制备车辆部件的方法和沉淀硬化马氏体不锈钢的新用途 【发明领域】
本发明涉及沉淀硬化马氏体不锈钢，以下称作为马氏体时效型不锈钢。更具体地说，本发明涉及一种用于某些用途例如在车辆工业(轿车、货车和小客车等)的马氏体时效型钢，其中已经得到关于产品性能和制造方法的几个益处。背景技术
通常地，碳素钢管是用作轿车中的减振器。这些管是根据产品的类型而以不同的方式被硬化和表面处理。制造方法包括许多步骤和回火操作，这将产生许多废品，因为对于此种管尺寸公差的要求是极高的。
必须注意到，马氏体转变和沉淀硬化本身的结合是从文献Metall.Mater.Trans.A.，25A，2225-2233，1994中已知的。这个文献介绍了在基于铁、钼、铬和硅的准结晶结构的金属间化合物的马氏体结构中的沉淀。在所述合金中的马氏体可通过上述文献中所述地变形或在Scripa Metallurgica et Materialia，1995，Vol.33，No.9，pp.1367-1373中所述的等温地两种方法成形。发现这种新型的钢合金表现出结合了优异强度、耐腐蚀性和延展性。事实上，对于于冷加工和时效条件下的钢丝制品得到2500-3000MPa间的拉伸强度，这使得该制品极好地适用于医用和牙科用仪器。然而，这个文献没有公开通过变形使得能够形成所需形状、同时达到延展性、强度、成形性和耐腐蚀性和马氏体分布均一性之间的最佳化的钢制品的方法。发明概述
根据本发明处理的钢合金可被加工成钢丝、管材、棒材和带材的形状以进一步用于各种车辆和汽车部件。本发明的一个目的是提供一种制备容易成形的钢制品的极有效的方法，该钢制品具有均匀分布的马氏体和沉淀物使得它们适用于车辆或汽车工业的部件中。
通过使用本发明的马氏体时效型不锈钢，得到最终产品的制备过程可被大大地缩短。通过金属间化合物的沉淀进行的硬化使得产品具有极高的强度水平。已知的是，对于减振器用途的材料要承受极高的机械性能要求。
与常规的高强度钢不同，马氏体时效型钢拥有某些突出的特征，例如硬化期间无变形、良好的可焊性、强度和韧性的良好结合，这使得它们对许多用途均具有吸引力。相比于常规的不锈钢，马氏体时效型不锈钢的物理性能是更接近于目前使用的碳素钢性能。
根据第一个方面，本发明提供一种具有耐腐蚀性、高强度和韧性的部件，其由具有包含下列组成的马氏体时效型不锈钢材料制成：至少0.5重量％的铬、至少0.5重量％的钼、Cr，Ni和Fe的总量超过50重量％，和钢具有包括沉淀至马氏体基体上的金属间颗粒的微观结构中。
根据本发明的进一个方面，本发明提供一种制备钢合金部件的方法，其包含：熔炼具有包含如下组成的合金：至少0.5重量％铬、至少0.5重量％的钼、Cr，Ni和Fe的总量超过50重量％；铸造该合金；使铸件经受热挤压且然后经受多个冷变形步骤以在其微观结构中得到至少50％马氏体；且使合金在425-525℃下经受时效处理(ageing treatment)，这足以得到准结晶颗粒在马氏体微观结构中沉淀。附图的简要说明
图1显示了在各种氯化钠的各种浓度下1RK91、AISI304和AISI316的临界点蚀温度(CPT)，其中使用在+300mVSC的恒电势测量的电化学CPT测试，PH＝0.6，磨细测试试样(600微米)。所有结果均是六个测量值的平均值。本发明的详细描述
根据本发明，发现马氏体不锈钢合金，更具体地是沉淀硬化不锈钢合金(其含有至少0.5％Cr和0.5％Mo，并具有适当优化的组成，其中Cr，Ni和Fe的总量超过50％)是极好地适用于满足了良好耐腐蚀性并具有高强度和韧性要求的环境中。此类用途之一是车辆和汽车部件。更具体地说，此种合金被制成使得在马氏体基体中得到金属间准结晶颗粒的沉淀。
本发明的钢合金的一个实施方案应当优选由如下成分组成，按重量％：
碳 最多为0.1
氮 最多为0.1
铜 0.5-4
铬 10-14
钼 0.5-6
镍 7-11
钴 0-9
钽 最多为0.1
铌 最多为0.1
钨 最多为0.1
铝 0.05-0.6
钛 0.4-1.4
硅 最多为0.7
锰 ≤1.0
铁 其余(除去通常的杂质之外，总共最多为0.5％)
更优选地，这个合金的制造的方式应当使得沉淀在变形得到变形马氏体之后是显示为准结晶颗粒。已发现，如果总的变形可在每个变形步骤之间没有中间退火步骤的情况下发生，则这种类型的合金可实现高的机械性能。
所述材料的制备首先是通过将具有上述组成的铁基合金在电弧炉中在保护气体氛下熔炼。然后将该材料倒出以制成一铸件，该铸件然后被热挤压，其后得到一中空管，然后将其引入至皮尔格无缝钢管轧机，同时经受冷轧制，之后通过冷拉拔对所述材料进行进一步变形和一定程度的轧制以致于冷轧制的总程度是足以得到至少50％，优选是70％的马氏体量。该材料最后在425-525℃下、优选在约475℃下经受时效处理4小时，且然后以合适的形式准备用于车辆部件或类似用途。
作为一个优选实施方案，发现具有上述组成并按上述方式处理的材料是极好地适用于制备自动车辆的减振器，其通常被制成管状部件。
对于极好地适合用于车辆部件中的材料，机械性能是特别重要的。同时，该材料应当可被容易地成形以致于它能够被制成钢丝、管材、棒材和带材状以进一步用在这些类用途中。
为了调查本发明的材料的机械性能，此种材料同其它现存的常规碳素钢材料一起经受疲劳测试。
现将通过参照下列实施例进一步描述本发明，这些实施例是说明性的而不是限制性的。
本发明的铁基合金是这个疲劳测试的对象，其具有如表1中所示的分析结果。
表1 1RK91的化学组成(重量％) 钢C+N Cr Mn Fe Ni Mo Ti Al Si Cu Sandvik 1RK91＜0.05 12.0 0.3 剩余 9.0 4.0 0.9 0.30 0.15 2.0为了比较，选择已被硬铬化的标准型碳素钢管。这些对比疲劳测试是示于下表2中。
表2钢合金疲劳强度1RK91 300MPa硬铬化碳素钢 195MPa
从表2中可以明显看出，本发明的合金1RK91比目前在减振器中使用的钢具有远远更高的疲劳强度。这主要是由于选择了在按本发明制成之后，其在微观结构中出现的具有马氏体和沉淀准结晶颗粒的材料。其它性能(明显是描述机械性能水平的代表)是硬度水平和通常以Gpa为单位给出的E-模量(杨氏模量)。
下表3显示了按照本发明选择的材料1RK91的这些值，相比于前述表中标准型碳素钢管。表3机械性能合金 硬度(Hv) E(GPa)1RK91，经时效处理 565 201碳素钢(表面积) 518 218碳素钢(中心壁面积) 314
从表3中可以看出，本发明的1RK91合金的硬度水平是明显高于标准型碳素钢，尽管后者已被硬铬化。还重要的是，E-模量值几乎是与碳素钢的相同水平。这是一个令人吃惊的结果，因为不锈钢合金的E-模量正常情况下从来没有达到碳素钢的水平。对确定材料的机械性能的具有重要性的进一步测量值是给出在下表4中。
表4机械测试结果 合金 Rp0.05 (MPa) Rp0.2 (MPa) Rm(MPa) 拉伸强度 A％ (拉伸率) 1RK91 1830 1850 1870 6.7 碳素钢对照 578 635 644 13.3
从表4中可明显看出，本发明的1RK91合金就它的机械性能而言超过标准碳素钢。
当其用于车辆部件例如减振器时，热膨胀趋势是考虑的另一个重要的性能。在下表5中，热膨胀值是就1RK91材料相比于标准碳素钢型4L7和标准型18/10-不锈钢合金而给出的。
表5热膨胀值(微米/最大℃) 温度℃ 1RK91 碳素钢4L7 合金18/10 30-100 11.48 12.3 16.7 30-200 11.87 12.8 17.3 30-300 12.19 13.5 17.8 30-400 12.45 14.0 18.1
热膨胀值在其中要求任何公差偏差应当保持在极严格范围内的汽车部件的制造和使用中具有重要性。可从表中得到的重要结论是发现，用本发明的钢得到的热膨胀值可能完全相当于常规碳素钢的热膨胀值，且同时机械性能方面超过了常规的碳素钢。
腐蚀性能对用在车辆部件中的材料也是重要的。同时，材料应当容易成形以致于能够被制成钢丝、管材、棒材和带材以进一步用在其它类型的用途中。为了调查本发明的材料的腐蚀性能，此种材料相比于现存不锈钢材料例如Tp316和Tp304进行测试。
虽然通过参照上述实施方案对本发明进行了描述，但某些改进和变化对本领域的一般技术人员是明显的。因此，本发明是仅仅受所附权利要求书的范围和精神实质的限制。