发明内容

因此，本发明涉及一种马氏体不锈钢合金，所述马氏体不锈钢合金具有改善的疲劳强度、高硬度和在高温(约300℃的温度)下良好的温度稳定性的组合。另外，本发明的马氏体不锈钢具有改善的耐磨性。

因此，本发明提供一种马氏体不锈钢合金，所述马氏体不锈钢合金具有以重量百分比(重量％)计的如下组成：

剩余物是Fe和不可避免的杂质。

本发明是以如下令人惊讶的发现为基础的：C含量大于0.50(>0.50)至0.60重量％的马氏体不锈钢合金，具有改进的拉伸强度和硬度以及高延展性。因此，抗疲劳性将更好。另外，已经显示出，如上文或下文中所定义的马氏体不锈钢合金在高温应用中将提供良好的温度稳定性。C含量越高，碳化物密度也能够越高，这将对材料的耐磨性产生影响。

此外，包含如上文或下文中所定义的马氏体不锈钢合金或由其构成的带材和机械部件将具有改善的疲劳强度，并且根据已经实施硬化和回火的条件，将具有更好的温度稳定性并同时具有良好的硬度。

发明详述

本发明涉及一种马氏体不锈钢合金，所述马氏体不锈钢合金以重量百分比(重量％)计包含如下物质：

剩余物是Fe和不可避免的杂质。

所提出的马氏体不锈钢合金(下文中也称为“不锈钢合金”)具有在硬化和回火之后包含马氏体、残余奥氏体、碳化物和碳氮化物的基体。经硬化和回火的马氏体不锈钢合金的微观结构的特征还在于，除了M₂₃C₆和M₇C₃碳化物或其他类型的碳化物之外，还存在MCN型金属碳氮化物，其中M代表一种或多种金属原子。

与常规马氏体不锈钢相比，本发明的不锈钢合金将提供硬度的增加而不必牺牲温度稳定性。高温稳定性很重要，因为这意味着所述不锈钢合金能够用于高温应用(约300℃)中。

本发明马氏体不锈钢合金的合适的硬化温度在980～1100℃、如1020～1060℃的温度范围内。根据应用而异，合适的回火温度可以在200～500℃的范围内。硬化和回火时间将随应用和产品的尺寸而变化。硬化和回火在炉中实施。高的炉温可能需要改变处理时间，以避免对材料性能产生负面影响。

已经发现，本发明的马氏体不锈钢能够在400℃～450℃的温度下回火，并且该材料仍具有足够高的硬度以用于所期望的应用中。通过在这些温度下实施回火，所得材料在高温(约300℃)下将是温度稳定的。

根据一个实施方案，所述马氏体合金包含小于或等于0.5重量％的不可避免的杂质，优选小于或等于0.3重量％的不可避免的杂质。不可避免的杂质可以自然存在于用于生产不锈钢合金的原料或再生材料中。不可避免的杂质的实例是没有故意添加但不能完全避免的元素和化合物，因为它们通常作为杂质存在。因此，不可避免的杂质以如下的浓度存在于合金中，在该浓度下不可避免的杂质对最终性能的影响非常有限。不锈钢合金中存在不可避免的杂质可以例如包括Co、Sn、Ti、Nb、W、Zr、Ta、B、Ce和O。

而且，在生产过程如在脱氧步骤中或为了改善其他性能，可以加入少量的合金元素。这种合金元素的实例包括但不限于Al、Mg和Ca。根据使用的元件，技术人员将知道需要多少量。然而，这些元素可以以≤0.02重量％的量被添加到不锈钢合金中。

下面讨论所提出的马氏体不锈钢合金的合金元素。然而，下面提到的它们的效果不应视为限制性的：

碳(C)

C是形成M₂₃C₆、M₇C₃和MC型碳化物和MCN型碳氮化物的重要元素。C对钢的淬透性也很重要。然而，C含量过高，会与其它合金元素结合，导致在初始生产阶段形成大的且不需要的初始碳化物。另外，C含量高会使马氏体变得更脆，并降低马氏体开始形成时的Ms温度，还可能使残余奥氏体的量增加到太高的水平。因此，将C的量限制为>0.50～0.60重量％，优选0.51～0.56重量％。

硅(Si)

Si是铁素体稳定剂并且可充当脱氧剂。Si还增加了碳的活性并通过固溶增强而有助于提高强度。含量太高可导致形成不需要的夹杂物。因此，将Si的量限制为0.10～0.60重量％，例如0.20～0.55重量％如0.30～0.50重量％。

锰(Mn)

Mn是奥氏体稳定剂并且充当脱氧剂。Mn增加了N的溶解度并改善了热加工性。过高的含量可导致与S组合形成MnS夹杂物。因此，将Mn的量限制为0.40～0.80重量％，例如0.50～0.80重量％。

铬(Cr)

Cr对钢的耐腐蚀性至关重要，这取决于钢基体中Cr的含量。Cr形成碳化物(M₂₃C₆、M₇C₃、MCN)并增加C和N的溶解度。Cr是铁素体稳定剂，过高的量可导致δ铁素体的形成。因此，将Cr的量限制为13.50～14.50重量％。

钼(Mo)

Mo是铁素体稳定剂和强碳化物形成物。Mo对钢的耐腐蚀性和淬透性两者都有积极影响。Mo还有助于提高延展性。因为Mo是昂贵的元素，所以出于经济原因，其含量不应高于所需的量。因此，将Mo的量限制为0.80～2.50重量％，优选0.80～2.00重量％，更优选0.90～1.30重量％。

氮(N)

N是奥氏体稳定剂并且通过间隙固溶强化来提高钢的强度。N有助于增加马氏体的硬度，类似于C。N还形成氮化物和碳氮化物。N量过高会降低热加工性。因此，将N的量限制为0.050～0.12重量％，优选0.050～0.10重量％如0.055～0.085重量％。

镍(Ni)

Ni是奥氏体稳定剂并降低了C和N的溶解度。因为Ni是昂贵的元素，所以出于经济原因而应将其含量保持在低水平，并且通常不会有意添加Ni。Ni的量应≤1.20重量％，优选≤0.40重量％，更优选≤0.35重量％。根据一个实施方案，Ni为0.15～0.35重量％。

铜(Cu)

Cu是奥氏体稳定剂并且有助于钢的置换固溶强化。Cu还改善了不锈钢合金的耐腐蚀性。将Cu有意添加到本发明的马氏体合金中。

Cu还可以形成一种能增加强度的团簇。Cu在基体中的溶解度在平衡时大于0.4重量％。在本发明中，发明人已经发现，为了确保在硬化和回火之后马氏体相和残余奥氏体相的最大固溶强化，具有过饱和的Cu是重要的。

因此，Cu的含量为0.10～1.50重量％，例如0.55～1.30重量％。

钒(V)

V是一种强的碳化物形成物并且限制晶粒的生长。作为碳化物形成元素，V可以存在于马氏体合金中，并且可以有目的地添加。它也可能由于再生材料而存在，但随后被视为杂质。含量还取决于铬的来源。然而，V含量过高会降低延展性和淬透性，并可能导致不需要的初生碳化物。如果存在于不锈钢合金中，则因此将V的量限制为0.010～0.10重量％，例如0.030～0.10重量％。

磷(P)

P导致脆化。通常不添加P并应限制P≤0.03重量％。

硫(S)

S将对热加工性产生负面影响并且过高的S量将导致形成MnS夹杂物。通常不添加S并应限制S≤0.03重量％。

根据一个实施方案，本发明的不锈钢合金包含任一上述范围内的任一上述合金元素。根据另一个实施方案，本发明的不锈钢合金由上述任一范围内的任一上述合金元素构成。

所述马氏体不锈钢合金可以适当地以不锈钢带的形式生产，但也可以以线、棒、条等的形式生产。

本发明的马氏体不锈钢合金可以用于不同的机械部件，例如压缩机的阀门部件，如挡板阀。本发明的马氏体不锈钢也适用于其中需要高疲劳强度和/或耐磨性和边缘性能的其它应用。

根据一个实施方案，本发明的不锈钢合金可以由此生产：

-熔化-熔化工艺可以在AOD工艺之后通过使用EAF(电弧炉)来实施并且可以在钢包炉处理中实施化学成分的最终调节；

-浇铸-连续浇铸成所需形状的坯料，例如365～265mm；

-加热-加热坯料，直至材料达到1200～1350℃的温度；

-轧制-将坯料轧制成带坯，例如厚度可以是100～200mm；

-加热-任选地重新加热带坯，直至材料达到1200～1300℃的温度；

-轧制-将坯料热轧至例如3～6mm的厚度。热轧可以实施多次，取决于使用的辊磨机；

-卷绕-卷绕带材，在冷却之后的卷绕温度为约600～750℃；

-退火-在800～900℃下将热轧带材退火至少4小时；

-酸洗(pickling)-除去氧化物；

-轧制-冷轧至例如0.040～3mm的最终厚度；

-任选地退火-为了重结晶，可能需要在约700～800℃的温度下实施中间退火；

-硬化-硬化可以利用如下步骤在连续硬化线中实施：奥氏体化、淬火、额外冷却、回火、冷却至室温和抛光。硬化线的速度取决于材料的厚度或质量流量和炉子的尺寸，并且可以为100～1000m/h。奥氏体化炉和回火炉的长度大致相同。

ο奥氏体化温度为950～1080℃。

ο淬火应以如下的方式实施：材料温度通常在2分钟内迅速降至低于～500℃，以避免脆性或降低耐腐蚀性。

ο任选实施额外的冷却，以使材料在低于Ms温度通过并获得所需的残余奥氏体水平。根据最终的应用而异，冷却温度可以是-100～100℃，但通常使用室温。

ο根据目标的最终拉伸强度而异，回火可设定为250～500℃。