專利名稱：制備車輛部件的方法和沉淀硬化馬氏體不銹鋼的新用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沉淀硬化馬氏體不銹鋼，以下稱作為馬氏體時(shí)效型不銹鋼。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于某些用途例如在車輛工業(yè)(轎車、貨車和小客車等)的馬氏體時(shí)效型鋼，其中已經(jīng)得到關(guān)于產(chǎn)品性能和制造方法的幾個(gè)益處。
必須注意到，馬氏體轉(zhuǎn)變和沉淀硬化本身的結(jié)合是從文獻(xiàn)Metall.Mater.Trans.A.，25A，2225-2233，1994中已知的。這個(gè)文獻(xiàn)介紹了在基于鐵、鉬、鉻和硅的準(zhǔn)結(jié)晶結(jié)構(gòu)的金屬間化合物的馬氏體結(jié)構(gòu)中的沉淀。在所述合金中的馬氏體可通過上述文獻(xiàn)中所述的變形或在Scripa Metallurgica et Materialia，1995，Vol.33，No.9，pp.1367-1373中所述的等溫地兩種方法成形。發(fā)現(xiàn)這種新型的鋼合金表現(xiàn)出結(jié)合了優(yōu)異強(qiáng)度、耐腐蝕性和延展性。事實(shí)上，對于于冷加工和時(shí)效條件下的鋼絲制品得到2500-3000MPa間的拉伸強(qiáng)度，這使得該制品極好地適用于醫(yī)用和牙科用儀器。然而，這個(gè)文獻(xiàn)沒有公開通過變形使得能夠形成所需形狀、同時(shí)達(dá)到延展性、強(qiáng)度、成形性和耐腐蝕性和馬氏體分布均一性之間的最佳化的鋼制品的方法。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明處理的鋼合金可被加工成鋼絲、管材、棒材和帶材的形狀以進(jìn)一步用于各種車輛和汽車部件。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制備容易成形的鋼制品的極有效的方法，該鋼制品具有均勻分布的馬氏體和沉淀物使得它們適用于車輛或汽車工業(yè)的部件中。
通過使用本發(fā)明的馬氏體時(shí)效型不銹鋼，得到最終產(chǎn)品的制備過程可被大大地縮短。通過金屬間化合物的沉淀進(jìn)行的硬化使得產(chǎn)品具有極高的強(qiáng)度水平。已知的是，對于減振器用途的材料要承受極高的機(jī)械性能要求。
與常規(guī)的高強(qiáng)度鋼不同，馬氏體時(shí)效型鋼擁有某些突出的特征，例如硬化期間無變形、良好的可焊性、強(qiáng)度和韌性的良好結(jié)合，這使得它們對許多用途均具有吸引力。相比于常規(guī)的不銹鋼，馬氏體時(shí)效型不銹鋼的物理性能是更接近于目前使用的碳素鋼性能。
根據(jù)第一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種具有耐腐蝕性、高強(qiáng)度和韌性的部件，其由具有包含下列組成的馬氏體時(shí)效型不銹鋼材料制成至少0.5重量％的鉻、至少0.5重量％的鉬、Cr，Ni和Fe的總量超過50重量％，和鋼具有包括沉淀至馬氏體基體上的金屬間顆粒的微觀結(jié)構(gòu)中。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種制備鋼合金部件的方法，其包含熔煉具有包含如下組成的合金至少0.5重量％鉻、至少0.5重量％的鉬、Cr，Ni和Fe的總量超過50重量％；鑄造該合金；使鑄件經(jīng)受熱擠壓且然后經(jīng)受多個(gè)冷變形步驟以在其微觀結(jié)構(gòu)中得到至少50％馬氏體；且使合金在425-525℃下經(jīng)受時(shí)效處理(ageing treatment)，這足以得到準(zhǔn)結(jié)晶顆粒在馬氏體微觀結(jié)構(gòu)中沉淀。
附圖的簡要說明

圖1顯示了在各種氯化鈉的各種濃度下1RK91、AISI304和AISI316的臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)，其中使用在+300mVSC的恒電勢測量的電化學(xué)CPT測試，PH＝0.6，磨細(xì)測試試樣(600微米)。所有結(jié)果均是六個(gè)測量值的平均值。
本發(fā)明的詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)馬氏體不銹鋼合金，更具體地是沉淀硬化不銹鋼合金(其含有至少0.5％Cr和0.5％Mo，并具有適當(dāng)優(yōu)化的組成，其中Cr，Ni和Fe的總量超過50％)是極好地適用于滿足了良好耐腐蝕性并具有高強(qiáng)度和韌性要求的環(huán)境中。此類用途之一是車輛和汽車部件。更具體地說，此種合金被制成使得在馬氏體基體中得到金屬間準(zhǔn)結(jié)晶顆粒的沉淀。
本發(fā)明的鋼合金的一個(gè)實(shí)施方案應(yīng)當(dāng)優(yōu)選由如下成分組成，按重量％碳 最多為0.1氮 最多為0.1銅 0.5-4鉻 10-14鉬 0.5-6鎳 7-11鈷 0-9鉭 最多為0.1鈮 最多為0.1
鎢 最多為0.1鋁 0.05-0.6鈦 0.4-1.4硅 最多為0.7錳 ≤1.0鐵 其余(除去通常的雜質(zhì)之外，總共最多為0.5％)更優(yōu)選地，這個(gè)合金的制造的方式應(yīng)當(dāng)使得沉淀在變形得到變形馬氏體之后是顯示為準(zhǔn)結(jié)晶顆粒。已發(fā)現(xiàn)，如果總的變形可在每個(gè)變形步驟之間沒有中間退火步驟的情況下發(fā)生，則這種類型的合金可實(shí)現(xiàn)高的機(jī)械性能。
所述材料的制備首先是通過將具有上述組成的鐵基合金在電弧爐中在保護(hù)氣體氛下熔煉。然后將該材料倒出以制成一鑄件，該鑄件然后被熱擠壓，其后得到一中空管，然后將其引入至皮爾格無縫鋼管軋機(jī)，同時(shí)經(jīng)受冷軋制，之后通過冷拉拔對所述材料進(jìn)行進(jìn)一步變形和一定程度的軋制以致于冷軋制的總程度是足以得到至少50％，優(yōu)選是70％的馬氏體量。該材料最后在425-525℃下、優(yōu)選在約475℃下經(jīng)受時(shí)效處理4小時(shí)，且然后以合適的形式準(zhǔn)備用于車輛部件或類似用途。
作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，發(fā)現(xiàn)具有上述組成并按上述方式處理的材料是極好地適用于制備自動(dòng)車輛的減振器，其通常被制成管狀部件。
對于極好地適合用于車輛部件中的材料，機(jī)械性能是特別重要的。同時(shí)，該材料應(yīng)當(dāng)可被容易地成形以致于它能夠被制成鋼絲、管材、棒材和帶材狀以進(jìn)一步用在這些類用途中。
為了調(diào)查本發(fā)明的材料的機(jī)械性能，此種材料同其它現(xiàn)存的常規(guī)碳素鋼材料一起經(jīng)受疲勞測試。
現(xiàn)將通過參照下列實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，這些實(shí)施例是說明性的而不是限制性的。
本發(fā)明的鐵基合金是這個(gè)疲勞測試的對象，其具有如表1中所示的分析結(jié)果。
表1 1RK91的化學(xué)組成(重量％)
為了比較，選擇已被硬鉻化的標(biāo)準(zhǔn)型碳素鋼管。這些對比疲勞測試是示于下表2中。
表2
從表2中可以明顯看出，本發(fā)明的合金1RK91比目前在減振器中使用的鋼具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的疲勞強(qiáng)度。這主要是由于選擇了在按本發(fā)明制成之后，其在微觀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的具有馬氏體和沉淀準(zhǔn)結(jié)晶顆粒的材料。其它性能(明顯是描述機(jī)械性能水平的代表)是硬度水平和通常以Gpa為單位給出的E-模量(楊氏模量)。
下表3顯示了按照本發(fā)明選擇的材料1RK91的這些值，相比于前述表中標(biāo)準(zhǔn)型碳素鋼管。表3機(jī)械性能
從表3中可以看出，本發(fā)明的1RK91合金的硬度水平是明顯高于標(biāo)準(zhǔn)型碳素鋼，盡管后者已被硬鉻化。還重要的是，E-模量值幾乎是與碳素鋼的相同水平。這是一個(gè)令人吃驚的結(jié)果，因?yàn)椴讳P鋼合金的E-模量正常情況下從來沒有達(dá)到碳素鋼的水平。對確定材料的機(jī)械性能的具有重要性的進(jìn)一步測量值是給出在下表4中。
表4機(jī)械測試結(jié)果
從表4中可明顯看出，本發(fā)明的1RK91合金就它的機(jī)械性能而言超過標(biāo)準(zhǔn)碳素鋼。
當(dāng)其用于車輛部件例如減振器時(shí)，熱膨脹趨勢是考慮的另一個(gè)重要的性能。在下表5中，熱膨脹值是就1RK91材料相比于標(biāo)準(zhǔn)碳素鋼型4L7和標(biāo)準(zhǔn)型18/10-不銹鋼合金而給出的。
表5熱膨脹值(微米/最大℃)
熱膨脹值在其中要求任何公差偏差應(yīng)當(dāng)保持在極嚴(yán)格范圍內(nèi)的汽車部件的制造和使用中具有重要性?？蓮谋碇械玫降闹匾Y(jié)論是發(fā)現(xiàn)，用本發(fā)明的鋼得到的熱膨脹值可能完全相當(dāng)于常規(guī)碳素鋼的熱膨脹值，且同時(shí)機(jī)械性能方面超過了常規(guī)的碳素鋼。
腐蝕性能對用在車輛部件中的材料也是重要的。同時(shí)，材料應(yīng)當(dāng)容易成形以致于能夠被制成鋼絲、管材、棒材和帶材以進(jìn)一步用在其它類型的用途中。為了調(diào)查本發(fā)明的材料的腐蝕性能，此種材料相比于現(xiàn)存不銹鋼材料例如Tp316和Tp304進(jìn)行測試。
雖然通過參照上述實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但某些改進(jìn)和變化對本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員是明顯的。因此，本發(fā)明是僅僅受所附權(quán)利要求書的范圍和精神實(shí)質(zhì)的限制。
權(quán)利要求
1.一種部件，其具有耐腐蝕性、高強(qiáng)度和韌性，且由具有包含如下組成的馬氏體時(shí)效型不銹鋼制成至少0.5重量％法人鉻、至少0.5重量％的鉬、Cr，Ni和Fe的總量超過50重量％，和鋼具有包括沉淀至馬氏體基體中的金屬間顆粒的微觀結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的部件，其中所述組成按重量％包含碳 最多為0.1氮 最多為0.1銅 0.5-4鉻 10-14鉬 0.5-6鎳 7-11鈷 0-9鉭 最多為0.1鈮 最多為0.1釩 最多為0.1鎢 最多為0.1鋁 0.05-0.6鈦 0.4-1.4硅 最多為0.7錳 ≤1.0鐵 其余，通常的雜質(zhì)除外
3.如權(quán)利要求1所述的部件，其中微觀結(jié)構(gòu)包括在馬氏體的基體中的準(zhǔn)結(jié)晶顆粒。
4.如權(quán)利要求1所述的部件，其中所述部件包含汽車部件。
5.如權(quán)利要求1所述的部件，其中所述部件包含減振器管。
6.供一種制備鋼合金部件的方法，其包含熔煉具有包含如下組成的合金至少0.5重量％鉻、至少0.5重量％的鉬、Cr，Ni和Fe的總量超過50重量％；鑄造該合金；使鑄件經(jīng)受熱擠壓且然后經(jīng)受多個(gè)冷變形步驟以在其微觀結(jié)構(gòu)中得到至少50％馬氏體；且使合金在425-525℃下經(jīng)受時(shí)效處理，這足以得到準(zhǔn)結(jié)晶顆粒在馬氏體微觀結(jié)構(gòu)中沉淀。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述合金具有如下的組成碳 最多為0.1氮 最多為0.1銅 0.5-4鉻 10-14鉬 0.5-6鎳 7-11鈷 0-9鉭 最多為0.1鈮 最多為0.1釩 最多為0.1鎢 最多為0.1鋁 0.05-0.6鈦 0.4-1.4硅 最多為0.7錳 ≤1.0鐵 其余，通常的雜質(zhì)除外
8.如權(quán)利要求6所述的方法，還包含冷變形合金以制成至少70％馬氏體的微觀結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，還包含在475℃的溫度下時(shí)效處理合金4小時(shí)。
全文摘要
一種用于沉淀硬化馬氏體不銹鋼的制品的材料和其制備方法，該材料的組成包含至少0.5重量％的鉻、至少0.5重量％的鉬、其中Cr，Ni和Fe的總量超過50％；該方法步驟包括熔煉該材料以制成鑄件；熱擠壓，其后進(jìn)行幾個(gè)冷變形步驟以致于得到至少50％的馬氏體和最后在425－525℃下進(jìn)行時(shí)效處理以得到準(zhǔn)結(jié)晶顆粒的沉淀。此種材料可用在要求耐腐蝕性、高強(qiáng)度和良好韌性的車輛部件中。
文檔編號C22C38/06GK1391617SQ0081586
公開日2003年1月15日 申請日期2000年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月17日
發(fā)明者安娜－萊娜·尼斯特倫, 斯蒂根貝格·安娜·胡爾廷 申請人:桑德維克公司