專利名稱：鐵素體鋼合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在鐘表行業(yè)中使用的高合金不銹鋼的領(lǐng)域。
現(xiàn)在所佩戴的手表大多數(shù)是由金、不銹鋼和鈦制成的。表用鋼的開(kāi)發(fā)始于1925年，此時(shí)英國(guó)公司Firth Vickers Special Steels Ltd.將CrNi鋼指定為“DDQ”引入市場(chǎng)。幾乎同時(shí)，Krupp公司開(kāi)發(fā)了鋼V2A，但是，由于鋼No.1.4301，這在表行業(yè)中開(kāi)始使用是在50年后。于是，在二十世紀(jì)八十年代末，由于瑞士表行業(yè)需要提高耐腐蝕性，由現(xiàn)在是標(biāo)準(zhǔn)鋼的奧氏體不銹鋼No.1.4435代替了鋼“DDQ”。
表殼通常是使用沖切技術(shù)由金屬片材和板材制備的。為了達(dá)到它們需要的最終形式，根據(jù)表殼的種類，它們必須在一定程度進(jìn)行強(qiáng)烈的冷擠壓，且根據(jù)表殼的厚度，進(jìn)行中間退火。對(duì)于通過(guò)冷軋制備表帶的情況(profiles)也是這樣。冷硬化行為對(duì)冷塊成型是非常重要的。一般而言，最適宜這種變形的鋼是在低屈服強(qiáng)度值下，最小的冷卻使自己硬化，同時(shí)提高變形等級(jí)。在塊狀成型期間的退火狀態(tài)中，鐵素體不銹鋼合金的行為類似于非合金鋼。
為了保護(hù)對(duì)磁影響敏感的鐘表機(jī)械裝置的部件不受強(qiáng)磁場(chǎng)的影響，一些表制造者在上面提及的鈦或1.4435型不銹鋼表殼中結(jié)合軟鐵盒(這種材料本身不具有磁屏蔽性能)。這種軟鐵盒具有抗磁場(chǎng)的保護(hù)器的作用，其不會(huì)讓磁場(chǎng)穿透進(jìn)入表中。因此，事實(shí)上，可以保護(hù)表不受高達(dá)80000A/m的磁場(chǎng)到；但是必需進(jìn)行相當(dāng)?shù)呐?，因?yàn)檫@種軟鐵盒必須單獨(dú)完成，然后結(jié)合到實(shí)際的表殼中，因此手表的總厚度被極大地提高。
對(duì)于表鋼而言，還需要例如用于表殼的鋼的拋光性，即它對(duì)制備高光澤拋光表面的適宜性。目前在表行業(yè)使用的奧氏體不銹鋼No.1.4435只能在有限的程度上滿足這種需求。鐵素體不銹鋼例如鋼No.1.4521不可能像奧氏體鋼那樣可以拋光用鈦或Nb幾乎排他性地穩(wěn)定鐵素體鋼，以防止在晶粒間界上的Cr-碳化物析出。但是，因此高硬度的碳化鈦或碳化鈮析出，破壞了鐵素體鋼的拋光性。通過(guò)機(jī)械拋光，沒(méi)有去除析出的大小為5-10μm的碳化物粒子，和作為所謂的凹坑突出外面，更好拋光表面。所謂的拋光痕跡產(chǎn)生，即，在碳化物粒子的拋光陰影中拋光糊料的析出物，這是非常干擾肉眼的。對(duì)于可拋光的鐵素體鉻鋼，由于對(duì)拋光性的消極影響，通過(guò)加入Ti或Nb穩(wěn)定鋼微觀結(jié)構(gòu)是不實(shí)用的。但是，不用Ti或Nb穩(wěn)定微觀結(jié)構(gòu)，由于擴(kuò)散速度，在晶粒間界上鉻的碳化物的析出進(jìn)行得如此的快以至于通過(guò)從溶體退火溫度中快速退火也是不可避免的，鉻的碳化物的擴(kuò)散速度高于鐵素體鋼的擴(kuò)散速度約2個(gè)數(shù)量級(jí)。此外鉻碳化物形成硬包含物，其再損害鋼的拋光性。
鋼的拋光性極大受到晶粒大小的影響。大粒子鋼的拋光產(chǎn)生被稱作桔皮紋的作用，這對(duì)拋光表面是不可接受的。為此的原因是在無(wú)序粒子(晶體)在不同方向中的性能不同。如果根據(jù)ASTM E 112測(cè)量的晶粒大小低于數(shù)值4(≥80pm)，人眼可以看出通過(guò)在拋光過(guò)程中不同程度去除的晶體表面為點(diǎn)狀粒子，其表現(xiàn)出桔皮紋的外觀。
在表鋼的技術(shù)規(guī)范中，另一個(gè)要求是良好的加工性能。根據(jù)表殼的種類，在表殼的制備過(guò)程中，必須進(jìn)行具有中間退火步驟的大范圍冷成型操作。此外，表帶的制備，例如使用鉆孔和研磨，還需要合金良好的機(jī)械加工性。
良好的耐腐蝕性，特別是在含鹽介質(zhì)中，是表鋼的又一個(gè)主要要求。手表直接與皮膚接觸，且由于排汗的浸濕具有特別的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。鋼的純度對(duì)耐腐蝕性具有相當(dāng)大的影響。粗糙和線性析出的非金屬包含物表示表面上的弱點(diǎn)，銹痕可以在此產(chǎn)生，然后不受阻礙地繼續(xù)。為此，在本領(lǐng)域中，鋼通常通過(guò)電渣重熔(Electro-Slag-Remelting)方法(ESR方法)來(lái)重熔，根據(jù)DIN 65602，導(dǎo)致非金屬的、腐蝕培養(yǎng)晶粒(corrosion fostering particle)大小下降約2個(gè)單位左右。
已知的是，鋼合金的化學(xué)和機(jī)械性能可以通過(guò)向合金中加入金屬和非金屬元素來(lái)控制。
每種單獨(dú)的合金元素和痕量元素本身對(duì)鋼的機(jī)械、化學(xué)和磁性能以及微觀結(jié)構(gòu)的影響是已知的(比較，例如在“Nichtrostende Sthle-Eigenschaften，Verarbeitung，Anwendung，Normen”[Stainless Steels-Properties，Processing，Use，Standards]第二版中的第2.2章，編輯“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別將它們加入到合金中，它們對(duì)鋼的影響簡(jiǎn)要描述如下。
首先，鉻對(duì)鋼具有鈍化作用，因此表示用于所有不銹鋼的主要合金元素。
鉬提高了耐腐蝕性，和在鹵素離子的存在下，對(duì)點(diǎn)狀腐蝕的穩(wěn)定性。
很多人認(rèn)為，在可拋光鋼中，硅為不需要的雜質(zhì)，因?yàn)樗纬捎驳难趸飪?nèi)含物。另一方面，如果合金應(yīng)當(dāng)是軟磁的，硅是需要的合金元素。
氮改善耐腐蝕性。因?yàn)榍?qiáng)度和加工硬化的趨勢(shì)通過(guò)加入N而得到改善，N的含量通常嚴(yán)格限制為0.2％。認(rèn)為奧氏體鋼中加入N極大地延遲了M23C6析出的開(kāi)始(P.R.Levy，P.R.，van Bennekom，A.，Corrosion 51，911-921(1995))。另一方面，如果需要的是具有軟磁性能的合金，氮的存在是有問(wèn)題的(參見(jiàn)，例如“Ullmann’s Encyclopaedia of Industrial Chemistry”第5版，Volume A16，第26頁(yè)，左欄，第二段)。
錳是奧氏體形成元素。因此在鐵素體鋼中，它的存在是非常不需要的。
痕量的硫?qū)︿摰臋C(jī)械加工性是有利的，其可能對(duì)特定表部件，例如表帶的制備是重要的。但是，大量的它對(duì)于鋼的耐腐蝕具有不利的影響。
雖然碳的加入提高了鋼的硬度，但是，另一方面，它是非常強(qiáng)的奧氏體形成元素，且它通過(guò)在晶粒間界上析出鉻碳化物，降低了機(jī)械加工性和拋光性。如果需要合金具有軟磁性能，碳的存在同樣是很成問(wèn)題的(參見(jiàn)，例如“Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry”第5版，Volume A16，第26頁(yè)，左欄，第二段)。
對(duì)于鋼合金的軟磁性能，鎳作為重要的合金元素(典型地，30至80重量百分比)是需要的，但是，另一方面，由于其作為奧氏體形成元素的性能，對(duì)鐵素體鋼是非常不需要的。此外，對(duì)含Ni合金的過(guò)敏反應(yīng)在工業(yè)國(guó)家已經(jīng)成為嚴(yán)重的醫(yī)療問(wèn)題。例如，在歐洲，超過(guò)20％的青年婦女和超過(guò)6％的男青年因鎳過(guò)敏癥而受到損害。這在手表的表殼是重要的，因?yàn)檫@些直接放在皮膚上。
純的、非合金鐵(軟鐵)作為軟磁性材料同樣是有利的，但是，已知它不具有耐腐蝕性。
鉻鎳鋼的兩維微觀結(jié)構(gòu)相圖允許對(duì)微觀結(jié)構(gòu)(奧氏體、δ-鐵素體、馬氏體或其混合物)進(jìn)行大致評(píng)估，將形成為Cr含量(圖中繪制在x軸上)和Ni含量(圖中繪制在y軸上)的函數(shù)。通過(guò)考慮以上的元素，還可以擴(kuò)大這種微觀結(jié)構(gòu)相圖；但是，僅概要考慮另外的元素，并且估計(jì)形成為另外的鎳或鉻當(dāng)量。以這種形式，已知的是Schaeffler-圖。(A.L.SchaefflerM.S.Thesis，Univ.of Wisconsin，June 1944；A.L.Schaeffler，The Welding Journal 26/10，601-620(1947)；A.L.Schaeffler，Metal Progress vol.56s.680A，B(1949))。由于通過(guò)經(jīng)驗(yàn)決定的因素(比較，Briggs，J.Z.，Parker，D.，ClimaxMolybdenum Company，第6至7頁(yè)(1965))，進(jìn)行將另外元素的量通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)化為當(dāng)量的鉻和鎳的量，作為從實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)值，所以對(duì)于具體合金的微觀結(jié)構(gòu)的精確預(yù)測(cè)是不可能的。具體地，從Schaeffler圖中，不可能對(duì)于一種合金的耐腐蝕性或機(jī)械和磁性性能得出結(jié)論。
對(duì)Cr/Mo鋼的抗點(diǎn)蝕性的初步估計(jì)還可以從兩維圖(Grfen，H.，Chem.Ing.Techn.54，第108-119頁(yè)(1982))中得到。在該圖中，如由電流密度/電勢(shì)曲線決定的，將對(duì)于點(diǎn)狀腐蝕(Y軸)開(kāi)始的相關(guān)性的極限電勢(shì)相對(duì)Cr含量(X軸)進(jìn)行繪圖。還將鉬含量以鉻當(dāng)量的形式考慮(同上，和Lorenz，K.，Medawar，G.，Thyssen-Forschung 1，第97至108頁(yè)(1969))。觀察到極限電勢(shì)和Cr(Mo)含量之間大致線性相關(guān)。但是，該圖沒(méi)有考慮任何另外的合金元素且未能就它是否它涉及鐵素體合金，或就它們的機(jī)械加工性、拋光性和磁性性能得到結(jié)論。
以下面的方式定義的有效總數(shù)WSWS＝％wt Cr+3.3×wt％ Mo+16×wt％ N，是一個(gè)用來(lái)大致估計(jì)鋼的耐腐蝕性的測(cè)量值。因?yàn)槠つw上的排汗比0.9％鹽含量的血液更具有腐蝕性，表鋼的注入鋼(implant steel)的有效總數(shù)應(yīng)當(dāng)至少為26。
表1中給出8種具體的、現(xiàn)有技術(shù)的鋼(通過(guò)它們的材料號(hào)來(lái)指定)和它們重要合金元素的重量百分比的概況。根據(jù)本申請(qǐng)人的知識(shí)，這里提及的鋼No.1.4521不是表鋼。
表1
1)Ti＝4×(C+N)+0.15至0.802)Ti＝0.30至0.80，其中(C+N)≤0.403)N不是明確地加入，只是雜質(zhì)本發(fā)明的目的是提供一種可拋光鐵素體鋼，其具有軟磁性能，其中將拋光缺陷的風(fēng)險(xiǎn)降低到最小，其具有可與鋼No.1.4521相比的機(jī)械性能，并且對(duì)于耐點(diǎn)蝕性和耐裂縫性，與鋼No.1.4435相比具有相同或改善的耐腐蝕性。
該目的通過(guò)這樣一種鋼合金得到實(shí)現(xiàn)，所述的合金鋼包含基于合金至多1.00重量百分比的硅、18.0至22.0重量百分比的鉻、1.80至2.50重量百分比的鉬、0.01至0.10重量百分比的氮、至多0.01重量百分比的鈦、至多0.01重量百分比的鈮、至多0.01重量百分比的鋁和余量基本上是鐵。優(yōu)選的變量在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明的鋼合金是軟磁性CrMoN-鋼合金。


圖1表示a)根據(jù)本發(fā)明的鋼合金和b)已知的鋼合金No.1.4435的電流密度/電勢(shì)曲線圖。測(cè)量條件3.2％NaCl、pH 4.0、40℃。x軸相對(duì)于飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極，用mV表示的電勢(shì)；Y軸測(cè)量的電流密度的對(duì)數(shù)。在兩個(gè)圖顯示的電勢(shì)值是在點(diǎn)狀腐蝕(陽(yáng)極電流的強(qiáng)增長(zhǎng))開(kāi)始時(shí)的極限電勢(shì)。
在本申請(qǐng)的范圍，術(shù)語(yǔ)“高合金”具有本領(lǐng)域常規(guī)的含義，即它指明其中合金元素的量之和為5重量百分比或以上的鋼。
在本申請(qǐng)的范圍，術(shù)語(yǔ)“鐵素體”是指本發(fā)明的合金中存在的至少98體積％，優(yōu)選至少為99.5體積％，特別優(yōu)選100體積％鐵以鐵素體存在，其中確定通過(guò)用金相學(xué)方法進(jìn)行。
在本申請(qǐng)的范圍，術(shù)語(yǔ)“軟磁”用于根據(jù)本發(fā)明的鋼合金，其產(chǎn)生至少與軟鐵一樣強(qiáng)大的磁屏蔽作用。
通過(guò)向生鐵或粗鋼中加入適宜量的純?cè)兀梢愿鶕?jù)傳統(tǒng)的方法向本發(fā)明的合金中加入金屬合金元素鉻和鉬。
根據(jù)本發(fā)明，基于合金成品，有18.0至22.0重量百分比，優(yōu)選19.5至20.5重量百分比，特別優(yōu)選為約20重量百分比的鉻。
根據(jù)本發(fā)明，基于合金成品，有約1.80至約2.50重量百分比，優(yōu)選約1.90至2.10重量百分比，特別優(yōu)選為約2重量百分比的鉬。
通過(guò)在氮?dú)夥障氯刍摵辖?，通過(guò)將氮吹入熔體中或通過(guò)加入定量的具有高氮含量的預(yù)合金，可以供給氮。根據(jù)本發(fā)明，基于合金，氮的含量基于合金約為0.01至0.10重量百分比，更優(yōu)選為約0.05至約0.10重量百分比，且特別優(yōu)選為約0.05重量百分比。
硅在合金中可以作為SiO2存在(例如，來(lái)自于上面脫氧)。通過(guò)在保護(hù)氣體中機(jī)械移動(dòng)或攪拌鋼熔體，可以減少它的含量。如此，由于低密度，SiO2聚集并且上升到爐渣表面。根據(jù)本發(fā)明，硅的含量基于合金至多約為1重量百分比，優(yōu)選為約0.7至0.9重量百分比，更優(yōu)選為約0.8重量百分比。
作為熔煉過(guò)程的結(jié)果，顯著量(4至4.5％)的碳作為生鐵中的混合物存在，然后，如本領(lǐng)域中是常規(guī)的，通過(guò)向鋼熔體中加入氧氣或適宜量的鐵氧化物(將碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳)，可以將這種碳含量降低到實(shí)質(zhì)上的任何需要的水平。優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明，碳基于合金至多為0.025重量百分比，特別優(yōu)選至多為0.01重量百分比。
硫源自熔煉過(guò)程(鐵硫化物包含于鐵礦石中)，且在生鐵中主要是以硫化錳的形式存在。在根據(jù)本發(fā)明的合金中，優(yōu)選存在的量至多為0.03重量百分比，更優(yōu)選為至多為0.002重量百分比。通過(guò)使用例如CaO和金屬鎂的混合物對(duì)熔體進(jìn)行脫硫，可以達(dá)到這么低的硫含量。在根據(jù)本發(fā)明的鋼合金的另一個(gè)具體實(shí)施方案中，所述的鋼合金具有更好的機(jī)械加工性，以及具有可接受的拋光性，硫含量的上限基于合金(所謂IMA質(zhì)量)可以為0.03重量百分比，優(yōu)選為約0.015至0.03重量百分比，因此可以進(jìn)行對(duì)硫加入的控制。對(duì)于這個(gè)具體的實(shí)施方案的生產(chǎn)，可以利用Ca-Si粉末的加入進(jìn)行熔化冶金，其將硬的氧化鋁內(nèi)含物轉(zhuǎn)化為相對(duì)軟的CaSiAl型混和氧化物并且形成細(xì)微分散的錳硫化物，通過(guò)它，在加工期間形成的切屑破裂，因此延長(zhǎng)了工具的使用壽命。受控制的硫加入僅輕微減少根據(jù)本發(fā)明鋼合金的該實(shí)施方案的耐腐蝕性。
根據(jù)本發(fā)明，基于合金成品，有至多約0.01重量百分比，優(yōu)選至多約0.005重量百分比的鈮。通過(guò)本發(fā)明在鋼合金熔化期間利用適宜的金屬切屑(避免含鈮的鋼)，可以達(dá)到這種量。
根據(jù)本發(fā)明，基于合金成品，優(yōu)選有至多約1.00重量百分比，更優(yōu)選至多約0.40重量百分比的錳。
磷最初來(lái)自在鐵礦石中存在的磷灰石或其它含磷酸鹽的礦物。在熔煉期間，可以將磷酸鹽還原為磷化鐵(主要是Fe2P)和可以關(guān)存在于生鐵或隨后的鋼中。根據(jù)本發(fā)明，至多0.04重量百分比且優(yōu)選至多0.02重量百分比的優(yōu)選低磷含量在根據(jù)本發(fā)明的合金制備期間是可以降低的，如在本領(lǐng)域常規(guī)的，例如通過(guò)在礦石熔化期間加入CaO，以便含磷礦物從礦渣中分離出來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明，至多約0.01重量百分比且優(yōu)選至多約0.005重量百分比的鋁含量是可以達(dá)到的，前提條件是在熔化過(guò)程中需要的脫氧在不使用鋁而使用硅的條件下或以AOD或VOD方法進(jìn)行(參見(jiàn)下面)。
基于合金成品，優(yōu)選至多為0.10重量百分比，更優(yōu)選至多為0.05重量百分比的鎳。
如本領(lǐng)域中常規(guī)的，通過(guò)加入氣態(tài)氧(轉(zhuǎn)化為氧化物)和加入CaO精煉，優(yōu)選同時(shí)去除多余的碳、硅和磷。然后通過(guò)VOD(真空氧脫碳(VacuumOxygen Decarburization))或AOD(氬氧脫碳(Argon OxygenDecarburization))(多余的氧通過(guò)在真空中脫氣或通過(guò)用氬將其吹出來(lái)除去)的方式進(jìn)行精煉，可以以普通方法去除多余的氧。
通過(guò)控制切屑(避免含Ti切屑，如歐洲范圍已知的含Ti鋼No.1.4571)的使用，可以將根據(jù)本發(fā)明的鈦含量設(shè)置為至多約0.01重量百分比，優(yōu)選為至多約0.005重量百分比，特別優(yōu)選為至多約0.002重量百分比。作為進(jìn)一步的措施，可以在熔化期間使用的轉(zhuǎn)爐的耐火襯里層中避免Ti雜質(zhì)。
在本申請(qǐng)的范圍，術(shù)語(yǔ)“基本上是鐵的余量”應(yīng)當(dāng)指根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)所述的合金的剩余重量百分比，即余量的重量百分比不是由相應(yīng)的權(quán)利要求中所提及名稱的元素組成的，而是幾乎排他性地源自鐵(典型地達(dá)到余量的至少90重量百分比，優(yōu)選為至少95重量百分比，特別優(yōu)選為至少99重量百分比或以上的程度)。
應(yīng)當(dāng)這樣選擇的余量中除鐵外的元素量，以便根據(jù)本發(fā)明的鋼合金成品是鐵素體。通過(guò)開(kāi)始提及的Schaeffler圖提供為對(duì)此的最初基礎(chǔ)，借助于鎳和鉻的當(dāng)量，由Briggs和Parker計(jì)算出另外的元素。在單獨(dú)的情況下，根據(jù)開(kāi)始提及的測(cè)量方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以確定得到的合金是否真的是或不是根據(jù)本發(fā)明的鐵素體。
可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法制備本發(fā)明的合金。通過(guò)舉例的方式，參考“Ullmann’s Encyklopdie der Technischen Chemie[Ullmann’s Encyclopediaof Technical Chemistry]”第4版，Verlag Chemie中的“鋼”部分中的第二章和其中提及的文獻(xiàn)。
在根據(jù)本發(fā)明的鋼生產(chǎn)過(guò)程中，優(yōu)選接連使用AOD和VOD方法進(jìn)行精煉操作；因此VOD精煉還可以同時(shí)用于滲氮。
對(duì)于高合金鋼，在微觀結(jié)構(gòu)中的不均勻性導(dǎo)致個(gè)體結(jié)構(gòu)成分的點(diǎn)積聚。這可以導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)形成中和物理和機(jī)械性能中不希望的變化。因此，優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明鋼合金的生產(chǎn)過(guò)程中，如本領(lǐng)域中常規(guī)的，為了避免個(gè)體結(jié)構(gòu)成分的點(diǎn)積聚及伴隨的不均勻性的形成，在煅造過(guò)程中，在約800至900℃，更優(yōu)選約850℃的溫度下進(jìn)行退火。為此，推薦熱軋制板坯的所謂“均熱處理”或延長(zhǎng)熱軋制前的預(yù)熱時(shí)間。
優(yōu)選根據(jù)本發(fā)明的合金在鍛造或冷形成后在750至850℃，優(yōu)選約800℃的溫度下退火約0.5至2小時(shí)，然后水冷卻。如此，由于擴(kuò)散過(guò)程，鉻濃度在細(xì)微分散的、析出的氮化鉻粒子的區(qū)域中的基質(zhì)中平衡(equilibriate)。但是，通過(guò)氮含量的最優(yōu)化可以大大抑制氮化鉻的析出。
根據(jù)本發(fā)明的鋼合金可以通過(guò)在表行業(yè)中的常規(guī)方法而再現(xiàn)性地拋光，因此作為表行業(yè)中使用的原料是可以接受的。在退火溫度下存在以高達(dá)0.1％的數(shù)量向合金中加入的氮，其優(yōu)選用于在本發(fā)明的鋼合金，或者溶解，或者以細(xì)微析出的氮化鉻的形式，典型地大小為約1μm，因此不會(huì)對(duì)可拋光性產(chǎn)生負(fù)面影響。
本發(fā)明的鋼合金，特別是權(quán)利要求3至7中的那些，典型地具有下面的機(jī)械加工性(金屬板，厚度為6mm、熱軋制、800℃下退火30分鐘，在水中淬火)。
屈服強(qiáng)度Rp0.2420MPa抗張強(qiáng)度Rm603MPa斷裂伸長(zhǎng)率A028％硬度HB30 188因此，根據(jù)本發(fā)明的合金可以比得上標(biāo)準(zhǔn)鋼No.1.4521的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)向合金中加入氮代替鈮或鈦，消除了破壞可拋光性的相對(duì)大的鈮碳化物或鈦碳化物的析出。此外，抑制了晶粒間界上的鉻碳化物的析出。這通過(guò)析出動(dòng)力學(xué)的改變而發(fā)生，產(chǎn)生了代替鉻碳化物的鉻氮化物的析出，這是積極優(yōu)選的。在鋼合金中氮的溶解度超過(guò)限制的情況下，直徑約為1μm和更小的非常細(xì)微分散的鉻氮化物粒子析出，但是由于它們的細(xì)度未對(duì)拋光特性產(chǎn)生負(fù)面影響。
由于低含量的鈦和鋁，因而本發(fā)明的合金中有關(guān)氧化物的含量低，氧化物的含量可以通過(guò)試驗(yàn)方法M(球性氧化物，DIN 50602)定義。通過(guò)幾乎完全不存在的鈦和鈮，相應(yīng)的碳化物也幾乎完全沒(méi)有。另一方面，通過(guò)協(xié)調(diào)氮與除鉻外的剩余合金元素一起同時(shí)加入，雖然氮(奧氏體形成元素)的含量提高了，基本上沒(méi)有出現(xiàn)鉻的碳化物析出，本發(fā)明的合金仍然是鐵素體。因此，將本發(fā)明的鋼合金的非金屬氧化物內(nèi)含物或碳化物內(nèi)含物的純度等級(jí)一起調(diào)節(jié)至如此高水平，以致于不再需要根據(jù)開(kāi)始提及的ESU方法再熔化；但是，如果需要，可以用本發(fā)明的鋼合金進(jìn)行再熔化。
在開(kāi)始提及的定義的意義上，本發(fā)明的鋼合金是軟磁性的。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求3至7優(yōu)選的鋼合金超過(guò)它們?nèi)玳_(kāi)始定義的有效總量，在醫(yī)療技術(shù)中需要的注入鋼的最小值為26。
由于本發(fā)明的合金中的良好的拋光性和軟磁性能，這些在表行業(yè)中可以用于磁屏蔽外殼部件的制備，例如用于手表或其它鐘表，其中表機(jī)械裝置的磁屏蔽是重要的。根據(jù)本發(fā)明的鋼合金，特別是權(quán)利要求7中的那些，還可以適用于制備連接表帶用的部件。
術(shù)語(yǔ)“外殼部件”在本申請(qǐng)范圍包含表殼制備中使用的一般部件，特別是手表的外殼，因此例如殼底和殼體。但是，術(shù)語(yǔ)“外殼部件”在本申請(qǐng)范圍還包含表面。術(shù)語(yǔ)“外殼部件”包含出現(xiàn)在表成品中的部件，以及其任何坯料及其半成品，其是通過(guò)進(jìn)一步的加工，任選使用其他材料或由本發(fā)明的合金和其他材料制成的半成品進(jìn)行進(jìn)一步加工，以制備最終部件。
本發(fā)明的磁屏蔽表殼可以由殼底、殼體和表面組成，全部都是根據(jù)本發(fā)明的鋼合金制備的。因此，根據(jù)本發(fā)明的鋼合金同時(shí)被用作部件用的材料和抗磁場(chǎng)的屏蔽罩。因此，可以取消除制備復(fù)雜的另外的軟鐵罩，其必須提供在非磁性CrNi鋼中的普通外殼里面和其將導(dǎo)致表的厚度增加。
根據(jù)本發(fā)明的鋼變體1.4521不同尋常地適合于使用MIM(金屬噴射鑄造(Metal Injection Moulding))方法的粉末冶金加工，特別是因?yàn)樵诘獨(dú)夥罩袎褐七^(guò)程(燒結(jié))期間可以沒(méi)有問(wèn)題地供給本發(fā)明需要的氮含量。在表生產(chǎn)領(lǐng)域中，MIM方法本身是已知的。為了制備根據(jù)本發(fā)明的表部件，將含有最終量的需要元素(這些將是在權(quán)利要求1至7中的任何一個(gè)中指定的)但不含足夠氮的鋼合金研磨，形成粉末和使用液體粘合劑懸浮。將這種懸浮液被強(qiáng)制例如通過(guò)擠出機(jī)放入模具中，模具的模腔具有將制備的外殼部件的形狀。然后，蒸發(fā)粘合劑，優(yōu)選在真空中蒸發(fā)，且燒結(jié)在模具中保留的粉末剩余物。如果合金粉末中氮的含量開(kāi)始不夠，在燒結(jié)步驟中供給適合壓力的氮?dú)夥?，以便在燒結(jié)期間合金還吸收氮。通過(guò)一系列試驗(yàn)，可以確定適宜壓力的氮的選擇，以達(dá)到外殼部件成品中根據(jù)本發(fā)明的氮濃度。
制備實(shí)例下面給出一個(gè)用于制備根據(jù)本發(fā)明的鋼合金的實(shí)例a)感應(yīng)電爐中大約5t的熔化b)在VOD轉(zhuǎn)爐中二次冶金c)以板坯形式1250×250×1270mm，連續(xù)鑄造d)化學(xué)分析e)在箱式爐中預(yù)熱至約1080℃的軋制溫度f(wàn))開(kāi)始軋制至120mm的厚度g)對(duì)板坯的各個(gè)面上進(jìn)行研磨h)在1080℃的連續(xù)式爐中預(yù)熱i)在四輥式軋臺(tái)上軋制至3-12mm的最終需要的厚度j)在750-850℃下退火k)在水中淬火l)除鱗m)測(cè)試機(jī)械性能Rp0.2、Rm、A、Zn)晶粒大小的金相測(cè)定o)純度等級(jí)的確定p)測(cè)試可拋光性q)矯直r)切割為最終尺寸s)放出
權(quán)利要求
1.高合金鐵素體合金，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重量百分比的鉻、1.80至2.50重量百分比的鉬、0.01至0.10重量百分比的氮、至多0.01重量百分比的鈦、至多0.01重量百分比的鈮、至多0.01重量百分比的鋁和余量基本上是鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鋼合金，其包含基于所述合金至多0.005重量百分比的鈦、至多0.005重量百分比的鋁、至多0.005重量百分比的鈮、至多1.00重量百分比的錳、至多0.04重量百分比的磷和至多0.025重量百分比的碳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的鋼合金，其包含基于所述合金19.5至20.5重量百分比的鉻、1.90至2.10重量百分比的鉬和0.05至0.10重量百分比的氮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項(xiàng)的鋼合金，其包含基于所述合金約0.8重量百分比的硅、約20重量百分比的鉻、約2重量百分比的鉬、約0.05重量百分比的氮和至多0.002重量百分比的鈦。
5.根據(jù)上面所述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的鋼合金，其包含基于所述合金至多0.10重量百分比的鎳。
6.根據(jù)上面所述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的鋼合金，其包含基于所述合金至多0.03重量百分比的硫。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的鋼合金，其包含基于所述合金0.015至0.03重量百分比的硫。
8.由根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的鋼合金組成的表用外殼部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的外殼部件，其形式為殼底或殼體的形式。
10.由根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的鋼合金組成的表面。
11.由根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的鋼合金組成的連接表帶用部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)的鋼合金在表的磁屏蔽中的應(yīng)用。
13.表用外殼部件的制備方法，其特征在于，用液體粘合劑懸浮根據(jù)權(quán)利要求1至7任何一項(xiàng)粉末形式的鋼合金，而所述的鋼合金可以任選包含低水平的氮，將懸浮液引入與外殼部件相應(yīng)的模具中，蒸發(fā)粘合劑，且在模具中燒結(jié)粉末剩余物；前提條件是如果粉末形式的合金包含低水平的氮，則在含氮?dú)夥罩羞M(jìn)行燒結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了鋼合金，其包含基于所述合金不超過(guò)1.00重量百分比的硅、18.0至22.0重量百分比的鉻、1.80至2.50重量百分比的鉬、0.01至0.10重量百分比的氮、不超過(guò)0.01重量百分比的鈦、不超過(guò)0.01重量百分比的鈮、不超過(guò)0.01重量百分比的鋁，余量基本上是鐵。所述的合金是鐵素體且可拋光的，且具有接近于標(biāo)準(zhǔn)鋼合金no.1.4521的機(jī)械性能。本發(fā)明的鋼合金加工成表部件，尤其是如殼底、殼體和表面，所以可以制備表殼，所述的表殼也磁屏蔽鐘表裝置。
文檔編號(hào)C22C38/04GK1688734SQ03823678
公開(kāi)日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2003年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月4日
發(fā)明者卡爾－海因茨·克拉默 申請(qǐng)人:福斯有限公司