制备沉淀硬化马氏体钢的钢产品的方法、 用该方法制得的钢产品和此种钢产品的用途 【发明领域】
本发明涉及一种制备钢产品的方法和由此制得的产品，其中钢在软退火之后，经历了等温马氏体形成和在马氏体结构中的沉淀硬化且被成形。本发明还涉及用该方法制得的钢产品和此种钢产品的用途。
【发明背景】
在下面的现有技术讨论中，要参考某些结构和/或方法。然而，下列参考不应必须看作对构成现有技术的这些结构和/或方法的认可。申请人明确地保留显示此种结构和/或方法无法作为相对于本发明的现有技术的权利。
在已公开的国际专利申请WO93/07303中，已介绍上述类型的制备方法，其中转变成马氏体结构是在奥氏体区域中退火之后通过空气冷却或通过冷加工而完成的。退火之后的空气冷却通常导致所谓的马氏体转变的无热动力学模式。空气冷却诱导的马氏体的形成是受到合金元素例如镍、钛和铝抑制的，这些合金元素是用于沉淀可硬化的钢。可能的情况是，在较高浓度的此种合金元素下奥氏体被稳定化，以致于马氏体转变起始温度降至无法实施的低温。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种制备钢产品的方法，由此制得的钢产品和此种钢产品的用途，由此在延展性、强度、耐磨性和耐腐蚀性、马氏体分布的均匀性和马氏体转变温度的实际水平之间实现了实际的最优化。
本发明的一方面是提供一种从极硬钢制备精确成形的复杂几何形状的制品的方法，其包括如下步骤：(a)使钢在软退火之后在马氏体结构中经受沉淀硬化；(b)成形所述钢、接着在1050℃至1200℃之间的温度下进行固溶退火且时间为5-30分钟；(c)使所述钢在850℃-950℃之间进行敏热步骤至少5分钟，由此使随后的等温马氏体转变的引发最优化；(d)从敏热步骤温度以每秒至少5℃的淬火速度淬火至500℃以下的温度，使所淬火后的钢进行等温马氏体转变；和(e)在450-550℃之间的温度下硬化至少3分钟以引起颗粒从溶体沉淀到马氏体结构中。
本发明的另一方面是提供由上述方法制得的钢产品，其具有至少450HV的均匀硬度。
附图的简要说明
通过下面结合附图对本发明的优选实施方案的详细描述，本发明的目的和优势将变得十分明显。
图1是在本发明处理方法中相对于热处理时间的温度曲线。
优选实施方案的详细描述
制备本发明的钢产品的方法的特征在于，成形钢、接着在1050℃和1200℃之间进行固溶退火5-30分钟。之后所述钢从固溶退火温度以每秒至少5℃的淬火速度淬火至500℃以下的温度。淬火后的钢然后进行等温马氏体转变且随后通过保持在450-550℃之间的温度下至少3分钟以沉淀在马氏体结构中的颗粒。
结合使用等温马氏体转变和沉淀硬化的方法是已知的(参见ScriptaMatallurgica et Materialia，1995，Vol.33，No.9，pp.1367-1373)。然而，没有公开上述类型的制备方法，即使得钢产品通过变形而成形为较复杂的形状，而在延展性、强度、耐磨性和耐腐蚀性和马氏体分布的均匀性之间实现最优化。本发明的进一个目的是提供一种制备马氏体和沉淀物均匀分布的钢产品的极有效的方法。
因此，制备本发明的钢产品的方法的进一步特征在于，通过保持在-30℃至-50℃之间的温度下至少1小时而使得淬火后的钢经历等温马氏体转变。
制备本发明的钢产品的方法的更进一步特征在于敏热步骤，在该敏热步骤中钢是在850℃-950℃之间的温度下保持至少5分钟以使得马氏体转变的引发变得最优化。所述敏热步骤是在对钢进行固溶退火和淬火之间进行。经历了敏热步骤的钢减轻了将可能在钢产品中内部产生的热-机械应力。内部热-机械应力的降低使得能够制备具有极准确尺寸和使用稳定的钢产品。
本发明的又一个目的是提供一种制备同时具有优异强度、耐腐蚀性和延展性的钢产品的方法。此种方法的又一特征在于，其中钢包含10％-14％(重量)的铬(Cr)。通常地，碳的重量百分比低的马氏体钢(所谓的马氏体时效钢)可以含有或不含有铬。耐腐蚀的马氏体时效钢包含10.5-18重量％的铬。可通过本发明的方法制得的特定型马氏体时效钢包含10-14％(重量)Cr，7-10％Ni，3-6％Mo，0-9％Co，0.5-4％Cu，0.05-0.5％Al，0.4-1.4％Ti和低于0.03％的C和N。
下面将利用实施例进一步说明本发明。
实施例1
具有上述组成的、适用于本发明的钢材料是由带有氧化皮的七吨熔融体在高频炉中的以带材形式制得且然后经受轧制。在熔融1之后的凝固过程是显示在图1中，其中温度相对于时间的曲线是由实线表示。熔体的凝固导致Ti(C，N)的结晶，由此将游离的碳和游离的氮粘合起来。游离氮的粘合是重要的，因为否则游离氮将抑制等温马氏体转变。
为了赋予材料奥氏体结构和足够的延展性以用于热轧制，在轧制之前，将钢再加热至1150℃-1250℃的温度且在该温度均热至少1小时。再加热至1150℃-1250℃的温度2之后是热轧制3。热轧制3产生了具有合适颗粒尺寸和均匀分布的金属间颗粒的带状材料。
在均热(soaking)和热轧制期间形成的氧化皮(氧化层)必须在材料被冷轧至最终尺寸之前通过酸洗和/或研磨除去。冷轧制4使得带状钢具有最终的厚度而不形成氧化层。然而，冷轧制4导致应变诱导的马氏体转变且为确保足够的延展性以形成复杂的产品，所述材料必须通过退火5回到奥氏体条件。这个退火5是在约1050℃的温度附近于连续炉中实施，以防止所述材料在成形为产品之前转变成马氏体。所述产品是在奥氏体条件6中冷成形，该条件导致部分转变成应变诱导的马氏体。为确保在整个产品中均匀的马氏体转变和通过沉淀硬化所形成的马氏体的足够可硬化性，所述材料必须在1050℃-1200℃之间的温度下进行固溶退火7达5-30分钟。固溶退火7也引起合金元素例如Al，Cu，Mo和Ti溶于奥氏体结构中且将应变诱导的马氏体转变成奥氏体。这些元素被用于在制备的后面阶段中的等温马氏体的沉淀硬化。
为了完成最优化的等温马氏体转变10，该马氏体转变10应当是在-30℃至-50℃之间的温度下进行至少1小时。更优选地，等温马氏体转变10之前进行敏热步骤8。该敏热步骤8是位于固溶退火步骤7和淬火步骤9之间。当在850℃至950℃之间的温度下保持至少5分钟时发生了敏热步骤8。敏热步骤8引起钢材料的奥氏体结构的去稳定化并由此促进了随后的等温马氏体转变10。已确知在敏热步骤期间，Mo和Ti是从溶体中除去且据认为Mo沿着晶体边界浓缩。Ti的行为是还不清楚的。敏热作用进一步确保在等温马氏体转变10期间的马氏体的均匀成核。淬火9至室温或甚至更低温度下防止了在奥氏体中主要金属间化合物的过早沉淀。
在淬火9之后，所述钢材料是进行等温马氏体转变10。这个转变是通过在-30℃至-50℃之间的温度下保持至少1小时而完成。结果得到具有细颗粒尺寸的均匀分布的受限奥氏体的均匀马氏体结构。等温马氏体转变10之后是硬化步骤11，在硬化步骤11期间金属间化合物沉淀在马氏体结构中的溶体中。由此处理的钢产品将具有超过450HV的均匀硬度。
通过本发明方法得到的钢产品是均匀的且在耐磨、防腐、硬度和延展性方面表现出极佳的性能。这些性能的独特组合使得带状钢产品是极适宜作为电动剃刀的剃刀罩，其在制备期间要经受深度拉伸以得到必须的球形形状。同样适用于剃刀的深度变形的刀片、混合器的高度异形刮刀和用于熨斗中的温度自动调节器的的高度折叠的回程弹簧。极适于经受本发明的处理方法的钢材料的化学组成的重量百分比是如下(所谓的Sandvik 1RK91钢)：
C+N ≤0.05
Cr 12.00
Mn 0.30
Fe 剩余
Ni 9.0
Al 4.00
Mo 0.90
Ti 0.30
Si 0.15
Cu 2.00
实施例2
具有与实施例1中相同的化学组成的钢材料或产品可制成为在流体阀中起着回程弹簧作用的隔膜板弹簧。根据隔膜板弹簧尺寸的所需准确度，可以使得在淬火9之后在产品中具有所谓的受限奥氏体。溶体处理7之后优选是敏热8，敏热引起奥氏体去稳定化以致于促进后面的等温马氏体转变。用于许多应用的隔膜板弹簧使用复杂的形状，这在成形期间要求强的变形。此种变形引起应变诱导的马氏体，其必须通过溶体处理7转变成奥氏体。本发明的方法是极适于制备用于本申请的钢原料。
虽然结合优选的实施方案介绍了本发明，本领域一般技术人员将理解的是，在不偏离在所附权利要求书限定的本发明的精神实质和范围的情况下，可以进行未具体说明的添加、删除、改进和替换。