一种马氏体不锈钢及其制造方法
阅读：403发布：2023-03-12
专利汇可以提供一种马氏体不锈钢及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种适于制造剃须用薄刀片的 马 氏体不锈 钢 ，其淬火回火后硬度达到HV700以上，同时其 碳 含量控制在合理的范围内，以避免 现有技术 中由于提高碳含量所带来的不利影响，防锈蚀效果好。，下面是一种马氏体不锈钢及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种马氏体不锈钢，其特征在于，所述马氏体不锈钢以重量百分比计具有以下组成：
C：0.41-0.45％，Si≤0.4％，Mn≤0.75％，P≤0.025％，S≤0.003％，Ni≤0.5％，Cr：13.0-
13.7％，Mo：0.4-0.8％，V：0.08-0.12％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的马氏体不锈钢，其特征在于，以重量百分比计碳的含量为
0.42-0.43％。
3.根据权利要求2所述的马氏体不锈钢，其特征在于，以重量百分比计硅的含量为0.1-
0.3％。
4.根据权利要求3所述的马氏体不锈钢，其特征在于，以重量百分比计锰的含量为0.2-
0.46％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的马氏体不锈钢，其特征在于，以重量百分比计磷的含量不大于0.02％；硫的含量不大于0.001％。
6.根据权利要求5所述的马氏体不锈钢，其特征在于，以重量百分比计镍的含量为0.3-
0.4％；铬的含量为13.6～13.7％；钼的含量为0.5～0.6％。
7.根据权利要求6所述的马氏体不锈钢，其特征在于，以重量百分比计钒的含量为
0.10-0.11％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的马氏体不锈钢的制造方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
(1)对上述组成通过电炉炼钢并经过VOD精炼后得到需要的成分组织，控制钢中的气体元素含量为：N≤350ppm，H≤2.0ppm，O≤35ppm，经过钢模浇铸后得到相应的尺寸；
(2)进行电渣重熔来去除非金属杂质，将钢锭锻打成100mm*300mm*L的板坯；
(3)对板坯表面进行打磨，去除表面缺陷及表面氧化皮；
(4)将板坯加热到850℃以上进行热轧，轧制到2.0-4.0mm厚度，得到热轧钢带；
(5)对热轧钢带用罩式炉进行球化退火，退火温度850℃，保温8小时后随炉冷却至室温；
(6)用抛丸生产线对钢带表面进行处理，去除表面氧化皮，得到No.1表面；
(7)对球化退火后的钢带进行冷轧加工。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，通过所述方法获得的马氏体不锈钢淬火回火后硬度达到HV700以上。
一种马氏体不锈钢及其制造方法
技术领域
背景技术
[0002] 马氏体不锈钢属于铬系不锈钢，其室温组织为铁素体加碳化物，淬火回火后室温下为马氏体加残余奥氏体以及碳化物。马氏体不锈钢的主要开发目的是用于制造厨房刀具、园林工具、水产刀具等。马氏体不锈钢主要通过提升碳含量、热处理产生均匀的较大颗粒的碳化物来提升淬火硬度、耐磨性、强度等。现有技术对于马氏体不锈钢的加工制造过程中未对钢带表面质量和有害成分进行有效的控制。
[0003] 对于剃须用薄刀片，需要钢材具备均匀的成分组织、细化的晶粒、热处理后均匀分布的细小碳化物以及较高的表面质量控制。成分组织的均匀稳定对刀片生产后的硬度和刀口锋利度的一致性有很大的帮助，最终影响到剃须的舒适度；细化的晶粒及热处理后均匀分布的细小碳化物对于磨削刀口非常重要，粗大的组织会造成刀口的蹦裂形成缺口，最终影响剃刮舒适度。
[0004] 目前市场上的马氏体不锈钢种类较多，例如：国标的20Cr13、30Cr13、 40Cr13等。其中大部分通过提高碳的含量来提高热处理后的硬度。在刀片的制造过程中，发现20Cr13和30Cr13淬火回火后硬度在HV560-HV600 左右，用于制造刀片其硬度不够，由于硬度不够，在制造中磨削段会造成刀片刀口锋利度不足，影响最终的切割效果。40Cr13热处理后硬度在 HV650左右，但硬度依旧偏低；同时40Cr13的防锈性能不足，特别是在湿度较高的沿海地区，在刀片加工后的存放过程中表面生锈现象严重。
[0005] 公开号为CN103820711A的中国专利文献涉及一种5Cr13不锈钢带钢，通过使用测试，其淬火回火硬度可以达到HV680左右，但随着钢带中碳含量的提升，防锈性能下降严重；并且由于该技术主要为园林工具开发，由于园林工具对防锈性能的要求不高，所以在试用该钢种时发现刀口蹦裂现象严重，其内部组织及碳化物偏大不利于剃须刀片的生产。
[0006] 公开号为CN 102665964A的中国专利文献涉及一种高碳马氏体系不锈钢及其制造方法，按照重量百分比包含0.40～0.80％的碳、11～16％的铬作为主要成分，其制造方法为：在薄带连铸装置中，将按照重量百分比包含C：0.40～0.80％、Cr：11～16％的不锈钢钢水从中间包通过喷嘴供给到所述钢水池而铸造不锈钢薄板，铸造所述不锈钢薄板之后立即利用在线轧辊以5～40％的压下率制造热轧退火带钢，以在热轧退火带钢的微细组织内使初生碳化物为10μm以下。该技术方案中碳含量仍然过高，其通过工艺过程来控制微细组织内使初生碳化物的尺寸，对工艺要求较高，且仍然存在碳含量过高所带来的问题。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种适于制造剃须用薄刀片的马氏体不锈钢，其淬火回火后硬度达到HV700以上，同时其碳含量控制在合理的范围内，以避免现有技术中由于提高碳含量所带来的不利影响，防锈蚀效果好。
[0008] 为实现上述目的，本发明一个方面提供了一种马氏体不锈钢，所述马氏体不锈钢以重量百分比计具有以下组成：C：0.41-0.45％，Si≤0.4％， Mn≤0.75％，P≤0.025％，S≤0.003％，Ni≤0.5％，Cr：13.0-13.7％，Mo： 0.4-0.8％，V：0.08-0.12％，余量为Fe。
[0009] 在所述的马氏体不锈钢中，碳的含量为0.41-0.45％。这是因为随着钢中含碳量提高，钢的强度上升，热处理可达到的硬度提高。但碳与铬反应形成Cr23C6和Cr7C3，碳含量越高形成铬的碳化物的量越大，铬的碳化物的形成会在钢中形成贫铬区，使钢的耐蚀性大大下降。所以将碳含量控制在一个相对合适的范围可以保证产品硬度也可保证耐腐蚀性，使两者取得最佳平衡。另外，相对小的碳含量范围也可保证热处理后钢材硬度保持稳定一致。进一步的，碳的含量优选为0.42-0.43％。
[0010] 在所述的马氏体不锈钢中，硅是主要作为脱氧剂加入到钢中的，同时硅也是一种合金元素，起着固溶强化作用，另外硅在提高抗高温氧化性能方面也有明显的作用。但是，钢中硅含量提高使得不锈钢材料的延展性变差，因此从提高铁素体不锈钢的可加工性方面考虑，其含量应该不大于0.4％。进一步的，所述马氏体不锈钢中，Si的含量为0.05-0.4％，更优选0.1-0.3％。
[0011] 在所述的马氏体不锈钢中，锰既是脱氧元素又是固溶强化元素，能显著提高钢的强度。但锰含量过高不利于提高钢的成型性。其含量应该不大于0.75％。进一步的，所述马氏体不锈钢中，Mn的含量为0.1-0.6％，更优选0.2-0.46％。
[0012] 在所述的马氏体不锈钢中，磷是有害元素，因此根据生产控制水平应尽量地降低。理想的，磷的含量应控制在不大于0.025％，更优选不大于0.02％。
[0013] 在所述的马氏体不锈钢中，硫也是一种有害元素，材料中存在的硫化物不仅会产生材料热脆性而且会降低耐蚀性，所以将硫的含量严格控制在不大于0.003％以避免硫的有害作用。更优选硫的含量不大于 0.001％。
[0014] 在所述的马氏体不锈钢中，镍可以促进形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性。然而，在本发明中，镍不是唯一具有此性质的元素。应将镍的含量控制在一个适合的范围内，以平衡马氏体不锈钢中奥氏体和铁素体的比例，以及平衡镍和其它促进形成奥氏体晶体结构的元素的含量。在本发明中，镍的含量应该不大于 0.5％，优选为0.3-0.4％。
[0015] 在所述的马氏体不锈钢中，为了保证不锈钢的耐蚀性，铬含量应控制在合理的范围内。铬含量过高时，一方面成本提高，另一方面会损害钢的成型性；铬含量过低时，难以满足刚的耐蚀性需求。本发明的马氏体不锈钢中铬的含量为13～13.7％，更优选13.6～13.7％。
[0016] 在所述的马氏体不锈钢中，加入适量的钼可以提升材料的耐蚀性，同时可以增加材料淬火的淬透性能，增加钢的回火稳定性；然而，钼的含量应该同铬和镍的含量相匹配，以保持奥氏体的结构以及最大程度发挥钼的耐蚀性，另外，加入过多的钼会导致成本提高。本发明的马氏体不锈钢中钼的含量为0.4～0.8％，更优选0.5～0.6％。
[0017] 在所述的马氏体不锈钢中，钒是作为钢的优良脱氧剂而存在。钢中加适量的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。为使淬火后获得细晶马氏体，加入钒是最有效的元素。钒是强碳化物形成元素，与碳的结合力极强，形成稳定的VC，是典型的高熔点、高硬度、高弥散度碳化物，是强烈提高耐磨性的元素。的马氏体不锈钢中钒的含量为0.08-0.12％，更优选 0.10-0.11％。
[0018] 本发明另一个方面还提供了所述马氏体不锈钢的制造方法，所述方法包括以下步骤：
[0019] (1)对上述组成通过电炉炼钢并经过VOD精炼后得到需要的成分组织，控制钢中的气体元素含量为：N≤350ppm，H≤2.0ppm，O≤35ppm，经过钢模浇铸后得到相应的尺寸；
[0023] (5)对热轧钢带用罩式炉进行球化退火，退火温度850℃，保温8 小时后随炉冷却至室温；
[0024] (6)用抛丸生产线对钢带表面进行处理，去除表面氧化皮，得到 No.1表面；
[0025] (7)对球化退火后的钢带进行冷轧加工。
[0026] 其中，步骤(2)中100mm*300mm为板坯的截面尺寸，L为板坯的长度，可以根据实际生产时的工艺和要求来确定。
[0027] 步骤(7)中所述冷轧加工可根据经验来控制工艺过程。以2.0mm厚的钢带为例，其冷轧加工可采用如下工艺过程进行：
[0028] 2.0mm冷轧到1.0mm；然后退火，温度820℃，速度3m/s；
[0029] 1.0mm冷轧到0.5mm；然后退火，温度820℃，速度6m/s；
[0030] 0.5mm冷轧到0.25mm；然后退火，温度820℃，速度10m/s；
[0031] 0.25mm冷轧到0.13mm；然后退火，温度820℃，速度14m/s；
[0032] 最后0.13mm冷轧到0.08mm。
[0033] 通过上述冷轧工艺加工，可以获得表面光洁、平整、尺寸精度高和机械性能好的冷轧带钢，尤其适合制造剃须用薄刀片。
[0034] 进一步的，步骤(1)中控制钢中的气体元素含量为：N≤220ppm， H≤0.8ppm，O≤15ppm。
[0035] 本发明技术方案具有如下优点：
[0036] 1、本发明提出了一种适于制造剃须用薄刀片的马氏体不锈钢及其制造方法，其淬火回火后硬度达到HV700以上，完全满足制造剃须用薄刀片的工艺需求；
[0038] 图1为本发明马氏体不锈钢43Cr13MoV材料退火态金相结构。
[0039] 图2a和图2b是市售40Cr13材料的金相结构。
[0040] 图3a、图3b和图3c分别以200×、400×和600×的倍率，显示本发明43Cr13MoV材料热处理后的金相结构。
[0041] 图4a-图4b分别以400×和600×的倍率显示了第一批次40Cr13材料第一次试验中获得的刀片刀口显微照片；图4c-图4d分别以400×和 600×的倍率显示了第一批次40Cr13材料第二次试验中获得的刀片刀口显微照片。
[0042] 图5a-图5b分别以400×和600×的倍率显示了第二批次40Cr13材料第一次试验中获得的刀片刀口显微照片；图5c-图5d分别以400×和 600×的倍率显示了第二批次40Cr13材料第二次试验中获得的刀片刀口显微照片。
[0043] 图6a-图6b分别以400×和600×的倍率显示了第一批次本发明 43Cr13MoV材料第一次试验中获得的刀片刀口显微照片。
[0044] 图7a-图7b分别以400×和600×的倍率显示了第二批次本发明 43Cr13MoV材料第一次试验中获得的刀片刀口显微照片。
具体实施方式
[0045] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0046] 实施例1
[0047] 该实施例中马氏体不锈钢以重量百分比计具有以下组成：C：0.43％，Si：0.3％，Mn：0.38％，P：0.021％，S：0.0011％，Ni：0.36％，Cr：13.62％， Mo：0.53％，V：0.11％，余量为Fe。
[0048] 其制造方法包括：
[0049] (1)对上述组成通过电炉炼钢并经过VOD精炼后得到需要的成分组织，控制钢中的气体元素含量为：N≤350ppm，H≤2.0ppm，O≤35ppm，经过钢模浇铸后得到相应的尺寸；
[0050] (2)进行电渣重熔来去除非金属杂质，将钢锭锻打成 100mm*300mm*L的板坯；
[0051] (3)对板坯表面进行打磨，去除表面缺陷及表面氧化皮；
[0052] (4)将板坯加热到860℃进行热轧，轧制到2mm厚度，得到热轧钢带；
[0053] (5)对热轧钢带用罩式炉进行球化退火，退火温度850℃，保温8 小时后随炉冷却至室温；
[0054] (6)用抛丸生产线对钢带表面进行处理，去除表面氧化皮，得到 No.1表面；
[0055] (7)对球化退火后的钢带进行冷轧加工。
[0056] 实施例2
[0057] 该实施例中马氏体不锈钢以重量百分比计具有以下组成：C：0.43％，Si：0.22％，Mn：0.4％，P：0.021％，S：0.0011％，Ni：0.2％，Cr：13.4％， Mo：0.55％，V：0.1％，余量为Fe。
[0058] 其制备方法中步骤(4)中将板坯加热到880℃进行热轧，轧制到 2.0mm厚度。
[0059] 其余同实施例1。
[0060] 实施例3
[0061] 该实施例中马氏体不锈钢以重量百分比计具有以下组成：C：0.45％， Si：0.3％，Mn：0.55％，P：0.021％，S：0.0011％，Ni：0.25％，Cr：13.5％， Mo：0.6％，V：0.12％，余量为Fe。
[0062] 其制备方法中步骤(4)中将钢坯加热到870℃进行热轧，轧制到 2.5mm厚度。
[0063] 其余同实施例1。
[0064] 实施例4
[0065] 该实施例中马氏体不锈钢以重量百分比计具有以下组成：C：0.41％， Si：0.35％，Mn：0.18％，P：0.021％，S：0.0011％，Ni：0.33％，Cr：13.7％， Mo：0.56％，V：0.082％，余量为Fe。
[0066] 其制备方法中步骤(4)中将钢坯加热到860℃进行热轧，轧制到3mm 厚度。
[0067] 其余同实施例1。
[0068] 实施例5
[0069] 该实施例中马氏体不锈钢以重量百分比计具有以下组成：C：0.41％， Si：0.28％，Mn：0.48％，P：0.021％，S：0.0011％，Ni：0.4％，Cr：13.5％， Mo：0.65％，V：0.1％，余量为Fe。
[0070] 其制备方法中步骤(4)中将钢坯加热到880℃进行热轧，轧制到2mm 厚度。
[0071] 其余同实施例1。
[0072] 实验例
[0073] 1、材料试验分析对象
[0074]
[0075] 2、力学强度和硬度
[0076] 本发明43Cr13MoV材料退火态力学数据如下(强度测试使用 WDW-50H拉伸试验机，硬度测试使用华银显微硬度测试仪，测试力为 500g)：
[0077]
[0078] 3、材料金相结构
[0080] 参见图2a-2b，显示了市售40Cr13的组织中含有大颗粒碳化物。参见图3a-3c，分别以200×、400×和600×的倍率，显示了本发明马氏体不锈钢43Cr13MoV材料热处理后典型组织，材料结构均匀致密，没有大颗粒碳化物。
[0081] 4、刀片刀口显微照片
[0082] 将两种材料40Cr13和43Cr13MoV以同样的现有工艺和设备做成刀片，对刀片刀口显微照片进行分析，通过刀口形状判断刀口的好坏。刀口越均匀、越细腻，其锋利度越好。
[0083] 具体结果见图4a-4d、图5a-5d、图6a-6b和图7a-7b。根据附图所示可知，两个批次的40Cr13材料共计四次试验中，刀片刀口存在不同程度的破损/缺口/孔洞。而两个批次的43Cr13MoV材料共计两次试验中，刀片刀口的均匀度和细腻度明显提高，尤其是第二批次
43Cr13MoV材料的试验(图7a、图7b)中，从显微照片上看，几乎不存在破损/缺口/孔洞。
43Cr13MoV材料的试验(图7a、图7b)中，从显微照片上看，几乎不存在破损/缺口/孔洞。
[0084] 5、刀口锋利度测试分析
[0085] 用刀片锋利度测试仪对上述刀片进行切割试验，测试方法为用刀片切割标准样品片，使用的切割力越小，说明锋利度越好，每个样品测试5 次获得切割力，结果取平均值，单位为：N。
[0086] 1 2 3 4 5 平均值
40Cr13 15.9 13.5 20.4 16.8 18.7 17.06
43Cr13MoV 14.1 13.3 13.5 12.7 13.6 13.44
40Cr13 15.9 13.5 20.4 16.8 18.7 17.06
43Cr13MoV 14.1 13.3 13.5 12.7 13.6 13.44
[0087] 结果可见43Cr13MoV比现有的40Cr13材料制成刀片后锋利度更好。
[0088] 6、耐腐蚀试验
[0089] 取40Cr13、43Cr13MoV用相同的设备和工艺冷轧为成品0.1mm的材料，表面粗糙度为0.13-0.15μm，冲压成刀片后，各取样品5片，放入浓度为5％的工业盐纯水溶液中。每30分钟观察一次，发现有腐蚀点后进行记录时间(单位：小时)。结果如下：
[0090] 1 2 3 4 5 平均值
40Cr13 24 24 26.5 25 26 25.1
43Cr13MoV 48h未发现 48h未发现 48h未发现 48h未发现 48h未发现 48h未发现 [0091] 可以看出本发明的马氏体不锈钢材料相比于现有的40Cr13材料，其防锈性能大幅度提升，48小时未发现锈蚀点，防锈蚀性能优秀。
40Cr13 24 24 26.5 25 26 25.1
43Cr13MoV 48h未发现 48h未发现 48h未发现 48h未发现 48h未发现 48h未发现 [0091] 可以看出本发明的马氏体不锈钢材料相比于现有的40Cr13材料，其防锈性能大幅度提升，48小时未发现锈蚀点，防锈蚀性能优秀。
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