CN109280862A - 一种汽车刹车盘用高耐磨不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料技术领域，更具体的涉及一种汽车刹车盘用高耐磨不锈钢及其制造方法。本发明以Zr、C、Si、Mn、Cr、N、Cu、Al、Mo和B为组成元素制备出汽车刹车盘用高耐磨，高抗氧化性的马氏体不锈钢；热轧退火后在600‑700℃保温1‑2h，然后空冷至室温得刹车盘用马氏体不锈钢。本发明克服了汽车刹车盘用马氏体不锈钢无法同时满足优良力学性能和抗氧化性能，且制备条件苛刻的缺陷；制备出的刹车盘用马氏体不锈钢洛氏硬度40～60HRC，夏比V型缺口冲击功大于40J，1000℃下保温100小时的氧化增重小于1.5mg/cm2。

Description

一种汽车刹车盘用高耐磨不锈钢及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，更具体的涉及一种汽车刹车盘用高耐磨、高抗氧化性不锈钢及其制造方法。
背景技术
马氏体不锈钢是铬系不锈钢，广泛应用于刀剪、量具、水轮机叶片等对强韧性和耐腐蚀有一定要求的领域。其中低碳马氏体不锈钢要求同时具有较高的洛氏硬度(30-40HRC)和较好的韧性(夏比V型缺口冲击功大于30J)。同时马氏体不锈钢由于用户在使用过程中要进行热处理，高温热处理往往使马氏体不锈钢表面产生较厚的氧化皮，对下游用户的表面打磨加工带来较大的困难，因此抗高温氧化性也是马氏体不锈钢性能的一项重要指标。马氏体不锈钢主要通过添加碳元素来提高热处理后的强度、洛氏硬度。然而，碳含量提高会降低韧性；高强度和高韧性始终是马氏体钢的一对性能矛盾。
CN101906587A中提供了一种刹车盘用的低碳马氏体不锈钢，该不锈钢通过较低的碳含量(0.03-0.1％)和较高的锰含量(1-2.5％)使得马氏体不锈钢实现的较高的强度和韧性。然而该专利将硅作为一种杂质元素控制在0.5％以下，这使得该专利的高温抗氧化性为1000℃下经过100小时氧化后增重小于15mg/cm2。
CN106480377A中提供一种具有优良力学性能和抗氧化性能的马氏体不锈钢，该专利中通过合理控制碳氮元素，并使适当添加Si，Mn元素，从而获得一种低碳氮、高硅锰的马氏体不锈钢，该马氏体不锈钢在强度和洛氏硬度方面达到了高碳马氏体不锈钢的指标，而耐蚀性又保留了低碳马氏体不锈钢的特性，同时具有非常优异的抗氧化性能，有效的解决了马氏体不锈钢强度、韧性、耐蚀性、抗氧化性等互相矛盾，难以匹配的难题。但该专利制备过程中需严格控制马氏体转变开始温度(Ms)与终了温度(Mf)，生产条件苛刻。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中汽车刹车盘用马氏体不锈钢无法同时满足优良力学性能和抗氧化性能，制备条件苛刻的缺陷；提供一种具有优良力学性能和抗氧化性能的刹车盘用马氏体不锈钢；本发明以Zr、C、Si、Mn、Cr、N、Cu、Al、Mo和B为组成元素制备出刹车盘用马氏体不锈钢，本发明制备的具有优良的力学性能和抗氧化性能。
根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种刹车盘用马氏体不锈钢，按照重量百分比计，由以下成分构成：
Zr＝0.01～0.30％，C＝0.3～0.5％，Si＝0.01～0.6％，Mn＝0.4～1.0％，P≤0.03％，S≤0.020％，Cr＝12.0～14.0％，N＝0.01～0.15％，Cu＝0.002-2.0％，Al＝0.05-0.5％，Mo＝0.01-1.5％，B＝0.0005-0.001％，余量为Fe和其它为不可避免的杂质；
优选的，所述刹车盘用马氏体不锈钢，按照重量百分比计，由以下成分构成：Zr＝0.05～0.20％，C＝0.35～0.45％，Si＝0.2～0.4％，Mn＝0.6～0.8％，P≤0.03％，S≤0.020％，Cr＝12.0～14.0％，N＝0.08～0.12％，Cu＝0.6-1.2％，Al＝0.3-0.4％，Mo＝0.4-0.8％，B＝0.0005-0.001％，余量为Fe和其它为不可避免的杂质；
优选的，所述刹车盘用马氏体不锈钢中0.45％≤C+N≤0.55％，碳和氮的配合使用，为了达到奥氏体具备高洛氏硬度(30～50HRC)、高韧性的目的，要求0.45wt％≤C+N≤0.55wt％，C和N元素的总含量过高会使材料的洛氏硬度过高、韧性变差；
优选的，本发明所述的刹车盘用马氏体不锈钢洛氏硬度40～60HRC，夏比V型缺口冲击功大于40J，1000℃下保温100小时的氧化增重小于1.5mg/cm2；故本发明刹车盘用马氏体不锈钢具有优异的力学性能和抗氧化性能；
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种刹车盘用马氏体不锈钢的制造方法，包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按所述刹车盘用马氏体不锈钢元素重量百分比配料，然后经过冶炼制备出连铸坯；
2)热轧、热轧退火
连铸坯进行热轧，所述热轧的终轧温度为860-900℃；热轧后经过热轧退火，所述热轧退火温度为880-960℃、退火时间为30-60min；
3)保温、空冷
热轧退火后在600-700℃保温1-2h，然后空冷至室温得刹车盘用马氏体不锈钢。
本发明中添加了Zr、Cu和Al三种元素，其中Zr能与S结合从而以硫化物的形式析出，由此抑制MnS等粗大的硫化物的析出，提高极限变形能力，增强韧性；Cu在淬火热处理的冷却时从钢中微细地析出从而使钢高屈服点化、高强度化；由于Cu是微细的，因此，对加工性(伸长率)的不利影响较小。
碳是重要的奥氏体化元素，一定的碳含量可以保证高温时得到全奥氏体组织；是保证热处理后洛氏硬度的重要元素，但是C的量为0.20％以上，则加工性大大降低，无法获得优异的伸长率及极限变形能力；本发明碳含量大于0.2％，但是本发明加入了部分铜和铝，使制备出的马氏体不锈钢不仅具有高洛氏硬度，而且具有高韧性，利于加工；
Si是对于使钢的强度增加而言有效的元素，本发明较CN106480377A中硅含量大大降低，并且保证了马氏体不锈钢具有高洛氏硬度的性质；
Mn是具有在高温下使奥氏体相稳定的效果的元素，并且能够增加淬火热处理后的马氏体的量，还具有提高钢的强度的效果；Mn的含量过多会以粗大的MnS的形式大量析出，耐腐蚀性降低，从而降低其抗氧化性能；本发明较CN 106480377 A中降低了Mn的用量，与其它元素协同进一步提高了其抗氧化性能。
本发明所产生的技术效果：
(1)本发明刹车盘用马氏体不锈钢引入了Zr、Cu和Al三种元素，使制备出的马氏体不锈钢具有优异的力学性能；
(2)本发明增加了碳元素用量，无需采用钒、钛、铌等强碳化物元素，制备出的马氏体不锈钢具有优异的强度，且具有高韧性，利于加工。
(3)本发明刹车盘用马氏体不锈钢生产条件简单，制备过程中无需严格控制马氏体转变开始温度(Ms)与终了温度(Mf)。
具体实施方式
实施例1
按下述重量配比备料：
Zr＝0.02％，C＝0.35％，Si＝0.1％，Mn＝0.4％，P≤0.03％，S≤0.020％，Cr＝12.0％，N＝0.01％，Cu＝0.1％，Al＝0.05％，Mo＝0.01％，B＝0.0005-0.001，余量为Fe和其它为不可避免的杂质；
按所述刹车盘用马氏体不锈钢元素重量百分比配料，在真空熔化炉中组成的30kg钢坯在1200℃下进行熔炼，然后经过冶炼制备出连铸坯；连铸坯进行热轧，热轧的终轧温度为860-900℃；热轧后经过热轧退火，热轧退火温度为880-960℃、退火时间为30-60min；热轧退火后在600-700℃保温1-2h，然后空冷至室温得刹车盘用马氏体不锈钢。
检测马氏体不锈钢洛氏硬度45HRC，夏比V型缺口冲击功46J，1000℃下保温100小时的氧化增重1.1mg/cm2。
实施例2
按下述重量配比备料：
Zr＝0.10％，C＝0.35％，Si＝0.16％，Mn＝0.5％，P≤0.03％，S≤0.020％，Cr＝13％，N＝0.03％，Cu＝0.5％，Al＝0.15％，Mo＝0.1％，B＝0.001％，余量为Fe和其它为不可避免的杂质；刹车盘用马氏体不锈钢制备方法同实施例1。
检测马氏体不锈钢洛氏硬度56HRC，夏比V型缺口冲击功52J，1000℃下保温100小时的氧化增重0.8mg/cm2。
实施例3
按下述重量配比备料：
Zr＝0.2％，C＝0.4％，Si＝0.3％，Mn＝0.8％，P≤0.03％，S≤0.020％，Cr＝14.0％，N＝0.10％，Cu＝1.6％，Al＝0.45％，Mo＝1.2％，B＝0.001％，余量为Fe和其它为不可避免的杂质；刹车盘用马氏体不锈钢制备方法同实施例1。
检测马氏体不锈钢洛氏硬度60HRC，夏比V型缺口冲击功53J，1000℃下保温100小时的氧化增重0.7mg/cm2。
实施例4
按下述重量配比备料：
Zr＝0.28％，C＝0.5％，Si＝0.4％，Mn＝0.8％，P≤0.03％，S≤0.020％，Cr＝14.0％，N＝0.01～0.15％，Cu＝1.0％，Al＝0.5％，Mo＝0.12％，B＝0.0008％，余量为Fe和其它为不可避免的杂质；刹车盘用马氏体不锈钢制备方法同实施例1。
检测马氏体不锈钢洛氏硬度51HRC，夏比V型缺口冲击功43J，1000℃下保温100小时的氧化增重1.3mg/cm2。
实施例5
按下述重量配比备料：
Zr＝0.30％，C＝0.5％，Si＝0.6％，Mn＝1.0％，P≤0.03％，S≤0.020％，Cr＝14.0％，N＝0.15％，Cu＝2.0％，Al＝0.5％，Mo＝1.5％，B＝0.001％，余量为Fe和其它为不可避免的杂质；刹车盘用马氏体不锈钢制备方法同实施例1。
检测马氏体不锈钢洛氏硬度56HRC，夏比V型缺口冲击功41J，1000℃下保温100小时的氧化增重小于1.7mg/cm2。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车刹车盘用高耐磨不锈钢，其特征在于：按照重量百分比计，由以下成分构成：
Zr＝0.01～0.30％，C＝0.3～0.5％，Si＝0.01～0.6％，Mn＝0.4～1.0％，P≤0.03％，S≤0.020％，Cr＝12.0～14.0％，N＝0.01～0.15％，Cu＝0.002-2.0％，Al＝0.05-0.5％，Mo＝0.01-1.5％，B＝0.0005-0.001％，余量为Fe和其它为不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的汽车刹车盘用高耐磨不锈钢，其特征在于：按照重量百分比计，由以下成分构成：Zr＝0.05～0.20％，C＝0.35～0.45％，Si＝0.2～0.4％，Mn＝0.6～0.8％，P≤0.03％，S≤0.020％，Cr＝12.0～14.0％，N＝0.08～0.12％，Cu＝0.6-1.2％，Al＝0.3-0.4％，Mo＝0.4-0.8％，B＝0.0005-0.001％，余量为Fe和其它为不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的汽车刹车盘用高耐磨不锈钢，其特征在于：刹车盘用马氏体不锈钢中0.45％≤C+N≤0.55％。
4.根据权利要求1或2所述的汽车刹车盘用高耐磨不锈钢，其特征在于：所述的汽车刹车盘用高耐磨、高抗氧化性马氏体不锈钢洛氏硬度40～60HRC。
5.根据权利要求1或2所述的汽车刹车盘用高耐磨不锈钢，其特征在于：所述的刹车盘用马氏体不锈钢夏比V型缺口冲击功大于40J。
6.根据权利要求1或2所述的汽车刹车盘用高耐磨不锈钢，其特征在于：所述的刹车盘用马氏体不锈钢1000℃下保温100小时的氧化增重小于1.5mg/cm2。
7.一种权利要求1所述的汽车刹车盘用高耐磨不锈钢的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按所述刹车盘用马氏体不锈钢元素重量百分比配料，然后经过冶炼制备出连铸坯；
2)热轧、热轧退火
连铸坯进行热轧，所述热轧的终轧温度为860-900℃；热轧后经过热轧退火，所述热轧退火温度为880-960℃、退火时间为30-60min；
3)保温、空冷
热轧退火后在600-700℃保温1-2h，然后空冷至室温得汽车刹车盘用高耐磨、高抗氧化性马氏体不锈钢。
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