本發明涉及一種不銹鋼材料，尤其涉及一種18%cr馬氏體不銹鋼。

　　背景技術：

　　馬氏體不銹鋼是能夠通過熱處理調整其力學性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為cr13型，如2cr13,3cr13,4cr13等。淬火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強韌性組合，主要用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術器械。根據化學成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據組織和強化機理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。

　　鉻是銀白色有光澤的金屬，純鉻有延展性，含雜質的鉻硬而脆。密度7.20g/cm3。可溶于強堿溶液。鉻具有很高的耐腐蝕性，在空氣中，即便是在赤熱的狀態下，氧化也很慢。不溶于水。鍍在金屬上可起保護作用。

　　技術實現要素：

　　本發明的目的是為了改善不銹鋼材料的硬度、耐磨性，設計了一種18%cr馬氏體不銹鋼。

　　本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

　　18%cr馬氏體不銹鋼的制備原料包括：羰基fe粉，cr3c2，vc，mo2c。

　　18%cr馬氏體不銹鋼的制備步驟為：將原始粉末按實驗設計方案稱重、配料，配好后倒入球磨機中進行濕磨，球磨介質為直徑8mm的硬質合金球，球料比為7:1，球磨時間為32h。球磨結束后，將制得的粒料進行真空干燥，干燥時間為50min，干燥溫度為40℃，隨后加入成形劑進行制粒。將制好的粉末加至單柱液壓機中進行壓制成形。將制好的壓坯置于石墨舟皿上，放入脫蠟-低壓燒結一體爐中進行燒結，燒結溫度為1460℃，保溫時間為90min。當爐內溫度達到燒結溫度后充入氬氣進行低壓處理以減少ni的損失和降低孔隙率，低壓壓力為1mpa，保壓90min。將燒結不銹鋼樣品分別在1100℃和1250℃下淬火，保溫10min，油冷。

　　18%cr馬氏體不銹鋼的檢測步驟為：硬度采用h150電子洛式硬度計測試，抗彎強度采用inst3369材料力學性能測試機測定，沖擊韌性采用落錘沖擊試驗機測試，顯微組織采用quan250型掃描電鏡觀察，碳化物的體積分數采用軟件統計，固溶c的含量采用epma電子探針微量分析測定。

　　所述的18%cr馬氏體不銹鋼，粉末冶金馬氏體不銹鋼的基體中存在2種碳化物：分布于晶界處的是富鉻的m7c3型碳化物，彌散分布于基體中的是富釩的mc型碳化物。

　　所述的18%cr馬氏體不銹鋼，隨回火溫度升高，基體中的碳化物數量以及固溶碳含量都逐步增加，碳化物形態由原來的部分連續狀向孤立、塊狀轉變。基體中碳及合金元素含量都較高，硬度明顯提高，最高硬度為80。

　　所述的18%cr馬氏體不銹鋼，隨著回火溫度的升高，不銹鋼的抗彎強度得到明顯的提升。在低于600℃的溫度下回火，1100℃淬火的不銹鋼沖擊韌性高于1250℃淬火的不銹鋼，但1100℃淬火的不銹鋼的沖擊韌性隨回火溫度升高而不斷升高。

　　本發明的有益效果是：

　　采用羰基fe粉、cr3c2、vc、mo2c為原料，經過配料、球磨、干燥、制粒、成形、燒結工藝成功制備了具有優異力學性能的18%cr馬氏體不銹鋼。其中，碳化物在不銹鋼基體中分布均勻，元素含量較高且獨立在基體中。所制得的18%cr馬氏體不銹鋼，其硬度、致密化程度、抗彎強度都得到大幅提升。本發明能夠為制備高性能的馬氏體不銹鋼提供一種新的生產工藝。

　　具體實施方式

　　實施案例1：

　　18%cr馬氏體不銹鋼的制備原料包括：羰基fe粉，cr3c2，vc，mo2c。18%cr馬氏體不銹鋼的制備步驟為：將原始粉末按實驗設計方案稱重、配料，配好后倒入球磨機中進行濕磨，球磨介質為直徑8mm的硬質合金球，球料比為7:1，球磨時間為32h。球磨結束后，將制得的粒料進行真空干燥，干燥時間為50min，干燥溫度為40℃，隨后加入成形劑進行制粒。將制好的粉末加至單柱液壓機中進行壓制成形。將制好的壓坯置于石墨舟皿上，放入脫蠟-低壓燒結一體爐中進行燒結，燒結溫度為1460℃，保溫時間為90min。當爐內溫度達到燒結溫度后充入氬氣進行低壓處理以減少ni的損失和降低孔隙率，低壓壓力為1mpa，保壓90min。將燒結不銹鋼樣品分別在1100℃和1250℃下淬火，保溫10min，油冷。18%cr馬氏體不銹鋼的檢測步驟為：硬度采用h150電子洛式硬度計測試，抗彎強度采用inst3369材料力學性能測試機測定，沖擊韌性采用落錘沖擊試驗機測試，顯微組織采用quan250型掃描電鏡觀察，碳化物的體積分數采用軟件統計，固溶c的含量采用epma電子探針微量分析測定。

　　實施案例2：

　　馬氏體不銹鋼中主要含有α-fe，mc，m7c3這3種物相。鋼基體中分布2種不同襯度的碳化物。分布于晶界處的灰色條狀組織為富鉻的m7c3型碳化物。彌散分布于基體中的黑色組織為富釩的mc型碳化物。隨回火溫度從260℃升至690℃，碳化物體積分數從31%增加至48%。這是由于淬火過程中不銹鋼基體過飽和地溶解了合金元素和碳化物，處于不穩定的狀態，在隨后的回火處理中，會析出二次碳化物。隨回火溫度升高，基體中過飽和的碳和合金元素的擴散能力增強，導致析出的二次碳化物數量增多。

　　實施案例3：

　　隨回火溫度升高，碳化物數量增多，隨回火溫度從260℃升高到690℃，碳化物的體積分數由21%增加到56%。與1350℃淬火的樣品相比，1100℃淬火的不銹鋼基體中的碳化物球形度較高。

　　實施案例4：

　　1100℃淬火的不銹鋼硬度明顯高于1350℃淬火的不銹鋼。不銹鋼在加熱奧氏體化過程中存在二次碳化物的析出和融入現象。在較低溫度下淬火時，以二次碳化物的析出為主，奧氏體中碳含量較低，淬火后得到的馬氏體因碳含量較低而硬度不足，不銹鋼的硬度較低。當淬火溫度過高時，以二次碳化物的融入為主，碳和合金元素大量融入奧氏體中，馬氏體轉變開始溫度降低，淬火后殘余奧氏體增多，淬火溫度過高導致碳化物粗化，材料的硬度較低。在合適的溫度下淬火時，才能使馬氏體中的碳和合金元素的含量適當，又不會使不銹鋼基體中存在過多的殘余奧氏體，得到硬度較高的不銹鋼。與1350℃淬火的不銹鋼相比，在1100℃淬火的不銹鋼基體含碳量較高。

　　實施案例5：

　　在1100℃溫度下淬火后的不銹鋼，在200℃下回火后硬度最高，hrc為81，470℃回火后硬度有一定程度的下降，hrc為72，淬火馬氏體的分解和淬火應力松弛引起的，在600℃溫度下回火后，hrc回升至72，淬火組織的基體中存在殘余奧氏體，在較高溫度回火時，二次碳化物從殘余奧氏體中析出，促使奧氏體向馬氏體轉變，硬度提高，回火溫度超過600℃時，硬度隨回火溫度升高而逐漸降低，560℃回火后hrc降至52，這是因為回火溫度升高，碳化物重新析出，使基體中原子排列不緊密，并且回火溫度升高使碳化物長大，導致材料的硬度下降。

　　實施案例6：

　　當回火溫度低于560℃時，1100℃淬火的不銹鋼的沖擊韌性低于1350℃淬火的不銹鋼。隨回火溫度升高，1100℃淬火的不銹鋼的沖擊韌性不斷升高。當回火溫度為560℃和590℃時，淬火溫度對不銹鋼的沖擊韌性沒有明顯影響。1100℃淬火時，碳和大量合金元素融入奧氏體中，冷卻后形成過飽和的馬氏體相，微觀缺陷較多，內部應力較大。在回火處理過程中，隨回火溫度升高，馬氏體中的碳不斷以碳化物的形式析出，使固溶于馬氏體晶格中的碳原子數量減少，晶格正方度減小，晶格畸變程度降低。并且，隨回火溫度升高，碳和合金元素的擴散能力增強，加速了殘余奧氏體向穩定組織的轉變。因此，隨回火溫度升高，相變強化、固溶強化等產生的內應力逐漸消除，晶格畸變降低直到消失，組織中微觀缺陷大大降低，故不銹鋼的沖擊韌性漸提高。

　　實施案例7：

　　當回火溫度不超過500℃時，1100℃淬火的不銹鋼抗彎強度高于1350℃淬火的不銹鋼。當回火溫度從530℃升高到580℃，1100℃淬火的不銹鋼中碳、鉻、釩等合金元素的擴散能力隨回火溫度升高而增強，從而析出大量彌散分布的細小碳化物顆粒，釘扎位錯運動，起到彌散強化的效果，同時，碳化物析出可消除大部分淬火應力，不銹鋼的抗彎強度從2000mpa大幅升高到3500mpa。當回火溫度高于580℃時，1100℃淬火的不銹鋼抗彎強度高于1350℃淬火的不銹鋼。回火溫度從580℃升高到660℃時，回火后的抗彎強度略有下降。660℃回火的不銹鋼碳化物重新連接并且粗化，導致彌散強化效果減弱，故材料的強度降低。

　　實施案例8：

　　回火的不銹鋼沖擊斷口有明顯的河流狀花樣，基體中存在大量的第二相粒子，第二相粒子處易產生應力集中產生孔洞，孔洞聚集則形成韌窩。不銹鋼基體組織為馬氏體組織，受到外界應力作用時發生明顯的脆性斷裂，形成解理小臺階。1100℃淬火并在600℃回火后的不銹鋼試樣沖擊斷口表面較平整，斷口主要形貌為解理臺階、韌窩和撕裂棱，為準解理斷裂。隨回火溫度升高，不銹鋼的韌性逐漸升高。

　　技術特征：

　　技術總結

　　為了改善不銹鋼材料的硬度、耐磨性，設計了一種18%Cr馬氏體不銹鋼。采用羰基Fe粉、Cr3C2、VC、Mo2C為原料，所制得的18%Cr馬氏體不銹鋼，其硬度、致密化程度、抗彎強度都得到大幅提升。其中，碳化物分布于晶界處及彌散分布于基體中。隨回火溫度升高，基體中碳及合金元素含量都較高，硬度明顯提高，基體中的碳化物數量以及固溶碳含量都逐步增加，不銹鋼的抗彎強度得到明顯的提升。本發明能夠為制備高性能的馬氏體不銹鋼提供一種新的生產工藝。

　　技術研發人員：高明超

　　受保護的技術使用者：沈陽東青科技有限公司

　　技術研發日：2017.11.30

　　技術公布日：2019.06.07