一種多層復(fù)合不銹鋼材料及其制造方法與流程

本發(fā)明涉及一種不銹鋼板材及其制備方法。

背景技術(shù)：

不銹鋼復(fù)合板是由不同種不銹鋼或不銹鋼與其它鋼種通過一定方式結(jié)合成一個(gè)整體，是一種同時(shí)具備了不同材料各自的優(yōu)點(diǎn)，又規(guī)避了各自劣勢(shì)的新型材料。這種材料在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用在石油、化工、海水淡化制鹽、水利設(shè)施建設(shè)等行業(yè)。

刀劍用鋼要求有高硬度、高韌性和良好的耐腐蝕性，特別是廚房刀具用鋼不但要求有良好的強(qiáng)韌性組合，還要求滿足食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。為了達(dá)到以上要求，不少企業(yè)嘗試用復(fù)合技術(shù)來改善刀劍用鋼的綜合性能，采用高碳高硬度的刃鋼和低碳低硬度的軟鋼作為原料，以兩片硬度較低的不銹鋼夾住硬度較高的硬鋼鍛打。這種材料制成的產(chǎn)品其兩側(cè)軟鋼在改善刀身的韌性的同時(shí)還具有良好的防銹性，有利于提高食品衛(wèi)生環(huán)境；中心硬鋼可以提升刃口的強(qiáng)度和鋒利維持性。但是，盡管以?shī)A鋼方法制造的刀劍可以在一定程度上改善刀劍的性能，但是這種制造方法更適合碳鋼的制造，并且這種鋼很難解決刃口附近硬鋼的脆性問題。

專利CN2736159Y公開了一種多層復(fù)合不銹鋼花紋鋼的制造方法。這種方法制備的鋼鋼材中心是一層不銹鋼刃鋼層，兩側(cè)由多層不銹鋼層與鎳金屬層間隔組成，表面美觀而且不易生銹，但是，在磨礪時(shí)刃鋼和兩側(cè)鋼層很難區(qū)分，要使刃鋼正好處于刃口上需要人工專門控制，同時(shí)在刃口位置處刃鋼沒有兩側(cè)的韌層保護(hù)，易出現(xiàn)崩刃。

專利CN1364667A公開了一種多層折疊花紋鋼及其制造方法，它以半硬鋼與硬鋼交疊鍛打，經(jīng)多次折疊，最后夾入一層彈簧鋼，采用加溫并利用氣錘鍛制使彈簧鋼與硬鋼和半硬鋼結(jié)合為一體。這種材料鋒利、有韌性、美觀。但是，這種方法以碳鋼為材料，易生銹、不符合食品衛(wèi)生要求，同時(shí)這種制造方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不適合規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是克服上述不足，提供一種多層復(fù)合不銹鋼材料，該不銹鋼經(jīng)過熱處理后，具有優(yōu)良的硬度、韌性和耐蝕性組合，適合用于制造高品質(zhì)的廚刀、戶外刀、寶劍等刀劍制品。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是選用高硬度和高韌性的兩種不銹鋼板材A、B作為復(fù)合基材，它們各自的成分組成(重量百分比)分別為，不銹鋼A：C＝0.5～1.2％、N 0.15％、Si 1.0％、Mn 2.0％、P 0.04％、S 0.01％、Cr＝13.0～18.0％、0.6％C+N 1.2％、Mo 4.0％、Cr+3.3Mo+20N≥16；不銹鋼B：C 0.08％、N 0.05％、Si 1.0％、Mn 2.0％、P 0.04％、S 0.01％、Cr＝16.0～20.0％、Ni＝8.0～10.0％、C+N 0.10％、Mo 4.0％，兩種基材的余量為Fe以及其它不可避免的雜質(zhì)。

采用此種基材生產(chǎn)的鋼材，其硬度能夠達(dá)到55～60HRC，夏比V型缺口沖擊功＞15J，點(diǎn)腐蝕電位＞80mV。

為了達(dá)到上述參數(shù)要求，基材的生產(chǎn)加工過程大致包括：

第一步，用磨、銑、刨等方法去除A和B不銹鋼兩側(cè)的氧化皮，然后用丙酮去除表面的油漬。去除氧化皮可以增加復(fù)合面的熔合比，而丙酮清洗能夠增加結(jié)合面冶金結(jié)合。

第二步，將多層A和B兩種不銹鋼層狀間隔疊合，使復(fù)合后的不銹鋼實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌性的有機(jī)結(jié)合。其中，不銹鋼A與不銹鋼B的厚度比例優(yōu)選為5～10，不銹鋼A與不銹鋼B厚度比例大于5可以保證復(fù)合鋼有足夠的強(qiáng)度，而厚度比例小于10可以保證復(fù)合鋼有足夠的韌性。

第三步，用真空電子束法將邊部焊實(shí)做成熱軋坯料。在真空下的焊接可以有效避免基材結(jié)合面氧化。軋后原來的不銹鋼A和B被軋薄，高硬度的不銹鋼A的厚度小于0.05mm，而高韌性的不銹鋼B的厚度小于0.01mm,這樣的厚間厚度可以保證刀劍刃口處有很高的強(qiáng)度，同時(shí)刀身具有良好的韌性。

第四步，將鋼坯熱軋制成熱軋鋼板或鋼帶，其中熱軋加熱溫度為1000～1200℃，終軋溫度為850～1000℃。

第五步，先對(duì)鋼板進(jìn)行退火處理，退火溫度為780～900℃，保溫時(shí)間為4～20小時(shí)，冷卻方式為隨爐冷卻；然后對(duì)鋼板進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為1050～1100℃，冷卻方式為油冷或空冷；再對(duì)鋼板進(jìn)行回火處理，回火溫度為180～240℃，保溫時(shí)間為2～6小時(shí)，回火后冷卻方式為空冷。

采用以上選材和方法生產(chǎn)的鋼板具有馬氏體、奧氏體、碳氮化合物第二相質(zhì)點(diǎn)的復(fù)相組織，其中馬氏體組織和奧氏體組織呈層狀分布，而碳氮化合物主要分布在馬氏體組織中。

其中值得注意的是

在鋼材A中

關(guān)于C含量的控制：C是最常用的強(qiáng)化元素，主要以固溶強(qiáng)化和碳化物析出強(qiáng)化兩種方式發(fā)揮作用。碳化物析出強(qiáng)化效果顯著，并隨C含量增加強(qiáng)度和硬度呈直線上升，但鋼的塑性、韌性和工藝性能同時(shí)呈直線下降。為提高本發(fā)明的強(qiáng)度、硬度和加工性能，將鋼中C含量控制在0.5～1.2％。

關(guān)于N含量的控制：N在此不銹鋼中的作用與C相似，主要以固溶強(qiáng)化和碳化物析出強(qiáng)化兩種方式發(fā)揮作用。同時(shí)，N還有提高耐腐蝕性能的作用，它以固溶形式存在時(shí)提高耐腐蝕性能的作用約是Cr的20倍。但是，過量的氮會(huì)導(dǎo)致工藝性能下降，因而將氮的含量控制在0.15％。

關(guān)于Cr含量的控制：Cr是提高耐腐蝕性能的主要元素，它的控制范圍為13.0％～18.0％，含量過低時(shí)耐腐蝕性不高，過高時(shí)工藝要求提高。

關(guān)于Mo含量的控制：鉬能促使不銹鋼表面鈍化，提高不銹鋼的抗點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕的能力。

關(guān)于C、N含量的控制：C和N都是鋼鐵材料中最常用的強(qiáng)化元素，碳氮化物析出強(qiáng)化效果顯著，并隨C和N含量增加強(qiáng)度和硬度呈直線上升，但鋼的塑性、韌性和工藝性能同時(shí)呈直線下降。為提高本發(fā)明的強(qiáng)度、硬度和加工性能，將鋼中C+N含量控制在0.6～1.2％。

關(guān)于Cr+3.3Mo+20N值的控制：Cr+3.3Mo+20N值是用來表征不銹鋼耐腐蝕性能的重要指標(biāo)，此值越高代表耐腐蝕性越好。Cr+3.3Mo+20N值與不銹鋼的點(diǎn)蝕電位基本相對(duì)應(yīng)，當(dāng)它的值高于16時(shí)，不銹鋼點(diǎn)蝕電位值高于80mV，就有比較可靠的防銹性，可以通過一般的通用金屬離子遷移測(cè)試。

在鋼材B中

關(guān)于C含量的控制：C是奧氏體化形成元素，隨著含碳量的增加奧氏體的穩(wěn)定會(huì)增加，但是耐腐蝕性會(huì)下降，因此其含量控制在0.08％。

關(guān)于N含量的控制：N也是奧氏體化形成元素，隨著含氮量的增加奧氏體的穩(wěn)定會(huì)增加，但是耐腐蝕性會(huì)下降，因此其含量控制在0.05％。

關(guān)于Cr含量的控制：Cr的作用是提高不銹鋼的耐蝕性，如進(jìn)一步提高鋼中Cr含量，雖可提高鋼的耐蝕性能，但會(huì)引發(fā)鋼中δ鐵素體含量快速增加，從而導(dǎo)致熱加工塑性變差。

關(guān)于Ni含量的控制：Ni的作用是奧氏體元素穩(wěn)定化元素，使其在高溫冷卻過程中保溫至室溫。Ni含量控制在8.0～10.0％之間。

關(guān)于Mo含量的控制：鉬能促使不銹鋼表面鈍化，提高不銹鋼的抗點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕的能力。

關(guān)于C、N含量的控制：C和N都是奧氏體化元素，但是，過高的含量會(huì)導(dǎo)致耐腐蝕性下降?？刂品秶鸀镃+N 0.10％。

附圖說明

圖1是本發(fā)明各實(shí)施例的化學(xué)成分示表。

圖2是本發(fā)明各實(shí)施例的性能參數(shù)表。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3經(jīng)截面磨平、拋光后在顯微鏡下的微觀層狀結(jié)構(gòu)照片。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示，進(jìn)一步闡述上述技術(shù)方案。

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。采用如圖1所示各組實(shí)施例，將兩種鋼板基材先在780℃退火20小時(shí)后緩冷，然后經(jīng)1050℃淬火空冷，再在180℃回火6小時(shí)后空冷，最后將其截面磨平、拋光，并在光學(xué)顯微鏡下觀察截面形貌。圖1中灰色層是高硬度馬氏體不銹鋼A，它的層厚約為0.05mm；白色層是高韌性的奧氏體不銹鋼B，它的層厚約為0.01mm。兩種不銹鋼的層厚比約為5：1。這種鋼經(jīng)過熱處理后的硬度可以達(dá)到55HRC，點(diǎn)蝕電位達(dá)到120mV，夏比V型缺口沖擊功達(dá)到25J。

本發(fā)明鋼的硬度主要通過控制高硬度不銹鋼A中的C和N的含量、層厚和兩種不銹鋼的層厚比來保證的，實(shí)施例1～5除了含C量達(dá)到0.5％以上外，其C+N含量達(dá)到了0.6％，高硬度不銹鋼A與高韌性不銹鋼B層厚的比例都達(dá)到5，每層的厚度≤0.05mm，這時(shí)復(fù)合后的鋼經(jīng)熱處理后硬度都達(dá)到55HRC。相比較而言，盡管對(duì)比例6中的含碳量達(dá)到了0.51％，高硬度馬氏體不銹鋼A與高韌性?shī)W氏體不銹鋼層厚的比例也達(dá)到5，每層的最大厚度約為0.04mm，但是C+N含量?jī)H為0.56％，熱處理后的硬度為53HRC，未達(dá)到使用要求。

本發(fā)明鋼的韌性主要通過高硬度不銹鋼A與高韌性不銹鋼B的層厚比來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前者與后者的比例大于10時(shí)就不能保證沖擊功達(dá)到15J以上了。實(shí)施例1～5中高硬度不銹鋼A與高韌性不銹鋼層厚的比例都控制在5～10，熱處理后的沖擊功都達(dá)到了15J以上.而對(duì)比例7中的比例擴(kuò)大到12時(shí)，沖擊功僅為7J，不能達(dá)到使用要求。

本發(fā)明鋼的耐腐蝕性能主要是通過控制耐蝕性相對(duì)稍差一點(diǎn)的高硬度不銹鋼A的Cr+3.3Mo+20N值來現(xiàn)的，Cr+3.3Mo+20N值越高代表耐腐蝕性能越好。由表1可以看到，實(shí)施例1～5中高硬度不銹鋼A的Cr+3.3Mo+20N值都高于16，與此對(duì)應(yīng)的，它們的點(diǎn)蝕電位都達(dá)到80mV，代表有比較可靠的防銹性，可以通過一般的通用金屬離子遷移測(cè)試，符合食品衛(wèi)生使用要求。而對(duì)比例7中Cr+3.3Mo+20N值為14.59，其點(diǎn)蝕電位值為20mV，防銹性相對(duì)差。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。