[发明专利]马氏体时效钢的生产方法和夹杂物的微细化方法

说明书

技术领域

本发明涉及马氏体时效钢的生产方法和马氏体时效钢中的夹杂物的微细化方法。

背景技术

马氏体时效钢具有约2,000MPa的非常高的拉伸强度，因此用于包括需要高强度的部件如金属模具(metal crucibles)和火箭用部件、离心分离机部件、航空机部件和汽车发动机的无级变速机用部件等各种目的。

马氏体时效钢通常包含适量的Mo和Ti作为强化元素，并且通过由时效处理(aging treatment)引起诸如Ni₃Mo、Ni₃Ti和Fe₂Mo等金属间化合物析出可实现高强度。如上所述包含Mo和Ti的马氏体时效钢的代表组成包括按质量百分数计的18％Ni-8％Co-5％Mo-0.45％Ti-0.1％Al-bal.Fe。

然而，虽然马氏体时效钢具有非常高的拉伸强度，但是其疲劳强度不一定高。包含氮化物和碳氮化物如TiN和TiCN的非金属夹杂物(non-metallic inclusions)(下文中，非金属夹杂物可简称为"夹杂物")已被认为是劣化疲劳强度的主因。特别地，TiN经常以具有尖角部(sharp corner portions)的长方体形状存在。长方体形状的尖角部可成为裂纹(cracks)传播至金属基体(基质)的起点。随着裂纹传播，金属材料可能断裂。如果夹杂物具有小尺寸，则它们可几乎不会成为金属材料疲劳破坏的起点。然而，如果此类夹杂物在金属材料中长大，可能会以此类夹杂物为起点发生疲劳破坏。

为了减少上述夹杂物的量，已使用真空电弧重熔(下文中可称作"VAR")。通过采用VAR生产的马氏体时效钢具有钢的组分均匀偏析(distributed)而且夹杂物的量变得较小的优点。

然而，即使在通过使用真空电弧重熔设备生产的马氏体时效钢中，包含氮化物和碳氮化物如TiN和TiCN的相对大的夹杂物残留为残渣，并且残留的大的夹杂物将照原样残留在经历了在VAR后进行的热锻(hot forging)、热处理、热轧和冷轧的材料中。此类残留的大的夹杂物为可由于充当起点的夹杂物而发生疲劳破坏的原因。

关注由夹杂物引起的上述问题，已提出夹杂物微细化的提案。例如，JP 2001-214212 A(专利文献1)提出含Ti钢的生产方法，其中在真空感应炉中将不包括TiN系夹杂物的含Ti钢的原料(stock)熔融并铸造为电极，通过使用含Ti钢电极进行VAR，从而使TiN系夹杂物微细化。

另外，已提出Ti系夹杂物如TiN和TiCN的精制或微细化方法。例如，JP 4692282 B1(专利文献2)讨论了钢锭的生产方法，所述方法包括在一次真空熔融期间将Mg添加至熔融金属中调整混合在钢水中的氧化物的组成而使MgO为主组分的Mg氧化物形成工序；在Mg氧化物形成工序后通过凝固钢水使Mg氧化物残留的自耗电极(consumable electrode)获得工序；和在与Mg氧化物形成工序的压力相比大气压力减少下重熔自耗电极、以使熔融金属中的Mg氧化物解离为Mg和氧并使Mg含量低至Mg氧化物形成工序中的Mg含量的50％以下的解离工序。

现有技术文献

[专利文献]

[专利文献1]JP 2001-214212 A

[专利文献2]JP 4692282 B1

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1提出的方法的特征在于通过使用不包含Ti系夹杂物如TiN和TiCN的含Ti钢成分可使Ti系夹杂物微细化。管理成分自身的品质是减少Ti系夹杂物的量的手段之一，然而，用这种方法，可能的问题是高成本，这是因为高品质的成分必然是昂贵的。Ti系夹杂物根据熔融条件等产生。因此，根据熔融条件等在生产过程中Ti系夹杂物有可能长大。因此，管理成分可能解决不了问题。

相反，专利文献2中讨论的夹杂物的微细化方法利用Mg，并且该方法是非常有效的，这是因为Ti系夹杂物可变得显著微细化。如果已由专利文献2中讨论的方法微细化的Ti系夹杂物可进一步微细化，或者如果经历重熔后取决于钢锭内位置的不同而尺寸各异的Ti系夹杂物可更加均一化，则马氏体时效钢制品的品质和特性可进一步稳定化。

本发明的目的在于提供马氏体时效钢的生产方法和能够使Ti系夹杂物进一步微细化并使Ti系夹杂物的根据钢锭内位置而变化的尺寸更加均一化的夹杂物的微细化方法。

用于解决问题的方案