SE520169C2 - Metod för tillverkning av stålprodukter av utskiljningshärdat martensitiskt stål, samt användning av dessa stålprodukter - Google Patents

Description

25 b) C> 520 169 2 Således är en metod för tillverkning av stål produkter enligt uppfinningen kännetecknad av, att den nämnda utformningen följer efter en upplösningsbehandling mellan 1200°C och 1050°C under 5 till 30 minuter, efter vilken stålet är avkylt från upplösningsbehandlingstemperaturen med en kylningshastighet av minst 5°C per sekund till en temperatur under 5 00°C, nämnda avkylda stålet utsätts för isotermisk martensitisk omvandling och därefter härdas under minst 3 minuter vid en temperatur mellan 450°C och 550°C för att skilja ut partiklar från lösningen i den nämnda martensitiska strukturen.

Det har observerats att en kombination av isotermisk martensitisk omvandling och utskiljningshärdning som sådan är känd från dokumentet Scripta Metallurgica et Materialia, 1995, Vol. 33, No. 9, pp. 1367-1373. Emellertid avslöjar inte detta dokument en metod för tillverkning av ovan nämnda slag som tillåter att forma stålprodukter av en relativt komplicerad utformning genom deformering medan man uppnår ett optimum mellan duktilitet, hållfasthet, nötningshållfasthet och korrosionsbeständighet, homogenitet av martensit fördelningen.

Det är ytterligare syfte med av uppfinningen att åstadkomma en mycket effektiv metod för tillverkningen av stålprodukter med en homogen fördelning av martensiter och utskiljningar.

Följaktligen är ytterligare en metod för tillverkning av stålprodukter enligt uppfinningen vidare kännetecknad av att det avkylda stålet utsätts för en isotermisk martensitisk omvandling vid en temperatur mellan -30°C och -50°C under minst en timme. Ytterligare en metod för tillverkning av stålprodukter enligt uppfinningen som undviker att inre termisk-mekaniska spänningar byggs upp i stålprodukten är kännetecknad av att mellan upplösningsbehandlingen och avkylningen av stålet utsätts för en sensibiliseringsprocess mellan 950°C och 850°C under minst 5 minuter för att tillåta att initieringen av martensit omvandling blir optimal. Avsaknaden av inre termisk-mekaniska spänningar möjliggör tillverkningen av stålprodukter med en mycket noggranna toleranser som är stabila vid användningen. 10 15 20 25 DJ C) 520 169 3 Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att erbjuda en metod för tillverkning av stålprodukter som uppvisar en kombination av överlägsen hållfasthet, korrosionsresistans och duktilitet. Denna metod är ytterligare kännetecknad av att stålet innehåller krom (Cr) i en mängd mellan 10 % och 14 % av vikten. Generellt sagt kan martensitiska stål med en låg procentuell viktandel av kol, så kallade maråldringsstål, vara med eller utan krom. Korrosions resistenta maråldringsstål innehåller en procentuell viktandel av krom mellan 10,5 och 18 %. En speciell typ av maråldringsstål som kan omfattas av metoden enligt uppfinningen, innehåller i viktprocent 10-14% Cr, 7-10% Ni, 5-6% Mo, O-9% Co, 0,5-4% Cu, 0,05-O,5% A1, 0,4- 1,4% Ti och mindre än 0,03% C och N.

Uppfinningen skall klargöras mer hämedan i beskrivningen av praktiska exempel: Exempel 1 Ett stålmaterial lämpligt för användning med den föreliggande uppfinningen och innehållande en procentuell viktandel av Cr av 10-14 % producerades som bandmaterial från en smälta på totalt sju ton i en högfrekvensugn och sedan utsatt för valsning. Nu med hänvisning till den enda figuren i denna upptäckt anges övergångsprocessen till fast form efter smältning med linje (1). Smältans övergång till fast form leder till kristallisation av Ti(C,N) sålunda bindande av det fria kolet och fritt kväve, den senare förhindrar isotermisk martensit omvandling om den inte är bunden till Ti. Före valsningen återuppvärms stålet till en temperatur av l150-1250°C och diffusionsglödgas vid denna temperatur under minst en timme för att ge materialet en austenitisk struktur och tillräcklig duktilitet för varrnvalsning. Återuppvärmning till en temperatur av 1150- 1250°C anges med linje (2) i figuren, vilken följs av linje (3) som representerar varrnvalsning. Varrnvalsning leder till att materialet får bandform med en lämplig kornstorlek och jämnt fördelade utskiljningar av kol och utan spänningsinducerad martensitisk omvandling. Glödskal (oxidlager) som fonnades under diversionsglödgning och varmvalsning måste avlägsnas genom etsning och/eller slipning innan materialet kan kallvalsas till den slutliga dimensionen. Linje (4) i figuren representerar så kallad kallvalsning som ger bandstålsmaterialet den slutliga tj ockleken utan bildande av 10 15 20 25 b) CD 520 169 4 glödspånlager. Emellertid leder kallvalsning till spänningsinducerad martensitisk omvandling och för att säkerställa en tillräcklig duktilitet för att forma den komplicerade produkten måste materialet återföras till det austenitiska tillståndet genom glödgning.

Denna glödgning utförs i en genomloppsugn vid en temperatur runt l050°C, linje (5) i figuren för att hindra materialet från att omvandlas till martensit före omformning av produkten. Produkten är kallbearbetad i det austenitiska tillståndet och det leder till partiell omvandling till spänningsinducerad martensit enligt linje (6) i figuren. För att säkerställa en homogen martensitisk omvandling genom hela produktionen och tillräcklig härdbarhet av den formade martensiten genom utskiljningshärdning måste materialet upplösningsbehandlas under 5 till 30 minuter mellan l050°C och l200°C, angiven av linje (7) i figuren. Upplösningsbehandlingen förorsakar likaså att Al, Mo, Cu och Ti, C och N går in i ersättnings- och/eller mellanläges-lösning i den austenitiska strukturen och återbildning av spänningsinducerad martensit till austenit. Ämnena Al, Cu, Mo och Ti i lösningen används för utskiljningshärdning av isotermisk martensit i ett senare produktionsskede.

För att uppnå ett optimum i den isotenniska martensit- omvandlingen som återges av linje (10) i figuren skall den martensitiska omvandlingen utföras vid en temperatur mellan -3 0°C och -50°C under minst en timme. Ett ännu bättre resultat uppnås om den isotermiska martensitiska omvandlingen föregås av en sensibiliseringsprocess angiven av linje (8) i figuren mellan avkylningssteget enligt linje (9) och ett lösningsglödgningssteg enligt linje (7) i figuren. Den av linje (8) angivna sensibiliseringsprocessen äger rum under minst 5 minuter vid en temperatur mellan 850°C och 950°C och förorsakar en destabilisering av den austenitiska strukturen av stålmaterialet sålunda underlättande av den senare isotermiska martensitomvandlingen. Det har fastställts att Mo och Ti flyttas från lösningen under sensibiliseringsprocessen och det antas att Mo koncentreras längs korngränserna. Vad som händer med Ti är inte klart ännu. Sensibiliseringen säkerställer dessutom en homogen kärnbildning av martensit genom isotermisk martensit omvandling. Avkylning enligt linje (9) till rumstemperatur eller ännu lägre undviker för tidig utskilj ning av väsentliga interrnetalliska föreningar i austeniten. 10 15 20 25 u) C> 520 169 5 Efter avkylning utsätts stålmaterialet för isotermisk martensit omvandling under minst en timme vid en temperatur av -30°C och -50°C enligt linje (10) i figuren. Resultatet är en homogen martensitisk struktur med jämt fördelad restaustenit med en fm komstorlek.

Den isotermiska martensitomvandlingen följs av en härdningsprocess som är angiven med linje (1 l) i figuren genom vilken intennetalliska föreningar som n-Ni3(Al, Mo, Ti) och ß-NiAl skiljs ut från ersättnings- och/eller mellanlägeslösning in i den martensitiska strukturen. Den så behandlade stålprodukten kommer att ha en homogen hårdhet av mer än 500 HV.

En stâlprodukt som framställs som beskriven här ovan visar utomordentliga egenskaper med hänsyn till nötningshållfasthet och korrosionsbeständighet, homogen hårdhet och duktilitet genom den austenitiska tillverkningsfasen. Det gör bandstålsprodukten mycket attraktiv för skärhuvuden av elektriska rakapparater som utsätts för djuppressning under tillverkningen för att uppnå den nödvändiga skålformen. Detsamma tillämpas för de högdeformerade knivarna för rakapparater, de starkt deformade knivama för mixer och de starkt vikta återföringsfj ädrama för termostat i strykjäm. Den kemiska sammansättningen i viktprocent av stålmaterialet som är mycket passande för att bli utsatt för här ovan beskriven behandling (så kallad Sandvik lRK9l stål) är som följer: C+N 50,05 Cr 12,00 Mn 0,30 Fe balans Ni 9,00 Mo 4,00 Ti 0,90 Al 0,30 Si 0,15 Cu 2,00 10 15 20 25 u) C> 520 169 Exempel 2 Ett stålmaterial eller en produkt med samma kemiska sammansättning som nämnd i exempel l kan tillverkas som en membranf] äder, fungerande som återföringsfiäder i en vätskeventil. Beroende på den önskade precisionen av membranf] äderns dimension kan det vara tillåtet att ha så kallad restaustenit i produkten efter avkylning (9). I fall att den maximala precisionen erfordras föredras att ha lösningsglödgningen (7) följ ande efter sensibilisering (8) som förorsakar destabilisering av austeniten sålunda att senare isotermisk martensit omvandling underlättasmembranf] ädrar för många tillämpningar har vanligtvis komplicerade former som kräver kraftiga deformeringar. Sådana deformeringar förorsakar spänningsinducerad martensit som måste återföras till austenit genom lösningsglödgning (7).

Claims (8)

10 15 20 25 30 520 169 Patentkrav

1. Metod för tillverkning av stålprodukter kännetecknat av, att den innefattar följande processteg: a) stålet utsätts för mjukglödgning b) därefter formning av nämnda stål till stålprodukt c) upplösningbehandling av stålprodukt mellan 1200°C och 1050°C under 5 till 30 minuter, d) stålprodukten utsätts för en sensibiliseringsprocess mellan 950°C och 850°C under minst 5 minuter för att tillåta initieringen av martensitomvandlingen att vara optimal e) stålprodukten avkyls från upplösningstemperaturen med en avkylningshastighet av minst 5°C per sekund till en temperatur under 500°C, f) sagda stålprodukt utsätts för isotermisk martensitomvandling vid en temperatur mellan -30°C och -50°C under minst en timme. g) Stålprodukt härdas under minst 3 minuter vid en temperatur mellan 450°C och 550°C för utskiljning av partiklar från lösningen in i den sagda martensitiska strukturen.

2. Metod enligt krav l kännetecknad av, att sagda stål innefattar krom i viktprocent mellan 10 % och 14 %.

3. Användning av stålprodukt enligt krav 1 och 2 i skärhuvud eller skär i en elektrisk roterande rakapparat.

4. Användning av stålprodukt enligt krav 1 och 2 såsom skärhuvud eller skär i en elektrisk translations-vibrations rakapparat.

5. Användning av stålprodukt enligt krav 1 och 2 i en bladrakapparat.

6. Användning av stålprodukt enligt krav 1 och 2 i skäranordningar, knivar eller fjädrar i hushållsapparater. 5 10 15 20 25 30 520 169

7. Användning av stålprodukt enligt krav 1 och 2 i medicinska eller tandläkarinstrument.

8. Användning av stålprodukt enligt krav 1 och 2 som membran fjädrar i vätskeventiler.