，马氏体类不锈钢作为剃刀、切割器、菜刀、小刀等刀具用材料一直以来被广泛使用。已知尤其是以质量％计包含13％左右的Cr和0.65％左右的C的高碳马氏体类不锈钢的带状材料最适合作为剃刀用的材料。对于用于这种用途的高碳马氏体类不锈钢(以下称为“刀具用不锈钢”。)而言，通常实施淬火回火来使用，使用时要求高硬度。

刀具用不锈钢通常经过以下制造工序来制造。

首先，将原料熔化、铸造来制造坯料。接着，将坯料热轧来制造中间坯料。有时使坯料经过利用热锻、热轧的初轧工序。

接着，对中间坯料进行最初的退火来制造退火材料。进而，对退火材料反复进行仅为必需次数的冷轧和随后的去除应变退火，制造具有目标厚度的冷轧钢带。并且，对冷轧钢带实施淬火回火，制成刀具用不锈钢。

进而，刀具用不锈钢经过开刃、切断等加工工序而成为最终产品。需要说明的是，刀具用不锈钢在市场中的交易通常以退火材料或冷轧钢带中的任一形态进行的情况较多。

在上述刀具用不锈钢中，一直以来提出了使淬火时的热处理能够以短时间达到高硬度的技术的方案。例如，作为代表性的例子，在日本特开平5-39547号公报(专利文献1)中公开了通过控制不锈钢剃刀用钢的碳化物密度，可实现淬火时的短时间热处理化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-39547号公报

非专利文献

非专利文献1：日本机械学会论文集(A册)，2005年，71卷712号P.1722

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，关于刀具用不锈钢的淬火处理时间的缩短化、高硬度化，作为着眼于冷轧钢带的属性的技术，迄今提出了种种方案。

但是，着眼于热轧后且退火前的中间坯料的属性的研究并不多，很难说已充分地阐明了该中间坯料的属性与作为半成品流通的退火后且淬火前的刀具用不锈钢的退火材料的特性以及冷轧钢带的碳化物分布的关系。

因此，由于缺乏关于前述中间坯料应该具有何种属性的见解，存在没有将刀具用不锈钢原本所具有的优异的淬火特性充分发挥的课题。

本发明的目的是提供在淬火时以短时间的热处理可实现高硬度化、碳化物分布优异的刀具用不锈钢的中间坯料。

用于解决问题的方案

本发明人等着眼于影响刀具用不锈钢的淬火性和硬度的碳化物分布与影响该碳化物分布的刀具用不锈钢的中间坯料的关系进行了研究。

首先查明了刀具用不锈钢的中间坯料的属性中的退火前应变量对前述中间坯料退火后的碳化物分布造成影响。

随后发现：在通过实质上为FCC相的刀具用不锈钢的中间坯料的热轧的最终道次使应变残留从而利用SEM-EBSD法得出的KAM值成为0.5°以上的情况下、或者进行X射线衍射时的FCC相的(200)面的半值宽度成为0.3°以上的情况下，能够改善退火后的碳化物分布，从而完成了本发明。

即，本发明是刀具用不锈钢的中间坯料，其是实质上为FCC相的热轧后且退火前的刀具用不锈钢的中间坯料，组成以质量％计为C：0.46～0.72％、Si：0.15～0.55％、Mn：0.45～1.00％、Cr：12.5～13.9％、Mo+W/2：0～2.0％，余量由Fe和杂质组成，距离轧制面表面的深度为板厚的1/4的位置处利用SEM-EBSD法得出的KAM值为0.5°以上。

另外，本发明是距离前述轧制面表面的深度为板厚的1/4的位置处进行X射线衍射时的FCC相的(200)面的半值宽度为0.3°以上的刀具用不锈钢的中间坯料。

发明的效果

使用本发明的刀具用不锈钢的中间坯料制造的刀具用不锈钢在淬火时以短时间的热处理可实现高硬度化，因此最适于尤其是厚度薄的剃刀等用途。

附图说明

图1为示出试验片提取位置和评价面的示意图。

图2为示出本发明的刀具用不锈钢的中间坯料的退火材料的金相组织的一个例子的附图代用照片。

图3为示出比较例的刀具用不锈钢的中间坯料的退火材料的金相组织的一个例子的附图代用照片。

图4为示出本发明的刀具用不锈钢的中间坯料的退火材料的金相组织的一个例子的附图代用照片。

具体实施方式

如上所述，本发明的重要特征是，通过控制退火前中间坯料中的残余应变量来改善中间坯料的退火后的碳化物分布。

首先，针对最具特征的KAM(晶核平均取向，Kernel-Average-Misorientation)值进行说明。

＜利用SEM-EBSD法得到的KAM值为0.50°以上＞

在本发明中，残余应变起着重要的作用。就本发明中规定的KAM值而言，例如，非专利文献1中作为残余应变的测定方法，记载了利用SEM(Scanning-Electron-Microscope)-EBSD(Electron-Backscatter-Diffraction)法(电子背向散射衍射法(扫描电子显微镜-晶体取向分析))而得到KAM值。根据本发明人的研究，确认了具有上述组成的刀具用不锈钢的中间坯料的利用SEM-EBSD法而得到的KAM值与使用前述中间坯料而得到的刀具用不锈钢的退火材料的碳化物分布相关。

具体而言，刀具用不锈钢中间坯料的利用SEM-EBSD法而得到的KAM值不足0.50°时，可称为残余应变少的状态。在其后进行退火的情况下，与残余应变量多的坯料相比，粗大的碳化物变得易于在晶界处析出。其结果，例如在用作刀具时进行的淬火回火后，韧性降低。因此，将利用SEM-EBSD法而得到的KAM值的平均值设为0.50°以上是有必要的。需要说明的是，虽然KAM值越大则残余应变越多是优选的，但是超过2.00°时由残余应变的位置导致的偏差容易变大，因此优选的KAM值的上限为2.00°以下。

接着，针对半值宽度进行说明。

＜X射线衍射中FCC相的(200)面的半值宽度为0.3°以上＞

在本发明中，已知残余应变起着重要的作用，并且半值宽度与残余应变相关。根据本发明人的研究，确认了具有上述组成的刀具用不锈钢的中间坯料进行X射线衍射时的半值宽度与使用前述中间坯料得到的刀具用不锈钢的退火材料的碳化物分布相关。

具体而言，刀具用不锈钢中间坯料进行X射线衍射时的FCC相的(200)面的半值宽度不足0.3°时，可称为残余应变少的状态。在其后进行退火的情况下，与残余应变量多的坯料相比，粗大的碳化物变得易于在晶界处析出。其结果，例如在用作刀具时进行的淬火回火后，韧性降低。因此，将X射线衍射时的FCC相的(200)面的半值宽度设为0.3°以上是有必要的。需要说明的是，虽然半值宽度越大则残余应变越多是优选的，但是超过1.0°时由残余应变的位置导致的偏差容易变大，因此优选的半值宽度的上限为1.0°以下。

＜距离轧制面表面的深度为板厚的1/4的位置＞

在本发明中，前述利用SEM-EBSD法的KAM值的测定、或者进行X射线衍射时的FCC相的(200)面的半值宽度的测定是测定距离轧制面表面的深度为板厚的1/4的位置处。

本发明中的“轧制面”是指，如图1所示，在刀具用不锈钢的中间坯料的轧制时与轧制用辊接触的面。将轧制面侧用于评价的理由是：由于轧制而导入的应变量在厚度方向上是不均匀的，因此通过固定评价面与厚度，从而可以在同一条件下进行评价。

需要说明的是，本发明中距离表面的深度选择为板厚的1/4的位置处是因为：在表面附近，热轧时较大地导入应变而使重结晶产生的晶粒粒径变小，因此不适于KAM值、半值宽度的测定；另一方面，在板厚的中间位置处，最终道次时的压下量少，由有无最终道次带来的应变量之差小于板厚的1/4的位置处，因此难以得出KAM值、半值宽度之差。

另外，关于进行X射线衍射时FCC相的(200)面的半值宽度的测定，也以与前述相同的理由，选择距离表面的深度为板厚的1/4的位置处。这是因为：在表面附近，热轧时较大地导入应变而使重结晶产生的晶粒粒径变小，因此不适于半值宽度的测定；另一方面，在板厚的中间位置处最终道次时的压下量少，由有无最终道次带来的的应变量之差小于板厚的1/4的位置处，因此难以得出半值宽度之差。

需要说明的是，在半值宽度的测定中，选择FCC相的(200)面是因为：在本发明规定的组成的合金系中，前述方位在X射线衍射中处于持有最大强度的峰。由于(200)面以外的峰强度低，因此应变量的差异对半值宽度的影响小于(200)面。因此，测定(200)面的半值宽度是充分的。

接着，针对赋予本发明中规定的基本特性的合金组成进行说明。需要说明的是，各元素的含量为质量％。

＜C：0.46～0.72％＞

将C设为0.46～0.72％是为了达到作为刀具的充分硬度，并且最大限度地抑制铸造/凝固时共晶碳化物的结晶。C不足0.46％时无法得到作为刀具的充分硬度。另外，超过0.72％时，由于其与Cr量的平衡而使共晶碳化物的结晶量增加、成为开刃时刃缺口的原因。优选的C量的下限为0.50％，进而优选为0.65％。另外，优选的C量的上限为0.70％。

＜Si：0.15～0.55％＞

Si作为精炼时的脱氧剂来添加。若想得到充分的脱氧效果，则Si要残留0.15％以上。另一方面，超过0.55％时，成为夹杂物量增加、开刃时刃缺口的原因。因此，Si设为0.15～0.55％。另外，Si具有提高回火软化阻力的效果。将Si添加至0.20％以上时，能够进一步提高硬度。因此，优选的Si量的下限为0.20％。另外，优选的Si量的上限为0.35％。

＜Mn：0.45～1.00％＞

Mn与Si同样地也作为精炼时的脱氧剂来添加。若想得到充分的脱氧效果，则Mn要残留0.45％以上。另一方面，其超过1.00％时热加工性降低。因此，Mn设为0.45～1.00％。优选的Mn量的下限为0.65％。另外，优选的Mn量的上限为0.85％。

＜Cr：12.5～13.9％＞

将Cr设为12.5～13.9％是为了达到充分的耐腐蚀性，并且最大限度地抑制铸造/凝固时共晶碳化物的结晶。Cr不足12.5％时，得不到作为不锈钢的充分的耐腐蚀性；超过13.9％时，成为共晶碳化物的结晶量增加、开刃时刃缺口的原因。优选的Cr量的下限为13.0％。另外，优选的Cr量的上限为13.6％。

＜Mo+W/2：0～2.0％＞

即使不添加Mo和W(0％)也没有关系，但是它们是使耐腐蚀性提高的元素，因此根据需要可以将2.0％作为上限进行添加。但是，Mo+W/2超过2.0％时，固溶强化变强、变形阻力变高而使热加工性劣化，因此将Mo+W/2的含量设为0～2.0％。

以上，所述的元素以外为Fe和杂质。

作为代表性的杂质元素，有P、S、Ni、V、Cu、Al、Ti、N以及O，这些元素虽然不可避免地混入，但是优选限制在以下范围。

P≤0.03％、S≤0.005％、Ni≤0.15％、V≤0.2％、Cu≤0.1％、Al≤0.01％、Ti≤0.01％、N≤0.05％以及O≤0.05％。

接着，针对本发明的刀具用不锈钢的中间坯料和使用前述中间坯料的退火材料的代表性制造方法进行说明。

首先，通过将刀具用不锈钢的坯料熔化/铸造来进行制造。熔化可以使用真空熔化、大气熔化、真空电弧再熔化、电渣再熔化等方法。铸造可以通过铸模中的铸造、连续铸造等来得到坯料。根据需要也可以对所得坯料进行均质化热处理。进而也可以施加基于热锻、热轧的初轧工序。

之后，对坯料进行热轧。进行压下率80％以上且热轧后的材料温度达到1000～1250℃的热轧后，在最终热轧中进行材料的温度为900℃以下且压下率为10％以上的热轧，从而制造刀具用不锈钢的中间坯料。

将最终热轧的温度设为900℃以下是为了对坯料导入残余应变。在超过900℃的温度区域，容易产生动态的恢复、重结晶，因此难以导入残余应变。另外，将压下率设为10％以上是因为以10％以下的压下率不能充分地导入残余应变，退火时碳化物集中于晶界。

另外，在进行这样的热轧时，珠光体相变不会充分地发生，因此中间坯料实质上为FCC相。需要说明的是，本发明中所说的“中间坯料实质上为FCC相”是指用X射线衍射装置测定时，80体积％以上为FCC相。此时，余量为冷却中形成的马氏体。针对其具体的评价方法，在后述的实施例中示出具体例。

通过对用上述制造方法制造的刀具用不锈钢的中间坯料进行800～860℃、1～100小时的退火工序，制造析出了碳化物的刀具用不锈钢的退火材料。

进而使用上述刀具用不锈钢的退火材料而得到厚度不足0.5mm的刀具用不锈钢的冷轧钢带的情况下，通过反复进行冷轧和退火而得以制造。

就上述的刀具用不锈钢的冷轧钢带而言，在进行淬火、回火、开刃而制成刀具的情况下，根据需要有时在淬火后进行深冷处理(sub-zero treating)、对回火后的表面进行涂覆。

实施例

在以下的实施例中对本发明进一步详细地说明。

通过熔化，制作具有表1所示的化学成分的钢锭(坯料)。

[表1]

(质量％)

	C	Si	Mn	Cr	Mo	W	余量
								组成1	0.69	0.33	0.75	13.22	0.01	0.02	铁和不可避免的杂质
组成2	0.50	0.50	0.89	13.39	1.30	0.06	同上

由钢锭在热初轧工序中，将宽度350mm×厚度50mm的热轧用坯料按照组成1制作两个、按照组成2制作一个。

将组成1的前述热轧用坯料加热至1200℃进行总压下率为95％的热轧(该热轧后的材料温度为1050℃)后，作为最终热轧，实施材料温度为850℃且15％的压下而制作本发明例的中间坯料A。

另外，作为比较例，作为省略了最终热轧工序的中间坯料B，将前述组成1的前述热轧用坯料加热至1200℃进行热轧，通过热轧的材料温度为1050℃、总压下率为95％的工序来制作中间坯料B。

进而，将组成2的前述热轧用坯料加热至1200℃进行总压下率为95％的热轧(该热轧后的材料温度为1050℃)后，作为最终热轧，实施材料温度为850℃且15％的压下而制作本发明例的中间坯料C。

从上述刀具用不锈钢的中间坯料A、B以及C的宽度中心附近提取试验片。需要说明的是，试验片的提取位置为图1中所示的位置，将纵截面2作为金相组织观察面的评价面，将轧制面3作为EBSD和X射线衍射的评价面。

在提取的试验片的纵截面观察金相组织。另外，关于EBSD和X射线衍射中使用的试验片，对距离轧制面为板厚的1/4的深度的位置处进行镜面研磨，进一步进行电解研磨来调整。表2中示出各试样的利用EBSD法而得到的KAM值、半值宽度，以及利用X射线衍射法而得到的FCC量。

前述金相组织观察是将试验片的纵截面研磨成镜面后，用氯化铁水溶液进行腐蚀，并使用光学显微镜进行观察。

就KAM值而言，使用ZEISS公司制造的SEM(型号“ULTRA55”)和TSL公司制造的EBSD测定/解析系统OIM(取向成像显微，Orientation-Imaging-Micrograph)，将测定区域划分为六角形的区域，在划分出的各区域中，由入射到试样表面的电子射线的反射电子得到菊池图(Kikuchi pattern)，测定该区域的取向。使用相同系统的解析软件OIM Analysis来解析所测定的取向数据。将测定面积设为100μm×100μm，将相邻像素间的距离设为0.2μm。将相邻像素间的取向差为5°以上的边界视为晶粒界面。

需要说明的是，KAM值如下计算：计算各个测定点与接近的测定点之中去除了晶粒界面之后的点的取向差的平均值，作为构成测定面整个区域的整个区域中的平均值来计算。

另外，在X射线衍射中的FCC相量的测定中使用Rigaku Co.,Ltd.制的RINT2500，放射线源使用Co，使用在电压40kV、电流200mA的条件下从(200)α、(211)α、(200)γ、(220)γ、(311)γ的各个面得到的衍射线强度比来算出。

接着，使用刀具用不锈钢的中间坯料A～C进行840℃×5小时的退火。随后，从退火后的坯料以包含图1所示的轧制材料的宽度中心附近、且使标记为评价面2的纵截面成为金相组织观察面的方式提取试验片。将退火后的中间坯料A、B以及C的金相组织照片分别示于图2～图4。

金相组织观察是将评价面研磨成镜面后，用氯化铁水溶液进行腐蚀，使用扫描型电子显微镜进行观察。

[表2]

在对刀具用不锈钢中间坯料实施退火的情况下、KAM值为0.5°以上的情况下、X射线衍射中FCC相的(200)面的半值宽度为0.3°以上的情况下，由图2和图4确认可知，退火后的碳化物在粒内分布更多，形成了良好的组织。另一方面，由图3确认那样，在KAM值不足0.5的情况下、X射线衍射中FCC相的(200)面的半值宽度不足0.3°的情况下，碳化物从晶界粗大地析出。该金相组织中，淬火时碳化物难以分解，其在淬火后也以粗大碳化物的形式残留，有可能使韧性降低。

由以上的结果可以确认，通过使用KAM值为0.5°以上的刀具用不锈钢的中间坯料、或者进行X射线衍射时的FCC相的(200)面的半值宽度为0.3°以上的刀具用不锈钢的中间坯料来进行退火，能够使剃刀等刀具具有适宜的刀具用不锈钢的金相组织。

产业上的可利用性

使用本发明的刀具用不锈钢的中间坯料制造的刀具用不锈钢的碳化物分布良好，能够期待其适用于剃刀等。

附图标记说明

1 刀具用不锈钢的中间坯料

2 纵截面

3 轧制面

Claims (2)

1.一种刀具用不锈钢的中间坯料，其特征在于，其是实质上为FCC相的热轧后且退火前的刀具用不锈钢的中间坯料，组成以质量％计为C：0.46～0.72％、Si：0.15～0.55％、Mn：0.45～1.00％、Cr：12.5～13.9％、Mo+W/2：0～2.0％、余量由Fe和杂质组成，距离轧制面表面的深度为板厚的1/4的位置处利用SEM-EBSD法得出的KAM值为0.50°以上。

2.一种刀具用不锈钢的中间坯料，其特征在于，其是实质上为FCC相的热轧后且退火前的刀具用不锈钢的中间坯料，组成以质量％计为C：0.46～0.72％、Si：0.15～0.55％、Mn：0.45～1.00％、Cr：12.5～13.9％、Mo+W/2：0～2.0％、余量由Fe和杂质组成，距离轧制面表面的深度为板厚的1/4的位置处进行X射线衍射时的FCC相的(200)面的半值宽度为0.3°以上。