[发明专利]一种高强度和高硬度的中铬铁素体不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢，特别是涉及高强度和高硬度的中铬铁素体不锈钢及其制造方法。

背景技术

中铬铁素体不锈钢铁在铁素体不锈钢家族中占有非常重要的地位。与低铬铁素体不锈钢相比，它有着更好的耐蚀性，与高铬铁素体不锈钢相比，又有着优良的成型性，因此非常适合于家电、厨卫制品等对耐蚀性和成型性都有一定要求的行业。以典型的中铬铁素体不锈钢SUS430为例，其在家电等行业的用途已经十分广泛，从微波炉内外壳、洗衣机内桶、电饭煲、电热水器内胆、电热水瓶等种类繁多的家用电器，到洗碗机、烤箱、灶具、消毒碗柜等厨卫设备、餐具、五金产品等，以及其它各种箱、柜、台、架等。我国是一个家电生产大国，但目前主要使用304奥氏体不锈钢和430铁素体不锈钢，而国外如美国和日本则以铁素体钢为主。近年来，随着国际镍价的波动，铁素体不锈钢的成本优势更加突出。因此，在我国铁素体不锈钢尤其是中铬铁素体不锈钢在市场上有着巨大的使用空间。

众所周知，430不锈钢是铁素体不锈钢家族中最为常用的一种中铬铁素体不锈钢，但是，常规430在很多行业的应用又受到了一定的限制，其中有一个很重要的原因是常规430的力学性能不能满足用户的要求，包括强度和硬度。一个比较突出的例子是在餐具制造行业，430由于优良的性价比已经得到了较为广泛的应用，但是某些高端餐具制造企业，由于常规430的力学性能不理想，在出口欧洲或美国时，受到了购买商的质疑。最终使生产厂家不得不改用其他材料。除了在餐具制造行业外，其他行业如洁具，厨具，电轨电刷，硬盘盒制造等，为了保证这些产品在受一定载荷作用下不会发生变形断裂使产品失效，或者在制造过程中表面更容易抛光，这些制造行业都对430的力学性能提出了更高的要求。

目前，国内国外的一些不锈钢生产企业已经看准了高强铁素体不锈钢的应用前景，纷纷推出高强铁素体不锈钢的一些产品。但是应该看到，无论是从成分上还是工艺上改进，要提高中铬铁素体的强度，都还有很多技术难点要攻克。以常用中铬铁素体不锈钢430为例，首先，430一般在退火状态下使用，使用组织为铁素体和碳化物，晶粒度一般为8级左右，因此很难再通过相变和晶粒细化来强化基体。其次，通过添加微合金元素的析出强化效果来提高材料强度，需要严格控制成分配比，轧制及热处理工艺，工艺输出窗口较窄，生产难度较大。

CN101050509A公开了一种高强高韧性的马氏体不锈钢，其强度达到了1700-1800MPa，该钢化学组成成分为(质量百分数)：C≤0.02％，Si≤0.1％，Mn≤0.1％，S≤0.01％，P≤0.01％，Cr 10.0-11.5％，Ni 11.7-12.5％，Mo 0.5-2.0％，Ti 1.2-1.7％，Al 0.02-0.5％，其余为Fe。该发明与现有技术相比具有低成本、高强度、高断裂韧性、高耐蚀的优点。但是该发明的主体是马氏体不锈钢，由于马氏体组织可以通过高温下奥氏体冷却得到，并产生相变强化，使钢材的强度得到大幅的提高，但是与之相对应的是材料的塑性和韧性大幅下降，因此该发明只能应用在对材料的塑性和韧性要求不是太高的地方，应用范围受到很大的限制。，

CN1334883A公开了一种耐延迟断裂性能优良的高强高韧不锈钢，该发明提供了一种建筑建材用的可以耐延迟断裂性能和提高韧性的高强高耐蚀不锈钢。该发明具体内容是，提供这样一种耐延迟断裂性能优良的高强高韧不锈钢及不锈钢螺丝及其制造方法，即它以质量百分比，含有0.01-0.25％的C、0.05-1.0％的Si、0.1-2.0％的Mn、0.1-3.0％的Ni、11.0-16.0％的Cr、0.01-0.15％的N、0.01-3.0％的Mo，或者还含有0.001-0.005％的B和/或0.05-0.5％的Ti、0.05-0.5％的Nb和0.05-0.5％的W中的一种以上元素，它在材料中心部具有不到10％的铁素体并且从最外表面起至少1微米深的表层部具有马氏体和3-30％奥氏体的混合组织。需要注意的是该发明的强度由表面的奥氏体和马氏体来保证，而韧性由心部的铁素体组织来保证，这种设计虽然能同时提高材料的强度和韧性，但是热处理工艺复杂，成本较高。