CN113981317A - 一种刀具用含氮马氏体不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于金属材料及其加工方法技术领域，提供一种刀具用含氮马氏体不锈钢及其制造方法，按重量百分比计，具有如下成分组成：C：0.05～0.35％，Si≤1.0％，Mn≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr：11.0～15.0％，N：0.05～0.15％，V：0.05～0.25％，Mo：0.01‑1.5％，且0.10％≤C+N≤0.40％，V+Ti+Nb≤0.25％，余量为Fe和不可避免的杂质，制备时先将设定成分的钢坯或连铸坯热轧制成热轧钢板或钢带，进行退火，再将退火后的钢带加热至880～1000℃保温5～30min，然后以大于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，再加热至350～500℃保温10～30min，空冷至室温。制备的马氏体不锈钢最终为马氏体+奥氏体复相组织，同时具有高硬度和高韧性，其力学性能优于同类马氏体不锈钢，淬火处理后可以保持较为优良的力学性能。

Description

一种刀具用含氮马氏体不锈钢及其制造方法
技术领域
本发明属于金属材料及其加工方法技术领域，尤其涉及一种刀具用含氮马氏体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、水轮机叶片等等对强韧性和耐腐蚀有一定要求的领域。其中中低碳马氏体不锈钢要求同时具有较高的硬度(30～40HRC)和较好的韧性(夏比V型缺口冲击功大于30J)。然而，高强度和高韧性始终是马氏体钢的是一对性能矛盾，马氏体钢主要通过添加碳元素来提高热处理后的强度、硬度，但是碳含量提高会降低韧性。
在马氏体不锈钢的强化合金元素中，碳和氮是提高强度最有效的元素。由于碳的添加往往容易在轧制和热处理的过程中形成碳偏析，降低马氏体不锈钢的耐腐蚀性能，因此，氮的添加成为提高马氏体不锈钢力学性能的另一种有效方法。本发明正是通过合理控制氮元素，使得中低碳的马氏体不锈钢在强度和硬度方面达到了高碳马氏体不锈钢的指标，而韧性和耐蚀性又保留率低碳马氏体不锈钢的特性，有效的解决了马氏体不锈钢强度，韧性，耐蚀性等互相矛盾，难以匹配的难题。
现有技术中，中国专利CN103255340为了克服高强度汽车用钢成形后强度高、韧性不足的问题，提出了一种高强韧性的热成形钢板和制备方法，将钢板以20-100℃的速度加热至奥氏体化温度恒温一段时间后热轧，使奥氏体晶粒细化，以50-120℃/s的速度淬火至50-370℃，获得部分过饱和马氏体和未相变的残余奥氏体，在200-500℃的回火温度等温5-600s使碳由马氏体向残余奥氏体分配以稳定奥氏体，最后淬火到室温获得细化马氏体和残余奥氏体的复相组织，从而获得了高强度和高韧性钢。这种利用淬火+配分的方法实现复相组织得到高强、高韧性组合的方法在碳钢中已经较多地被应用，如CN103160680中提出了一种钢的成分，并利用淬火配合技术得到马氏体+残余奥氏体复相组织，钢的强塑积达到30GP％以上；CN103243275中提出一种低合金高强钢，通过配分处理和回火处理得到了贝氏体+马氏体+奥氏体复相组织，达到了良好的强塑性和韧性配合；CN103045950也提出了一种低合金化低成本钢，通过快速淬火和碳再分配增加钢强度、保证了良好的韧性。淬火+配分的方法在不锈钢上的应用不多，在所检索的专利中，CN103614649中提出了一种含碳量0.15～0.4％、含氮量为0～0.12％、铬13.0～17.0％，镍0～5％,，钼0-2.0％等的马氏体不锈钢，通过常规材料制造成热轧板坯，加热至950～1100℃保温0.5～2h，然后空冷至25～200℃，然后加热至350～500℃保温10～60min，空冷至室温，通过淬火-配分的方法在显微组织中引入弥散的残留奥氏体，大幅提高了马氏体不锈钢的强塑性水平，但其在含有一定量金属镍及碳含量较高时，马氏体不锈钢的强塑性能比较明显。
发明内容
本发明提供一种刀具用含氮马氏体不锈钢及其制造方法，旨在解决上述现有技术中提到的问题。
本发明是这样实现的，一种刀具用含氮马氏体不锈钢，成分按重量百分比含C：0.05～0.35％，Si≤1.0％，Mn≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr:11.0～15.0％，N:0.05～0.15％，V:0.05～0.25％，Mo:0.01～1.5％，且0.10％≤C+N≤0.40％，V+Ti+Nb≤0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质，所述不锈钢的组织为马氏体和奥氏体双相组织，所述不锈钢淬火后硬度为30-39HRC，夏比V型缺口冲击功大于25J。
在本发明中，主要化学元素的作用如下：
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；是保证热处理后硬度的重要元素，碳是重要的固溶强化元素和析出强化元素；可以以间隙原子的形式存在于钢中，在淬火后的再加热过程中可以通过相间扩散完成再分配，稳定残余奥氏体组织；过高的碳含量一方面增加脆性，另一方面也有损耐蚀性。为了达到预期的效果，要求碳含量0.05～0.35％，并且与氮元素配合使用，在该范围内，钢中含碳量提高，钢的强度和硬度上升，韧性逐渐下降，当碳的添加量超过0.35％，则韧性变差。
氮：与碳一样是奥氏体化元素、可以以间隙原子形式存在，具有固溶强化作用，氮在奥氏体中的溶解度要高于碳，在热处理过程中氮的析出物较少，同时固溶在基体中的氮可提高不锈钢的耐腐蚀性能，因此氮是一种既能提高马氏体不锈钢强度，又能提高耐腐蚀性能的元素，本发明中含量应该控制为0.05～0.15％。
硅：主要作为脱氧剂加入到钢中的，起着固溶强化作用，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。但锰含量过高不利于退火软化，其含量应该不大于2.5％。
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，形成的硫化物不仅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：是提高不锈钢耐蚀性的元素，但铬是强铁素体形成元素，含量高时会使低碳马氏体钢奥氏体化困难，也会使成本提高，铬含量控制在11～15％。
碳和氮的配合使用，为了达到奥氏体完全、高硬度(30～39HRC)、高韧性的目的，要求0.10％≤C+N≤0.40％，过高的C+N会使材料的硬度过高、韧性变差。
钒、钛、铌：都是强碳化物元素，在热加工或热处理过程中都极易与间隙元素形成碳、氮化物，使其原子失去在相间扩散再分配的能力，因此应严格控制钒、钛、铌的含量，控制为V+Ti+Nb≤0.25％。
作为本发明的进一步的方案，所述不锈钢含有V的析出物的存在量为0.20％以上。V是强碳化物元素，在热处理过程中极易与间隙元素形成碳、氮化物，使其原子失去在相间扩散再分配的能力。通过V可以对钢中的组织细化，改善强度和韧性。
作为本发明的进一步的方案，所述不锈钢含有V的析出物的平均粒径用圆当量直径表示为3.0～8.0um。通过V与碳、氮生成稳定的碳化物，并使碳化物分散形成具有细晶化的钢，改善钢的显微结构。
本发明还提供一种上述刀具用含氮马氏体不锈钢的制造方法，包括如下步骤：
S1：按设定成分熔炼钢水，获得的钢坯或连铸坯热轧制成热轧钢板或钢带，并进行退火，其成分按重量百分比含C：0.05～0.35％，Si≤1.0％，Mn≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr:11.0～15.0％，N:0.05～0.15％，V:0.05～0.25％，Mo:0.01～1.5％，且0.10％≤C+N≤0.40％，V+Ti+Nb≤0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明热轧后的退火采用常规的方法进行，退火后的组织为铁素体+碳化物，具有较低的硬度和较高的延伸性能，适合冲裁、剪切、压延加工。
S2：将退火后的钢带加热至880～1000℃保温5～30min，主要为了保证钢能够完全奥氏体化，碳、氮化物充分固溶。然后以大于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，可以避免碳、氮化物在冷却过程中析出。再加热至350～500℃保温10～30min，使碳、氮间隙原子从马氏体组织中通过扩散进入奥氏体组织中，使未完成马氏体转变的奥氏体组织稳定性增加。空冷至室温，得到马氏体+残余奥氏体复相组织，同时具有高硬度和高韧性。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤S1中热轧加热温度在1050℃-1250℃之间。如图1所示为Thermo-Calc相图软件计算本发明成分体系内N的析出含量随温度的变化，由图1可以看出，本发明的成分体系内，N元素在1250℃左右开始析出，随着温度的升高，析出量越来越大，因此本发明的热轧加热温度设定在1050-1250℃之间就是为了防止N的析出，让N更好的溶解在基体中，来提高本发明的力学性能。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤S2中冷却至马氏体和奥氏体两相区是将温度冷却至马氏体转变开始温度(Ms)与终了温度(Mf)之间，获得马氏体和奥氏体双相组织，其中，Ms温度的计算方法为：
Ms(℃)＝539-430×[C+N]-30×[Mn]-12×[Cr]-5.0×[Si]；
其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[N]分别为C、Si、Mn、Cr、N在马氏体不锈钢中的重量含量；
Mf温度的计算方法为：Mf(℃)＝Ms-250。
作为本发明的进一步的方案，所述步骤S1中熔炼工艺为：
(1)先将C按比例置于坩埚中，然后将除Cr、Mn、Si、N以外的其余元素置入，放于真空感应炉中，进行程序升温，先加热至600℃，预热20min；
(2)将真空感应炉抽真空至2MPa，以6kg/min的熔化速度进行熔化，当加入的材料全部熔化后，以1480℃进行精炼，进行80min，通入氮气，压力为1MPa，20min后，加入Cr，以8kg/min的熔化速度进行熔化，随后以1480℃～1500℃进行精炼，精炼30min；
(3)按组成加入Si、Mn，搅拌3min，待全部熔化后，进行浇铸。
采用真空感应炉熔炼，能够精准地调整、控制化学组成的含量，并且金属不容易被氧化，冶炼的合金纯净，熔炼出的钢和合金气体含量低，性能水平提高，钢的强度也明显提高，降低了高强度和高韧性不锈钢的成本。在将除Cr、Mn、Si、N以外的其余元素置入，放于真空感应炉中，采用程序升温是一方面是防止炉内材料熔化速度过快，炉料里面的气体没有充分排除，产生喷溅，另一方面是对炉内组件的保护作用，在加入Cr时，以8kg/min的熔化速度进行熔化，通过对温度和熔化速度的调控，防止在加料过程中，气体含量高，加入速度、熔化速度过快，温度过高，没有充足的时间放气就熔化为液态，造成喷溅，并且避免了底部金属液温度过高，大块冷料突然降落的架桥问题。本发明的组分添加顺序、温度控制及熔化速度的控制，避免了喷溅现象的发生，使炉内钢液熔炼工艺平稳进行。
本发明技术原理：本发明提供一种刀具用含氮马氏体不锈钢，具有优异的力学性能，通过控制成分含量，并探究其热加工工艺，制备的马氏体不锈钢最终为马氏体+奥氏体复相组织，既具有高硬度，又具有高韧性。
本发明的成分体系内，N元素在1250℃左右开始析出，随着温度的升高，析出量越来越大，因此本发明的热轧加热温度设定在1050-1250℃之间就是为了防止N的析出，让N更好的溶解在基体中，来提高本发明的力学性能。
将退火后的钢带加热至850～1000℃保温5～30min，主要为了保证钢能够完全奥氏体化，碳、氮化物充分固溶。然后以大于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，即将温度冷却至马氏体转变开始温度(Ms)与终了温度(Mf)之间，获得马氏体和奥氏体双相组织。用以大于30℃/s的速度快速冷却可以避免碳、氮化物在冷却过程中析出。再加热至350～500℃保温10～30min，使碳、氮间隙原子从马氏体组织中通过扩散进入奥氏体组织中，使未完成马氏体转变的奥氏体组织稳定性增加。空冷至室温，得到马氏体+残余奥氏体复相组织，同时具有高硬度和高韧性。
本发明技术效果：本发明提供一种刀具用含氮马氏体不锈钢及其制造方法，热轧后的退火采用常规的方法进行，退火后的组织为铁素体+碳化物，具有较低的硬度和较高的延伸性能，适合冲裁、剪切、压延加工。本发明的屈服强度，抗拉强度，延伸率，硬度等力学性能指标都优于同类马氏体不锈钢，其热轧退火板材的屈服强度为250-550MPa，抗拉强度为500-850MPa，延伸率可以达到15％-35％。本发明经过淬火处理后仍然可以保持较为优良的力学性能，具体表现为淬火后的硬度为30-39HRC，冲击功大于25J。
附图说明
图1为本发明实施例中高温下N的析出检测图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供一种刀具用含氮马氏体不锈钢及其制造方法，对不锈钢的成分和热处理工艺进行研究，制造出具有高硬度和高韧性的含氮马氏体不锈钢。
本发明提供一种刀具用含氮马氏体不锈钢，成分按重量百分比含C：0.05～0.35％，Si≤1.0％，Mn≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr:11.0～15.0％，N:0.05～0.15％，V:0.05～0.25％，Mo:0.01～1.5％，且0.10％≤C+N≤0.40％，V+Ti+Nb≤0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质，所述不锈钢的组织为马氏体和奥氏体双相组织，所述不锈钢淬火后硬度为30-39HRC，夏比V型缺口冲击功大于25J。
在实施方案中，为了形成马氏体+奥氏体的混合组织而添加不超过2.5％的锰，当锰的含量超过2.5％，则其效果达到饱和且软化阻力增大，冷加工性能变差。为获得基体的马氏体强度而添加0.05～0.15％的氮，当氮含量超过0.15％，制造性能显著恶化。氮在钢中以间隙原子形式存在，具有固溶强化作用，能够提高材料的拉伸强度和硬度。
在实施方案中，0.10％≤C+N≤0.40％，V：0.05～0.25％，V+Ti+Nb≤0.25％，V、Nb、Ti是在改善制造性、强度、耐劳度特性方面有效的元素，根据需要添加这些元素，以获得高硬度和高韧性的不锈钢。钒的化合物的析出温度较高，可以细化晶粒、抑制偏析，钒含量过高增大了成本，而且与碳、氮的化合物颗粒较大会降低材料的韧性。不锈钢中加入钛或铌可以防止晶间腐蚀，通过添加一定量的Ti、Nb，防止作为碳氮化物碎片的淬火时的颗粒长大并提高韧性，但含量不应超过给定范围，否则使韧性恶化。氮在马氏体不锈钢中，以间隙原子形式存在，氮在替代贵重的镍外，作为固溶强化元素提高不锈钢的强度，而且并不显著损害钢的塑性和韧性，氮元素提高强度的作用比碳及其他合金元素强，通过控制0.10％≤C+N≤0.40％，使其具有高强度和高韧性。
在一些实施方案中，所述不锈钢含有V的析出物的存在量为0.20％以上。Nb、Ti、V在含氮马氏体不锈钢中形成碳氮化物，在不同温度下回火析出，起到第二相析出强化作用。
在一些实施方案中，所述不锈钢含有V的析出物的平均粒径用圆当量直径表示为3.0～8.0um。
本发明还提供一种上述刀具用含氮马氏体不锈钢的制造方法，包括如下步骤：
S1：按设定成分熔炼钢水，获得的钢坯或连铸坯热轧制成热轧钢板或钢带，并进行退火，其成分按重量百分比含C：0.05～0.35％，Si≤1.0％，Mn≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr:11.0～15.0％，N:0.05～0.15％，V:0.05～0.25％，Mo:0.01～1.5％，且0.10％≤C+N≤0.40％，V+Ti+Nb≤0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质；
S2：将退火后的钢带加热至880～1000℃保温5～30min，然后以大于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，再加热至350～500℃保温10～30min，空冷至室温。
本发明将设定成分的钢坯或连铸坯热轧制成热轧钢板或钢带，使组织均匀化，保证钢坯或连铸坯有足够的可延展性，同时使碳、氮的化合物充分溶解，并采用常规的方法进行退火；将退火后的钢带加热至850～1000℃，保温5～30min，然后以大于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，再加热至350～500℃保温10～30min，空冷至室温，本发明制备的马氏体不锈钢最终为马氏体+残余奥氏体复相组织，同时具有高硬度和高韧性。
在一些实施方案中，所述步骤S1中热轧加热温度在1050℃-1250℃之间。
在一些实施方案中，所述步骤S2中冷却至马氏体和奥氏体两相区是将温度冷却至马氏体转变开始温度(Ms)与终了温度(Mf)之间，获得马氏体和奥氏体双相组织，其中，Ms温度的计算方法为：
Ms(℃)＝539-430×[C+N]-30×[Mn]-12×[Cr]-5.0×[Si]；
其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[N]分别为C、Si、Mn、Cr、N在马氏体不锈钢中的重量含量；
Mf温度的计算方法为：Mf(℃)＝Ms-250。
在实施过程中，热处理过程中，加热、保温、冷却三个阶段中，温度和时间是主要因素，在冷却过程中，冷却速度对于最终的性能有很大影响。以不同的速度冷却，获得不同的力学性能，本发明中以大于30℃/s的速度至马氏体和奥氏体两相区，获得的力学性能优异，通过退火来改善钢铁在铸造、轧制过程中所造成的各种组织缺陷，消除残余应力，防止开裂、变形，并且均匀化学成分，改善切削加工性能和冷塑性变形性能。并且，在实施过程中，物料的加料顺序、反应条件及物料比例需要严格控制，以确保不锈钢的品质。
在一些实施方案中，所述步骤S1中熔炼工艺为：
(1)先将C按比例置于坩埚中，然后将除Cr、Mn、Si、N以外的其余元素置入，放于真空感应炉中，进行程序升温，先加热至600℃，预热20min；
(2)将真空感应炉抽真空至2MPa，以6kg/min的熔化速度进行熔化，当加入的材料全部熔化后，以1480℃进行精炼，进行80min，通入氮气，压力为1MPa，20min后，加入Cr，以8kg/min的熔化速度进行熔化，随后以1480℃～1500℃进行精炼，精炼30min；
(3)按组成加入Si、Mn，搅拌3min，待全部熔化后，进行浇铸。
在一些实施方案中，所述步骤S1中钢坯是根据设定化学组成的钢的半成品铸件，铸件可以被制成锭料或者连续地呈薄板坯或薄带的形式，即厚度范围从对于板坯为约220mm到对于薄带为数十毫米，设定成分的板坯过连续铸造而制造。
在熔炼过程中，采用真空感应熔炼，不仅金属熔炼、熔化、浇注等均在真空条件下进行，避免了与大气的相互作用而污染，而且可以精确的控制不锈钢的化学成分，除去低熔点的有害杂质和微量元素，另外搅拌可以加快反应速度，并使熔池内的温度、成分均匀。通过控制不锈钢的成分，冶炼出超纯净的不锈钢。在利用真空感应炉冶炼时，各种成分组成有不同的熔化温度，并且熔化的快慢不同，在真空感应炉冶炼体系升温条件、温度、熔化速率等都需严格控制。在实施过程中，各组成加入时间及温度需进过严格控制，添加过程需考虑钢液中的成分、温度，加入后调整熔化速率，避免熔化速率和温度过高影响到体系的平稳运行。热处理过程中冷却工艺的差异，使析出行为和力学性能产生差异。
在一些实施方案中，热轧退火板材的屈服强度为250-550MPa，抗拉强度为500-850MPa，延伸率可以达到15％-35％。
在实施方案中，通过对工艺参数进行调整，探究热处理工艺对性能的影响。
将设定成分的钢坯或连铸坯热轧制成热轧钢板或钢带，其热轧加热温度在1050℃-1250℃之间。如图1所示为Thermo-Calc相图软件计算本发明成分体系内N的析出含量随温度的变化，由图可以看出，本发明的成分体系内，N元素在1250℃左右开始析出，随着温度的升高，析出量越来越大，因此本发明的热轧加热温度设定在1050-1250℃之间就是为了防止N的析出，让N更好的溶解在基体中，来提高本发明的力学性能。本发明热轧后的退火采用常规的方法进行，退火后的组织为铁素体+碳化物，具有较低的硬度和较高的延伸性能，适合冲裁、剪切、压延加工。
将退火后的钢带加热至850～1000℃保温5～30min，主要为了保证钢能够完全奥氏体化，碳、氮化物充分固溶。
然后以大于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，即将温度冷却至马氏体转变开始温度(Ms)与终了温度(Mf)之间，获得马氏体和奥氏体双相组织，Ms温度的计算方法为：Ms(℃)＝539-430×[C+N]-30×[Mn]-12×[Cr]-5.0×[Si]，其中[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[N]分别为C、Si、Mn、Cr、N在马氏体不锈钢中的重量含量；Mf温度的计算方法为：Mf(℃)＝Ms-250。用以大于30℃/s的速度快速冷却可以避免碳、氮化物在冷却过程中析出。
再加热至350～500℃保温10～30min，使碳、氮间隙原子从马氏体组织中通过扩散进入奥氏体组织中，使未完成马氏体转变的奥氏体组织稳定性增加。
空冷至室温，得到马氏体+残余奥氏体复相组织，同时具有高硬度和高韧性。
以下对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
以下各实施例是本申请发明人按照本发明的制备方法和使用方法进行具体实验。
以下实施例中，所涉及的主要原料、主要试剂均市售。
实施例
实施例的成分按照表1内容进行实验，热处理工艺按照表2条件进行，具体结果如表3所示。
表1实施例的化学成分(wt,％)
Figure BDA0003323644500000081
Figure BDA0003323644500000091
表2实施例的热处理工艺和性能
Figure BDA0003323644500000092
由上表可知，按照本发明的组成原料和热加工工艺实施，均可获得高强度和高韧性，其中，洛氏硬度在30-39HRC，冲击功在33-38J，当成分中V的量为0时，如对比例2中，测试结果显示其洛氏硬度为43HRC，冲击功为26J，硬度较高，但韧性变差。在对比例1中，组成成分C+N为0.16％，V+Ti+Nb为0.02％，在热加工工艺过程中，通过对冷却终止温度控制为25℃，再将加热温度设置为250℃，并保温30min，最终获得的洛氏硬度为40HRC，冲击功为13J，其冲击功明显低于实施例中的冲击功结果，结合其他实施例的组成原料及热加工工艺参数，在本发明要求的条件下，获得的不锈钢具有高强度和高韧性。
综上所述，本发明实施例表明：
(1)通过对不锈钢组成原料，各组分种类及含量的选择优化，按重量百分比计，具有以下成分组成：C：0.05～0.35％，Si≤1.0％，Mn≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr：11.0～15.0％，N：0.05～0.15％，V：0.05～0.25％，Mo：0.01-1.5％，且0.10％≤C+N≤0.40％，V+Ti+Nb≤0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质。
(2)对不锈钢的热加工工艺进行优化，确定退火后的钢带加热至880～1000℃保温5～30min，然后以大于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，再加热至350～500℃保温10～30min，空冷至室温，所得的不锈钢具有高强度和高韧性，淬火后的硬度30～39HRC，夏比V型缺口冲击功大于25J。
本发明技术原理：本发明提供一种刀具用含氮马氏体不锈钢，具有优异的力学性能，通过控制成分含量，并探究其热加工工艺，制备的马氏体不锈钢最终为马氏体+奥氏体复相组织，既具有高硬度，又具有高韧性。
本发明的成分体系内，N元素在1250℃左右开始析出，随着温度的升高，析出量越来越大，因此本发明的热轧加热温度设定在1050-1250℃之间就是为了防止N的析出，让N更好的溶解在基体中，来提高本发明的力学性能。
将退火后的钢带加热至850～1000℃保温5～30min，主要为了保证钢能够完全奥氏体化，碳、氮化物充分固溶。然后以大于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，即将温度冷却至马氏体转变开始温度(Ms)与终了温度(Mf)之间，获得马氏体和奥氏体双相组织。用以大于30℃/s的速度快速冷却可以避免碳、氮化物在冷却过程中析出。再加热至350～500℃保温10～30min，使碳、氮间隙原子从马氏体组织中通过扩散进入奥氏体组织中，使未完成马氏体转变的奥氏体组织稳定性增加。空冷至室温，得到马氏体+残余奥氏体复相组织，同时具有高硬度和高韧性。
本发明技术效果：本发明提供一种刀具用含氮马氏体不锈钢及其制造方法，热轧后的退火采用常规的方法进行，退火后的组织为铁素体+碳化物，具有较低的硬度和较高的延伸性能，适合冲裁、剪切、压延加工。本发明的屈服强度，抗拉强度，延伸率，硬度等力学性能指标都优于同类马氏体不锈钢，其热轧退火板材的屈服强度为250-550MPa，抗拉强度为500-850MPa，延伸率可以达到15％-35％。本发明经过淬火处理后仍然可以保持较为优良的力学性能，具体表现为淬火后的硬度为30-39HRC，冲击功大于25J。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种刀具用含氮马氏体不锈钢，其特征在于：成分按重量百分比含C：0.05～0.35％，Si≤1.0％，Mn≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr:11.0～15.0％，N:0.05～0.15％，V:0.05～0.25％，Mo:0.01～1.5％，且0.10％≤C+N≤0.40％，V+Ti+Nb≤0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质，所述不锈钢的组织为马氏体和奥氏体双相组织，所述不锈钢淬火后硬度为30-55HRC，夏比V型缺口冲击功大于25J。
2.根据权利要求1所述的一种刀具用含氮马氏体不锈钢，其特征在于：所述不锈钢含有V的析出物的存在量为0.20％以上。
3.根据权利要求1所述的一种刀具用含氮马氏体不锈钢，其特征在于：所述不锈钢含有V的析出物的平均粒径用圆当量直径表示为3.0～8.0um。
4.如权利要求1所述的一种刀具用含氮马氏体不锈钢的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：按设定成分熔炼钢水，获得的钢坯或连铸坯热轧制成热轧钢板或钢带，并进行退火，其成分按重量百分比含C：0.05～0.35％，Si≤1.0％，Mn≤2.5％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr:11.0～15.0％，N:0.05～0.15％，V:0.05～0.25％，Mo:0.01～1.5％，且0.10％≤C+N≤0.40％，V+Ti+Nb≤0.25％，余量为Fe及不可避免的杂质；
S2：将退火后的钢带加热至880～1000℃保温5～30min，然后以大于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，再加热至350～500℃保温10～30min，空冷至室温。
5.根据权利要求4所述的一种刀具用含氮马氏体不锈钢的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中热轧加热温度在1050℃-1250℃之间。
6.根据权利要求4所述的一种刀具用含氮马氏体不锈钢的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中冷却至马氏体和奥氏体两相区是将温度冷却至马氏体转变开始温度(Ms)与终了温度(Mf)之间，获得马氏体和奥氏体双相组织，其中，Ms温度的计算方法为：
Ms(℃)＝539-430×[C+N]-30×[Mn]-12×[Cr]-5.0×[Si]；
其中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[N]分别为C、Si、Mn、Cr、N在马氏体不锈钢中的重量含量；
Mf温度的计算方法为：Mf(℃)＝Ms-250。
7.根据权利要求4所述的一种刀具用含氮马氏体不锈钢的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中熔炼工艺为：
(1)先将C按比例置于坩埚中，然后将除Cr、Mn、Si、N以外的其余元素置入，放于真空感应炉中，进行程序升温，先加热至600℃，预热20min；
(2)将真空感应炉抽真空至2MPa，以6kg/min的熔化速度进行熔化，当加入的材料全部熔化后，以1480℃进行精炼，进行80min，通入氮气，压力为1MPa，20min后，加入Cr，以8kg/min的熔化速度进行熔化，随后以1480℃～1500℃进行精炼，精炼30min；
(3)按组成加入Si、Mn，搅拌3min，待全部熔化后，进行浇铸。
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