一种马氏体不锈钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种马氏体不锈钢及其制造方法，该不锈钢的化学元素质量百分配比为：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％，余量为Fe和不可避免的杂质。此外，本发明专利技术还提供了一种上述马氏体不锈钢的制造方法。本发明专利技术所述的马氏体不锈钢同时具有高硬度、高韧性和优良高温抗氧化性能。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种马氏体不锈钢及其制造方法
本专利技术涉及金属材料及其加工方法，尤其涉及一种马氏体不锈钢及其制造方法。
技术介绍
马氏体不锈钢是铬系不锈钢，广泛应用于刀剪、量具、水轮机叶片等对强韧性和耐腐蚀有一定要求的领域。用户对低碳马氏体不锈钢的要求是同时具有较高的硬度(30～40HRC)和较好的韧性(夏比V型缺口冲击功大于30J)。马氏体不锈钢主要通过添加碳元素来提高热处理后的强度、硬度。然而，碳含量提高会降低韧性，因此高强度和高韧性始终是马氏体钢不可兼得的两个性能。由于用户在使用过程中要对马氏体不锈钢进行热处理，而高温热处理往往使马氏体不锈钢表面产生较厚的氧化层，对下游用户的表面打磨加工带来较大的困难，因此抗高温氧化性也是马氏体不锈钢性能的一项重要指标。在现有技术中，中国专利CN101906587A提供了一种刹车盘用的低碳马氏体不锈钢，该不锈钢通过较低的碳含量(0.03-0.1wt％)和较高的锰含量(1-2.5wt％)使得马氏体不锈钢具有较高的强度和韧性。然而该专利将硅作为一种杂质元素控制在0.5wt％以下，这使得该专利专利技术的高温抗氧化性较差。中国专利CN103255340B为了克服高强度汽车用钢成形后强度高、韧性不足的问题，提出了一种高强韧性的热成形钢板和制备方法，将钢板以20-100℃的速度加热至奥氏体化温度恒温一段时间后热轧，使奥氏体晶粒细化，以50-120℃/s的速度淬火至50-370℃，获得部分过饱和马氏体和未相变的残余奥氏体，在200-500℃的回火温度等温5-600s，使碳由马氏体向残余奥氏体分配以稳定奥氏体，最后淬火到室温获得细化马氏体和残余奥氏体的复相组织，从而获得了高强度和高韧性钢。这种利用淬火加配分的方法实现复相组织，得到高强、高韧性组合的方法在碳钢中已经较多地被应用，如CN103160680A中提出了一种钢的成分，并利用淬火配合技术得到马氏体和残余奥氏体复相组织，钢的强塑积达到30GPwt％以上；CN103243275B中提出一种低合金高强钢，通过配分处理和回火处理得到了贝氏体、马氏体和奥氏体复相组织，达到了良好的强塑性和韧性配合；CN103045950B也提出了一种低合金化低成本钢，通过快速淬火和碳再分配增加钢强度，保证了良好的韧性。淬火加配分的方法在不锈钢上的应用不多，在现有技术中，CN103614649B中提出了一种含碳量0.15～0.4wt％、含氮量为0～0.12wt％、铬13.0～17.0wt％，镍0～5wt％，钼0-2.0wt％等的马氏体不锈钢，通过常规材料制造成热轧板坯，加热至950～1100℃保温0.5～2h，然后空冷至25～200℃，然后加热至350～500℃保温10～60min，空冷至室温，通过淬火加配分的方法在显微组织中引入弥散的残留奥氏体，大幅提高了马氏体不锈钢的强塑性水平。综上所述，现有技术中存在马氏体不锈钢高硬度和高韧性两者不可兼得的问题，以及如何同时提高马氏体不锈钢的高温抗氧化性能。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种具有特定配比成分的马氏体不锈钢，该马氏体不锈钢具有高硬度和高韧性，同时具有优良的高温抗氧化性能。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种马氏体不锈钢，其化学元素质量百分配比为：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％，余量为Fe和不可避免的杂质。可选地，其化学元素质量百分配比为：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％，余量为Fe和不可避免的杂质。可选地，其化学元素质量百分比还满足：0.02wt％≤C+N≤0.20wt％。可选地，其化学元素质量百分比还满足：V+Ti+Nb≤0.25wt％。可选地，马氏体不锈钢的微观组织为马氏体和残余奥氏体复相组织。可选地，微观组织中马氏体的相比例为55～65％，残余奥氏体的相比例为35～45％。可选地，马氏体不锈钢通过以下步骤制备：(1)将钢坯或连铸坯，热轧制成热轧钢板或钢带，并进行退火；(2)将退火后的热轧钢板或钢带加热至850～1000℃保温5～30min，然后以大于等于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，冷却终止温度为150～220℃，再加热至350～500℃，空冷至室温，得到马氏体不锈钢。本专利技术提供的一种马氏体不锈钢，其合金系为C-Si-Mn-Cr-N-Nb-V-Ti-Mo-B，通过其化学成分的配合作用，使得该不锈钢具有高硬度，高韧性和优良抗氧化性能。具体化学成分的限定理由如下：碳：是重要的奥氏体化元素，一定的碳含量可以保证高温时得到全奥氏体组织；是保证热处理后硬度的重要元素，碳是重要的固溶强化元素和析出强化元素；可以以间隙原子的形式存在于钢中，在淬火后的再加热过程中可以通过相间扩散完成再分配，稳定残余奥氏体组织；过高的碳含量一方面增加脆性，另一方面也有损耐蚀性。为了达到预期的效果，本专利技术中碳含量为0.01～0.18wt％，并且与氮元素配合使用，优选为0.03～0.15wt％。氮：与碳一样是奥氏体化元素，可以以间隙原子形式存在，具有固溶强化作用，氮在奥氏体中的溶解度要高于碳，在热处理过程中氮的析出物较少，同时固溶在基体中的氮可提高不锈钢的耐腐蚀性能，因此氮是一种既能提高马氏体不锈钢强度，又能提高耐腐蚀性能的元素，其在本专利技术中含量为0.01～0.15wt％，优选为0.01～0.08wt％。硅：主要作为脱氧剂加入到钢中，起着固溶强化作用，在提高抗高温氧化性能方面硅也有明显的作用。但是，钢中硅含量高延展性变差，因此从提高不锈钢的抗氧化性能而又不降低可加工性方面考虑，其在本专利技术中含量为0.4～1.5wt％，优选为0.53～1.25wt％。锰：锰既是脱氧元素又是固溶强化元素，能显著提高钢的强度。另外由于锰是奥氏体化形成元素，锰的加入可以使马氏体不锈钢在高温下更容易形成奥氏体，从而在冷却时获得更多的马氏体。但锰含量过高不利于退火软化，其在本专利技术中含量为0.4～3.0wt％，优选为0.45～2.45wt％。磷：磷是有害元素，因此根据生产控制水平尽量降低其含量。硫：硫也是一种有害元素，形成的硫化物不仅会产生热脆现象(当钢在1100～1200℃进行热加工时，分布于晶界的低熔点的共晶体熔化而导致开裂，这就是通常所说的硫的“热脆”现象)而且会降低耐蚀性，通常硫的含量控制在低于0.01wt％以避免硫的有害作用。铬：是提高不锈钢耐蚀性的元素，但铬是强铁素体形成元素，含量高时会使低碳马氏体钢奥氏体化困难，也会使成本提高，铬含量在本专利技术中含量为11.0～15.0wt％，优选为11.2～14.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种马氏体不锈钢，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：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％，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种马氏体不锈钢，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：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％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的马氏体不锈钢，其特征在于，其化学元素质量百分配比为：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％，余量为Fe和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的马氏体不锈钢，其特征在于，其化学元素质量百分比还满足：0.02wt％≤C+N≤0.20wt％。4.根据权利要求1或2所述的马氏体不锈钢，其特征在于，其化学元素质量百分比还满足：V+Ti+Nb≤0.25wt％。5.根据权利要求1或2所述的马氏体不锈钢，其特征在于，所述马氏体不锈钢的微观组织为马氏体和残余奥氏体复相组织。6.根据权利要求5所述的马氏体不锈钢，其特征在于，所述微观组织中所述马氏体的相比例为55～65％，所述残余奥氏体的相比例为35～45％。7.根据权利要求1或2所述的马氏体不锈钢，其特征在于，所述马氏体不锈钢通过以下步骤制备：(1)将钢坯或连铸坯，热轧制成热轧钢板或钢带，并进行退火；(2)将退火后的热轧钢板或钢带加热至850～1000℃保温5～30min，然后以大于等于30℃/s的速度快速冷却至马氏体和奥氏体两相区，冷却终止温度为150～220℃，再加热至350～500℃，空冷至室温，得到所述马氏体不锈钢。8.一种马氏体不锈钢的制造方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，张伟，杜伟，毕洪运，刘春粟，
申请(专利权)人：宝钢不锈钢有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31