[发明专利]高强度螺栓用含N马氏体不锈钢丝及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种马氏体不锈钢丝及其制造方法。马氏体不锈钢丝主要用于航天、航空和建筑、机电等工业，制造高强度透平螺钉、特种螺栓、销轴和弹簧等。属金属制品技术领域。

背景技术

近年来随着现代化进程的加快，人们生活质量的提高，尤其是环境意识的不断增加及对产品寿命周期成本的关注，对材料功能化要求越来越高，不锈钢紧固件需求量急剧增长，已经大量取代碳钢镀铬或镀锌紧固件。

以前在制造高强度螺钉、螺栓(б_b1000-1400N/mm²)时，一般采用1Cr13，2Cr13等马氏体铬不锈钢，但是，铬不锈马氏体钢加工性能差、耐蚀性不好。而自20世纪60年代以来，又发展马氏体Cr-Ni不锈钢，以Ni代替钢中的碳合金化发展一些新牌号，代表性钢号为1Cr17Ni2(431)，形成了新的马氏体Cr-Ni不锈钢系列。可是近年来Ni价上涨，往往不锈钢的成本和售价也常随着Ni价的涨跌而波动，从而用户对不锈钢消费也产生消极影响。另外，由于Ni是比较稀缺的战略资源。所以合理用Ni、科学用Ni、节约用Ni是当前摆在不锈钢工作者面前的首选研究课题。在不降低原有牌号性能的前提下，寻找某种替代元素是一个技术难题，本发明就是在这个技术背景下提出来的。

原1Cr17Ni2最高抗拉强度仅达840Mpa，只能做8级螺栓。

发明内容

本发明的目的在克服上述不足，提供一种既可以节约用Ni、且钢的强度和耐蚀性不但不会降低还可以适当提高的高强度螺栓用马氏体不锈钢丝及其制造方法。

本发明的目的是这样实现的：一种高强度螺栓用含N马氏体不锈钢丝，所述不锈钢丝主要是由以下重量百分比的合金元素组成：C 0.08-0.15、Si＜0.80、Mn＜0.80、P＜0.020、S＜0.015、Cr 16.00-18.00、Ni 0.50-1.00、N0.10-0.20，余量Fe以及不可避免的杂质。

本发明各合金元素设计的理论依据：

马氏体不锈钢是一类可通过热处理(淬火、回火)对其性能进行调整的不锈钢。合金元素系是人们为了获得所需要的组织和各种性能向不锈钢中加入的具有一定含量范围的元素。本发明主要元素的确定是C、Cr、Ni和N，其余合金元素为通常使用的含量范围，在此不在详述。

1)C含量的确定

C是传统马氏体不锈钢中最重要合金元素，钢中铬、碳二元素的合理配比，可以组成高、中、低碳Fe-Cr-C不同的马氏体不锈钢。C的作用是扩大γ区，形成奥氏体的重要元素，提高钢的淬透性。但随着钢中C量的增加，马氏体钢的强度、硬度增加的同时，钢的塑、韧性、耐蚀性、冷成型和焊接性要显著降低。为了保证马氏体不锈钢在高温时为奥氏体，室温下为马氏体，通常是通过层片状马氏体的形成和碳化物的析出，获得高强度和高硬度，通过回火后消除淬火应力并获得均匀稳定的组织，使钢具有一定的塑、韧性，所以钢中碳元素不宜太低，一般为0.10％-0.30％，本发明考虑了钢中加入N元素，确定C含量为0.08％-0.15％是适宜的。

2)Cr含量的确定

Cr对钢的不锈性和耐蚀性有决定性影响，随着Cr含量的增加，在氧化性酸、氯化物中耐蚀性增加，耐应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等都能提高；Cr也能提高马氏体不锈钢的淬透性，使钢的强度、硬度提高，但钢的塑、韧性会有所降低。一般马氏体不锈钢Cr含量不宜少于13％，本发明确定Cr含量为16％-18％是为了保证钢的综合性能良好。

3)Ni含量的确定

Ni除了能形成稳定奥氏体外，可显著提高不锈钢塑、韧性，可降低不锈钢的脆性转变温度，还可以提高成型性和焊接性等，一般Cr-Ni马氏体不锈钢Ni含量为2.0％-4.0％，本发明确定Ni含量为0.5％-1.0％是合理的。

4)N含量的确定

N和C是形成奥氏体能力相同的元素，所以加N降C是可行的，因为C在不锈钢中的副作用比N大得多，N在提高钢的强度同时，不显著恶化钢的塑、韧性，同时还能提高不锈钢中耐点蚀、耐缝隙腐蚀的能力。耐点蚀当量值PRE＝Cr％+3.3×Mo％+16×N％，从公式中可以看出N在不锈钢中耐点蚀的能力是铬的16倍，马氏体不锈钢中加N是本发明主要创新点，确定N含量为0.10％-0.20％是科学的。

综上所述，本发明是为了代替传统的Cr-Ni马氏体不锈钢牌号1Cr17Ni2，制造不锈钢丝用于高强度耐蚀螺栓。采用降C加N节Ni保Cr的方法实现本发明的目的。