[发明专利]高碳马氏体系不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高碳马氏体系不锈钢及其制造方法，尤其涉及利用薄带连铸(strip casting)工艺来制造包含0.4～0.8％碳，11～16％铬的高碳马氏体系不锈钢，从而缩小初生碳化物的大小的高碳马氏体系不锈钢及其制造方法。

背景技术

通常，含有0.40％(重量百分比)以上的碳的高碳马氏体系钢在耐腐蚀性、硬度以及耐磨损性方面比较优秀，因此在剃须刀片、刀具等中使用这种高碳马氏体系钢。如此，利用在剃须刀片等中使用的高碳马氏体系不锈钢来制造剃须刀片时，在剃须过程中，剃须刀片将会与水分接触。

并且，这样的剃须刀片将会在较湿的氛围中保管，因此需要有抗腐蚀性。如此，这样的环境对于使用高碳钢来说非常苛刻，因此通常主要使用含有约13％铬的马氏体系不锈钢。在使用这种马氏体系不锈钢而制造的剃须刀片中，作为其基体组织的马氏体含有约12％(重量百分比)以上的铬，其结果剃须刀片的表面细密地生成较薄的铬氧化物，由此起到抑制由水引起的剃须刀片基体组织的腐蚀的作用。

另外，为了在将剃须刀片紧贴到待剃部位而进行剃须的过程中剃掉高强度的胡须，剃须刀比任何物体都要求具有高的硬度。剃须刀所要求的高硬度的水准，由钢的马氏体基体组织实现。马氏体组织是一种在快速地冷却高温的奥氏体时所生成的非常硬的微细组织。固溶于高温的奥氏体相的碳的含量越高，固溶于马氏体的碳越多，马氏体的硬度变高。因此，为了制造具有高硬度的剃须刀片用钢，需要能够将尽可能多的碳添加到钢中。

从通常的耐腐蚀性和硬度的观点出发，作为满足如上所述的必要条件的剃须刀片用材料，主要使用420系列的马氏体系不锈钢。这些钢为按照重量百分比含有0.45～0.70％的碳、最多1％的锰、最多1％的硅、且12～15％的铬的钢，其中通常来说大多使用以约0.65％和约13％的铬为基本的成分。

另外，剃须刀片的厚度一般为0.2mm以下。因此，为了制造剃须刀片，将具有0.2mm以下厚度的非常薄的高碳马氏体不锈钢作为初期材料使用。该初期材料具有铁素体基体组织和由均匀分布的微细的铬碳化物构成的微细组织。此时，由于微细的铬碳化物的分布使得碳能够在后续的硬化热处理(hardening)工艺中快速地再固溶到高温的奥氏体相，由此被冷却而变态的马氏体作为剃须刀片使用，因此微细的铬碳化物的分布是调节成具有足够的硬度的主要的因数。

并且，初期材料的铬碳化物的大小可以由每单位面积的各碳化物的数量来定义，且当一万倍的高倍率下观察时，具有0.1μm以上大小的铬碳化物在每100μm²的面积中应当存在50个以上。对与该初期材料以适当的宽度进行切割和卷绕之后，经过多个步骤的后续工艺制造剃须刀片。为了赋予高硬度，其后续工艺包括加热并维持至高温的奥氏体区域之后进行冷却的硬化热处理(hardening)工艺、使剃须刀片变锋利的(锐磨)工艺、用于赋予耐磨损性和润滑性的涂布工艺以及用于给剃须刀安装剃须刀片的焊接(welding)等工艺。

并且，对于为制造剃须刀片而使用的较薄物体(厚度0.2mm以下)的初期材料，粗大的铬碳化物不应在微细组织内存在，其理由如下。当存在粗大的铬碳化物时，在后续工艺(即，使剃须刀片变锋利的(锐磨)工艺中)，在剃须刀片边缘部分发生粗大的铬碳化物的脱落，从而发生剃须刀片边缘的锋利度变钝的现象。这种现象称作边缘脱落(edge tear-out)，边缘脱落是皮肤在剃须过程中受伤的主要因素。除了粗大的铬碳化物之外，粗大的夹杂物也是引起边缘脱落的主要因素。从边缘脱落的观点考虑时，所容许的铬碳化物的最大大小为10μm。在初期材料中存在而作用为边缘脱落发生的主要原因的10μm以上大小的粗大的铬碳化物是在合金铸造(casting)时所生成的粗大的初生碳化物(primary carbide)。该粗大的初生碳化物区别于在热加工或热处理过程中所发生的微细的铬碳化物(二次碳化物，secondary carbide)。粗大的初生碳化物根据在高碳马氏体系不锈钢的凝固过程中树枝状晶(枝晶叉，dendrite arm)之间发生的偏析而生成。碳和铬的偏析是凝固时发生的自然现象，因此不可避免初生碳化物的形成，但是为了防止边缘脱落，其大小需要在凝固过程中变得最小化。

如此的边缘脱落问题，不仅是剃须刀片，在一般的工具用途上也是决定刀刃的品质的重要的品质因素。如上所述，虽然为了制造具有高硬度的剃须刀片而需要能够将尽可能多的碳添加到钢中，但是碳含量越高，凝固时初生碳化物形成得越粗大，因此难以制造高品质的剃须刀片。