铁素体钢合金制造技术

本发明专利技术公开了钢合金，其包含基于所述合金不超过１．００重量百分比的硅、１８．０至２２．０重量百分比的铬、１．８０至２．５０重量百分比的钼、０．０１至０．１０重量百分比的氮、不超过０．０１重量百分比的钛、不超过０．０１重量百分比的铌、不超过０．０１重量百分比的铝，余量基本上是铁。所述的合金是铁素体且可抛光的，且具有接近于标准钢合金ｎｏ．１．４５２１的机械性能。本发明专利技术的钢合金加工成表部件，尤其是如壳底、壳体和表面，所以可以制备表壳，所述的表壳也磁屏蔽钟表装置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在钟表行业中使用的高合金不锈钢的领域。现在所佩戴的手表大多数是由金、不锈钢和钛制成的。表用钢的开发始于1925年，此时英国公司Firth Vickers Special Steels Ltd.将CrNi钢指定为“DDQ”引入市场。几乎同时，Krupp公司开发了钢V2A，但是，由于钢No.1.4301，这在表行业中开始使用是在50年后。于是，在二十世纪八十年代末，由于瑞士表行业需要提高耐腐蚀性，由现在是标准钢的奥氏体不锈钢No.1.4435代替了钢“DDQ”。表壳通常是使用冲切技术由金属片材和板材制备的。为了达到它们需要的最终形式，根据表壳的种类，它们必须在一定程度进行强烈的冷挤压，且根据表壳的厚度，进行中间退火。对于通过冷轧制备表带的情况(profiles)也是这样。冷硬化行为对冷块成型是非常重要的。一般而言，最适宜这种变形的钢是在低屈服强度值下，最小的冷却使自己硬化，同时提高变形等级。在块状成型期间的退火状态中，铁素体不锈钢合金的行为类似于非合金钢。为了保护对磁影响敏感的钟表机械装置的部件不受强磁场的影响，一些表制造者在上面提及的钛或1.4435型不锈钢表壳中结合软铁盒(这种材料本身不具有磁屏蔽性能)。这种软铁盒具有抗磁场的保护器的作用，其不会让磁场穿透进入表中。因此，事实上，可以保护表不受高达80000A/m的磁场到；但是必需进行相当的努力，因为这种软铁盒必须单独完成，然后结合到实际的表壳中，因此手表的总厚度被极大地提高。对于表钢而言，还需要例如用于表壳的钢的抛光性，即它对制备高光泽抛光表面的适宜性。目前在表行业使用的奥氏体不锈钢No.1.4435只能在有限的程度上满足这种需求。铁素体不锈钢例如钢No.1.4521不可能像奥氏体钢那样可以抛光用钛或Nb几乎排他性地稳定铁素体钢，以防止在晶粒间界上的Cr-碳化物析出。但是，因此高硬度的碳化钛或碳化铌析出，破坏了铁素体钢的抛光性。通过机械抛光，没有去除析出的大小为5-10μm的碳化物粒子，和作为所谓的凹坑突出外面，更好抛光表面。所谓的抛光痕迹产生，即，在碳化物粒子的抛光阴影中抛光糊料的析出物，这是非常干扰肉眼的。对于可抛光的铁素体铬钢，由于对抛光性的消极影响，通过加入Ti或Nb稳定钢微观结构是不实用的。但是，不用Ti或Nb稳定微观结构，由于扩散速度，在晶粒间界上铬的碳化物的析出进行得如此的快以至于通过从溶体退火温度中快速退火也是不可避免的，铬的碳化物的扩散速度高于铁素体钢的扩散速度约2个数量级。此外铬碳化物形成硬包含物，其再损害钢的抛光性。钢的抛光性极大受到晶粒大小的影响。大粒子钢的抛光产生被称作桔皮纹的作用，这对抛光表面是不可接受的。为此的原因是在无序粒子(晶体)在不同方向中的性能不同。如果根据ASTM E 112测量的晶粒大小低于数值4(≥80pm)，人眼可以看出通过在抛光过程中不同程度去除的晶体表面为点状粒子，其表现出桔皮纹的外观。在表钢的技术规范中，另一个要求是良好的加工性能。根据表壳的种类，在表壳的制备过程中，必须进行具有中间退火步骤的大范围冷成型操作。此外，表带的制备，例如使用钻孔和研磨，还需要合金良好的机械加工性。良好的耐腐蚀性，特别是在含盐介质中，是表钢的又一个主要要求。手表直接与皮肤接触，且由于排汗的浸湿具有特别的腐蚀风险。钢的纯度对耐腐蚀性具有相当大的影响。粗糙和线性析出的非金属包含物表示表面上的弱点，锈痕可以在此产生，然后不受阻碍地继续。为此，在本领域中，钢通常通过电渣重熔(Electro-Slag-Remelting)方法(ESR方法)来重熔，根据DIN 65602，导致非金属的、腐蚀培养晶粒(corrosion fostering particle)大小下降约2个单位左右。已知的是，钢合金的化学和机械性能可以通过向合金中加入金属和非金属元素来控制。每种单独的合金元素和痕量元素本身对钢的机械、化学和磁性能以及微观结构的影响是已知的(比较，例如在“Nichtrostende Sthle-Eigenschaften，Verarbeitung，Anwendung，Normen”第二版中的第2.2章，编辑“Edelstahl-Vereinigung e.V.”Verlag Stahl-Eisen；和C.W.Wegst，VerlagStahlschlüssel，Wegst GmbH的“Stahlschlüssel”第18版，1998，第1章)。已知的合金元素以及如果分别将它们加入到合金中，它们对钢的影响简要描述如下。首先，铬对钢具有钝化作用，因此表示用于所有不锈钢的主要合金元素。钼提高了耐腐蚀性，和在卤素离子的存在下，对点状腐蚀的稳定性。很多人认为，在可抛光钢中，硅为不需要的杂质，因为它形成硬的氧化物内含物。另一方面，如果合金应当是软磁的，硅是需要的合金元素。氮改善耐腐蚀性。因为屈服强度和加工硬化的趋势通过加入N而得到改善，N的含量通常严格限制为0.2％。认为奥氏体钢中加入N极大地延迟了M23C6析出的开始(P.R.Levy，P.R.，van Bennekom，A.，Corrosion 51，911-921(1995))。另一方面，如果需要的是具有软磁性能的合金，氮的存在是有问题的(参见，例如“Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry”第5版，Volume A16，第26页，左栏，第二段)。锰是奥氏体形成元素。因此在铁素体钢中，它的存在是非常不需要的。痕量的硫对钢的机械加工性是有利的，其可能对特定表部件，例如表带的制备是重要的。但是，大量的它对于钢的耐腐蚀具有不利的影响。虽然碳的加入提高了钢的硬度，但是，另一方面，它是非常强的奥氏体形成元素，且它通过在晶粒间界上析出铬碳化物，降低了机械加工性和抛光性。如果需要合金具有软磁性能，碳的存在同样是很成问题的(参见，例如“Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry”第5版，Volume A16，第26页，左栏，第二段)。对于钢合金的软磁性能，镍作为重要的合金元素(典型地，30至80重量百分比)是需要的，但是，另一方面，由于其作为奥氏体形成元素的性能，对铁素体钢是非常不需要的。此外，对含Ni合金的过敏反应在工业国家已经成为严重的医疗问题。例如，在欧洲，超过20％的青年妇女和超过6％的男青年因镍过敏症而受到损害。这在手表的表壳是重要的，因为这些直接放在皮肤上。纯的、非合金铁(软铁)作为软磁性材料同样是有利的，但是，已知它不具有耐腐蚀性。铬镍钢的两维微观结构相图允许对微观结构(奥氏体、δ-铁素体、马氏体或其混合物)进行大致评估，将形成为Cr含量(图中绘制在x轴上)和Ni含量(图中绘制在y轴上)的函数。通过考虑以上的元素，还可以扩大这种微观结构相图；但是，仅概要考虑另外的元素，并且估计形成为另外的镍或铬当量。以这种形式，已知的是Schaeffler-图。(A.L.SchaefflerM.S.Thesis，Univ.of Wisconsin，June 1944；A.L.Schaeffler，The Welding Journal 26/10，601-620(1947)；本文档来自技高网...

【技术保护点】
高合金铁素体合金，其包含基于所述合金至多１．００重量百分比的硅、１８．０至２２．０重量百分比的铬、１．８０至２．５０重量百分比的钼、０．０１至０．１０重量百分比的氮、至多０．０１重量百分比的钛、至多０．０１重量百分比的铌、至多０．０１重量百分比的铝和余量基本上是铁。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔海因茨克拉默，
申请(专利权)人：福斯有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]