專利名稱：一種馬氏體不銹鋼及其不銹鋼扁帶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼材料，特別涉及一種馬氏體不銹鋼及其不銹鋼扁帶的制備方法。
背景技術(shù)：
亞穩(wěn)定奧氏體不銹鋼形變誘發(fā)馬氏體鋼扁帶是馬氏體鋼的一種，它是指亞穩(wěn)定奧氏體通過鑄鍛、形變產(chǎn)生馬氏體。獲得的馬氏體不銹鋼絲，再經(jīng)過冷軋獲得超高強(qiáng)度形變馬氏體鋼扁帶。該扁帶對于汽車工業(yè)、石油化工、航空工業(yè)、航天、生物醫(yī)學(xué)所需高強(qiáng)度低成本彈性元件、形狀記憶合金及結(jié)構(gòu)材料有著重大的意義。 近年來，隨著尖端技術(shù)的高速發(fā)展，對高性能的設(shè)備和機(jī)器都有新的要求，進(jìn)而對用于這些高性能設(shè)備和機(jī)器上的零部件的強(qiáng)度也有更高的要求，同時(shí)還要求具有高韌性。上世紀(jì)80、90年代國內(nèi)外大量使用馬氏體時(shí)效鋼，它具有更高的強(qiáng)度和優(yōu)良的韌性，制造加工容易，焊接性能優(yōu)良等諸多的優(yōu)點(diǎn)勝于其他在當(dāng)今開發(fā)的所有材料中，它是強(qiáng)韌性最高的鋼種。馬氏體時(shí)效鋼有三個(gè)典型類別，S卩ISNi、20Ν 、25Ν ，其中以ISNi鋼制造最容易且應(yīng)用也最廣。但這類超高強(qiáng)度馬氏體鋼含有大量鈷、鉬、鎳元素，成本極高。本世紀(jì)初，國內(nèi)外倡導(dǎo)資源節(jié)約，采用節(jié)鎳節(jié)鈷的形變超高強(qiáng)度馬氏體鋼制作彈性元件逐漸成為潮流。如果在Ms點(diǎn)以上對奧氏體進(jìn)行塑性變形，會誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變而引起仏點(diǎn)升高到 Md,同樣塑性變形也可以使As下降到Md和Ad分別稱為形變馬氏體點(diǎn)和形變奧氏體點(diǎn)。因形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的馬氏體，常稱為形變馬氏體，同樣形變誘發(fā)馬氏體逆轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的奧氏體稱為形變奧氏體。Md的物理意義可以獲得形變馬氏體的最高溫度。若在高于Md點(diǎn)的溫度對奧氏體進(jìn)行塑性變形，就會失去誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的作用。Ad的物理意義可以獲得形變奧氏體的最高溫度。若在低于Ad點(diǎn)的溫度對馬氏體進(jìn)行塑性變形，就會失去誘發(fā)馬氏體逆轉(zhuǎn)變的作用。形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的原因根據(jù)Ms點(diǎn)的物理意義可知，形變之所以能誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，是因?yàn)樗苄宰冃螢橄嗵峁┝艘欢ǖ南嘧凃?qū)動力。若機(jī)械驅(qū)動力可全部代替化學(xué)驅(qū)動力，Md點(diǎn)已上升到Ttl (馬氏體與奧氏體兩相熱力學(xué)平衡溫度)，但這要求一種合適的變形方式以提供足夠的機(jī)械驅(qū)動力。按馬氏體相變的熱力學(xué)條件，我們可以知道Md的上限和Ad的下限均為T。。目前國內(nèi)還沒有用亞穩(wěn)定奧氏體不銹鋼絲材經(jīng)冷軋成扁帶而繞制的彈性元件。由于是用絲材直接軋制而成，其產(chǎn)品中鋼材的軋制變形流線沒有被破壞，因此能得到很好的強(qiáng)度和彈性。這類產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)良，可反復(fù)裝拆使用，并且由于其良好的抗腐蝕性能，在國民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域大有發(fā)展前途和廣泛推廣應(yīng)用的產(chǎn)品。由于該類扁帶所用材料需要特殊冶煉和絲材壓扁冷軋加工，強(qiáng)度、硬度要求高，尺寸要求嚴(yán)，徑厚比大，在國內(nèi)尚屬空白。而在國外該類產(chǎn)品已得到廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低成本超高強(qiáng)度形變馬氏體不銹鋼扁帶，填補(bǔ)我國在該類材料上的空白，填補(bǔ)國外類似材料的不足，減少馬氏體不銹鋼扁帶的成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種馬氏體不銹鋼，其特征在于其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為c :0. 02 0. 06 % ； Si 0. 3 0. 5 % ；Mn :1. 0 1. 5 % ；Ni :8. 5 9. 0 % ；Cr :17. 5 18. 5% ；Ti :0. 4 0. 6% ； P 彡 0. 009% ；S 彡 0. 009% ；余量為 Fe。上述馬氏體不銹鋼制備扁帶的方法，包括以下步驟
a)、按重量百分比稱取各化學(xué)成分；
按照鎳鉻當(dāng)量法則，通過各化學(xué)元素成分設(shè)計(jì)與分析，按各化學(xué)成分的重量百分比進(jìn)行配料；
b)、真空感應(yīng)熔煉；
真空感應(yīng)熔煉采用2次精煉工藝；
第一次精煉在(1530 1560)士5°C的溫度下，真空度控制在1 6Pa，精煉10 20分
鐘；
第2次精煉在(1530 1560)士5°C的溫度下，真空度控制在1 2X10^3以上，精煉 10分鐘，以控制成分偏析，然后進(jìn)行電磁攪拌； C)、澆注重熔電極棒
將經(jīng)過2次真空感應(yīng)熔煉的鋼水采用細(xì)流中速均勻澆注，澆注時(shí)間為12 18秒，澆注溫度控制溫度至在(1530 1560)士5°C首次獲得重熔電極棒；澆注時(shí)盡可能做到低溫勻速澆注；
d)、電渣重熔獲得鋼錠
采用CaF-TiO2-Al2O3系渣系進(jìn)行電渣重熔，獲得鋼錠；
e)、鍛造鋼坯
將電渣重熔獲得的鋼錠鍛造成截面邊長為40 80mm的方坯，通過超聲波探傷、滲透探傷后再進(jìn)行精整；如果方坯截面太小了，熱軋不方便；
f)、加工圓條
將精整后的鋼坯在(850 1160) 士5°C的溫度下將方坯熱軋成Φ8 Φ14πιπι的圓條； Φ8 Φ 14mm都可以，但越粗越不利于絲材拉拔，小于Φ8后，不利于表面的精整；
g)、固溶處理
在1070士 10°C的溫度下保溫時(shí)間3(Γ60分鐘，然后進(jìn)行水淬，圓條鋼絲經(jīng)過固溶熱處理獲得亞穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼絲材坯料；鋼在冷加工過程中必須適時(shí)進(jìn)行固溶處理以消除冷作硬化；固溶處理的溫度不能超過1080°C，溫度高出5°C，鋼的晶粒粗化，影響性能；
h)、拉拔成絲
將奧氏體不銹鋼絲材坯料以每一次40 70%的變形度進(jìn)行多次拉拔，最后一次的拉拔變形度控制在20 40%，獲得形變誘發(fā)馬氏體不銹鋼絲材；
i)、制作扁帶將馬氏體不銹鋼絲材通過軋壓獲得高精度的形變馬氏體不銹鋼扁帶。優(yōu)選的，在步驟i中，馬氏體不銹鋼絲材截面面積成品扁帶截面面積=1 :1.2 1. 4。扁帶使用狀態(tài)一般為回火態(tài)，也可變形態(tài)+去應(yīng)力回火+低溫回火穩(wěn)定化處理?；鼗馃崽幚頊囟葹?20°C。亞穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼絲材坯料要經(jīng)過多個(gè)中間過程的絲材拉拔；中間過程的絲材拉拔變形度控制在40 70%，鋼絲在冷加工過程中必須適時(shí)進(jìn)行固溶處理以消除冷作硬化，最后一道次的絲材變形度控制在20 40%，獲得形變誘發(fā)馬氏體不銹鋼成品絲材；通過擬合扁帶的面積，根據(jù)扁帶的制作規(guī)律，我們總結(jié)出成品絲材面積控制在成品扁帶面積的 1. 2 1. 4倍，通過調(diào)整軋棍直徑、軋制道次控制寬厚比，獲得高精度的形變馬氏體不銹鋼扁帶。最終形變馬氏體不銹鋼扁帶的強(qiáng)化主要由形變馬氏體的強(qiáng)化以及誘發(fā)的形變馬氏體鋼形變的強(qiáng)化貢獻(xiàn)。本發(fā)明的技術(shù)方案為對新合金的成分進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)及加工制備工藝的技術(shù)提高。本發(fā)明材料的設(shè)計(jì)成分和國內(nèi)外對比合金成分列于表1。表1本發(fā)明合金成分和國內(nèi)外對比合金成分
權(quán)利要求
1.一種馬氏體不銹鋼，其特征在于其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為c :0. 02 0. 06 % ；Si 0. 3 0. 5 % ;Mn :1. 0 1. 5 % ；Ni :8. 5 9. 0 % ；Cr :17. 5 18. 5% ；Ti :0. 4 0. 6% ；P 彡 0. 009% ；S 彡 0. 009% ；余量為 Fe。
2.用權(quán)利要求1所述馬氏體不銹鋼制備扁帶的方法，其特征在于包括以下步驟a)、按重量百分比稱取各化學(xué)成分；按照鎳鉻當(dāng)量法則，通過各化學(xué)元素成分設(shè)計(jì)與分析，按各化學(xué)成分的重量百分比進(jìn)行配料；b)、真空感應(yīng)熔煉；真空感應(yīng)熔煉采用2次精煉工藝；第一次精煉在(1530 1560)士5°C的溫度下，真空度控制在1 6Pa，精煉10 20分鐘；第2次精煉在(1530 1560)士5°C的溫度下，真空度控制在0. 1 0. 02Pa，精煉10分鐘，以控制成分偏析，然后進(jìn)行電磁攪拌； C)、澆注重熔電極棒將經(jīng)過2次真空感應(yīng)熔煉的鋼水采用細(xì)流中速均勻澆注，澆注時(shí)間為12 18秒，澆注溫度控制溫度至在(1530 1560) 士5°C首次獲得重熔電極棒；d)、電渣重熔獲得鋼錠采用CaF-TiO2-Al2O3系渣系進(jìn)行電渣重熔，獲得鋼錠；e)、鍛造鋼坯將電渣重熔獲得的鋼錠鍛造成截面邊長為40 80mm的方坯，通過超聲波探傷、滲透探傷后再進(jìn)行精整；f)、加工圓條將精整后的鋼坯在(850 1160) 士5°C的溫度下將方坯熱軋成Φ8 Φ14πιπι的圓條；g)、固溶處理在1070士 10°C的溫度下保溫時(shí)間3(Γ60分鐘，然后進(jìn)行水淬，圓條鋼絲經(jīng)過固溶熱處理獲得亞穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼絲材坯料；鋼在冷加工過程中必須適時(shí)進(jìn)行固溶處理以消除冷作硬化；h)、拉拔成絲將奧氏體不銹鋼絲材坯料以每一次40 70%的變形度進(jìn)行多次拉拔，最后一次的拉拔變形度控制在20 40%，獲得形變誘發(fā)馬氏體不銹鋼絲材；i)、制作扁帶將馬氏體不銹鋼絲材通過軋壓獲得高精度的形變馬氏體不銹鋼扁帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的馬氏體不銹鋼制備扁帶的方法，其特征在于在步驟i中，馬氏體不銹鋼絲材截面面積成品扁帶截面面積=1 :1. 2 1. 4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種馬氏體不銹鋼及其不銹鋼扁帶的制備方法，其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)為C0.02～0.06﹪；Si0.3～0.5﹪；Mn1.0～1.5﹪；Ni8.5～9.0﹪；Cr17.5～18.5%；Ti0.4～0.6%；P≤0.009%；S≤0.009%；余量為Fe。上述馬氏體不銹鋼制備扁帶的方法，包括以下步驟a)、按重量百分比稱取各化學(xué)成分；b)、真空感應(yīng)熔煉；c)、澆注重熔電極棒；d)、電渣重熔獲得鋼錠；e)、鍛造鋼坯；f)、加工圓條；g)、固溶處理；h)、拉拔成絲；i)、制作扁帶。本發(fā)明的材料是通過鎳鉻當(dāng)量的嚴(yán)格控制C、Ti的比例及合金元素的優(yōu)化，材料通過EVR冶煉，添加合金化元素C、Si，Mn、Ti，滿足形成亞穩(wěn)定奧氏體組織，在通過絲材拉拔獲得預(yù)變形馬氏體相變的絲材，再通過扁帶軋制獲得超高強(qiáng)度形變馬氏體鋼扁帶。
文檔編號C21D8/06GK102251191SQ201110204519
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者劉慶賓, 張十慶, 李方, 王東哲, 王宏, 聶尊譽(yù), 鄒興政 申請人:重慶儀表材料研究所