高碳马氏体系不锈钢及其制造方法

专利名称：高碳马氏体系不锈钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及高碳马氏体系不锈钢及其制造方法，尤其涉及利用薄带连铸(stripcasting)工艺来制造包含O. 4 O. 8%碳，11 16%铬的高碳马氏体系不锈钢，从而缩小初生碳化物的大小的高碳马氏体系不锈钢及其制造方法。
背景技术：
通常，含有O. 40% (重量百分比)以上的碳的高碳马氏体系钢在耐腐蚀性、硬度以及耐磨损性方面比较优秀，因此在剃须刀片、刀具等中使用这种高碳马氏体系钢。如此，利用在剃须刀片等中使用的高碳马氏体系不锈钢来制造剃须刀片时，在剃须过程中，剃须刀 片将会与水分接触。并且，这样的剃须刀片将会在较湿的氛围中保管，因此需要有抗腐蚀性。如此，这样的环境对于使用高碳钢来说非常苛刻，因此通常主要使用含有约13%铬的马氏体系不锈钢。在使用这种马氏体系不锈钢而制造的剃须刀片中，作为其基体组织的马氏体含有约12% (重量百分比)以上的铬，其结果剃须刀片的表面细密地生成较薄的铬氧化物，由此起到抑制由水引起的剃须刀片基体组织的腐蚀的作用。另外，为了在将剃须刀片紧贴到待剃部位而进行剃须的过程中剃掉高强度的胡须，剃须刀比任何物体都要求具有高的硬度。剃须刀所要求的高硬度的水准，由钢的马氏体基体组织实现。马氏体组织是一种在快速地冷却高温的奥氏体时所生成的非常硬的微细组织。固溶于高温的奥氏体相的碳的含量越高，固溶于马氏体的碳越多，马氏体的硬度变高。因此，为了制造具有高硬度的剃须刀片用钢，需要能够将尽可能多的碳添加到钢中。从通常的耐腐蚀性和硬度的观点出发，作为满足如上所述的必要条件的剃须刀片用材料，主要使用420系列的马氏体系不锈钢。这些钢为按照重量百分比含有O. 45 O. 70%的碳、最多I %的锰、最多I %的硅、且12 15%的铬的钢，其中通常来说大多使用以约O. 65%和约13%的铬为基本的成分。另夕卜，剃须刀片的厚度一般为O. 2mm以下。因此,为了制造剃须刀片，将具有O. 2mm以下厚度的非常薄的高碳马氏体不锈钢作为初期材料使用。该初期材料具有铁素体基体组织和由均匀分布的微细的铬碳化物构成的微细组织。此时，由于微细的铬碳化物的分布使得碳能够在后续的硬化热处理(hardening)工艺中快速地再固溶到高温的奥氏体相，由此被冷却而变态的马氏体作为剃须刀片使用，因此微细的铬碳化物的分布是调节成具有足够的硬度的主要的因数。并且，初期材料的铬碳化物的大小可以由每单位面积的各碳化物的数量来定义，且当一万倍的高倍率下观察时，具有O. I μ m以上大小的铬碳化物在每100 μ m2的面积中应当存在50个以上。对与该初期材料以适当的宽度进行切割和卷绕之后，经过多个步骤的后续工艺制造剃须刀片。为了赋予高硬度，其后续工艺包括加热并维持至高温的奥氏体区域之后进行冷却的硬化热处理(hardening)工艺、使剃须刀片变锋利的(锐磨)工艺、用于赋予耐磨损性和润滑性的涂布工艺以及用于给剃须刀安装剃须刀片的焊接(welding)等工艺。并且，对于为制造剃须刀片而使用的较薄物体(厚度O. 2mm以下)的初期材料，粗大的铬碳化物不应在微细组织内存在，其理由如下。当存在粗大的铬碳化物时，在后续工艺(即，使剃须刀片变锋利的(锐磨)工艺中)，在剃须刀片边缘部分发生粗大的铬碳化物的脱落， 从而发生剃须刀片边缘的锋利度变钝的现象。这种现象称作边缘脱落(edgetear-out)，边缘脱落是皮肤在剃须过程中受伤的主要因素。除了粗大的铬碳化物之外，粗大的夹杂物也是引起边缘脱落的主要因素。从边缘脱落的观点考虑时，所容许的铬碳化物的最大大小为10 μ m。在初期材料中存在而作用为边缘脱落发生的主要原因的10 μ m以上大小的粗大的铬碳化物是在合金铸造(casting)时所生成的粗大的初生碳化物(primarycarbide)。该粗大的初生碳化物区别于在热加工或热处理过程中所发生的微细的铬碳化物(二次碳化物，secondary carbide)。粗大的初生碳化物根据在高碳马氏体系不锈钢的凝固过程中树枝状晶(枝晶叉，dendrite arm)之间发生的偏析而生成。碳和铬的偏析是凝固时发生的自然现象，因此不可避免初生碳化物的形成，但是为了防止边缘脱落，其大小需要在凝固过程中变得最小化。如此的边缘脱落问题，不仅是剃须刀片，在一般的工具用途上也是决定刀刃的品质的重要的品质因素。如上所述，虽然为了制造具有高硬度的剃须刀片而需要能够将尽可能多的碳添加到钢中，但是碳含量越高，凝固时初生碳化物形成得越粗大，因此难以制造高品质的剃须刀片。由于这种原因，现有的所公知的日本专利号61034161中揭示了为了最小化由初生碳化物引起的边缘脱落碳而将碳含量降低至O. 40 O. 55%的合金成分类。尤其，在剃须刀钢材料制造中通常所使用的铸锭(ingot casting)法，偏析发生得较严重，因此存在形成的初生碳化物较粗大的缺点。由于如此的缺点，为了使初生碳化物再固溶或使其大小制造为较小，必需进行对于铸锭增加如加热热处理和锻造的热加工。因此，为了制造高品质的剃须刀，要求一种在铸造使抑制形成粗大的初生碳化物的方法。尤其，需要开发一种相对于通常的剃须刀钢，不降低碳含量的同时，在微细组织内有效地缩小初生碳化物的大小的、经济的铸造法。

发明内容
技术问题本发明是为了满足上述要求而提出的，且其以代替在现有的高碳马氏体系钢制造中主要使用的铸锭法为目的，应用新的薄带连铸方法。根据本发明，目的在于揭示一种能够显著地抑制作为现有的铸锭法的最大的缺点的凝固时所生成的粗大的初生碳化物的同时，能够经济地制造含高碳的马氏体系不锈钢的方法。技术方案本发明为了实现上述目的，提供一种高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在于，在包含朝着相反方向旋转的一对轧辊、设置在该轧辊的两侧面而用于形成钢水池的边缘挡板、从所述钢水池的上面供给惰性氮气的半月板盾的薄带连铸装置中，将按照重量百分比包含C :0. 40 O. 80%、Cr : 11 16%的不锈钢钢水从中间包通过喷嘴供给到所述钢水池而铸造不锈钢薄板，铸造所述不锈钢薄板之后立即利用在线轧辊以5 40%的压下率制造热轧退火带钢，以在热轧退火带钢的微细组织内使初生碳化物为10 μ m以下。并且，本发明提供一种高碳马氏体系不锈钢的制造方法，所述马氏体系不锈钢按照重量百分比包含Si :0. I I. O,Mn :0. I I. O,Ni :大于O且小于等于I. 0、N :大于O且小于等于O. I、S :大于O且小于等于O. 04、P :大于O且小于等于O. 05以及剩余部分为Fe以及其他不可避免的杂质。并且，在本发明中可制造在还原性气氛下以700 950°C的温度范围内对所述热轧退火带钢实施箱式炉退火(batch annealing)而制造热轧退火板的高碳马氏体系不锈钢。并且，优选地，在本发明中，箱式炉退火优选为在I 3次的范围内实施。并且，在本发明中，经所述箱式炉退火处理的热轧退火带钢可以在喷丸清理之后实施酸洗处理。 并且，本发明中，在所述酸洗处理之前的热轧退火带钢中脱碳层的深度可以为表面层锈垂直向下20 μ m以下。并且，在本发明中，所述热轧退火带钢可实施后续的冷轧，此时，优选地，一次冷轧压下率最大为70%。并且，在本发明中，经冷轧的所述带钢可以在还原性气氛下实施总次数为5次以下的退火。并且，本发明中，经冷轧的所述带钢可以在650 800°C的温度下实施冷轧退火。并且，根据本发明的另一方面，可提供高碳马氏体系不锈钢，在包含朝着相反方向旋转的一对轧辊、设置在该轧辊的两侧面而用于形成钢水池的边缘挡板、从所述钢水池的上面供给惰性氮气的半月板盾的薄带连铸装置中，将按照重量百分比包含C :0. 40
O.80%、Cr : 11 16%的不锈钢钢水从中间包通过喷嘴供给到所述钢水池而铸造不锈钢薄板，铸造所述不锈钢薄板之后立即利用在线轧辊以5 40%的压下率制造热轧退火带钢，以在热轧退火带钢的微细组织内使初生碳化物为10 μ m以下。有益效果如上所述，本发明的特征在于应用从由制钢工艺制造的钢水直接制造热轧卷的薄带连铸(strip casting)方法。薄带连铸能够显著地缩小形成于凝固组织的初生碳化物的大小，因此可有利于应用到制造高品质的剃须刀片的领域中，尤其，优点不仅在于剃须刀的品质，而且由于从钢水直接制造热轧卷，因此相比于铸锭法，具有热轧卷的制造工艺简单且制造费用非常低廉的优点。


图I为示出一般的薄带连铸工艺的概略图。图2为通过铸锭法制造的铸锭的截面微细组织，其为示出在晶粒边界中生成有粗大的初生碳化物的组织照片图。图3为对通过铸锭法铸造的铸锭进行热轧之后冷水处理的微细组织，其为示出在热轧板微细组织中也残存有在铸锭的晶粒边界上存在的初生碳化物的组织照片图。图4为通过薄带连铸法铸造且铸造之后立即在高温下连续在线轧制的热轧板材的低倍率截面微细组织，其为示出形成于厚度中心部分的等轴晶(equiaxed crystals)组织和形成于表层部分的柱状晶(columnar crystals)组织的组织照片图。图5为放大图4的柱状晶区域的组织照片图。图6为放大图4的等轴晶区域的组织照片图。图7为示出制造成O. 075mm厚度的薄形物的冷轧材料的低倍率截面微细组织的组织照片图。图8为示出制造成O. 075mm厚度的薄形物的冷轧材料的高倍率截面微细组织的组织照片图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施例以及除此之外必要的事项进行详细记载，以使本领域技术人员能够容易地理解本发明的内容。但是，本发明在不脱离权利要求书所请求的保护范围内可实现为各种不同的形态，因此下述所说明的实施例不管表述与否，都属于 示例性的。在说明本发明时，当认为对于相关的公知功能或者构成的具体说明有可能混淆本发明的主旨时，将省略其详细的说明。并且，需要注意的是，在图中对于相同构成要素，虽然在不同的图中示出，但是尽可能以相同标号和符号来表示。而且，对于图中的各个层的厚度或大小，为了便于说明以及明确地进行说明有可能被夸张地示出，可能与实际的层的厚度或大小不相同。图I为以往所公知的薄带连铸设备的概略图。该薄带连铸工艺为从钢水直接生产薄形物的热轧退火带钢的工艺，该工艺为可通过省略热轧工艺而显著地降低制造成本、设备投资费用、能耗量、有害气体排出量等的新型的钢铁工艺。如图I所示，在一般的薄带连铸工艺中所使用的双辊薄带连铸机中，使钢水收容到铁水包I，该钢水沿着喷嘴而流入到中间包(Tundish)2，而流入到中间包2的钢水通过钢水注入喷嘴3供应至设置于铸造轧辊(casting roll) 6的两个末端部的边缘挡板(edge dam)5之间(即，铸造轧棍6之间)，由此开始进行凝固。此时，为了防止氧化，在轧辊之间的熔融金属部分利用半月板盾(MeniscusShield)4来保护熔融金属的表面，并注入适当的气体，由此适宜地调节氛围。熔融金属从两个轧辊相面对的辊距7泄露出来，由此制造薄板8并拉制，且经过辊轧机9被轧制之后经过冷却工艺卷绕到卷绕设备10中。此时，利用钢水直接制造10 μ m厚度以下的薄板的双辊薄带连铸工艺中一个重要的技术是，将钢水通过注入喷嘴供应至以较快的速度朝相反方向旋转的内部水冷式双辊之间，以制造出无龟裂且回收率得到提高的具有期望厚度的薄板。本发明涉及利用薄带连铸工艺的高碳马氏体系不锈钢制造方法，尤其特征在于，由于应用薄带连铸方法制造将O. 40 O. 80% (重量百分比)的碳、11 16% (重量百分比)的铬作为主要成分而含有的高碳马氏体系不锈钢，因此通过将形成于铸造组织内的初生碳化物的大小降低为IOym,由此制造刀刃的品质优异的剃须刀片用高碳马氏体系不锈钢。作为本发明的特征的薄带连铸工艺是，将液相的钢直接铸造为I 5mm厚度的板材的同时，对板材实施非常快速的冷却，由此使铸造时发生的偏析最小化的制造方法。在本发明中，利用双棍薄带连铸机制造了热轧卷。双棍薄带连铸机的特征在于，将钢水供应至以相反的方向旋转的两个轧棍(双棍，twin-drum rolls)和侧面挡板(side dams)之间，且通过被水冷的轧辊表面排放较多的热量的同时进行制造。此时，在轧辊表面以较快冷却速度形成凝固壳，并根据铸造之后连续进行的在线轧制而制造出I 5_的较薄的热轧薄板。(实施例)以下通过实施例说明本发明。本发明所使用的母材为高碳马氏体系不锈钢，使用C :0. 4 O. 8%，Cr :11 16%的范围。在本发明中，若使C的范围为O. 4%以下，则在带钢或铸锭中不会生成较多的初生碳化物，但在其硬度方面较差。而且，若为O. 8%以上，则即使通过薄带连铸来进行制造，也有可能难以抑制粗大的初生碳化物的生成。因此，在本发明中作为最佳的范围提出C :
O.4 O. 8%, Cr 11 16%的方案。
并且，根据本发明的实施例所提供的所述马氏体系不锈钢，将与按照重量百分比包含Si :0. I I. O,Mn :0. I I. O,Ni :大于O且小于等于I. O,N :大于O且小于等于O. I、S :大于O且小于等于O. 04,P :大于O且小于等于O. 05以及剩余部分为Fe以及其他不可避免的杂质的成分类相关的合金作为对象。在实施例中对经过现有的铸锭法制造的热轧退火带钢和应用薄带连铸方法制造的钢的微细组织学特性进行了比较。表I示出的是用铸锭法和薄带连铸法制造的钢的成分，首先为了将用薄带连铸法制造的材料的微细组织与用铸锭法制造的材料进行比较，用铸锭制造了通常的剃须刀片钢，且用表I的比较例(#1)来示出了其成分。利用真空感应熔解法制造了 50kg重量的铸锭。铸锭在1200°C中进行再加热之后，被热轧为3. 5mm厚度的板，并在热轧之后马上进行了水冷。然后，应用双辊薄带连铸机将多种成分的钢制成了热轧板。分别制造了 100吨，且在表2中示出了其成分。应用薄带连铸法而在被水冷的轧辊之间制造的100吨的材料在铸造出之后立即在高温状态下于在线轧棍(in-line roller)中被热轧，由此连续制造了 I 5_厚度热轧卷。表I用铸锭法制造的钢的成分
ID C Si In P S Cr Ni N 初付·:碳化物备IK
___(^lOp ■)
ft I 0.67 O. 30 I O. 66 0.002 0.001 13. I O. 05 0.03 有比较例表2用薄带连铸法制造的钢的成分
权利要求
1.ー种高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在于，在包含朝着相反方向旋转的一对轧辊、设置在该轧辊的两侧面而用于形成钢水池的边缘挡板、从所述钢水池的上面供给惰性氮气的半月板盾的薄带连铸装置中，将按照重量百分比包含c :0. 40 0. 80%、Cr :11 16%的不锈钢钢水从中间包通过喷嘴供给到所述钢水池而铸造不锈钢薄板，鋳造所述不锈钢薄板之后立即利用在线轧辊以5 40%的压下率制造热轧退火带钢，以在热轧退火带钢的微细组织内使初生碳化物为IOym以下。
2.如权利要求I所述的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在于，所述马氏体系不锈钢按照重量百分比包含Si :0. I I. O、Mn :0. I I. O、Ni :大于0且小于等于1.0、N:大于0且小于等于0. US :大于0且小于等于0. 04,P :大于0且小于等于0. 05以及剩余部分为Fe以及其他不可避免的杂质。
3.如权利要求I所述的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在于，在还原性气氛下以700 950°C的温度范围内对所述热轧退火带钢实施箱式炉退火而制造热轧退火板。
4.如权利要求3所述的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在干，箱式炉退火在I 3次的范围内实施。
5.如权利要求3所述的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在干，箱式炉退火实施为，在所述热轧退火带钢的截面微细组织中，具有0. I y m以上大小的铬碳化物在每100 u m2面积具有50个以上。
6.如权利要求3所述的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在干，经所述箱式炉退火处理的热轧退火带钢在喷丸清理之后实施酸洗处理。
7.如权利要求6所述的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在干，在所述酸洗处理之前的热轧退火带钢中脱碳层的深度为表面层锈垂直向下20 y m以下。
8.如权利要求I至7中任意一项所述的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在干，对所述热轧退火带钢实施冷轧，且一次冷轧压下率最大为70%。
9.如权利要求8所述的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在干，经冷轧的所述带钢在还原性气氛下实施总次数为5次以下的退火。
10.如权利要求8所述的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在干，经冷轧的所述带钢在650 800°C的温度下实施冷轧退火。
11.ー种高碳马氏体系不锈钢,其特征在于,在包含朝着相反方向旋转的ー对轧棍、设置在该轧辊的两侧面而用于形成钢水池的边缘挡板、从所述钢水池的上面供给惰性氮气的半月板盾的薄带连铸装置中，将按照重量百分比包含C :0. 40 0. 80 %、Cr : 11 16 %的不锈钢钢水从中间包通过喷嘴供给到所述钢水池而铸造不锈钢薄板，鋳造所述不锈钢薄板之后立即利用在线轧辊以5 40%的压下率制造热轧退火带钢，以在热轧退火带钢的微细组织内使初生碳化物为IOym以下。
12.如权利要求11所述的高碳马氏体系不锈钢，其特征在于，所述马氏体系不锈钢按照重量百分比包含Si :0. I I. 0、Mn 0. I I. 0、Ni :大于0且小于等于I. 0、N :大于0且小于等于0. I、S :大于0且小于等于0. 04、P :大于0且小于等于0. 05以及剩余部分为Fe以及其他不可避免的杂质。
13.如权利要求11所述的高碳马氏体系不锈钢，其特征在于，所述热轧退火带钢为在还原性气氛下以700 950°C的温度范围内实施箱式炉退火而制造的热轧退火板。
14.如权利要求13所述的高碳马氏体系不锈钢，其特征在于，箱式炉退火在I 3次的范围内实施。
15.如权利要求13所述的高碳马氏体系不锈钢，其特征在于，箱式炉退火实施为，在所述热轧退火带钢的截面微细组织中，具有0. Iym以上大小的铬碳化物在每lOOym2面积具有50个以上。
16.如权利要求13所述的高碳马氏体系不锈钢，其特征在干，经所述箱式炉退火处理的热轧退火带钢在喷丸清理之后实施酸洗处理。
17.如权利要求16所述的高碳马氏体系不锈钢，其特征在干，在所述酸洗处理之前的热轧退火带钢中脱碳层的深度为表面层锈垂直向下20 以下。
18.如权利要求11至17中任意一项所述的高碳马氏体系不锈钢，其特征在干，对所述热轧退火带钢实施冷轧，且一次冷轧压下率最大为70%。
19.如权利要求18所述的高碳马氏体系不锈钢，其特征在干，经冷轧的所述带钢在还原性气氛下实施总次数为5次以下的退火。
20.如权利要求18所述的高碳马氏体系不锈钢，其特征在干，经冷轧的所述带钢在650 800°C的温度下实施冷轧退火。
全文摘要
本发明涉及在剃须刀片、刀具等中所使用的按照重量百分比包含0.40～0.80％的碳、11～16％的铬而作为主要成分的高碳马氏体系不锈钢的制造方法，提供一种高碳马氏体系不锈钢的制造方法及根据该制造方法制造的高碳马氏体系不锈钢，该方法为，在薄带连铸装置中，将按照重量百分比包含C0.40～0.80％、Cr11～16％的不锈钢钢水从中间包通过喷嘴供给到所述钢水池而铸造不锈钢薄板，铸造所述不锈钢薄板之后立即利用在线轧辊以5～40％的压下率制造热轧退火带钢，以在热轧退火带钢的微细组织内使初生碳化物为10μm以下。本发明的特征在于使形成于铸造组织以及热轧板内的初生碳化物的大小降低至10μm，制造作为工具用途刀刃品质优异的高碳马氏体系不锈钢。
文档编号B22D11/12GK102665964SQ201080058577
公开日2012年9月12日 申请日期2010年12月20日 优先权日2009年12月21日
发明者安承培, 徐辅晟, 曹圭珍, 李哉和, 蔡东澈, 郑成仁 申请人:Posco公司