[發明專利]高硬度高韌性刀具用不銹鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201711200041.5
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN107699815B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 董瀚;趙洪山;孫紹華
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C22C38/44
• 分類號: C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/02;C22C38/04;C21D8/02;C21D1/18
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

技術領域

本發明涉及一種不銹鋼材料及其制備方法，特別是涉及一種刀具用不銹鋼材料及其制備方法，還特別涉及一種具有良好硬度、韌性及耐蝕性的不銹鋼，主要適用于廚刀、軍刺、手術刀、戶外刀、軍警匕首等刀具用鋼技術領域。

背景技術

刀具是家庭生活、軍刺、手術刀、戶外運動、軍警人員訓練及防衛都必不可少的重要工具，具有很廣泛的使用范圍。隨著生活水平的提高和技術的進步，專業刀具越來越多，其性能要求也越來越高。

國際上通用的刀具用馬氏體不銹鋼主要有：2Cr13，3Cr13，4Cr13，5Cr15MoV，7Cr17，8Cr17，11Cr17。中國也有一些特有牌號，包括：6Cr13MoV，7Cr17Mo，8Cr13MoV，9Cr18MoV等。碳及鉻含量較低的2Cr13，3Cr13，4Cr13等廣泛用于中低端刀具的制造，其硬度較低，約在51～55HRC范圍內，因此鋒利度、耐磨性及使用壽命有限。隨著碳含量提高，材料硬度會相應增加，5Cr與6Cr材料使用硬度一般在55～58HRC，7Cr與8Cr使用硬度在56～59HRC，9Cr及以上碳含量鋼的使用硬度可達58～61HRC。然而為了提高耐腐蝕性能，傳統高碳馬氏體不銹鋼的鉻含量往往也比較高，但是當鉻含量較高時，如Cr≥15％時，會使材料韌性下降。440C及國產9Cr18MoV的不銹鋼雖然硬度可以達到61HRC，但是硬度越高，其韌性越低。因此在制造有韌性要求的刀具時，實際使用硬度范圍大多在56～59HRC。另一方面，當碳含量超過0.7％時碳容易和鉻形成共晶碳化物，在開刃時可能會產生刃缺口，因此目前高端刀具不銹鋼發展方向有：

1.降低鉻含量，并添加如4wt.％的Mo，1wt.％的V等合金元素，如154CM，ATS-34，BG-42等，但是相應的成本有所增加；

2.同時降低碳和鉻含量，如目前在工業生產方面國際上通常選用5Cr15MoV不銹鋼。5Cr15MoV韌性、耐磨及加工性能都比較好，但是其硬度和耐蝕性能有所不足。

綜上所述，因此，需要研發高硬度、高韌性、高耐蝕的刀具用材料，這成為當前亟待解決的技術問題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種高硬度高韌性刀具用不銹鋼及其制備方法，開發一種硬度、韌性及耐蝕性能良好的刀具用馬氏體不銹鋼，本發明以CrMoV不銹鋼為基礎，通過添加Ni元素，一方面使其與Cr良好匹配，提高抗蝕能力，另一方面Ni和Cr及Mo元素相互作用，獲得強度和韌性良好配合的綜合性能。此外，本發明還加入少量強碳化物形成元素Nb，通過高硬度的碳化物提高硬度，還能產生細晶強化作用，進一步提高了不銹鋼的強度與韌性。本發明材料在淬火后硬度可達57～59HRC，在低溫回火后，硬度基本不變，甚至略有提高。本發明材料的半標試樣的缺口沖擊吸收功可達6～9J，抗拉強度達到2000～2200MPa，抗點蝕能力優于9Cr18MoV和5Cr15MoV材料。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高硬度高韌性刀具用不銹鋼，按照元素組分重量百分比計算，其化學成分如下：

C：0.50～0.70％；Cr：14～16％；Mo：0.10～1.00％；Ni：0.80～1.30％；V：0.05～0.50％；Nb：0.05～0.15％；Si≤0.40％；Mn≤0.40％；P≤0.020％；S≤0.020％；其余為Fe及不可避免的雜質。

作為本發明優選的技術方案，高硬度高韌性刀具用不銹鋼，按照元素組分重量百分比計算，其化學成分如下：

C：0.55～0.65％；Cr：14～16％；Mo：0.70～1.00％；Ni：0.80～1.30％；V：0.10～0.30％；Nb：0.05～0.15％；Si：0.10～0.30％；Mn：0.10～0.30％；P≤0.015％；S≤0.010％；其余為Fe及不可避免的雜質。

一種本發明高硬度高韌性刀具用不銹鋼的制備方法，包括如下步驟：

a.按照元素組分重量百分比計算，制備化學成分如下的不銹鋼材料：C：0.50～0.70％；Cr：14～16％；Mo：0.10～1.00％；Ni：0.80～1.30％；V：0.05～0.50％；Nb：0.05～0.15％；Si≤0.40％；Mn≤0.40％；P≤0.020％；S≤0.020％；其余為Fe；在不銹鋼材料制備過程中，依次采用初煉爐、LF精煉爐、真空除氣爐、電渣重熔對原料進行冶煉和處理，制備不銹鋼鋼液；所述初煉爐優選采用電弧爐、AOD或感應爐；所述真空除氣爐優選采用VD或VOD；