[发明专利]一种具有优良性能的含锡马氏体不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金材料领域，尤其涉及一种具有优良性能的含锡马氏体不锈钢及其制造方法；该含锡马氏体不锈钢经1050℃淬火处理的抗拉强度≥1500MPa，洛氏硬度≥48HRC，点蚀电位≥105mV。 

背景技术

马氏体不锈钢是一类组织、性能可以通过不同的热处理工艺改变的不锈钢，典型钢种有20Cr13、30Cr13等，主要用于制造各类刀剪、量具等，大部分要求具有较高的强度(一般抗拉强度≥1500MPa)、48HRC以上的硬度，同时要求有一定的耐蚀性。它们经退火后的主要组织为铁素体+碳化物，具有较低的强度、硬度和良好的塑性；经高温奥氏体化后油冷或空冷下来时主要组织为马氏体组织，具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性能。近年来随着对与食品接触的用具的人体安全性的重视，人们对刀剪、量具等用的马氏体不锈钢的耐蚀性更加重视。用马氏体不锈钢制造的刀剪、量具等都在淬火热处理后使用，因此马氏体不锈钢淬火后的性能直接决定了刀剪、量具等的性能。实际淬火冷却时，20Cr13、30Cr13钢中会析出含铬碳化物，在碳化物近旁产生贫铬区，使耐蚀性下降，因此减少碳化物的析出对于维持一般马氏体不锈钢良好耐蚀性是相当重要的。 

基于此，中国专利CN1624182在20Cr13钢的基础上将碳含量降低至0.12-0.17％来减少碳化物的析出，同时加入0.06-0.10％的氮元素来弥补降碳带来的硬度损失，氮和碳一样可以提高硬度。然而氮的加入量是非常有限的，当氮含量超过0.10％时就容易因氮气析出出现针眼状的缺陷。 

中国专利CN101195895A中将碳含量降低至0.13-0.18％以便减少空冷淬火时碳化物的析出，增加0.03-0.06％的N来提高淬火硬度和耐蚀性能。此专利认为氮除了具有增加淬火硬度外，还具有强化钝化膜、抑制铬碳化物的析出的作用；但是由于碳含量较低，含氮量过高使铬碳化物的析出量极端降低，损害耐磨性和制造性，氮含量设计小于0.06％。由于碳氮的量 较低，为了得到单相的高温奥氏体组织不得不加入0.10-0.60％的Ni。可见在碳含量较低时氮的加入量是受限的，而碳氮量较低时只能借助其他奥氏体化元素来取得单相高温奥氏体。 

为了提高耐蚀性，通常在钢中会加入更多量的贵金属钼、铜等，如中国专利CN1145644A中公开了一种0.15-0.40％C、11.00-15.00％Cr的马氏体不锈钢，其中加入0.12～4.0％Cu、1.00-3.00％Mo。然而贵金属的增加会明显增加制造成本。 

为了解决目前马氏体不锈钢遇到的问题，一方面要求材料具有优良的性能，包括高的热处理强度、硬度和良好的耐蚀性，另一方面要求合理控制合金的加入，以降低制造成本。由此希望在合理控制碳、铬、氮等元素的含量的同时，加入一种量少作用大的合金元素来提高性能、控制成本，锡就是比较理想的元素。在CN102162062A中公开了一种含锡的低碳马氏体不锈钢，其为低碳的时效马氏体不锈钢，少量锡的加入能够提高该钢的耐腐蚀性能，但由于低碳时效钢马氏体不锈钢的制造成本很高、抗拉强度≤1500MPa、硬度低于48HRC，不适合用作刀剪、量具制造。 

由此可见，在马氏体不锈钢的发展过程中，人们已经开始注意到通过降碳增氮在一定程度上提高耐蚀性，但是进一步提高耐蚀性方面只能通过加入钼、铜等贵金属来实现，还没有使用少量廉价锡来提升性能，更没有将降碳、增氮和添锡综合应用于刀剪、量具用的马氏体不锈钢中。 

上述现有各钢专利的化学成分比较如表1所示。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良性能的含锡马氏体不锈钢及其制造方法，通过化学成分的合理控制、利用廉价镀锡废钢板加入锡并控制锡含量进行冶炼，获得的具有优良性能的含锡马氏体不锈钢，经1050℃淬火处理后，其抗拉强度≥1500MPa，洛氏硬度≥48HRC，点蚀电位≥105mV。 

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案： 

一种具有优良性能的含锡马氏体不锈钢，其化学成分组成的重量百分比为：C：0.15～0.40％，Si≤1.0％，Mn≤2.0％，P≤0.040％，S≤0.010％，Cr＝12.0～14.0％，N：0.05～0.12％，Sn：0.10～0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质；该含锡马氏体不锈钢经1050℃淬火处理后，其抗拉强度≥1500MPa，洛氏硬度≥48HRC，点蚀电位≥105mV。