專利名稱：用于制造從冷軋馬氏體時(shí)效鋼的鋼帶中切出的帶材或工件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種馬氏體時(shí)效鋼，它特別適合于制造需要很好的抗疲勞性能的工件。
多種工件是由馬氏體時(shí)效鋼的鋼帶(鋼板)制成的，這種鋼按重量百分比包括約18％的鎳，9％的鈷，5％的鉬，0.5％的鈦和0.1％的鋁，處理為具有大于1800MPa的彈性極限。這些鋼帶通過熱軋或冷軋獲取。之后從這些鋼帶上切出的帶材(板材)或工件通過一接近500℃的硬化加熱處理被硬化。這些工件或許被表面氮化以改善它們的抗疲勞能力。但是這些工件的抗疲勞能力是不夠的。
背景技術(shù)：
為了改善這些工件的抗疲勞性能，已經(jīng)使用了具有不同化學(xué)組分和機(jī)械性能的馬氏體時(shí)效鋼，例如馬氏體時(shí)效鋼包括18％的鎳，12％的鈷，4％的鉬，1.6％的鈦和0.2％的鋁，或馬氏體時(shí)效鋼包括18％的鎳，3％的鉬，1.4％的鈦和0.1％的鋁，再或者馬氏體時(shí)效鋼包括13％的鉻，8％的鎳，2％的鉬，1％的鋁。但是這些鋼都不能帶來令人滿意的效果。這些鋼的抗疲勞性能通常低于這些工件經(jīng)常要經(jīng)受的疲勞強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服這一缺陷，并提供一具有改善了疲勞性能的馬氏體時(shí)效鋼的鋼帶或工件。
為此，本發(fā)明提供了一種用于制造從冷軋馬氏體時(shí)效鋼的鋼帶中切出的帶材或工件的方法。根據(jù)本發(fā)明，在實(shí)施該硬化熱處理之前，以超過30％的冷變形加工率(應(yīng)變硬化率)對該帶材或該工件進(jìn)行冷塑性變形，且使該帶材或該工件再結(jié)晶退火，以獲得ASTM(美國材料試驗(yàn)協(xié)會)指標(biāo)大于8的細(xì)晶粒。該鋼按重量計(jì)的化學(xué)成分包括12％≤Ni≤24.5％2.5％≤Mo≤12％4.17％≤Co≤20％Al％≤0.15％Ti≤0.1％N≤0.003％Si≤0.1％Mn≤0.1％C≤0.005％S≤0.001％P≤0.005％H≤0.0003％O≤0.001％其余的是鐵和制備(制造過程中)產(chǎn)生的雜質(zhì)，該化學(xué)成分還滿足以下關(guān)系式20％≤Ni+Mo≤27％50≤Co×Mo≤200Ti×N≤2×10-4在再結(jié)晶退火之后，以1％～10％的縮減率(壓縮率)對該帶材或該工件進(jìn)行冷軋。
優(yōu)選的，該馬氏體時(shí)效鋼通過VAR法在真空下進(jìn)行再熔化(重熔)，或第一次通過VAR法在真空下或通過ESR法在電導(dǎo)體爐渣下進(jìn)行再熔化且第二次通過VAR法在真空下進(jìn)行再熔化。
本發(fā)明還涉及一種帶材或工件，其厚度小于1mm，由具有ASTM指標(biāo)大于8的細(xì)晶粒的馬氏體時(shí)效鋼構(gòu)成，硬化后彈性極限大于1850Mpa。
以此獲得的該帶材或工件可用于制造傳動(dòng)帶類的工件，這些工件通過450℃～550℃持續(xù)1至10小時(shí)的硬化處理來進(jìn)行硬化，然后可對該工件進(jìn)行表面氮化。
具體實(shí)施例方式
下面本發(fā)明將被更為詳細(xì)但不是以限定的方式進(jìn)行說明。
為了制造根據(jù)本發(fā)明的馬氏體時(shí)效鋼冷軋帶材，我們使該鋼的碳小于0.005％，然后是用鋁脫氧。
因而該制造出的鋼以再熔化電極的形式被澆鑄。這些電極可在真空下被再熔化(VAR法，從《Vacuum Arc Remelting》即“真空電弧再熔化”得名)以制成錠塊和扁坯，也可第一次在真空下(VAR)或在導(dǎo)電爐渣下進(jìn)行(ESR法，從《Electro Slag Remelting》即“電渣重熔”得名)制成第二電極，且第二電極在真空下(VAR)再熔化以制成錠塊和扁坯。因而我們既可以采用一個(gè)簡單的再熔化VAR法制造也可采用VAR+VAR或ESR+VAR法制造。這些再熔化可提純金屬并減少熔析而改善固化質(zhì)量。尤其是，該再熔化ESR可降低硫的含量，該再熔化VAR可降低氮和氫的含量。
然后該錠塊和扁坯被再次加熱到約1200℃，例如在1150℃～1250℃之間，之后被熱軋以便獲得幾毫米厚的熱軋鋼帶，例如約4.5mm厚。
這些熱軋的鋼帶被清洗除垢，然后通過一次或多次再結(jié)晶退火冷軋，以便獲得厚度小于1mm的冷軋鋼帶，例如為厚度0.4mm或0.2mm。
該最后的再結(jié)晶退火處理中制成具有冷變形加工率高于30％且最好高于40％的一厚度的冷軋鋼板。
因而該冷變形加工的鋼帶例如在一通道爐中被退火，以獲得ASTM指標(biāo)大于8的細(xì)晶粒(相應(yīng)于晶粒直徑小于20微米)，且ASTM指標(biāo)最好大于10(相應(yīng)于晶粒直徑小于10微米)；該晶粒尺寸是按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM E112確定的。
為獲得細(xì)晶粒而進(jìn)行的該退火處理是在保護(hù)氣氛內(nèi)調(diào)節(jié)合適的溫度參數(shù)和持續(xù)時(shí)間情況下進(jìn)行的。這些參數(shù)取決于實(shí)施熱處理的特定條件以及在每種特定情況下確定這些參數(shù)的技術(shù)人員。當(dāng)處理在一通道爐中連續(xù)實(shí)施時(shí)，該持續(xù)時(shí)間(也就是說該鋼帶的某個(gè)點(diǎn)在爐中的停留時(shí)間)包括在10秒至1分鐘之間，且爐內(nèi)的封閉溫度在900℃～1100℃之間；爐內(nèi)的氣氛可以是露點(diǎn)最好低于-50℃的氬。
為了改善該鋼帶的平面度，和如果需要，為了完善馬氏體的轉(zhuǎn)化，此外該鋼帶還可經(jīng)受壓縮率為1％～10％之間的輕微冷軋，這會造成同樣數(shù)值的冷變形加工率。
因而我們可在該鋼帶中切出一工件，并成型該工件，例如通過彎折，然后對其進(jìn)行包括維持在450℃～550℃之間持續(xù)1至10小時(shí)的硬化處理。要注意的是當(dāng)處理溫度位于該溫度范圍內(nèi)的較高部分時(shí)(500℃～550℃)，該硬度被改善而彈性極限輕微降低。
該熱硬化處理也可在通道爐內(nèi)加以實(shí)施，溫度包括在600℃～700℃之間，持續(xù)時(shí)間包括在30秒至3分鐘之間。
因而獲得了由彈性極限增加且良好抗疲勞的金屬構(gòu)成的一工件。
在該熱硬化處理期間或之后，該工件可通過在一富含氬的混合反應(yīng)氣中維持幾個(gè)小時(shí)來進(jìn)行一氮化處理而進(jìn)行表面硬化。
在一種變型中，該工件的毛胚可從厚度大于該工件的最終厚度的該冷軋鋼帶中切出來。該毛坯被成型，可能被焊接，然后冷軋到最終厚度，以便獲得冷變形加工率大于30％或更好為大于40％。然后這些工件在剛剛說明的同樣條件下被退火，以便得到ASTM指標(biāo)大于8或者最好大于10的細(xì)晶粒，然后其經(jīng)受如上所述的硬化處理。所得到的彈性極限增加且抗疲勞性能良好。
我們還可通過在該硬化的鋼帶上切割，例如通過化學(xué)切割制造工件。而對該鋼帶實(shí)施包括該硬化的熱處理的該整個(gè)方法。這些工件例如是集成電路的支撐格柵。
最好使用馬氏體時(shí)效鋼以便獲得非常好的疲勞性能和超過1850Mpa的彈性極限，按重量計(jì)主要包括-鎳12％～24.5％-鉬2.5％～12％-鈷4.17％～20％余量是鐵和制備產(chǎn)生的雜質(zhì)或少量殘留元素。
因而獲得了200℃附近的馬氏點(diǎn)(開始馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度)，鎳和鉬的含量應(yīng)滿足20％≤Ni+Mo≤27％，且優(yōu)選為22％≤Ni+Mo≤25％。
為了在硬化熱處理后獲得大于1850MPa的彈性極限，鈷和鉬的含量應(yīng)滿足Co×Mo≥50，且優(yōu)選Co×Mo≥70。事實(shí)上，這個(gè)乘積越高，該彈性極限越高。但是為了獲得足夠的硬度，鈷和鉬的含量還應(yīng)滿足Co×Mo≤200，且優(yōu)選Co×Mo≤120。這些值分別相應(yīng)于該彈性極限小于約3000MPa和2500MPa。
鉬具有通過表面氮化而硬化的好效果。為了獲得良好的硬化，該鉬的含量最好應(yīng)該超過4％，超過6％更好。但是，最好將其保持為小于8％，以便減小熔析的問題并有利于熱轉(zhuǎn)化操作并改善最終產(chǎn)品的硬度。鉬的含量的兩個(gè)范圍最好定義為-4.17％～6％的鉬相應(yīng)于具有非常好的冷熱轉(zhuǎn)化性能的產(chǎn)品，因而好性能包括彈性極限提高及其好的延展性和韌性。
-6％～8％的鉬相應(yīng)于非常高的彈性極限或由于鈷含量的降低而更為經(jīng)濟(jì)的鋼。
綜合所有這些條件，我們可確定最好的組分范圍，主要的元素(成分)如下1)為了獲得大于1850MPa的彈性極限和通過氮化而有中等硬化性能17％≤Ni≤20％
4.17％≤Mo≤6％13％≤Co≤17％20％≤Ni+Mo≤27％Co×Mo≥502)為了獲得大于1850MPa的彈性極限和通過氮化而有強(qiáng)硬化的性能15％≤Ni≤17％6％≤Mo≤8％8.75％≤Co≤13％20％≤Ni+Mo≤27％Co×Mo≥503)為了獲得大于2000MPa的彈性極限和更有利的馬氏點(diǎn)15％≤Ni≤21％4.17％≤Mo≤8％8.75％≤Co≤17.5％22％≤Ni+Mo≤25％Co×Mo≥704)為了獲得大于2000MPa的彈性極限和更有利的馬氏點(diǎn)且通過氮化而有中等硬化的性能17％≤Ni≤20％4％≤Mo≤6％8.75％≤Co≤17.5％22％≤Ni+Mo≤25％Co×Mo≥705)為了獲得大于2000MPa的彈性極限和更有利的馬氏點(diǎn)且通過氮化而有強(qiáng)硬化的性能15％≤Ni≤17％6％≤Mo≤8％
8.75％≤Co≤13％22％≤Ni+Mo≤25％Co×Mo≥70主要元素之外的組分范圍將予以說明，這些剩余的元素需要以嚴(yán)格的方式被控制，以便獲得好的延展性能和抗疲勞性能。這些限定特別是Al％≤0.15％Ti≤0.1％N≤0.003％Si≤0.1％Mn≤0.1％C≤0.005％S≤0.001％P≤0.005％H≤0.0003％O≤0.001％對于這些元素中的每一種的含量可以是0％或痕量。
不僅如此，為了獲得一種抗疲勞性能被改善的傳動(dòng)帶，該氮和鈦的含量需要滿足這樣的關(guān)系式Ti×N≤2×10-4，或更好為≤1×10-4。
作為例子和對照，制成如下組分的馬氏體時(shí)效鋼的鋼帶Ni＝18.1％ Co＝16.2％ Mo＝5.3％ Al＝0.020％ Ti＝0.013％Si＝0.03％ Mn＝0.03％ C＝0.003％ Ca＜0.0005％ S＝0.0007％ P＝0.002N＝0.0023％ O＜0.001％ H＜0.0001％，其余的是鐵和雜質(zhì)。這些雜質(zhì)特別是銅和鉻，其含量為Cu＝0.07％和Cr＝0.06％。
這種熔流的馬氏體轉(zhuǎn)化點(diǎn)等于+195℃。
這些鋼帶被冷軋直到厚度為0.4mm，最終冷變形加工率為70％。
作為實(shí)施例給出的一種第一鋼板A，在氫通道爐中以1020℃持續(xù)1分鐘被退火，以獲得ASTM指標(biāo)為11的細(xì)晶粒，然后通過保持為490℃持續(xù)3小時(shí)來進(jìn)行硬化。
作為對照例給出的一種第二鋼板B，在通道爐中以1150℃持續(xù)1分鐘被退火，以獲得ASTM指標(biāo)為7的較大晶粒，然后通過保持為490℃持續(xù)3小時(shí)來進(jìn)行硬化。
通過在鋼板A和B上施加25赫茲波狀的拉伸力，最大負(fù)載750Mpa和最小負(fù)載75Mpa，對鋼帶A和B的抗疲勞性能進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)。
對于符合本發(fā)明的鋼帶A，疲勞極限優(yōu)于8×108周期(循環(huán))，而對于鋼帶B，疲勞極限等于5×108周期。這些結(jié)果表示出細(xì)晶粒對于改善這些鋼帶的疲勞性能的好處。
兩類鋼帶A和B都具有一大于1850MPa的彈性極限。
為了證明根據(jù)本發(fā)明的該馬氏體時(shí)效鋼的優(yōu)選化學(xué)組分的特別優(yōu)點(diǎn)，也可制造出含有18％的鎳，9％的鈷，5％的鉬，0.5％的鈦和0.1％的鋁的馬氏體時(shí)效鋼的鋼帶。這種鋼帶由根據(jù)本發(fā)明的該方法制成，該晶粒具有為10的ASTM指標(biāo)且彈性極限為1910Mpa。在與上述情況同樣的試驗(yàn)條件下，測出的疲勞極限為2×108周期。
這些鋼帶可優(yōu)選用于制造傳送帶或其它所有產(chǎn)品，例如集成電路的支撐格柵。
作為例子，用根據(jù)本發(fā)明的鋼板制成用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的傳送帶，包括由包括符合本發(fā)明的窄帶的環(huán)維持的騎馬釘(肘釘)，且兩個(gè)端部被焊接。這種傳送帶的壽命超過同樣的但根據(jù)已有技術(shù)制成的馬氏體時(shí)效鋼制成的傳送帶的壽命的10倍。
權(quán)利要求
1.用于制造從冷軋馬氏體時(shí)效鋼的鋼帶中切出的并且通過硬化熱處理進(jìn)行硬化的帶材或工件的方法，其特征在于，在實(shí)施該硬化熱處理之前，以超過30％的冷變形加工率對該帶材或該工件進(jìn)行冷塑性變形，且使該帶材或該工件再結(jié)晶退火，以獲得ASTM指標(biāo)大于8的細(xì)晶粒，該鋼按重量計(jì)的化學(xué)成分包括12％≤Ni≤24.5％2.5％≤Mo≤12％4.17％≤Co≤20％Al％≤0.15％Ti≤0.1％N≤0.003％Si≤0.1％Mn≤0.1％C≤0.005％S≤0.001％P≤0.005％H≤0.0003％O≤0.001％其余為鐵和制備產(chǎn)生的雜質(zhì)，該化學(xué)成分還滿足以下關(guān)系式20％≤Ni+Mo≤27％50≤Co×Mo≤200Ti×N≤2×10-4。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在該再結(jié)晶退火后，使該鋼帶或該工件經(jīng)受壓縮率為1％～10％之間的冷軋。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于該馬氏體時(shí)效鋼通過VAR法在真空下進(jìn)行再熔化，或第一次通過VAR法在真空下或通過ESR法在電導(dǎo)爐渣下進(jìn)行再熔化且第二次通過VAR法在真空下進(jìn)行再熔化。
4.如權(quán)利要求1～3之一所述的方法，其特征在于該硬化處理包括在450℃～550℃之間持續(xù)1至10小時(shí)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在熱硬化處理期間或之后通過氮化對該工件的表面進(jìn)行硬化。
6.如權(quán)利要求1～3之一所述的方法，其特征在于該熱硬化處理在通道爐內(nèi)加以實(shí)施，溫度包括在600℃～700℃之間，持續(xù)時(shí)間包括在30秒至3分鐘之間。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于該熱硬化處理之后，通過氮化硬化該工件的表面。
8.一種帶材或工件，其厚度小于1mm，由馬氏體時(shí)效鋼構(gòu)成，其特征在于，構(gòu)成該帶材或工件的鋼具有ASTM指標(biāo)大于8的細(xì)晶粒，且該鋼按重量計(jì)的化學(xué)成分包括12％≤Ni≤24.5％2.5％≤Mo≤12％4.17％≤Co≤20％Al％≤0.15％Ti≤0.1％N≤0.003％Si≤0.1％Mn≤0.1％C≤0.005％S≤0.001％P≤0.005％H≤0.0003％O≤0.001％其余為鐵和制備產(chǎn)生的雜質(zhì)，該化學(xué)成分還滿足以下關(guān)系式20％≤Ni+Mo≤27％50≤Co×Mo≤200Ti×N≤2×10-4硬化后的該鋼具有大于1850Mpa的彈性極限。
9.一種包括符合權(quán)利要求8的至少一帶材或一工件的傳送帶。
10.一種由符合權(quán)利要求1的一工件構(gòu)成的集成電路的支撐格柵。
全文摘要
用于制造從冷軋馬氏體時(shí)效鋼的鋼帶中切出的并且通過一硬化熱處理進(jìn)行硬化的帶材或工件的方法，根據(jù)該方法，在實(shí)施該硬化熱處理之前，以超過30％的冷變形加工率對該鋼板或該工件進(jìn)行冷塑性變形，且使該鋼板或該工件再結(jié)晶退火，以獲得ASTM指標(biāo)大于8的細(xì)晶粒。該鋼按重量計(jì)的成分包括12％≤Ni≤24.5％；2.5％≤Mo≤12％；4.17％≤Co≤20％；Al≤0.15％；Ti≤0.1％；N≤0.003％；Si≤0.1％；Mn≤0.1％；C≤0.005％；S≤0.001％；P≤0.005％；H≤0.0003％；O≤0.001％；其余為鐵和成分制備產(chǎn)生的雜質(zhì)，該成分還滿足以下關(guān)系式20％≤Ni+Mo≤27％；50≤Co×Mo≤200；Ti×N≤2×10
文檔編號C21D8/02GK1630732SQ01818826
公開日2005年6月22日 申請日期2001年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月17日
發(fā)明者L·庫蒂 申請人:伊菲尤金精度公司