[发明专利]矿渣层下再熔后的马氏体不锈钢的热处理

说明书

本发明涉及制造马氏体不锈钢的方法，其包括将所述钢锭进行电渣再熔步骤，然后冷却所述钢锭的步骤，而后进行至少一个在高于它的奥氏体温度下加热所述钢锭的奥氏体热循环。

在本发明中，除非另作说明，所述组分百分比为重量百分比。

马氏体不锈钢为铬含量大于10.5％且结构基本上为马氏体结构的钢。

重要的是像这样的钢的疲劳性能要尽可能的好，以使得由这样的钢所生产的部件的使用寿命最大化。

为此目的，应该改进钢的夹杂物特征，也就是减少存在于钢中的不合乎需要的夹杂物(某些合金、氧化物、碳化物以及金属间化合物的相)的量。这样的夹杂物在循环载荷的作用下成为导致钢体过早破损的启裂点。

实验性地，在对钢的测试样本上进行疲劳测试所得到的结果中，观察到很大的离差(dispersion)，也就是，对于每一级加载于加强变形下的疲劳，所述使用寿命(相对应于在钢中导致疲劳样本破损的循环的个数)在一个很宽的范围内变化。在统计学意义上，夹杂物则对所述钢的疲劳使用寿命的最小值(所述范围的下限)负责。

为了减少疲劳行为的离差，也就是为了提高那些下限，也为了提高平均疲劳特性值，改进所述钢的夹杂物的特性是必需的。所述电渣再熔技术，ESR，为公知的。在该技术中，所述钢锭被放置在坩埚中，矿渣(矿石的混合物，例如石灰、氟化物、氧化镁、氧化铝、方解石)倾倒于所述坩埚中，以使得所述钢锭的下端浸没于所述矿渣中。其次，电流从所述充当电极的钢锭中穿过。该电流足够地强以加热并使所述矿渣(slag)溶解，并且对所述钢电极的下端进行加热。该电极的下端与矿渣相接触，所以其融化并且以细小液滴的形式穿过所述矿渣，然后在漂浮的所述矿渣层的下方凝固，以形成新的逐渐生成的新的钢锭。其中，所述矿渣充当过渡器，用以从钢液滴中提取出夹杂物，以至于与原始钢锭(电极)相比较，位于所述矿渣层下方的新得到的钢锭中包含更少的夹杂物。该操作是大气压下并在空气中进行的。

尽管所述电渣再熔ESR技术能够通过去除夹杂物来降低马氏体不锈钢的疲劳特性的离差(dispersion)，但是就所述部件使用寿命而言，这样的离差依然太高。

本发明的发明者所进行的使用超声波进行无损检测表明，所述钢实际上包括未知的氢缺陷(裂片)。

因此，疲劳特性结果的离差，特别是结果的范围下限值，是由于所述钢中的裂纹过早开裂的另一种的不合需要机理，该机理导致了过早疲劳断裂。

本发明的目的是提供一种可提高这些下限值，并且由此减少马氏体不锈钢疲劳特性离差(dispersion)，并增加平均疲劳特性的制造方法。

此目的可能在每一个冷却步骤中实现：

●如果冷却步骤后不进行奥氏体热循环，则将所述钢锭在保温温度下保温，所述保温温度包括在铁素体-珠光体转化鼻形区内，而保温时间则长于在该保温温度下将奥氏体结构尽可能完全地转化为铁素体-珠光体结构所必需的充足的时间，当所述钢锭的最冷点的温度达到所述保温温度，将所述钢锭在保温温度下保温；

●如果在钢锭的最低温度降低到低于所述马氏体转化起始温度Ms之前，所述冷却步骤后进行奥氏体热循环，所述钢锭或通过加热在所述两个奥氏体热循环之间的整个时期保温，保温温度高于奥氏体完全转化温度Ac3，或是在如上所述的包括在所述铁素体-珠光体转化鼻形区内的温度下保温。

这些方式减少了微观尺寸的气相的形成(使用工业非破坏性检测设备无法检测到)，所述微观尺寸的气相由钢中的轻元素构成，因此也避免了来自于所述微观气相的裂缝的过早开裂，其在疲劳状态下会引起钢的过早破裂。

有益地，通过冷却，在所述钢锭的外皮的温度下降到低于所述铁素体-珠光体完全转化温度的末端(Ar1)之前，将所述钢锭置于炉中，所述温度Ar1高于所述马氏体转化起始温度Ms。

下面通过详细描述以非限定性示例给出的实施方式，可以更好地理解本发明和其优点。所述详细描述是参考说明书附图进行的，其中：

图1为本发明所述钢和现有技术钢的疲劳寿命曲线的对比图；

图2示出了疲劳载荷曲线；

图3为树枝状晶体和枝晶间区示意图；

图4为使用电子显微镜摄取的疲劳后断裂面的图像，示出了引发断裂的气相。

图5为冷却曲线的温度-时间图，在该图所对应的区域中，富含α源元素，而γ源元素较为缺乏。

图6为冷却曲线的温度-时间图，在该图所对应的区域中，富含γ源元素，而α源元素较为缺乏，