TWI332031B - Corrosion-resistant, cold-formable, machinable, high strength, martensitic stainless steel - Google Patents

Description

1332031 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係、關於麻田散不錄鋼合金，且特別係關於且有達 到平衡之組成以提供抗腐钱性、低溫成形性、機械加工性 及尚強度的獨特組合之麻田散不銹鋼合金。 【先前技術】 機械及其他設備之多種鋼組件細鋼合金之棒或桿狀形 式進打機械加工而得。然而，用於製造此等零件（尤其扣 件）之機械加工過程導致大量廢損材料產生。因此，傳^ 以機械加工之零件現已設計為藉由低溫成形技術（諸如冷 鍛）進行製造。 若要求鋼需件除了具有低溫成形性之外尚具有抗腐姓性 及高強度時，則改用低溫成形來製鋼零件會產生顯著問 題。迄今，當鋼零件需要高強度及抗腐姓性時’已經使用 析出可硬化型之不錄鋼。然而’已知的析出可硬化型不鎮 鋼-般具有大於約100 HRB之高退火硬度，因而無法提供 足夠的低溫成形性。儘管已知的麻田散不録鋼可提供略佳 的低溫成形性’在其抗腐钱性上仍有待改進。雖然沃斯田 及肥粒鐵不錄鋼比麻田散不錄鋼提供更佳的抗腐钮性，但 其並不能提供許多應用所需的強度。此外，某些低溫成形 之零件亦可能需要少量機械加工來達成其最終形狀及尺 寸。兩速切削添加劑之使用會對低溫成形鋼合金中之其他 所要性質產生不利影響。 赛於前述說明，更加需要具有高強度、抗腐㈣及良好 113236.doc 1332031 低溫成形性之組合的麻田散不錄鋼，其比已知的可低溫成 形不銹鋼更佳。亦需要-種提供良好可機械加工性而不會 對合金之低溫成形性產生不利影響之鋼。 【發明内容】 已知的可低溫成形不錄鋼之缺點可藉&具有以下廣泛 的、中間的及較佳的合金組成之麻田散不錄鋼合金而在顯 著程度上得到解決。 ‘

廣泛的 中間的 較佳的 C 0.10-0.40 0.15-0.30 0.20-0.25 Μη 0.01-2.0 0.01-1.0 0.01-0.3 Si 2.0最大 1.0最大 0.75最大 S 0.030最大 0.005-0.020 0.007-0.015 Cr 10-15 11.5-14.3 13.0-13.8 Ni 0.5最大 0.35最大 0.25最大 Mo 0.75-4.0 1.25-3.0 1.75-2.5 Cu 1.5-4.0 1.75-3.5 2.0-3.0 N 0.02-0.15 0.04-0.10 0.05-0.08 合金之餘下物質基本上為鐵與常見雜質。錄與銅達到平 衡’以致比率Ni/Cu小於0.2，較佳不超過約〇.15，且更佳 不超過約0.10。 前述列表係為方便概述而提供，且不希望限制彼此組合 使用之各個元素的範圍之上限及下限值，或限制僅彼此組 合使用之元素的範圍。因此，此等範圍中之一或多者可與 其餘元素之其他範圍中之一或多者一起使用。此外，廣泛 113236.doc 1332031 的、中間的或較佳的組成之元素的最小值或最大值可與另 一杈佳的或中間組成中之同一元素的最小值或最大值一起 使用。在本文中及貫穿此說明書，術語，，百分比，，或符號 意謂重量百分比，除非另有規定。 【實施方式】 碳存在於此合金中，因為其有利於由合金提供之高強 度。碳亦有利於合金形成良好的相平衡。由於此等原因， 該合金包含至少約〇.1〇%、較佳至少約〇 15%且最佳至少約 0·20%的碳。過多的碳會導致此合金中過量形成會對合金 之抗腐録及可低溫成形性產生不良影響之初生碳化物。 因此，該合金包含不超過約0_40%的碳，較佳包含不超過 約0.30%的碳，且最佳不超過約〇 25%的碳。 錳係一種有利於此合金之相平衡的元素，因為其促進了 形成沃斯田且抑制了形成肥粒鐵。最終，該合金包含多達 約2.0%的猛。為了獲得由猛提供之好處，該合金包含至少 約0.01%的鐘。當將硫添加至此合金中來增強其機械加工 性時，會形成會對由合金提供之抗腐蝕性產生不利影響之 疏化錳。因此，當超過約〇〇〇5%的硫存在於合金中時，錳 受到限制以致不得超過約㈣，且較佳不超過約G 藉 由使絲持該等低含量來限制硫化㈣成將促進形成硫^ 鉻’其有利於機械加王性’但不會對此合金提供之抗腐餘 性產生不利影響。 必要時或有需要時，少量的硫可存在於此合金中以有利 於合金之機械加工性。因此’當需要良好機械加工性時， 113236.doc 一孟匕3至少約0 〇〇5。/。的硫，且較佳包含至少約ο 007% 的硫過多的硫會對合金之熱加工性及低溫成形性產生不 利〜響。同樣，如上所述，硫與可用的錳化合形成硫化 錳，其會對合金之抗腐蝕性產生不利影響。因此，當存在 硫時，硫受到限制以致不得超過約0.030%，較佳不超過約 0.020%，且最佳不超過約〇 〇15%。硒可基於^重量百分

來替代。p刀或全部之硫，因為砸亦有利於此合金之可機 械加工性D 對於其中需要最佳低溫成形性之應用，硫受到限制以致 較佳不得超過〇.〇1〇%，更佳不超過約〇 〇〇7%，且為了達成 最佳結果而不超過約0.005〇/〇。 鉻存在於此合金中，以有利於該合金提供之抗腐蝕性。 因此’該合金包含至少約10%的鉻，較佳包含至少約 11.5%的鉻，且最佳包含至少約13 〇%的鉻。過多的鉻會導 致該合金中形成肥粒鐵，其量會對該合金之抗腐蝕性及熱 加工性產生不利影響。因此，鉻受到限制，以致此合金中 包含不超過約1 5°/〇的鉻，較佳包含不超過約14 3%的鉻， 且較佳包含不超過約13·8%的絡。 此合金包含至少約〇.75%的鉬，因為其有利於該合金之 抗腐钱性’尤其在包含氣化物的環境中。較佳地，該合金 包含至少約1.25%的鉬，且為達成此目的，較佳包含至少 約1.75%的钥。像鉻一樣，鉬亦促進合金中肥粒鐵之形 成’且過多的肥粒鐵會對該合金的一般抗腐蝕性及熱加工 性產生不利影響。因此，該合金包含不超過約4.〇%的鉬， 113236.doc 1332031 較佳包含不超過約3·〇%的銷，且較佳包含不超過約25%的 在目0 銅存在於此合金中，以有利於該合金之低溫成形性。當 存在硫時，銅亦有助於提供合金中之可接受的相平衡且有 利於合金之機械加工性。當該合金包含至少約15%的銅 時’將實現由銅提供之優點。較佳地，該合金包含至少約 1.75%的銅，且較佳包含至少約2 〇%的銅。過多的銅可導 致合金之熱脆性，其對該合金之熱加工性產生不利影響。 因此，該合金中之銅受到限制以致不得超過約4.〇%，較佳 不超過約3.5%，且最佳不超過約3.〇%。 多達約0.5%的鎳可存在於此合金中，α有利於合金之相 平衡。較佳地，鎳受到限制以致不得超過約〇.35%且較佳 不超過約0.25%，因為鎳增加了合金之退火強度其會對 該合金之低溫成形性產生不利影響。為了提供低退火硬度 (其為良好的低溫成形性所必需）及適當的相平衡（其有利於 抗腐蝕性及熱加工性）之良好組合，鎳及銅在此合金中達 到平衡，以致鎳比銅（Ni/Cu)之比率較佳小於〇 2，更佳不 超過約0.15 ’且較佳不超過約〇 1〇。 此合金包含至少約〇.〇2。/0的氮，較佳包含至少約〇 〇4%的 氮，且較佳包含至少約0.05%的氮，因為氮有助於合金提 供之高強度。氮亦有利於由此該合金提供之相平衡及抗腐 姓性。合金中過多的氮會導致多孔料，且對合金之低溫 成形性及熱加工性產生不利影響。因此’氮受到限制以致 不得超過約0.15%，較佳不超過約〇1〇%的氮，且較佳不超 113236.doc 過約0.08%的氮》 石夕可存在於該合金φ β . , 干 其®在溶煉期間有效使合金還 '、，’、;、而過夕的矽會促進該合金中過量肥粒鐵之形成， 肥粒鐵會對合金之抗腐钱性及熱加工性產生不利影響。因 匕該口金可包含多達約2 〇〇/〇的石夕以用作還原劑。然而， ”玄口金中之石夕較佳受到限制以致不得超過約i 〇%，且較佳 不超過約0.75%。 該合金之餘下物質為鐵，但旨在用於相同或類似用途或 服務的類似等級之麻田散不錄鋼合金中存在的常見雜質及 添加劑除外。有鑒於此，該合金包含多達約〇·2%的磷較 佳多達約（M〇/〇的磷’且較佳不超過約〇〇5%的磷。同樣， 該合金包含多達約0.20%，但較佳不超過約〇1〇%的釩。多 達約0.10%、較佳不超過約〇 〇1%的鈮及钽組合可存在於此 合金中。此外’該合金亦包含分別少於約〇〇丨％的鈕鋁 及锆。該合金亦可包含多達約〇 〇〇3%的硼。微量（一般分 別少於0.001¼)的鈣及鍅亦可存在於該合金中。 不需要特別的技術來熔煉及精煉此合金。電弧熔煉後可 使用氬氧脫碳（AOD)。然而，當需要更佳的合金清潔度 時首選真空感應炫練（VIM)。此合金適用於連續逢鎮方 法’且必要時可藉由粉末冶金技術製造。在澆鑄後，此合 金之鵠旋較佳以足夠缓慢之速率經爐内冷卻以預防錄鍵開 裂。 根據本發明之合金鎮鍵較佳在約2〇〇〇_23〇〇卞（1093-1260°C)、較佳約 2100-2250°F(1149-1232°C)之爐溫下進行 113236.doc ιη 1332031 熱加工，且若有需要則在中間還原之後再加熱。將大剖面 尺寸的合金熱加工至其可熱軋為橫截面尺寸（該尺寸之合 金可經冷拉）的尺寸。在約1650·17〇〇卞（9〇〇 927<>c)下歷經 约4小時執行中間退火，然後較佳以每小時約3〇ρ。經爐内 冷卻至12〇0卞（649。(：）。然後，在空氣中將合金冷卻至室 溫。 該合金較佳熱軋為適於冷拉之橫截面尺寸。熱軋較佳在 約2150-225。7(1177-1232。(：）之起始溫度下進;^在熱乾之 後，使該合金在約^50-15507(788-843 = )下退火約2小 時。較佳地，該合金以每小時約2〇F。自退火溫度爐内冷卻 降至約1200卞（649。〇，且然後空氣冷卻至室溫。 經一或多次將該合金冷拉至最終尺寸，此取決於所需的 還原置。在冷拉之前，該合金可經受削到、拋光及預塗 覆在冷拉至所要尺寸之後，對合金線進行清潔以移除殘 餘拉拔化合物及任何其他表面污染物。接著，根據上述相 同或類似之循環，使該合金線退火。該合金線可經銅或其 他塗料之表面層塗覆’以防止低溫成形操作期間的磨損。 舉例而言，藉由冷鍛使合金低溫成形至所要形狀及尺 寸。低溫成形之產物包括諸如螺桿、螺釘及螺帽之扣件。 最終產物形式藉由在約175〇_2〇〇〇卞（954 1〇93。〇)、較佳至 /約1900 F(1038〇C)下沃斯田化約j小時，然後進行淬火而 硬化。該合金較佳在真空中於沃斯田化溫度下加熱約^小 時且藉由快速氣冷進行淬火，以防止熱剝落（氧化卜該合 金可在約300-900卞（149-482。〇下回火歷經約2小時，且然 113236.doc 1332031 後在空氣中冷卻。 本發明之合金可形成多種形狀以用於多種用途。然而， 該合金較佳形成為棒或線狀，其可如上所述低溫成形為有 用物件。 熟習此項技術者應瞭解’可對上述實施例進行改變或修 .改’而不脫離本發明之廣泛的發明概念。因此，應瞭解本 .發明並不限於所述之特定實施例，但希望涵蓋如上所述且 ⑹附屬申清專利範圍中所陳述之本發明範圍及精神内的 零 有修改及改變。 所

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Claims (1)

1332031

. 第095127823號專利申請案 • 中文申清專利範圍替換本(99年5月） * 十、申請專利範圍： 一種抗腐钱之麻田散鋼合金 約為下列各量之物質：

2. 鈦 鋁 銳+组 飢 錘 鈣 該合金進一步包含約〇 且餘下物質基本上為鐵 〇.〇 1最大 〇·〇 1最大 〇. 10最大 0-20最大 少於0.001 少於0.001 007-0.030%之硫、砸或其組人 ，其申Ni/Cu不超過約0.1。 如請求項〗之抗腐^細散鋼合金 14.3%之鉻。 其' 包含不超過约 碳 0.10-0.40 猛 0.01-0.3 矽 1 .〇最大 鱗 0.2最大 鉻 10-15 鎳 〇·25最大 鉬 0.75-4.0 氮 0.02-0.15 銅 1.75-3.0 3.如請求項I之抗腐蝕 蝕之麻田散鋼合金，其包含不超 3.0%之鉬。 ^過约 113236-990525.doc 1332031 4. 如請求項1之抗腐蝕之麻田散鋼合金，其包含至少約 0.04%之氮。 5. 如請求項2之抗腐蝕之麻田散鋼合金，其包含至少約 11.5%之鉻。 6. 如請求項1之抗腐蝕之麻田散鋼合金，其包含至少約 2.0%之銅。 7. —種抗腐蝕之麻田散鋼合金，其基本上包括重量百分比 約為下列各量之物質： 碳 0.15-0.30 猛 0.01-0.3 矽 1.0最大 石粦 0.1最大 鉻 11.5-14.3 鎳 0.25最大 鉬 1.25-3.0 氮 0.04-0.10 銅 1.75-3.0 鈦 0.01最大 鋁 0.01最大 鈮+ 0.10最大 组 飢 0.20最大 錯 少於0.001 鈣 少於0.001 113236-990525.doc 1332031 該合金進一步包含約0.007-0.020%之硫、硒或其組合， 且餘下物質基本上為鐵，其中Ni/Cu不超過約〇 1。 8'如清求項7之抗腐蝕之麻田散鋼合金，其包含不超過約 13.8%之絡。 9.如凊求項7之抗腐蝕之麻田散鋼合金，其包含至少約 2.0%之銅。

10·如請求項7之抗腐蝕之麻田散鋼合金 2.5%之錮。 其包含不超過約 11. 如請求項7之抗腐蝕 0.05%之氮。 之麻田散鋼合金 其包含至少約 12. 如請求項7之抗腐蝕 13.0%之鉻。 之麻田散鋼合 金’其包含至少約 其基本上包括重量百分比 13.種抗腐韻之麻田散鋼合金 約為下列各量之物質： 碳 0.20-0 25 錢· 〇.〇U〇 3 矽 0刀5最大 填 〇·〇5最大 鉻 13·°Ί3.8 鎳 〇·25最大 鉬 1.75J.5 氮 〇〇5-〇·〇8 銅 2.0-3.0 鈦 〇·〇1最大

113236-990525.doc 1332031 鋁 0.01最大 鈮+ 0.10最大 鈕 叙 0.20最大 錯 少於0.001 鈣 少於0.001 該合金進一步包含約0.007-0.0 15%之硫、硒或其組合， 且餘下物質基本上為鐵，其中Ni/Cu不超過約0.10。 113236-990525.doc