專利名稱：一種刀具用馬氏體不銹鋼及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋼鐵材料及其制造方法，特別涉及一種刀具用馬氏體不銹鋼及其制造方法。

背景技術：
無論是生活還是工業(yè)生產上，刀具都是人們不可或缺的工具。多數情況下，刀具要接觸河水、自來水、雨水或類似的低腐蝕介質，因此，刀具用鋼應該具有一定的耐腐蝕性能；另一方面刀具要具有較強的切削能力和耐磨損能力，所以，刀具用鋼還應具有較高的硬度。為了提高刀具的使用性能、延長刀具的使用壽命，人們經常選擇具有較高硬度的馬氏體不銹鋼來制造刀具。另外，也有一些刀具是高耗材，更新使用的頻率很高，這就要求刀具用鋼價能良好、價格低廉。
目前用于制造刀具最多的是Cr13型馬氏體不銹鋼，如2Cr13、3Cr13等，其成分見表1，這些鋼種具有較高的硬度，如2Cr13的硬度可以達到HRC48～52，3Cr13的硬度可以達到≥HRC53，但是，由于含C量較高，這些鋼種耐腐蝕性能較低，特別是3Cr13鋼在水溶液中就容易發(fā)生銹蝕，只能適用于大氣環(huán)境。
為了尋求具有良好耐腐蝕性和高硬度的馬氏體不銹鋼，人們進行了一系列的研究并形成了一些專利文獻，這些申請專利的馬氏體不銹鋼中成分與本發(fā)明鋼最相近的如，表1中中國專利公開號CN200510080786.3提出一種馬氏體不銹鋼，其主要化學成分(重量％)為C0.15～0.21、Si0.05～1.00、Mn0.3～1.0、Cr10.5～14.0、Ti0～0.050、V0～0.50、N≤0.1，這種鋼尤其強調了優(yōu)良的韌性，但是其硬度達不到HRC53；日本專利公開號JP2003041348A提出了一種馬氏體不銹鋼，其主要化學成分(重量％)為C0.17～0.22、Si≤2.0、Mn≤2.0、Cr14.0～15.0、Mo0.70～1.30、N0.10～0.15，因為鋼中含有較高的Cr，并含有一定的Mo，材料具有良好的耐蝕性和較高的硬度，但材料的成本也因此提高了；日本專利號JP5287456提出了一種馬氏體不銹鋼，其主要化學成分(重量％)為C0.134～0.20、Si≤0.5、Mn≤2.0、Ni1.0～5.0、Cr12.0～16.0、Mo1.3～3.5、N0.06～0.13，材料除了較好的耐蝕性、較高的硬度，還具有良好的韌性，但鋼中加入了Ni，鋼的成本同樣較高；中國專利號CN1145644A也提出了一種馬氏體不銹鋼，其主要化學成分(重量％)為C0.15～0.40、Cr11.0～15.0、Mo1.00-3.00、Ni0.10～1.50、Cu0.1～2.0、N0.02～0.15，這種鋼也具有較高的硬度和良好的耐腐蝕性能，在模具制造等制造領域內有應用，但是對于普通刀具制造來說，這些鋼中含有Ni、Mo、Cu等貴金屬，產品的成本較高。為了降低生產成本，中國專利公開號CN1624182A提出了以下化學成分(重量％)設計C0.12～0.17、Si≤1.0、Mn≤2.0、Cr12.5～14.5、N0.06～0.10、C+N0.210～0.265，這種鋼具有良好的耐鹽霧腐蝕性，能夠保證硬度達到HRC48～52之間，但對于更高的硬度要求，如硬度≥HRC53卻難以實現。
從上述現有技術的介紹可以看出，目前刀具用馬氏體不銹鋼存在難以同時達到高硬度、高耐蝕性和廉價的目的，難以很好滿足刀具生產的要求。本發(fā)明鋼的化學成分見表1，沒有加入Ni、Mo、Cu等貴金屬，其他元素種類與2Cr13、3Cr13相近，只是其中含有廉價的N元素，所以成本變化不大。由于鋼中C、N元素的作用，發(fā)明鋼正火后的硬度可以達到≥HRC53。由于鋼中含有較多量的Cr、N，發(fā)明鋼具有良好的耐蝕性。
表1有關發(fā)明鋼專利的化學成分比較/wt％

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種刀具用馬氏體不銹鋼及其制造方法，這種馬氏體不銹鋼在退火后具有良好的加工性能，正火后具有≥HRC53的硬度和良好的耐蝕性。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是 一種刀具用馬氏體不銹鋼，其成分質量百分比為C0.20～0.25、Si≤1.00、Mn≤1.50、P≤0.035、S≤0.030、Cr12.5～14.5、N0.07～0.12，余量為Fe和其他雜質元素；其中，100C+25N≥22。
優(yōu)選地，所述Cr的含量(質量百分比)為13.00～14.00。
C提高鋼的淬硬性及強度。C含量過低會導致鋼的硬度達不到使用要求；C含量過高會降低鋼的耐腐蝕性能。C含量的范圍規(guī)定為0.20～0.25，同時必須與N的含量有合理的匹配。
Si鋼中存在的一種雜質元素。當Si含量較低時，對鋼的機械性能沒有大的影響，當Si含量超過1.00時會損害韌性。
Mn可以在一定程度上提高鋼的淬透性，增加鋼的強度，并以MnS的形式固定鋼中的S。但是，過多的Mn會降低鋼的韌性，規(guī)定Mn的添加范圍為≤1.50。
P鋼中的雜質元素?？紤]到過多的要求低P量會增加生產成本，其上限規(guī)定為≤0.035。
S鋼中的雜質元素，對提高耐蝕性不利，含量越少越好?？紤]到過多的要求低S量會增加生產成本，其上限規(guī)定為≤0.030。
Cr提高鋼的耐腐蝕性能。隨著鋼中Cr含量的提高，鋼的耐蝕性提高，當Cr含量低于12.50時鋼的耐蝕性提高不明顯；當鋼中的Cr超過14.5時，難于消除鋼中的δ鐵素體相，同時過度添加Cr會增加生產成本。因此，Cr含量的合理范圍12.50～14.50，為了提高鋼的耐蝕性、降低成本，更優(yōu)選為13.00～14.00。
N提高鋼的淬硬性及強度，在提高耐點蝕方面也非常有效。另外N具有抑制δ鐵素體產生的作用。當N在馬氏體不銹鋼中的含量低于0.07時作用不能充分發(fā)揮，但是如果N的加入量超過0.12時，澆注時易析出，且鋼的可加工性下降，N的范圍限定為0.07～0.12。
100C+25N≥22保證鋼的正火后硬度達到≥HRC53。
為了降低鋼的成本，鋼中沒有添加Mo、Cu、Ni等有利于提高鋼耐蝕性的元素。
本發(fā)明的刀具用馬氏體不銹鋼的制造方法，包括以下步驟按上述成分用感應爐熔煉或電弧爐熔煉+AOD(argon oxygen decarburizationfuranace，氬氧精煉法)或VOD(vacuum oxygen decarburization，真空吹氧脫碳法)精煉工藝，經模鑄或連鑄成鑄坯；再經熱軋，然后熱處理，其中，退火加熱溫度為780～900℃，保溫后緩冷至250℃以下；正火加熱溫度為950～1200℃，保溫后在空氣中冷卻至室溫。
所述的馬氏體不銹鋼經退火后的組織為鐵素體+細小彌散碳化物。
所述的馬氏體不銹鋼經退火后具有以下力學性能σb≥520MPa、σ0.2≥225MPa、δ5≥18％、HV值≤234。退火后材料屈服、抗拉強度較低、硬度不高，同時具有良好的延伸率，易于刀具制作時進行切削、成形加工。
所述的馬氏體不銹鋼經正火后的組織為馬氏體；所述的馬氏體不銹鋼經正火后具有以下性能硬度≥HRC53，具有良好的耐鹽霧腐蝕性。
本發(fā)明的鋼在生產制造過程中沒有增加特別的工序、沒有增加生產的難度，生產成本較低。
本發(fā)明與現有技術相比具有如下有益效果 1.本發(fā)明的成分設計中，在3Cr13的基礎上降低了C的含量，使鋼的耐蝕性明顯提高； 2.本發(fā)明成分設計中提高了Cr的含量，使鋼的耐蝕性提高； 3.本發(fā)明成分設計中充分利用了C、N能提高鋼的淬硬性的作用，使鋼的淬火后硬度達到≥HRC53； 4.本發(fā)明成分設計中利用了N能提高鋼耐點蝕作用，使馬氏體不銹鋼同時具有較高的硬度和耐蝕性； 5.本發(fā)明沒有加入Mo、Cu、Ni等貴金屬元素，生產過程沒有采用特別措施、沒有增加生產難度，鋼的成本較低。



圖1為本發(fā)明馬氏體不銹鋼典型的退火組織金相照片示意圖； 圖2為本發(fā)明馬氏體不銹鋼典型的正火組織金相照片示意圖； 圖3為本發(fā)明實施例1鹽霧腐蝕試驗結果照片示意圖(50±5g/LNaCl，35℃，48h)； 圖4為本發(fā)明實施例2鹽霧腐蝕試驗結果照片示意圖(50±5g/LNaCl，35℃，48h)； 圖5為本發(fā)明對比例3鹽霧腐蝕試驗結果照片示意圖(50±5g/LNaCl，35℃，48h)； 圖6為本發(fā)明對比例4鹽霧腐蝕試驗結果照片示意圖(50±5g/LNaCl，35℃，48h)。

具體實施例方式 用真空感應爐冶煉得到成分如表2所示的馬氏體不銹鋼，經模鑄、熱軋成板材，在820℃退火3.5小時后，隨爐冷卻至250℃以下出爐。實施例的典型退火組織見圖1，其組織為鐵素體+細小彌散的碳化物。
表2本發(fā)明鋼與對比鋼的化學成分

實施例退火后的拉伸結果見表3，由表3可以看到，實施例馬氏體不銹鋼經退火后具有以下力學性能σb≥520MPa、σ0.2≥225MPa、δ5≥18％、HV值≤234，較低的強度、硬度和較高的延伸率有利于材料的切削、成形加工。
表3本發(fā)明鋼退火后的拉伸性能 將表2中的實施例和對比例鋼分別加熱到900、950、1000、1050、1100、1150、1200℃作正火熱處理，其硬度見表4。
從表2可以看到在實施例1～6中100C+25N≥22，而對比例1～2中，100C+25N＜22。從表4則可以看到，在實施溫度范圍內，實施例1～6的正火硬度達到≥HRC53，而對比例1～2經正火后的硬度達不到≥HRC53的要求。
由表4還可以看到，實施例鋼正火溫度＜1050℃ 時，其硬度達不到≥HRC53的要求；實施例鋼在1050～1200℃溫度范圍內正火時，其硬度能夠達到≥HRC53的要求。因此發(fā)明鋼的合理正火溫度為1050～1200℃。
實施例在實施正火溫度內的典型金相組織如圖2所示，其組織為馬氏體。
表4 試驗鋼熱處理后的HRC硬度值
刀具產品的耐蝕性一般通過鹽霧試驗來表征。圖3～6分別是表2中實施例1、實施例2、對比例3、對比例4經1050℃正火后的鹽霧腐蝕試驗結果。一般來說，鋼的耐鹽霧腐蝕性能隨著C含量的增加而下降。實施例1的C含量為0.21％，經過48h鹽霧腐蝕后，表面看不到明顯的銹斑。實施例2的C含量為0.25％，相對較高，在其表面開始出現輕微銹跡。對比例3的C含量為0.26％，其表面已經存在較多的銹蝕點，難以達到刀具生產的要求。因此，本發(fā)明鋼要求C含量≤0.25％。對比例4是典型的3Cr13鋼，由于C含量較高，經鹽霧腐蝕試驗后，材料表面已經銹跡斑斑。與3Cr13鋼相比，發(fā)明鋼耐鹽霧腐蝕性能優(yōu)勢明顯。
權利要求
1.一種馬氏體不銹鋼，其成分質量百分比為C0.20～0.25、Si≤1.00、Mn≤1.50、P≤0.035、S≤0.030、Cr12.5～14.5、N0.07～0.12，余量為Fe和其他雜質元素；其中，100C+25N≥22。
2.如權利要求1所述的馬氏體不銹鋼，其特征在于，Cr含量優(yōu)選為13.00～14.00，按質量百分比計。
3.如權利要求1或2所述的馬氏體不銹鋼的制造方法，其按上述成分用感應爐熔煉或電弧爐熔煉+AOD或VOD精煉工藝，經模鑄或連鑄成鑄坯；再經熱軋，然后熱處理，其中，退火加熱溫度為780～900℃，保溫后緩冷至250℃以下；正火加熱溫度為950～1200℃，保溫后在空氣中冷卻至室溫。
全文摘要
一種刀具用馬氏體不銹鋼及其制造方法，其成分質量百分比為C0.20～0.25、Si≤1.00、Mn≤1.50、P≤0.035、S≤0.030、Cr12.5～14.5、N0.07～0.12，其余為Fe和其他雜質元素；其中，100C+25N≥22。其制造方法，包括以下步驟按上述成分用感應爐熔煉或電弧爐熔煉+AOD或VOD精煉工藝，經模鑄或連鑄成鑄坯；再經熱軋，然后熱處理，其中，退火加熱溫度為780～900℃，保溫后緩冷至250℃以下；正火加熱溫度為950～1200℃，保溫后在空氣中冷卻至室溫。本發(fā)明馬氏體不銹鋼在退火后具有良好的加工性能，正火后具有≥HRC53的硬度和良好的耐蝕性。
文檔編號C22C38/18GK101638750SQ20081004108
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權日2008年7月28日
發(fā)明者斌 秦, 軍 王, 孫全社 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司