[發明專利]一種梯度形變高碳馬氏體不銹鋼的低溫二次硬化回火方法

有效

• 申請號: 202010603963.6
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111876561B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 李晶;張杰;史成斌;李首慧
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C21D1/18
• 分類號: C21D1/18;C21D1/68;C21D1/78;C21D6/00;C21D9/18;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明公開了一種梯度形變高碳馬氏體不銹鋼的低溫二次硬化回火方法，其特征在于，對刀坯固溶處理后進行梯度奧氏體形變處理，將刀坯鍛造至成品刀形狀，顯著細化刃部晶粒的同時，在刀刃處引入大量位錯，在采用低溫回火的方法，促進納米級碳化物的彌散析出，采用該方法可以進而提高刀具硬度、耐蝕性、鋒利性能和使用壽命。

技術領域

本發明涉及高碳馬氏體不銹鋼的熱加工工藝和熱處理工藝技術領域，具體涉及一種獲得碳化物強化高碳馬氏體不銹鋼的工藝，該工藝適用于碳化物強化的高碳馬氏體不銹鋼的生產過程。

背景技術

高碳馬氏體不銹鋼廣泛應用于制造軸承、液壓系統閥芯、刀剪等。國內外這些產品所用高碳馬氏體不銹鋼性能的差異主要源于碳化物的控制水平。以高檔廚刀為例，國外高檔廚刀中納米級碳化物細小、均勻、彌散地分布在馬氏體基體上。然而，國內刀剪用鋼中基本不存在納米級碳化物，刀具的硬度、耐磨性難以進一步提高，進而影響刀具的鋒利性能。由于國產高碳馬氏體不銹鋼組織和碳化物控制水平的限制，國內高檔廚刀市場幾乎被國外知名品牌壟斷。

盡管近年來中國刀剪企業開發了高品質刀剪用8Cr13MoV等鋼種，但國產刀剪在碳化物控制方面仍有很多不足。國外類似刀剪鋼中二次碳化物彌散分布于馬氏體基體上，而國內高品質刀剪中二次碳化物主要類型為M₂₃C₆，硬度低、數量多、尺寸和分布不均勻(尺寸在0.2～2μm)，淬火過程中難以控制其細小均勻，無MX型納米級碳化物。這種組織會導致在加工和服役過程中刃口處M₂₃C₆型二次碳化物剝落，在原位留下坑洞，降低刃口的韌性(崩口)，同時，剝落的碳化物還會成為高硬度的磨粒，進一步磨損基體。

傳統的二次硬化是指，在鋼中加入碳化物形成元素，如Ti、Mo、Nb、V、W，則淬火鋼在500～600℃溫度范圍內出現一個顯著的硬化效應，稱為二次硬化。該過程控制因素為置換固溶元素的擴散，需在較高溫度范圍才能有效進行，而高溫下馬氏體迅速分解，顯著降低刀具的硬度和耐磨性，故刀具用馬氏體不銹鋼一般采用低溫回火，時間為1～3h。而常規處理的刀具在這種較低的回火溫度下，僅僅發生內應力的部分去除，納米級碳化物無法有效析出。

通過特殊的熱處理工藝，可以使合金含量較低的高碳微合金鋼在低溫回火時析出彌散的合金滲碳體，從而實現低溫二次硬化。而高碳馬氏體不銹鋼刀具由于其較高的鉻含量，低溫回火條件下無法析出滲碳體或合金滲碳體，故難以利用滲碳體進行強化。同時，高碳馬氏體不銹鋼中常添加微合金元素Mo、V等，而現有工藝中，這些微合金元素富集于大尺寸M₂₃C₆型二次碳化物或固溶于基體中，不僅沒有發揮微合金元素的析出強化效應，還有可能危害刀具服役性能和使用壽命。因此，探索出適合刀具用高碳馬氏體不銹鋼的低溫回火二次硬化工藝顯得尤為重要。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種梯度形變高碳馬氏體不銹鋼的具有二次硬化效應的低溫回火方法，通過對刀坯固溶處理后進行梯度奧氏體形變處理，將刀坯鍛造至成品刀形狀，顯著細化刃部晶粒的同時，在刀刃處引入大量位錯，采用低溫回火的方法，促進納米級碳化物的彌散析出，進而提高刀具硬度、耐蝕性、鋒利性能和使用壽命。

本發明適用于處理含有微合金元素的高碳馬氏體不銹鋼，鋼種成分(wt％)為：C：0.6～1.0，Mn≤0.8，Si≤1，Cr：12～18，Mo≤1，V≤1，Nb≤0.5，N≤0.2，S≤0.03，P≤0.05，其余為Fe的高碳馬氏體不銹鋼。

進一步地，所述方法包括：

S1：采用厚度為2～3mm厚的冷軋板刻出刀坯，對刀坯進行固溶處理；

S2：對刀坯進行4～7道次梯度奧氏體形變處理，奧氏體化溫度為1030～1070℃，奧氏體化保溫時間為5～10min，形變溫度為500～800℃，使刀刃厚度由2～3mm減小到1～1.5mm，隨后空冷至室溫；