專利名稱：具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼的制作方法
背景技術：
本發明涉及具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，它適于需要優良耐蝕性，尤其是耐點蝕性和高硬度的產品中用作原料，這些產品如釘、螺栓、螺紋刀具、彈簧等等，它們用于戶外而可能接觸自來水、雨水、冷凝的露水或類似物質，包括用于塑料模制的模具，塑料注模機的部件等。
到目前為止，已經看到，含碳量較高的碳鋼或低合金鋼已被廣泛用作需要高硬度的釘、螺栓、螺紋刀具、彈簧等的原料。但由于有助于耐蝕性的合金元素如Cr的含量在那些類型的鋼中是低的，所以甚至在接觸自來水、雨水、冷凝露水或類似物質腐蝕性較低的情況下，鋼仍然會易于銹蝕。這樣人們遇到了外觀和強度降低相結合的難題。
另一方面，不銹鋼被用于要求有耐蝕性的場合。以例如SUS 304或SUS316為代表的奧氏體不銹鋼，雖然具有良好的耐腐蝕性，但有大量的加工硬化和低劣的冷加工性而且即使進行相當難處理的冷加工時，其最大硬度是約43 HRC。因此，奧氏體不銹鋼不適合用于要求高硬度的場合。另外，以例如SUS 430為代表的鐵素體不銹鋼雖然加工硬化少，而且較易于進行冷加工，但其硬度非常低。因此，鐵素體不銹鋼也不宜用于要求高硬度的場合。
同時，已知馬氏體不銹鋼是具有高硬度的不銹鋼。然而，即使是已能達到廣泛用于汽車和其它工業領域的典型材料的SUS 410在耐腐蝕性和硬度這兩點上仍不能令人滿意，因為耐腐蝕性尚不能達到足夠的水平，而且硬度最多也僅約42 HRC。目前有硬度非常高的馬氏體不銹鋼SUS 440 C。這種鋼的C含量高達約1％而因此能具有不低于58 HRC的硬度，然而作為不銹鋼它的耐腐蝕性卻不能令人滿意。此外，不銹鋼通常是比較耐腐蝕的，但有可能以小點的形式局部腐蝕，即發生所謂的點腐蝕，盡管作為整體腐蝕是較少的。這就產生了一個問題，高硬度材料的鋼易于從腐蝕的點開始發生斷裂。
另外，日本專利公開號57-70265推薦一種高硬度的馬氏體不銹鋼，而日本專利公開號6-264194推薦一種具有良好耐腐蝕性的馬氏體不銹鋼和鉆孔的自攻螺釘。
公開在日本專利公開號57-70265中的馬氏體不銹鋼含有1.0-3.0％的Cu和不大于0.2％的Ni，如有必要還加有0.5-3.0％的Mo。然而，盡管所加的Ni量少，但由于銅含量高，所以使這種鋼一直存在著熱加工性不能達到滿意程度的問題。根據組分的組合而定，δ鐵素體易于形成，而在這種情況下，就會引起耐點蝕性惡化的問題。
另外，日本專利公開號6-264194推薦的馬氏體不銹鋼不含Cu，但Ni和Mo的含量比較高。然而這種鋼也有問題，即在一次退火處理情況下，退火后的硬度不能充分地降低，因為Ni含量高。為此，退火處理需要重復若干次，這樣就使工藝過程比較復雜。況且，即使在退火處理重復若干次以后，硬度也不會降到令人滿意的程度，以致難于進行難處理的冷成型。
由于上述，目前存在著對馬氏體不銹鋼的要求，要求這種鋼易于經受熱加工和冷成型，而且具有優良的耐點蝕性以及淬火和回火后的高硬度。
發明的公開本發明的目的是提供價廉的馬氏體不銹鋼，它具有優良的熱加工性，并無需復雜的退火處理就能進行冷成型，并能同時具有優良的耐點蝕性和在淬火和回火后有高硬度。
本發明者為達到優良的熱加工性、優良的冷成型性、和高硬度以及優良的耐點蝕性的目的，對含13％Cr的馬氏體不銹鋼進行了大量的研究。結果，在淬火和回火后發現了下列事實。為了提高耐點蝕性，加入少量Cu是非常有效的，同時Mo和N作為主要成分加入。Mo的加入能使δ鐵素體易于產生并降低耐點蝕性和熱加工性。因此有必要加入少量的Ni和大量的N，以便抑止有害的δ鐵素體的產生。本發明的另一特征是使合金成分適當地平衡，致使由下面等式(1)限定的代表Cr當量的A值，能保持低值以便抑止δ鐵素體的產生，而由下面等式(2)限定的B值，保持高值，以便提高耐點蝕性A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)。
在上述合金成分中，Cu的加入不僅對改進耐點蝕性有效而且對冷加工性也有效。根據這一觀點，要求含Cu量盡可能的高。但是如果Cu含量過高，則產生熱加工性惡化的問題。
本發明再有一個特征是在含有具有降低熱加工性傾向的成分如Mo和N的13％Cr的高硬度馬氏體不銹鋼中，加入在各自特定范圍的Ni和Cu，同時對于Ni與Cu的含量比要滿足Ni/Cu＞0.2的關系式，以致除了能達到良好的耐點蝕性和冷加工性外，還能達到令人滿意的熱加工性。
本發明再有一個特征是加入大量的N，同時保持C含量在比較低的適當的范圍內，以便能獲得高硬度而不降低耐點蝕性。
具體地說，本發明第一方面是涉及具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，按重量計，該種鋼基本上由下列成分組成大于0.15％但不大于0.40％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、以Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、0.02-0.15％的N、0.1-1.5％的Ni、0.1-2.0％的Cu、和余量的鐵，所含Ni和Cu的范圍要滿足下列等式(3)所表示的關系式，由下列等式(1)確定的A值不大于10，由下列等式(2)確定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)Ni/Cu＞0.2 ……(3)作為優選組成，根據本發明的第一方面，具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，按重量計，基本上由下列成分組成大于0.15％而不大于0.40％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、大于0.2％但低于1.0％的Ni、不低于11.0％而低于15.0％的Cr、以Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、不低于0.1％但低于1.0％的Cu、0.02-0.15％的N、和余量的鐵，由下面等式(1)確定的A值不大于10，由下文等式(2)確定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)
B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)。
作為更好的組成，根據本發明的第一方面具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，按重量計，基本由下列成分組成0.20-0.35％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、0.3％-0.75％的Ni、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、以Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、不低于0.1％但低于1.0％的Cu、0.02-0.15％的N、和余量的鐵，由下等式(1)確定的A值不大于10，由下等式(2)確定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)。
本發明第二方面涉及具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，按重量計，該種鋼基本上由下列成分組成大于0.15％但不大于0.40％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、以Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、0.02-0.15％的N、0.1-1.5％的Ni、0.1-2％的Cu、總量不大于0.25％的至少一種選自V、Ti和Nb的組成成分，和余量的鐵，含有Ni和Cu的范圍要滿足等式(3)所示的關系式，由下等式(1)確定的A值不大于10，由下等式(2)確定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)。
Ni/Cu＞0.2 ……(3)作為優選組成，根據本發明的第二方面具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，按重量計，基本上由下列成分組成大于0.15％但低于0.40％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、大于0.2％但不大于1.0％的Ni、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、以Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、不低于0.1％但低于1.0％的Cu、0.02-0.15％的N、總計不大于0.25％的至少一種選自V、Ti和Nb的成分，和余量的鐵，由下等式(1)確定的A值不大于10，由下等式(2)確定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)。
作為更優選的組成，根據本發明的第二方面具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，按重量計，基本上由下列成分組成0.20-0.35％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、0.3％-0.75％的Ni、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、以Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、不低于0.1％但低于1.0％的Cu、0.02-0.15％的N、總量不大于0.25的選自V、Ti和Nb中的一種或二種或更多種的成分，和余量的鐵，由下等式(1)確定的A值不大于10，由下等式(2)確定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)。
除了上述 組成外，按照本發明第一和第二方面的任意一方面及其優選方面的不銹鋼，都可以進一步含有總量不大于0.10％的選自B、Mg、Ca和Al中至少一種成分，如有必要，為了提高淬火和回火后的強度，還可含有不大于5％的Co。
在具有任何一種上述組成的本發明不銹鋼中，優選的是，在淬火和回火后的硬度不低于50HRC，在脫氣過的3.5％鹽水中于30℃下的點電位V′c100不低于150mV(用S.C.E.)。這些特征能在本發明上述任何一種新的組成中獲得。
另一方面，本發明的不銹鋼另外的特征在于通過一次比較簡單的退火其硬度就可以下降到足夠低的程度。通常，尤其是在進行冷成型時，如冷拉、冷軋、冷鍛、線軋以及冷彎，退火后的硬度要求不大于250HV。常用的類似鋼在降低退火后的硬度難于達到低于300HV，優選不大于250HV，除非退火步驟重復幾次，并且還要求復雜的熱處理。在本發明的鋼中，退火后的硬度通過在700-890℃下進行一次的退火即可降低到不大于300HV的程度。尤其是，當Ni的上限不大于1.0％時，退火后的硬度可降低到不大于250HV。完成本發明的最佳方式含于本發明不銹鋼中的各種成分的作用將在下面予以描述。
C主要用于使13％Cr不銹鋼在退火后得到馬氏體結構。另外，C與形成碳化物的元素化合而形成碳化物，其部分以固溶體的狀態存在于馬氏體的基質中，對提高硬度是有效的。但是假如C的加入量超過0.40％時，則Cr的碳化物形成過于大量而使在基質中的Cr含量降低到使耐腐蝕性惡化的程度。另一方面，如果C含量少于0.15％時，不僅得不到足夠的硬度值，而且耐點蝕性和熱加工性也會因產生δ鐵素體而下降。因此，C含量設定在大于0.15％但不大于0.40％。優選C的范圍在0.20-0.35％。
加入少量的Si和Mn是為了脫氧。即使加入的Si和Mn量超過2.0％，也沒有發現有進一步改進脫氧的作用。因此，將這些元素的每一種含量設定在不大于2.0％。另外，由于Si是一種傾向于產生鐵素體的元素而Mn是一種傾向于生成奧氏體結構的元素，即使加入少量的這些元素也會或多或少的影響基質結構。由于這種原因，Si和Mn各優選地保持在不大于1.0％。
Ni是一種用于抑止δ鐵素體的產生以改進耐點蝕性的元素，并且在防止由于下面將要說明的Cu的加入而引起的熱加工性降低方面是特別有效。因此，依據所加入的Cu含量Ni必須加入。
在本發明的13％Cr高硬度馬氏體不銹鋼中，除Cu外，還含有其它易于使熱加工性降低的元素，如Mo和N，所以不僅特別需要限制Ni/Cu值大于0.2，優選不低于0.3，而且由于下述原因還要限制Ni含量。如果Ni低于0.1％，則就不能獲得足夠的效果。但是如果加入的Ni量超過1.5％，則就會降低馬氏體轉化點，使它在淬火后難以產生完整的馬氏體結構，而且退火后的硬度升高，從而使冷加工性惡化。因此，Ni含量設定在0.1-1.5％。Ni的優選范圍是大于0.2％但不高于1.0％，而Ni的更優選范圍是0.3-0.75％。
Cr是一種通過形成一層鈍態表面膜而具有提高耐腐蝕性，尤其是耐點蝕性的重要元素。如果Cr低于11.0％，則不能得到足夠程度的耐腐蝕性。但是如果Cr的加入量超過15.0％時，則產生δ鐵素體，從而惡化耐點蝕性和熱加工性。因此，Cr含量設定在不低于11.0％但低于15.0％。Cr的優選范圍為13.0-14.0％。
Mo作為主要元素加入本發明的鋼中，因為它在穩定鈍態表面膜中非常有效，因此提高了耐點蝕性。就象Mo、W在提高耐點蝕性方面也同樣有效，但僅加W時所產生的作用是小的。優選的是當加W時，部分Mo用當量的W代替(1/2W相當一當量Mo)。如果按Mo+1/2W計單獨的Mo量或Mo和W總量低于1.0％時，則耐點蝕性下降。然而當與Mo或Mo和W的加入量超過3.0％時，則產生δ鐵素體，從而正相反，使耐點蝕性下降，熱加工性同樣也下降。因此，Mo或Mo與W的含量設定在1.0-3.0％。優選范圍在1.5-2.5％。
Cu是一種在少量加入含Cr、Mo和N的鋼中時，在大大提高耐點蝕性方面非常有效的元素。如果Cu低于0.1％時，就得不到充分的效果。然而當Cu的加入量超過2.0％時，不僅使熱加工性下降，而且在退火后也得不到足夠的硬度。因此，Cu含量設定在0.1-2.0％。優選的Cu范圍是不低于0.1％但低于1.0％，而Cu更好的范圍為0.2-0.8％。
附帶地說，即使Cu含量不大于2.0％，也仍存在著一個熱加工性不夠充分的區域。因此，如上所述與限制Ni的理由有關，必須限定Cu以便使Ni和Cu的相互關系能滿足Ni/Cu＞0.2，優選不低于0.3。
N是一種能在馬氏體基質中以固溶體態存在而能提高淬火后硬度的元素，而且在提高耐點蝕性方面也是非常有效的。另外，由于N具有抑止δ鐵素體產生的作用，以N代替Ni加入能有效地節約昂貴的合金元素如Ni而產生價廉的鋼材，同時抑止δ鐵素體的產生。如果N低于0.02％時，就得不到足夠的作用。但是如果N的加入量超過0.15％，則鋼錠的穩固性遭到損害同時可加工性下降。因此N含量設定在0.02-0.15％。優選的N范圍在0.05-0.15％。
V、Ti和Nb不是必要的元素，但是在形成初級碳化物并使預奧氏體顆粒度變小方面是有效的，從而改進了硬度和可鍛性。為此，必要時，加入一種或兩種或更多種的V、Ti和Nb。若一種或兩種或更多種的V、Ti和Nb的加入總量超過0.25％，則粗粒初級碳化物就會形成并使冷加工性惡化。因此，一種或兩種或更多種的V、Ti和Nb的含量按總量，優選設定在不大于0.25％。
B、Mg、Ca和Al也不是必需加入的元素，然而它們對形成氧化物和硫化物以及減少在預奧氏體晶粒界面離析的S，O是有效的，從而改進了熱加工性。因此，按需要加入一種或兩種或更多種的B、Mg、Ca和Al。即使一種或二種或更多種的B、Mg、Ca和Al的加入總量超過0.10％時，則所得效果也不會進一步提高，但相反改良性降低，從而惡化了熱和冷的加工性。因此，一種或兩種或多種的B、Mg、Ca和Al的總含量優選設定在不大于0.10％。
為了獲得優良的耐點蝕性，要求上述合金元素不僅要滿足它們含量的各自范圍，而且還要滿足用于本發明鋼所規定的等式。由等式(1)表達的A值代表本發明鋼中的Cr當量，A值的大小是影響δ鐵素體是否易于形成的重要指標。A值是由易于形成鐵素體的元素Cr、Si、Mo、W、V、Ti和Nb的重量％分別乘以依賴于這些元素作用而實驗測定的系數所計算的值減去易于形成奧氏體的元素，C、Mn、Ni、Cu和N的％重量分別乘以依賴于這些元素作用而實驗測定的系數所計算的值而得到的。實驗的結果，發現本發明的鋼中，如果A值超過10，則形成δ鐵素體，耐點蝕性大大下降，進而在淬火后的熱加工性和硬度也降低。因此，由等式(1)表達的A值設定在不大于10。
由等式(2)表達的B值是影響本發明鋼的耐點蝕性的重要指標，它是由直接提供耐點蝕改進的元素，Cr、Mo、W、Cu和N的重量％分別乘以依賴于這些元素提供的作用而實驗測定的系數所計算的總值而得出的。在本發明的鋼中，如果B值低于20，就得不到優良的耐點蝕性。因此，由等式(2)表示的B值設定在不低于20。
除了上面提到的元素外，在本發明的鋼中還可加入不大于5％(重量)的Co。
Co是以固溶體態存在于基質中以提高淬火和回火后的硬度。然而，Co沒有必要大量加入，因為它是昂貴的元素。
對于作為雜質元素的P和S，如果這些元素是以混合態存在時就不會產生問題，這在普通的熔融法中是不可避免的，因此，對P和S沒有特定的限制。根據耐點蝕性的觀點考慮，這些元素的含量優選地盡可能的低。
對本發明鋼的特征值限制的理由將在下面進行說明。
通過以合適的方式進行淬火和回火，本發明鋼可提供高于SUS 304的冷加工材料和SUS 304的經淬火和回火的材料的硬度。尤其是，當鋼用于制釘、螺栓、刀具、彈簧等等時，為了使這些產品能充分發揮其自身的能力，要求鋼必需具有不低于50 HRC的硬度。本發明鋼通過在不低于約1000℃溫度下淬火然后在不高于約300℃的低溫進行回火或在約400-500℃的高溫進行回火，能具有不低于50 HRC的硬度。順便提到，如果在螺絲、釘、螺栓等的延遲耐斷裂要認真注視的情況下，則通過選擇合適的回火溫度可以降低硬度。
此外，通過以合適的方法進行淬火和回火，本發明鋼在能保持高硬度的同時還能提供優良的耐點蝕性。點電位是已知的代表耐點蝕性程度的指標之一。為了使鋼即使在戶外使用而且有可能接觸自來水、雨水、凝結的露水或其它類似物質下用作另件、部個、工具等時，也能具有優良的耐點蝕性，則要求鋼在脫氣的3.5％鹽水中于30℃下具有不低于150mV(用S.C.E)的點電位V′c100。本發明鋼通過在不低于約1000℃溫度下的淬火然后在不高于約300℃的低溫下回火就能有不低于150mV(用S.C.E)的V′c100。這里，術語“點”的含義是一種在鋼表面上產生類似于分散點的小點的一種腐蝕形式并且經常在不銹鋼上看到。點的出現不僅有損外觀，而且還能導致從腐蝕的點開始斷裂。
按照JIS G0577規定的測量法測量點電位作為電化學腐蝕評價和檢驗方法。換言之，點電位是作為當電流密度成為100μ A/cm2時所產生的電位V′c100而測量的。
上述特征值是通過適當地選擇制造本發明鋼的方法，尤其是熱處理條件，根據用途而適當組合而能夠提供。作為實施例，對于冷成型后經熱處理的釘、螺栓、刀具、彈簧等，有可能提供具有退火后不大于250HV的必要低硬度以及淬火和回火后不低于50HRC的必要高硬度的鋼，如果擔心有點腐蝕，就可使鋼具有不低于150mV(用S.C.E)的高點電位。
對于用機械方法而不是冷型制成的螺釘、螺栓、刀具等，則淬火和回火后的高硬度和高點電位的結合可通過進行低溫回火來達到。此外，當鋼用于工具如模具時，則根據用途僅需要淬火和回火后有高硬度。還有，當鋼用作接觸不低于約300℃高溫的工具時，僅要求在淬火和回火后有高硬度。在這些情況下，僅要求淬火和回火后有高硬度，這通過在例如400-500℃下進行高溫回火即可獲得。
下文將結合實施例對本發明進行說明。具有列于表1和2中的化學組成的鋼通過真空熔融而熔化并獲得各種鋼的10kg鋼錠。在表中，1-38號鋼各具有的組成、A值、B值以及Ni/Cu比，全部落入按本發明限定范圍內，也就是代表本發明鋼，而40-52號鋼是對比鋼，其中一種或多種的各種組成，A值、B值以及Ni/Cu比超出按本發明限定的范圍。
用熱加工法把各錠制成30mm的方型鋼，熱加工是將其加熱至860℃后在爐內冷卻條件下退火。其后，將方型鋼加熱至1050℃，并在該溫度下保溫30分鐘，然后通過油冷而進行淬火。隨后，在180℃下進行回火1小時。
退火后的硬度用Nickers硬度檢驗器測量，淬火和回火后的硬度用Rockwell硬度檢驗器測量。對于耐點蝕性來說，按照JIS G0577于30℃下在脫氣過的3.5％鹽水中進行測量，當把電流密度變成100μm/cm2時測量所得到的電位V′c100作為點電位。熱加工性能是通過在熱加工過程中，在表面或角上出現裂紋的鋼給以X標記，而對沒有裂紋的鋼給對予O標記而進行評價。評價結果列于表3中。
表1
-待續-
表1(續)
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表1(續)
-待續-
表1(續)
表2
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表2(續)
-待續-
表2(續)
-待續-
表2(續)
表3
表3(續)
由表3可見，本發明鋼號1-38中的各種鋼在淬火和回火后都具有不低于50HRC的高硬度而且還具有不低于150mV(用S.C.E)的V′c100點電位。這就意味著本發明各種鋼既具有優良的耐點蝕性也具有高硬度。除了鋼號18和19外，還可以看到本發明鋼號1-38在退火后均具有不大于250HV的硬度因此可充分用冷加工成型。盡管鋼號18和19含有接近允許范圍上限的含量的Ni并且在退火后具有較高的硬度，但是退火后的硬度不大于300HV且能進行容易的冷加工。因此，在不需求快速冷卻地冷加工情況下，18和19號鋼如其它本發明鋼一樣也能令人滿意地使用，因為它們具有良好的耐點蝕性和淬火和回火后的高硬度。
另外，本發明1-38號各種鋼具有如此優良的熱加工性以致使所要求的材料能通過熱加工工藝如熱鍛和熱軋而令人滿意地進行制造。
相反地，對于40-52號對比鋼來說，其中的每一種中，一種或多種的組成、A值、B值和Ni/Cu比超出本發明的限制范圍，可以看出一種或多種特征，即淬火和回火后的硬度、耐點蝕性、退火后的硬度、以及熱加工性，都低于本發明鋼。
特別是，對于40-45、47和48號對比鋼來說，其中A值和B值中的一種或兩種都偏離所限定的范圍，點電位值低且耐點蝕性不足。還有，對于對比鋼43、47和49號來說，其中Ni/Cu比是低的，而對于對比鋼49和50號，其中的Cu含量高，熱加工性差，因此材料的可制造性就差。另外，對于對比鋼46、51和52號來說，其中Ni含量高，退火后硬度大于300HV且冷加工性差，導致材料、部件、膜等的加工性降低。工業用途如上所述，本發明的馬氏體不銹鋼具有優良的熱加工性、退火后的低硬度、優良的耐點蝕性和淬火和回火后的高硬度。以適當組合方式也有可能提供具有這四種特性的本發明鋼。因此，當本發明鋼用于在戶外使用并有可能接觸自來水、雨水、冷凝露水或其它類似物質的部件、另件、工具等時，在保持成本較低的同時還能大大地改進可靠性和使用期限。結果，本發明從工業觀點來看具有顯著效果。
權利要求
1.具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，所述鋼基本上由下列成分組成按重量計，大于0.15％但不大于0.40％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、按Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo與W、0.02-0.15％的N、0.1-1.5％的Ni、0.1-2.0％的Cu、和余量的鐵，所含Ni和Cu的范圍要滿足下列等式(3)所表示的關系式，下面等式(1)限定的A值不大于10，下面等式(2)限定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇元素而進行計算的)Ni/Cu＞0.2 ……(3)
2.具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，所述鋼基本由下列成分組成按重量計，大于0.15％但不大于0.40％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、大于0.2％但低于1.0％的Ni、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、按Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、不低于0.1％但低于1.0％的Cu、0.02-0.15％的N、和余量鐵，下面等式(1)限定的A值不大于10，下面等式(2)限定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇元素而進行計算的)B＝Cr+33Mo+1.65W+Cu+30N……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇元素而進行計算的)。
3.具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，所述鋼基本上由下列成分組成按重量計，0.20-0.35％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、0.3％-0.75％的Ni、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、以Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、不低于0.1％但低于1.0％的Cu、0.02-0.15％的N、和余量鐵，由下面等式(1)限定的A值不大于10，由下面等式(2)限定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選元素而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇元素而進行計算的)。
4.具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，所述鋼基本上由下列成分組成按重量計，大于0.15％但不大于0.40％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、按Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、0.02-0.15％的N、0.1-1.5％的Ni、0.1-2％的Cu、總量不大于0.25％的選自V、Ti和Nb中的至少一種、和余量的鐵，所含有Ni和Cu的范圍要滿足下面等式(3)表達的關系式，下面等式(1)限定的A值不大于10，下面等式(2)限定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分進行計算的)。Ni/Cu＞0.2 ……(3)
5.具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，所述鋼基本上由下列成分組成按重量計，大于0.15％但低于0.40％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、大于0.2％但不大于1.0％的Ni、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、按Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、不低于0.1％但低于1.0％的Cu、0.02-0.15％的N、總量不大于0.25％的選自V、Ti和Nb中的至少一種、和余量鐵，下面等式(1)限定的A值不大于10，下面等式(2)限定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)。
6.具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，所述鋼基本上由下列成分組成按重量計，0.20-0.35％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、0.3-0.75％的Ni、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、以Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo和W、不低于0.1％但低于1.0％的Cu、0.02-0.15％的N、總量不大于0.25的選自V、Ti和Nb中的至少一種、和余量的鐵，下面等式(1)限定的A值不大于10，下面等式(2)限定的B值不低于20A＝-40C+6Si-2Mn-4Ni+Cr+4Mo+2W-2Cu-30N+11V+10Ti+5Nb ……(1)(其中A值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)B＝Cr+3.3Mo+1.65W+Cu+30N ……(2)(其中B值是通過設定那些不以零加入的選擇成分而進行計算的)。
7.具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，其中除按權利要求1-6中任意一項的鋼組成外，所述鋼含有總量不大于0.1％的選自B、Mg、Ca和Al中的至少一種。
8.按權利要求1-7中任一項具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，其中，淬火和回火后的硬度不低于50 HRC。
9.按權利要求1-8中任一項具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，其中，在脫氣過的3.5％鹽水中于30℃下的點電位V′c100不低于150mV(用S.C.E)。
10.按權利要求1-9中任一項具有優良耐點蝕性的高硬度馬氏體不銹鋼，其中，于700-890℃下，一步退火后的硬度不大于250HV。
全文摘要
具有優良熱加工性的價格低廉馬氏體不銹鋼，可進行冷成型而無需復雜退火處理，并且具有優良的耐點蝕性以及淬火和回火后的高硬度。高硬度馬氏體不銹鋼基本上由下列成分組成；按重量計，大于0.15％但不大于0.40％的C、不大于2.0％的Si、不大于2.0％的Mn、不低于11.0％但低于15.0％的Cr、按Mo+1/2W計，1.0-3.0％的Mo或Mo與W、0.02-0.15％的N、0.1-1.5％的Ni、0.1-2.0％的Cu、和余量的鐵，所含Ni和Cu要滿足Ni/Cu＞0.2的關系式，Cr當量不大于10，耐點蝕性指標的值不低于20。
文檔編號C22C38/00GK1145644SQ96190031
公開日1997年3月19日 申請日期1996年1月10日 優先權日1995年1月13日
發明者上原利弘 申請人:日立金屬株式會社