一種馬氏體不銹鋼及其制造方法技術

本發明專利技術提供了一種馬氏體不銹鋼及其制造方法，該不銹鋼的化學元素質量百分配比為：C：0.01～0.18wt％，Si：0.4～1.5wt％，Mn：0.4～3.0wt％，P≤0.04wt％，S：0.002～0.01wt％，Cr：11.0～15.0wt％，N：0.01～0.15wt％，Nb：0.001～0.01wt％，V：0.05～0.25wt％，Ti：0.001～0.01wt％，Mo：0.01～1.50wt％，B：0.0005～0.001wt％，余量為Fe和不可避免的雜質。此外，本發明專利技術還提供了一種上述馬氏體不銹鋼的制造方法。本發明專利技術所述的馬氏體不銹鋼同時具有高硬度、高韌性和優良高溫抗氧化性能。

A martensitic stainless steel and its manufacturing method

The invention provides a martensitic stainless steel and its manufacturing method. The mass ratio of the chemical elements of the stainless steel is C:0.01 to 0.18wt%, Si:0.4 to 1.5wt%, Mn:0.4 to 3.0wt%, P < 0.04wt%, S:0.002 to 0.01wt%, Cr:11.0 ~ 15.0wt%. 05 ~ 0.25wt%, Ti:0.001 ~ 0.01wt%, Mo:0.01 ~ 1.50wt%, B:0.0005 ~ 0.001wt%, the allowance is Fe and unavoidable impurities. In addition, the invention also provides a manufacturing method of the martensitic stainless steel. The martensitic stainless steel has high hardness, high toughness and excellent high temperature oxidation resistance.

【技術實現步驟摘要】
一種馬氏體不銹鋼及其制造方法
本專利技術涉及金屬材料及其加工方法，尤其涉及一種馬氏體不銹鋼及其制造方法。
技術介紹
馬氏體不銹鋼是鉻系不銹鋼，廣泛應用于刀剪、量具、水輪機葉片等對強韌性和耐腐蝕有一定要求的領域。用戶對低碳馬氏體不銹鋼的要求是同時具有較高的硬度(30～40HRC)和較好的韌性(夏比V型缺口沖擊功大于30J)。馬氏體不銹鋼主要通過添加碳元素來提高熱處理后的強度、硬度。然而，碳含量提高會降低韌性，因此高強度和高韌性始終是馬氏體鋼不可兼得的兩個性能。由于用戶在使用過程中要對馬氏體不銹鋼進行熱處理，而高溫熱處理往往使馬氏體不銹鋼表面產生較厚的氧化層，對下游用戶的表面打磨加工帶來較大的困難，因此抗高溫氧化性也是馬氏體不銹鋼性能的一項重要指標。在現有技術中，中國專利CN101906587A提供了一種剎車盤用的低碳馬氏體不銹鋼，該不銹鋼通過較低的碳含量(0.03-0.1wt％)和較高的錳含量(1-2.5wt％)使得馬氏體不銹鋼具有較高的強度和韌性。然而該專利將硅作為一種雜質元素控制在0.5wt％以下，這使得該專利專利技術的高溫抗氧化性較差。中國專利CN103255340B為了克服高強度汽車用鋼成形后強度高、韌性不足的問題，提出了一種高強韌性的熱成形鋼板和制備方法，將鋼板以20-100℃的速度加熱至奧氏體化溫度恒溫一段時間后熱軋，使奧氏體晶粒細化，以50-120℃/s的速度淬火至50-370℃，獲得部分過飽和馬氏體和未相變的殘余奧氏體，在200-500℃的回火溫度等溫5-600s，使碳由馬氏體向殘余奧氏體分配以穩定奧氏體，最后淬火到室溫獲得細化馬氏體和殘余奧氏體的復相組織，從而獲得了高強度和高韌性鋼。這種利用淬火加配分的方法實現復相組織，得到高強、高韌性組合的方法在碳鋼中已經較多地被應用，如CN103160680A中提出了一種鋼的成分，并利用淬火配合技術得到馬氏體和殘余奧氏體復相組織，鋼的強塑積達到30GPwt％以上；CN103243275B中提出一種低合金高強鋼，通過配分處理和回火處理得到了貝氏體、馬氏體和奧氏體復相組織，達到了良好的強塑性和韌性配合；CN103045950B也提出了一種低合金化低成本鋼，通過快速淬火和碳再分配增加鋼強度，保證了良好的韌性。淬火加配分的方法在不銹鋼上的應用不多，在現有技術中，CN103614649B中提出了一種含碳量0.15～0.4wt％、含氮量為0～0.12wt％、鉻13.0～17.0wt％，鎳0～5wt％，鉬0-2.0wt％等的馬氏體不銹鋼，通過常規材料制造成熱軋板坯，加熱至950～1100℃保溫0.5～2h，然后空冷至25～200℃，然后加熱至350～500℃保溫10～60min，空冷至室溫，通過淬火加配分的方法在顯微組織中引入彌散的殘留奧氏體，大幅提高了馬氏體不銹鋼的強塑性水平。綜上所述，現有技術中存在馬氏體不銹鋼高硬度和高韌性兩者不可兼得的問題，以及如何同時提高馬氏體不銹鋼的高溫抗氧化性能。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的第一個目的在于提供一種具有特定配比成分的馬氏體不銹鋼，該馬氏體不銹鋼具有高硬度和高韌性，同時具有優良的高溫抗氧化性能。為了實現上述目的，本專利技術提供了一種馬氏體不銹鋼，其化學元素質量百分配比為：C：0.01～0.18wt％，Si：0.4～1.5wt％，Mn：0.4～3.0wt％，P≤0.04wt％，S：0.002～0.01wt％，Cr：11.0～15.0wt％，N：0.01～0.15wt％，Nb：0.001～0.01wt％，V：0.05～0.25wt％，Ti：0.001～0.01wt％，Mo：0.01～1.50wt％，B：0.0005～0.001wt％，余量為Fe和不可避免的雜質。可選地，其化學元素質量百分配比為：C：0.03～0.15wt％，Si：0.53～1.25wt％，Mn：0.45～2.45wt％，Cr：11.2～14.5wt％，N：0.01～0.08wt％，Nb：0.001～0.007wt％，V：0.05～0.23wt％，Ti：0.002～0.008wt％，Mo：0.01～1.10wt％，B：0.0005～0.0009wt％，余量為Fe和不可避免的雜質。可選地，其化學元素質量百分比還滿足：0.02wt％≤C+N≤0.20wt％。可選地，其化學元素質量百分比還滿足：V+Ti+Nb≤0.25wt％。可選地，馬氏體不銹鋼的微觀組織為馬氏體和殘余奧氏體復相組織。可選地，微觀組織中馬氏體的相比例為55～65％，殘余奧氏體的相比例為35～45％。可選地，馬氏體不銹鋼通過以下步驟制備：(1)將鋼坯或連鑄坯，熱軋制成熱軋鋼板或鋼帶，并進行退火；(2)將退火后的熱軋鋼板或鋼帶加熱至850～1000℃保溫5～30min，然后以大于等于30℃/s的速度快速冷卻至馬氏體和奧氏體兩相區，冷卻終止溫度為150～220℃，再加熱至350～500℃，空冷至室溫，得到馬氏體不銹鋼。本專利技術提供的一種馬氏體不銹鋼，其合金系為C-Si-Mn-Cr-N-Nb-V-Ti-Mo-B，通過其化學成分的配合作用，使得該不銹鋼具有高硬度，高韌性和優良抗氧化性能。具體化學成分的限定理由如下：碳：是重要的奧氏體化元素，一定的碳含量可以保證高溫時得到全奧氏體組織；是保證熱處理后硬度的重要元素，碳是重要的固溶強化元素和析出強化元素；可以以間隙原子的形式存在于鋼中，在淬火后的再加熱過程中可以通過相間擴散完成再分配，穩定殘余奧氏體組織；過高的碳含量一方面增加脆性，另一方面也有損耐蝕性。為了達到預期的效果，本專利技術中碳含量為0.01～0.18wt％，并且與氮元素配合使用，優選為0.03～0.15wt％。氮：與碳一樣是奧氏體化元素，可以以間隙原子形式存在，具有固溶強化作用，氮在奧氏體中的溶解度要高于碳，在熱處理過程中氮的析出物較少，同時固溶在基體中的氮可提高不銹鋼的耐腐蝕性能，因此氮是一種既能提高馬氏體不銹鋼強度，又能提高耐腐蝕性能的元素，其在本專利技術中含量為0.01～0.15wt％，優選為0.01～0.08wt％。硅：主要作為脫氧劑加入到鋼中，起著固溶強化作用，在提高抗高溫氧化性能方面硅也有明顯的作用。但是，鋼中硅含量高延展性變差，因此從提高不銹鋼的抗氧化性能而又不降低可加工性方面考慮，其在本專利技術中含量為0.4～1.5wt％，優選為0.53～1.25wt％。錳：錳既是脫氧元素又是固溶強化元素，能顯著提高鋼的強度。另外由于錳是奧氏體化形成元素，錳的加入可以使馬氏體不銹鋼在高溫下更容易形成奧氏體，從而在冷卻時獲得更多的馬氏體。但錳含量過高不利于退火軟化，其在本專利技術中含量為0.4～3.0wt％，優選為0.45～2.45wt％。磷：磷是有害元素，因此根據生產控制水平盡量降低其含量。硫：硫也是一種有害元素，形成的硫化物不僅會產生熱脆現象(當鋼在1100～1200℃進行熱加工時，分布于晶界的低熔點的共晶體熔化而導致開裂，這就是通常所說的硫的“熱脆”現象)而且會降低耐蝕性，通常硫的含量控制在低于0.01wt％以避免硫的有害作用。鉻：是提高不銹鋼耐蝕性的元素，但鉻是強鐵素體形成元素，含量高時會使低碳馬氏體鋼奧氏體化困難，也會使成本提高，鉻含量在本專利技術中含量為11.0～15.0wt％，優選為11.2～14.5本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種馬氏體不銹鋼，其特征在于，其化學元素質量百分配比為：C：0.01～0.18wt％，Si：0.4～1.5wt％，Mn：0.4～3.0wt％，P≤0.04wt％，S：0.002～0.01wt％，Cr：11.0～15.0wt％，N：0.01～0.15wt％，Nb：0.001～0.01wt％，V：0.05～0.25wt％，Ti：0.001～0.01wt％，Mo：0.01～1.50wt％，B：0.0005～0.001wt％，余量為Fe和不可避免的雜質。

【技術特征摘要】
1.一種馬氏體不銹鋼，其特征在于，其化學元素質量百分配比為：C：0.01～0.18wt％，Si：0.4～1.5wt％，Mn：0.4～3.0wt％，P≤0.04wt％，S：0.002～0.01wt％，Cr：11.0～15.0wt％，N：0.01～0.15wt％，Nb：0.001～0.01wt％，V：0.05～0.25wt％，Ti：0.001～0.01wt％，Mo：0.01～1.50wt％，B：0.0005～0.001wt％，余量為Fe和不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，其化學元素質量百分配比為：C：0.03～0.15wt％，Si：0.53～1.25wt％，Mn：0.45～2.45wt％，Cr：11.2～14.5wt％，N：0.01～0.08wt％Nb：0.001～0.007wt％，V：0.05～0.23wt％，Ti：0.002～0.008wt％，Mo：0.01～1.10wt％，B：0.0005～0.0009wt％，余量為Fe和不可避免的雜質。3.根據權利要求1或2所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，其化學元素質量百分比還滿足：0.02wt％≤C+N≤0.20wt％。4.根據權利要求1或2所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，其化學元素質量百分比還滿足：V+Ti+Nb≤0.25wt％。5.根據權利要求1或2所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，所述馬氏體不銹鋼的微觀組織為馬氏體和殘余奧氏體復相組織。6.根據權利要求5所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，所述微觀組織中所述馬氏體的相比例為55～65％，所述殘余奧氏體的相比例為35～45％。7.根據權利要求1或2所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，所述馬氏體不銹鋼通過以下步驟制備：(1)將鋼坯或連鑄坯，熱軋制成熱軋鋼板或鋼帶，并進行退火；(2)將退火后的熱軋鋼板或鋼帶加熱至850～1000℃保溫5～30min，然后以大于等于30℃/s的速度快速冷卻至馬氏體和奧氏體兩相區，冷卻終止溫度為150～220℃，再加熱至350～500℃，空冷至室溫，得到所述馬氏體不銹鋼。8.一種馬氏體不銹鋼的制造方法，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張鑫，張偉，杜偉，畢洪運，劉春粟，
申請(專利權)人：寶鋼不銹鋼有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31