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用于制造从冷轧马氏体时效钢的钢带中切出的 带材或工件的方法
    【技术领域】

    本发明涉及一种马氏体时效钢，它特别适合于制造需要很好的抗疲劳性能的工件。

    多种工件是由马氏体时效钢的钢带(钢板)制成的，这种钢按重量百分比包括约18％的镍，9％的钴，5％的钼，0.5％的钛和0.1％的铝，处理为具有大于1800MPa的弹性极限。这些钢带通过热轧或冷轧获取。之后从这些钢带上切出的带材(板材)或工件通过一接近500℃的硬化加热处理被硬化。这些工件或许被表面氮化以改善它们的抗疲劳能力。但是这些工件的抗疲劳能力是不够的。

    背景技术

    为了改善这些工件的抗疲劳性能，已经使用了具有不同化学组分和机械性能的马氏体时效钢，例如马氏体时效钢包括18％的镍，12％的钴，4％的钼，1.6％的钛和0.2％的铝，或马氏体时效钢包括18％的镍，3％的钼，1.4％的钛和0.1％的铝，再或者马氏体时效钢包括13％的铬，8％的镍，2％的钼，1％的铝。但是这些钢都不能带来令人满意的效果。这些钢的抗疲劳性能通常低于这些工件经常要经受的疲劳强度。

    【发明内容】

    本发明的目的是克服这一缺陷，并提供一具有改善了疲劳性能的马氏体时效钢的钢带或工件。

    为此，本发明提供了一种用于制造从冷轧马氏体时效钢的钢带中切出的带材或工件的方法。根据本发明，在实施该硬化热处理之前，以超过30％的冷变形加工率(应变硬化率)对该带材或该工件进行冷塑性变形，且使该带材或该工件再结晶退火，以获得ASTM(美国材料试验协会)指标大于8的细晶粒。该钢按重量计的化学成分包括：

                  12％≤Ni≤24.5％

                  2.5％≤Mo≤12％

                  4.17％≤Co≤20％

                 Al％≤0.15％

                 Ti≤0.1％

                 N≤0.003％

                 Si≤0.1％

                 Mn≤0.1％

                 C≤0.005％

                 S≤0.001％

                 P≤0.005％

                 H≤0.0003％

                 O≤0.001％

    其余的是铁和制备(制造过程中)产生的杂质，该化学成分还满足以下关系式：

                  20％≤Ni+Mo≤27％

                  50％²≤Co×Mo≤200％²

                  Ti×N≤2×10^-4％²

    在再结晶退火之后，以1％～10％的缩减率(压缩率)对该带材或该工件进行冷轧。

    优选的，该马氏体时效钢通过VAR法在真空下进行再熔化(重熔)，或第一次通过VAR法在真空下或通过ESR法在电导体炉渣下进行再熔化且第二次通过VAR法在真空下进行再熔化。

    本发明还涉及一种带材或工件，其厚度小于1mm，由具有ASTM指标大于8的细晶粒的马氏体时效钢构成，硬化后弹性极限大于1850Mpa。

    以此获得的该带材或工件可用于制造传动带类的工件，这些工件通过450℃～550℃持续1至10小时的硬化处理来进行硬化，然后可对该工件进行表面氮化。

    【具体实施方式】

    下面本发明将被更为详细但不是以限定的方式进行说明。

    为了制造根据本发明的马氏体时效钢冷轧带材，我们使该钢的碳小于0.005％，然后是用铝脱氧。

    因而该制造出的钢以再熔化电极的形式被浇铸。这些电极可在真空下被再熔化(VAR法，从《Vacuum Arc Remelting》即“真空电弧再熔化”得名)以制成锭块和扁坯，也可第一次在真空下(VAR)或在导电炉渣下进行(ESR法，从《Electro Slag Remelting》即“电渣重熔”得名)制成第二电极，且第二电极在真空下(VAR)再熔化以制成锭块和扁坯。因而我们既可以采用一个简单的再熔化VAR法制造也可采用VAR+VAR或ESR+VAR法制造。这些再熔化可提纯金属并减少熔析而改善固化质量。尤其是，该再熔化ESR可降低硫的含量，该再熔化VAR可降低氮和氢的含量。

    然后该锭块和扁坯被再次加热到约1200℃，例如在1150℃～1250℃之间，之后被热轧以便获得几毫米厚的热轧钢带，例如约4.5mm厚。

    这些热轧的钢带被清洗除垢，然后通过一次或多次再结晶退火冷轧，以便获得厚度小于1mm的冷轧钢带，例如为厚度0.4mm或0.2mm。

    该最后的再结晶退火处理中制成具有冷变形加工率高于30％且最好高于40％的一厚度的冷轧钢板。

    因而该冷变形加工的钢带例如在一通道炉中被退火，以获得ASTM指标大于8的细晶粒(相应于晶粒直径小于20微米)，且ASTM指标最好大于10(相应于晶粒直径小于10微米)；该晶粒尺寸是按照标准ASTM E112确定的。

    为获得细晶粒而进行的该退火处理是在保护气氛内调节合适的温度参数和持续时间情况下进行的。这些参数取决于实施热处理的特定条件以及在每种特定情况下确定这些参数的技术人员。当处理在一通道炉中连续实施时，该持续时间(也就是说该钢带的某个点在炉中的停留时间)包括在10秒至1分钟之间，且炉内的封闭温度在900℃～1100℃之间；炉内的气氛可以是露点最好低于-50℃的氩。

    为了改善该钢带的平面度，和如果需要，为了完善马氏体的转化，此外该钢带还可经受压缩率为1％～10％之间的轻微冷轧，这会造成同样数值的冷变形加工率。

    因而我们可在该钢带中切出一工件，并成型该工件，例如通过弯折，然后对其进行包括维持在450℃～550℃之间持续1至10小时的硬化处理。要注意的是当处理温度位于该温度范围内的较高部分时(500℃～550℃)，该硬度被改善而弹性极限轻微降低。

    该热硬化处理也可在通道炉内加以实施，温度包括在600℃～700℃之间，持续时间包括在30秒至3分钟之间。

    因而获得了由弹性极限增加且良好抗疲劳的金属构成的一工件。

    在该热硬化处理期间或之后，该工件可通过在一富含氩的混合反应气中维持几个小时来进行一氮化处理而进行表面硬化。

    在一种变型中，该工件的毛胚可从厚度大于该工件的最终厚度的该冷轧钢带中切出来。该毛坯被成型，可能被焊接，然后冷轧到最终厚度，以便获得冷变形加工率大于30％或更好为大于40％。然后这些工件在刚刚说明的同样条件下被退火，以便得到ASTM指标大于8或者最好大于10的细晶粒，然后其经受如上所述的硬化处理。所得到的弹性极限增加且抗疲劳性能良好。

    我们还可通过在该硬化的钢带上切割，例如通过化学切割制造工件。而对该钢带实施包括该硬化的热处理的该整个方法。这些工件例如是集成电路的支撑格栅。

    最好使用马氏体时效钢以便获得非常好的疲劳性能和超过1850Mpa的弹性极限，按重量计主要包括：

    -镍12％～24.5％

    -钼2.5％～12％

    -钴4.17％～20％

    余量是铁和制备产生的杂质或少量残留元素。

    因而获得了200℃附近的马氏点(开始马氏体转变的温度)，镍和钼的含量应满足20％≤Ni+Mo≤27％，且优选为22％≤Ni+Mo≤25％。

    为了在硬化热处理后获得大于1850MPa的弹性极限，钴和钼的含量应满足Co×Mo≥50％²，且优选Co×Mo≥70％²。事实上，这个乘积越高，该弹性极限越高。但是为了获得足够的硬度，钴和钼的含量还应满足Co×Mo≤200％²，且优选Co×Mo≤120％²。这些值分别相应于该弹性极限小于约3000MPa和2500MPa。

    钼具有通过表面氮化而硬化的好效果。为了获得良好的硬化，该钼的含量最好应该超过4％，超过6％更好。但是，最好将其保持为小于8％，以便减小熔析的问题并有利于热转化操作并改善最终产品的硬度。钼的含量的两个范围最好定义为：

    -4.17％～6％的钼相应于具有非常好的冷热转化性能的产品，因而好性能包括弹性极限提高及其好的延展性和韧性。

    -6％～8％的钼相应于非常高的弹性极限或由于钴含量的降低而更为经济的钢。

    综合所有这些条件，我们可确定最好的组分范围，主要的元素(成分)如下：

    1)为了获得大于1850MPa的弹性极限和通过氮化而有中等硬化性能：

                 17％≤Ni≤20％

                 4.17％≤Mo≤6％

                 13％≤Co≤17％

                 20％≤Ni+Mo≤27％

                 Co×Mo≥50％²

    2)为了获得大于1850MPa的弹性极限和通过氮化而有强硬化的性能：

                 15％≤Ni≤17％

                 6％≤Mo≤8％

                 8.75％≤Co≤13％

                 20％≤Ni+Mo≤27％

                Co×Mo≥50％²

    3)为了获得大于2000MPa的弹性极限和更有利的马氏点：

                 15％≤Ni≤21％

                 4.17％≤Mo≤8％

                 8.75％≤Co≤17.5％

                 22％≤Ni+Mo≤25％

                Co×Mo≥70％²

    4)为了获得大于2000MPa的弹性极限和更有利的马氏点且通过氮化而有中等硬化的性能：

                 17％≤Ni≤20％

                 4％≤Mo≤6％

                 8.75％≤Co≤17.5％

                 22％≤Ni+Mo≤25％

                 Co×Mo≥70％²

    5)为了获得大于2000MPa的弹性极限和更有利的马氏点且通过氮化而有强硬化的性能：

                 15％≤Ni≤17％

                 6％≤Mo≤8％

                 8.75％≤Co≤13％

                 22％≤Ni+Mo≤25％

                 Co×Mo≥70％²

    主要元素之外的组分范围将予以说明，这些剩余的元素需要以严格的方式被控制，以便获得好的延展性能和抗疲劳性能。这些限定特别是：

                 Al％≤0.15％

                 Ti≤0.1％

                 N≤0.003％

                 Si≤0.1％

                 Mn≤0.1％

                 C≤0.005％

                 S≤0.001％

                 P≤0.005％

                 H≤0.0003％

                 O≤0.001％

    对于这些元素中的每一种的含量可以是0％或痕量。

    不仅如此，为了获得一种抗疲劳性能被改善的传动带，该氮和钛的含量需要满足这样的关系式：Ti×N≤2×10^-4％²，或更好为≤1×10^-4％²。

    作为例子和对照，制成如下组分的马氏体时效钢的钢带：

    Ni＝18.1％  Co＝16.2％  Mo＝5.3％  Al＝0.020％  Ti＝0.013％Si＝0.03％  Mn＝0.03％  C＝0.003％  Ca＜0.0005％  S＝0.0007％  P＝0.002N＝0.0023％  O＜0.001％  H＜0.0001％，其余的是铁和杂质。这些杂质特别是铜和铬，其含量为：Cu＝0.07％和Cr＝0.06％。

    这种熔流的马氏体转化点等于+195℃。

    这些钢带被冷轧直到厚度为0.4mm，最终冷变形加工率为70％。

    作为实施例给出的一种第一钢板A，在氢通道炉中以1020℃持续1分钟被退火，以获得ASTM指标为11的细晶粒，然后通过保持为490℃持续3小时来进行硬化。

    作为对照例给出的一种第二钢板B，在通道炉中以1150℃持续1分钟被退火，以获得ASTM指标为7的较大晶粒，然后通过保持为490℃持续3小时来进行硬化。

    通过在钢板A和B上施加25赫兹波状的拉伸力，最大负载750Mpa和最小负载75Mpa，对钢带A和B的抗疲劳性能进行对照实验。

    对于符合本发明的钢带A，疲劳极限优于8×10⁸周期(循环)，而对于钢带B，疲劳极限等于5×10⁸周期。这些结果表示出细晶粒对于改善这些钢带的疲劳性能的好处。

    两类钢带A和B都具有一大于1850MPa的弹性极限。

    为了证明根据本发明的该马氏体时效钢的优选化学组分的特别优点，也可制造出含有18％的镍，9％的钴，5％的钼，0.5％的钛和0.1％的铝的马氏体时效钢的钢带。这种钢带由根据本发明的该方法制成，该晶粒具有为10的ASTM指标且弹性极限为1910Mpa。在与上述情况同样的试验条件下，测出的疲劳极限为2×10⁸周期。

    这些钢带可优选用于制造传送带或其它所有产品，例如集成电路的支撑格栅。

    作为例子，用根据本发明的钢板制成用于内燃发动机的传送带，包括由包括符合本发明的窄带的环维持的骑马钉(肘钉)，且两个端部被焊接。这种传送带的寿命超过同样的但根据已有技术制成的马氏体时效钢制成的传送带的寿命的10倍。