CN116783319A - 具有优异淬透性的马氏体不锈钢 - Google Patents

具有优异淬透性的马氏体不锈钢 Download PDF

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Abstract

公开了通过控制组分体系而具有优异淬透性的马氏体不锈钢。根据本发明的一个实施方案的具有优异淬透性的马氏体不锈钢以重量％计包含：C：0.01％至0.1％、Si：0.05％至1.0％、Mn：0.05％至1.0％、Cr：11.0％至14.0％、Ni：0.05％至1.0％、Cu：0.05％至2.0％、N：0.04％至0.08％、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，并且满足式(1)。(1)1.0≤Mn+Ni+Cu≤2.5

Description

具有优异淬透性的马氏体不锈钢
技术领域
本公开内容涉及具有优异淬透性的马氏体不锈钢，并且更特别地，涉及由于低硬度偏差而具有优异淬透性的马氏体不锈钢。
背景技术
通常，例如用于两轮车辆的制动盘用材料需要高硬度以防止制动盘的磨耗，因此，主要使用具有高硬度的马氏体不锈钢。
马氏体不锈钢包含铁素体相，并且在制造为板材时析出，就制动盘而言，其被冲压成圆盘形状，然后经历硬化热处理。硬化热处理是将铁素体相加热至铁素体相转变为奥氏体相的温度，然后在保持一定时间段之后快速冷却以形成马氏体相的过程。如果形成马氏体相，则可以获得适合于两轮车辆的制动盘的高硬度。
然而，为了实现均匀的制动盘性能，需要少量的硬度偏差，使得制动盘的每个位置的硬度是均匀的。大量的硬度偏差导致摩擦衬块与制动盘摩擦从而快速磨损或者妨碍获得适当的制动性能。因此，需要制动盘的每个位置具有均匀硬度的马氏体不锈钢。
发明内容
技术问题
本公开内容提供了由于低硬度偏差而具有优异淬透性的马氏体不锈钢。
技术方案
本公开内容的一个方面提供了具有优异淬透性的马氏体不锈钢，所述马氏体不锈钢以重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.1％的C、0.05％至1.0％的Si、0.05％至1.0％的Mn、11.0％至14.0％的Cr、0.05％至1.0％的Ni、0.05％至2.0％的Cu、0.04％至0.08％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，并且满足下式(1)：
式(1)：1.0≤Mn+Ni+Cu≤2.5
(其中Mn、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
根据本公开内容的一个实施方案的马氏体不锈钢在任意截面中的铁素体相的面积分数可以为20％或更小。
在任意截面中，长轴长度大于1μm的析出物的数量可以为2个/100μm2或更少。
在任意截面中洛氏硬度偏差可以为2.0或更小。
有益效果
根据本公开内容的多个实施方案的马氏体不锈钢可以通过控制组分体系来减小铁素体相的面积分数或粗析出物的数量，从而由于低硬度偏差而改善淬透性。
附图说明
图1为在常规马氏体不锈钢的截面中观察到的铁素体相和马氏体相的照片。
图2为在根据本公开内容的一个实施方案的马氏体不锈钢的截面中观察到的铁素体相和马氏体相的照片。
图3为在根据本公开内容的一个实施方案的马氏体不锈钢的截面中观察到的析出物的照片。
最佳实施方式
本公开内容的一个方面提供了具有优异淬透性的马氏体不锈钢，所述马氏体不锈钢以重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.1％的C、0.05％至1.0％的Si、0.05％至1.0％的Mn、11.0％至14.0％的Cr、0.05％至1.0％的Ni、0.05％至2.0％的Cu、0.04％至0.08％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，并且满足下式(1)：
式(1)：1.0≤Mn+Ni+Cu≤2.5
其中Mn、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％)。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开内容的实施方案。提供以下实施方案以向本公开内容所属领域的普通技术人员充分传达本公开内容的精神。本公开内容不限于本文中所示的实施方案，而是可以以其他形式呈现。在附图中，为了清楚地描述本公开内容，省略了与所述描述无关的部分，并且为了清楚起见，要素的尺寸可能被放大。
在整个说明书中，除非另有说明，否则术语“包含”一个要素不排除其他要素，而是还可以包含另外的要素。
如本文中所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式旨在也包括复数形式。
根据本公开内容的一个实施方案的具有优异淬透性的马氏体不锈钢以重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.1％的C、0.05％至1.0％的Si、0.05％至1.0％的Mn、11.0％至14.0％的Cr、0.05％至1.0％的Ni、0.05％至2.0％的Cu、0.04％至0.08％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质。
在下文中，将描述对本公开内容的实施方案中的合金元素含量进行数值限制的原因。在下文中，除非另有说明，否则单位为重量％。
碳(C)的含量为0.01％至0.1％。
C为极大地影响硬度的元素，如果C含量低于0.01％，则可能无法获得期望的硬度水平，而如果C含量超过0.1％，则硬度太高，并且超过了制动盘所需的硬度水平。
硅(Si)的含量为0.05％至1.0％。
Si为改善耐蚀性的元素，并以0.05％或更多的量添加。然而，如果Si含量超过1.0％，则在制造期间韧性可能受损，因此将上限限制为1.0％或更少。
锰(Mn)的含量为0.05％至1.0％。
Mn为在硬化热处理期间有助于形成奥氏体相的元素，并且以0.05％或更多的量添加。如果Mn含量超过1.0％，则耐腐蚀性可能受损，因此将上限设定为1.0％或更少。
铬(Cr)的含量为11.0％至14.0％。
Cr为改善钢的耐蚀性的元素，并且以11.0％或更多的量添加。然而，如果Cr含量过大，其成为增加析出物尺寸的主要因素，因此将上限限制为14.0％或更少。
镍(Ni)的含量为0.05％至1.0％。
Ni为在硬化热处理期间有助于形成奥氏体相的元素，并且以0.05％或更多的量添加。如果添加大量昂贵的元素Ni，则制造成本增加，因此将上限设定为1.0％或更少。
铜(Cu)的含量为0.05％至2.0％。
Cu为在硬化热处理期间有助于形成奥氏体相的元素，并且以0.05％或更多的量添加。如果添加大量昂贵的元素Ni，则制造成本增加，因此将上限设定为2.0％或更少。
氮(N)的含量为0.04％至0.08％。
N为控制制动盘的硬度的元素，并且包含0.04％或更多。如果N含量超过0.08％，则硬度变得太高，因为其超过了制动盘所需的硬度水平。
除了上述合金元素之外，不锈钢的剩余组分由Fe和不可避免地从原材料或周围环境中并入的非预期杂质组成。
为了改善不锈钢的淬透性，需要减小硬化热处理之后不锈钢的每个位置的硬度偏差。不锈钢的每个位置的硬度偏差是由于在进行硬化热处理之后，在构成不锈钢的相上存在除马氏体相之外的其他相。如果在硬化热处理之前构成不锈钢的铁素体相在硬化热处理期间未充分转变成奥氏体相，则在硬化热处理之后铁素体相残留，从而增加了硬度偏差。
此外，为了改善不锈钢的淬透性，在硬化热处理之前需要没有粗析出物。如果存在大尺寸的析出物，则在硬化热处理期间无法充分产生向奥氏体相的转变，因此，在硬化热处理之后铁素体相残留，从而增加了硬度偏差。
根据本公开内容的一个实施方案，使用式(1)推导出能够减少硬化热处理之后残余铁素体相的面积分数的组分范围。
式(1)：1.0 ≤ Mn + Ni + Cu ≤ 2.5
(其中Mn、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
当式(1)的值为1.0或更大且2.5或更小时，在硬化热处理期间，铁素体相可以充分地转变为奥氏体相，使铁素体相的面积分数低于一定水平。因此，硬度偏差被控制为低于合理的水平。
当式(1)的值为1.0或更大且2.5或更小时，在任意截面中，在硬化热处理之后残余铁素体相的面积分数可以为20％或更小，优选10％或更小。在此，任意截面意指在硬化热处理之后从马氏体不锈钢沿任意方向切割的平面，特别地，任意截面意指平行于析出物(其长轴大于1μm)的纵向方向的平面。
此外，当式(1)的值为1.0至2.5时，可以减少硬化热处理之前产生的粗析出物的数量。因此，通过防止在硬化热处理之后残留铁素体相，可以减小硬度偏差。
当式(1)的值为1.0至2.5时，在硬化热处理之前长轴长度大于1μm的析出物在任意截面中可以以2个/100μm2或更少的量存在。在此，任意截面意指在马氏体不锈钢的硬化热处理之前沿任意方向切割的平面。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的马氏体不锈钢可以具有由式(2)表示的2或更小的硬度偏差值。
(其中[硬度-HRC]为在任意截面处测量的洛氏硬度(HRC)，m为测量10次的HRC值的平均)
当式(2)的值为2或更小时，马氏体不锈钢的硬度是均匀的，从而可以减少制动期间摩擦衬块与制动盘摩擦的磨损，并且可以实现目标制动性能。
发明例
用下表1所示的合金组成铸造不锈钢，并热轧至4mm的厚度。热轧厚度可以根据应用而变化。在热轧之后，通过在约750℃下保持约20小时使热轧期间形成的奥氏体相转变为铁素体相。
表1
实施例 C Si Mn Cr Ni Cu N 式(1)
比较例1 0.04 0.3 0.3 12.7 0.3 0.3 0.03 0.9
比较例2 0.04 0.03 0.2 14.2 0.2 0.2 0.02 0.6
比较例3 0.06 0.3 0.2 14.3 0.3 0.3 0.03 0.9
比较例4 0.04 0.3 0.2 13.1 0.1 0.1 0.01 0.4
发明例1 0.03 0.3 0.4 12.2 0.3 0.5 0.04 1.2
发明例2 0.01 0.2 0.4 12.8 0.3 0.5 0.08 1.2
发明例3 0.03 0.3 0.5 12.3 0.2 0.9 0.05 1.6
发明例4 0.04 0.3 0.9 12.5 0.2 0.2 0.04 1.3
发明例5 0.02 0.3 0.3 12.4 0.9 0.3 0.05 1.5
发明例6 0.03 0.4 0.3 12.1 0.3 1.4 0.05 2.0
发明例7 0.04 0.4 0.3 13.8 0.2 1.9 0.04 2.4
发明例8 0.09 0.9 0.1 11.1 0.2 0.8 0.06 1.1
对于如上所述制备的不锈钢，测量析出物的尺寸(μm)和分布密度(个/100μm2)。析出物的尺寸和分布密度可以通过在蚀刻之后用扫描电子显微镜(SEM)观察除析出物之外的残余组织来获得。蚀刻的方法可以包括学术界或工业界接受的任何方法。
此后，在加工成制动盘形状之后，将不锈钢在1000℃下保持1分钟，然后用水冷却，以测量铁素体相的面积分数(％)。铁素体相的面积分数可以通过用安装在SEM上的背散射电子衍射观察任意截面，然后显示图像品质图来确认。测量面积分数的方法可以包括学术界或工业界接受的任何方法。
此外，为了确定硬度是否适合于制动盘应用，在任意截面中测量洛氏硬度C(HRC)10次之后，根据式(2)计算硬度偏差。各个结果描述于表2中。
表2
如表1和表2一起示出，发明例1至8的钢种的式(1)的值满足1.0至2.5，在硬化热处理之前的任意截面中长轴长度大于1μm的析出物的数量为2个/100μm2或更少，并且在硬化热处理之后的任意截面中铁素体相的面积分数为20％或更少，从而确定硬度偏差为2或更小。
相比之下，比较例1和3的式(1)的值为0.9或更小，长轴长度大于1μm的析出物的数量为3个/100μm2或更多，并且硬度偏差也为4或更大，从而确定其不适合作为推荐2或更小的硬度偏差的两轮车辆的制动盘。
同时，在不满足本公开内容的组成范围的比较例2和4中，式(1)的值为0.6或更小，铁素体相的面积分数超过20％，并且长轴长度大于1μm的析出物的数量为5个/100μm2或更多。此外，硬度偏差也为10或更大，从而确定式(1)的值离1.0至2.5的范围越远，硬度偏差增加得越多。
图1为在常规马氏体不锈钢的截面中观察到的铁素体相和马氏体相的照片，并且图2为在根据本公开内容的一个实施方案的马氏体不锈钢的截面中观察到的铁素体相和马氏体相的照片。
如图1和图2所示，明亮区域代表铁素体相，而暗的针状区域代表马氏体相。
参照图1，可以看出铁素体相的面积分数超过20％。然而，参照图2，可以看出，如本公开内容所提出的，铁素体相的面积分数为20％或更小，其几乎不存在。
图3为根据本公开内容的一个实施方案的马氏体不锈钢的截面中观察到的析出物的照片。
参照图3，可以看出，如本公开内容所提出的，长轴长度大于1μm的析出物的数量为2个/100μm2或更少，并且存在长轴长度为1μm或更小的微小析出物。
尽管已经参照示例性实施方案特别地描述了本公开内容，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种变化。
工业适用性
根据本公开内容的马氏体不锈钢由于低硬度偏差而具有改善的淬透性。

Claims (4)

1.一种具有优异淬透性的马氏体不锈钢，以重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.1％的C、0.05％至1.0％的Si、0.05％至1.0％的Mn、11.0％至14.0％的Cr、0.05％至1.0％的Ni、0.05％至2.0％的Cu、0.04％至0.08％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，并且
满足下式(1)：
式(1)：1.0 ≤ Mn + Ni + Cu ≤ 2.5
其中Mn、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％)。
2.根据权利要求1所述的马氏体不锈钢，其中在任意截面中，铁素体相的面积分数为20％或更小。
3.根据权利要求1所述的马氏体不锈钢，其中在任意截面中，长轴长度大于1μm的析出物的数量为2个/100μm2或更少。
4.根据权利要求1所述的马氏体不锈钢，其中在任意截面中，洛氏硬度偏差为2.0或更小。
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