CN107254642A - 一种马氏体时效不锈钢及其制备方法 - Google Patents

一种马氏体时效不锈钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种马氏体时效不锈钢及其制备方法。其成分组分如下：Cr：9.0‑13.0wt%；Ni：11.0‑15.0wt%；Mo：1.5‑4.0wt%；Cu：≤2.5wt%；Ti：1.2‑1.9wt%；Mn：≤2.0wt%；Al：≤2.0wt%；Si：≤1.0wt%；C：<0.03wt%；Fe：余量。该成份合金经完全奥氏体化并快速冷却到室温时，处于过冷奥氏体态，进行冷加工时材料发生应力诱发马氏体相变，转变成马氏体态，时效处理后维氏硬度增量Hv可以达到250‑300。该不锈钢特别适合用来制造鱼钩、医用缝合针等截面积小的产品。

Description

一种马氏体时效不锈钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种由Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、余量为Fe所构成的马氏体时效不锈钢产品，主要用于小截面尺寸的产品生产(如直径小于2mm的细钢丝、厚度小于1mm的薄钢带)，用于生产要求高硬度的相应产品(如钓鱼钩、医用缝合针、刀片、弹簧等)。
背景技术
马氏体时效不锈钢是一类不含C，含Cr、Ni、Ti、Cu、Mo、Al等合金元素的不锈钢钢种。这种不锈钢经过高温奥氏体化固溶处理+快速冷却后，处于马氏体状态。由于合金中不含碳，马氏体态的合金强度低，塑性好，可以进行各种机械加工。加工成的零件最后经过500C左右的时效硬化热处理，在马氏体基体上弥散析出Cu、Ni3Ti、NiAl等第二相，从而实现材料的强度、硬度提高的目的。由于依靠弥散强化，马氏体时效不锈钢具有高强度、高韧性的综合力学性能。
目前，根据弥散析出相的不同，市场上有三种类型马氏体时效不锈钢产品。第一种是依靠弥散析出Cu相实现硬度提高，典型钢种是17-4PH钢；第二种是依靠弥散析出Ni3Ti相实现硬度提高，典型钢种是Custom465；第三种是依靠弥散析出NiAl相实现硬度提高，典型钢种是PH13-8Mo钢。此外，还有一些马氏体时效不锈钢综合运用Cu、Ni3Ti和NiAl相的弥散析出，以实现较高的硬化强度，如：1RK91，Custom455等。这些合金中都添加了一定量的Mo元素，它可以大幅增强Ni3Ti、NiAl弥散析出强化的效果。
表1现有典型钢种的合金元素含量(wt％)
钢种 Cr Ni Cu Mo Ti Al
17-4PH 17 4 4
PH13-8Mo 12.8 8.2 2.2 1.1
Custom465 11.0-12.5 10.75-11.24 0.75-1.25 1.5-1.8
Custom455 11.0-12.5 7.5-9.5 1.5-2.5 0.8-1.4
1RK91 13.2 8.6 1.7 2.4 1.0 0.7
上述现有的马氏体时效不锈钢有两个共同特点：(1)马氏体相变温度较高，经高温固溶处理，快速冷却到室温后基本都转变成马氏体相；(2)时效获得的硬度增量ΔHv不够高，一般ΔHv＝150‐250。其主要原因是没有同时提高Mo、Ti两个元素的含量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种马氏体时效不锈钢，本发明在现有合金的基础上同时提高了Mo、Ti两个元素的含量，为了保证合金可以完全奥氏体化，增加了Ni元素的含量，其成分组分如下：Cr：9.0-13.0wt％；Ni：11.0-15.0wt％；Mo：1.5-4.0wt％；Cu：≤2.5wt％；Ti：1.2-1.9wt％；Mn：≤2.0wt％；Al：≤2.0wt％；Si：≤1.0wt％；C：<0.03wt％；Fe：余量。
优选的，其成分组分如下：Cr：11.5-12.5wt％；Ni：11.5-12.5wt％；Mo：2.5-3.5wt％；Cu：1.0-2.0wt％；Ti：1.4-1.8wt％；Mn：≤2.0wt％；Al：≤2.0wt％；Si：≤1.0wt％；C：<0.03wt％；Fe：余量。
所述马氏体时效不锈钢的制备方法步骤如下：
1)按成分组成准备原料，采用真空感应炉对原料进行熔炼，熔炼过程中，先将Fe，Ni，Cu原料加入氧化铝坩埚中，熔化后再加入难熔金属Cr和Mo，最后加入易烧损金属Ti，等钢液均匀化后浇注成铸锭；
2)热锻造：铸锭加热到1180‐1200℃之间温度，进行热锻造，终锻温度780‐800℃，
3)冷加工成型：冷加工前先进行固溶处理，处理温度是1180‐1200℃保温0.5小时后淬水，进行多道次冷轧或冷拉成型为板材或线材，成型材料维氏硬度Hv在350‐600范围，多道次冷加工之间固溶退火温度1180‐1200℃保温0.5小时后淬水；
4)时效处理：成品板材或线材经475‐500℃的热处理炉中时效硬化处理2小时，即可使材料的维氏硬度Hv比热处理前提高250‐300。
本发明还公开了所述马氏体时效不锈钢在制备小截面尺寸产品中的应用，所述的小截面尺寸产品为截面直径小于2mm或截面厚度小于1mm的产品，本发明的马氏体时效不锈钢时效获得的硬度增量ΔHv较高，非常适合作为小截面尺寸产品材料。
本发明得到的新型马氏体时效不锈钢的特点是：(1)时效获得的硬度增量ΔHv较高，可以达到ΔHv＝250‐300；(2)马氏体相变温度较低，经高温固溶处理，快速冷却到室温后基本仍处于奥氏体相。但是这样的奥氏体相经过深度冷加工后(如拉丝、轧制)将被完全应力诱发转变成马氏体相，时效后可以获得很高的硬度。
具体实施方式
实施案例一
该发明的马氏体时效不锈钢用于制造鱼钩：采用常规的真空感应炉熔炼成分如下不锈钢：Cr：12.0wt％；Ni：12.0wt％；Mo：3.0wt％；Cu：2.0wt％；Ti：1.6wt％；Fe：余量。熔炼生产中，先将Fe，Ni，Cu原料加入氧化铝坩埚中，熔化后再加入难熔金属Cr和Mo，最后加入易烧损金属Ti，等钢液均匀化后浇注成铸锭，随后铸锭经热锻造、热轧制成盘圆，盘圆经拉丝成线材，于1180‐1200℃固溶处理，最终冷拉成直径为0.2‐1.5mm的丝材，维氏硬度为Hv500，经过调直、磨尖，并采用鱼钩制钩机加工成鱼钩，将鱼钩置于475‐500℃的热处理炉中时效硬化处理2小时，鱼钩即可达到Hv750的硬度，钩尖锋利，钩体强度高。
实施案例二
该发明的马氏体时效不锈钢用于制造医用缝合针：采用与“实施案例一”相同的熔炼、锻造、拉丝方法生产相同成份的不锈钢线材，于1180‐1200℃固溶处理，最终冷拉成直径为0.2‐1.5mm的丝材，维氏硬度为Hv400，经过调直、磨尖，弯制成半月形的缝合针，将缝合针置于475‐500℃的热处理炉中时效硬化处理2小时，即可达到Hv650的硬度，针尖锋利有韧性不易断，针体强度高不易断。

Claims (4)

1.一种马氏体时效不锈钢，其特征在于其成分组分如下：Cr：9.0-13.0wt％；Ni：11.0-15.0wt％；Mo：1.5-4.0wt％；Cu：≤2.5wt％；Ti：1.2-1.9wt％；Mn：≤2.0wt％；Al：≤2.0wt％；Si：≤1.0wt％；C：<0.03wt％；Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的马氏体时效不锈钢，其特征在于其成分组分如下：Cr：11.5-12.5wt％；Ni：11.5-12.5wt％；Mo：2.5-3.5wt％；Cu：1.0-2.0wt％；Ti：1.4-1.8wt％；Mn：≤2.0wt％；Al：≤2.0wt％；Si：≤1.0wt％；C：<0.03wt％；Fe：余量。
3.一种如权利要求1所述马氏体时效不锈钢的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)按权利要求1所述成分组成准备原料，采用真空感应炉对原料进行熔炼，熔炼过程中，先将Fe，Ni，Cu原料加入氧化铝坩埚中，熔化后再加入难熔金属Cr和Mo，最后加入易烧损金属Ti，等钢液均匀化后浇注成铸锭；
2)热锻造：铸锭加热到1180‐1200℃之间温度，进行热锻造，终锻温度780‐800℃，
3)冷加工成型：冷加工前先进行固溶处理，处理温度是1180‐1200℃保温0.5小时后淬水，进行多道次冷轧或冷拉成型为板材或线材，成型材料维氏硬度Hv在350‐600范围，多道次冷加工之间固溶退火温度1180‐1200℃保温0.5小时后淬水；
4)时效处理：成品板材或线材经475‐500℃的热处理炉中时效硬化处理2小时，即可使材料的维氏硬度Hv比热处理前提高250‐300。
4.如权利要求1所述马氏体时效不锈钢在制备小截面尺寸产品中的应用，所述的小截面尺寸产品为截面直径小于2mm或截面厚度小于1mm的产品。
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