CN1239153A - 铁素体不锈钢和由其制作的手表的外部元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有铁素体和磁性结构的无镍不锈钢合金，其特征在于，它含有至少0.4重量%的氮，和最多0.5重量%的镍，余量是铁和不可避免的杂质。本发明还涉及由此合金制成的用于手表的外部元件。

Description

铁素体不锈钢和由其 制作的手表的外部元件

本发明涉及不含镍的铁素体不锈钢，以及用于手表的外部元件。

铁是所有钢中的基本元素，有易受腐蚀的缺点。很早以前人们就知道，为了克服该缺点，用一定量的铬(Cr)，和，如果需要，钼(Mo)将其合金化可以使其不生锈，这些元素在金属表面自然地形成一层保护性氧化膜。这种组合物具有铁素体结构，这可以通过获得的合金是铁磁体即可以被磁体吸引这一事实，而被特别确定。然而，人们通常希望得到奥氏体结构。实际上，该结构比铁素体结构具有更好的性能是公知的，尤其是有关耐腐蚀性和非磁性方面。为达到该目的，加入额外的能够使奥氏体稳定的合金元素是必要的。在大多数情况下，该合金是镍。

但是当这些合金用于制造物品如手表的外部元件时，它与皮肤长时间接触，因为公知的它会引起过敏作用，所以含有镍存在着问题。已在寻求另外一种能够使奥氏体稳定的合金元素来代替镍，用于这些应用。许多作者提出用氮代替镍。但是氮在铁中的溶解度不足以获得奥氏体，即获得满足需要的奥氏体稳定性。但也可以通过在合金中加入一定量的锰来提高溶解度，从而使合金奥氏体化。

例如德国专利No.19513407中，Uggowitzer等提出了一种奥氏体不锈钢，不含有镍的非磁性合金。该合金以Fe-Cr-N-Mn系为基。然而只有在很窄的温度范围内进行热处理才能够获得这种合金。实际上，如果处理温度太低，会形成氮化铬沉淀，它将破坏合金的耐腐蚀性能。相反地，若处理温度过高，则不能形成满足需要的奥氏体结构。当这些合金由粉末冶金法制成时，后者的限制尤其不利，粉末冶金是一项越来越多地用于制造复杂形状的小元件例如手表壳的技术。实际上，该技术需要高的烧结温度来制造无孔隙的致密元件。该烧结温度通常接近于或甚至高于得到奥氏体结构的最大容许温度。因此在工业条件下，在烧结后得到具有低孔隙和奥氏体结构的元件是困难的，甚至不可能。我们可能会设想首先在高温下进行烧结以获得具有低孔隙的元件，然后在较低的温度下进行随后的热处理以形成奥氏体结构。然而，经验表明，除了两次处理将涉及额外成本外，在高温下形成了铁素体结构的元件上很难再形成奥氏体。

因此，本发明的一个目的是，通过提供一种钢，它不具有任何引起过敏的特性，并且有耐腐蚀性并可以方便地通过粉末冶金成型，来克服上述问题和缺点。

因此本发明涉及具有铁素体和磁性结构的不锈钢，其特征在于，它至少含有0.4重量％的氮，和最多0.5重量％的镍，余量由铁和不可避免的杂质组成。

有益的是选择的钢合金含有在下述范围内的成分：

总量10－35重量％的Cr与Mo，和

5－20重量％的Mn。

本发明也涉及由粉末冶金法制备的这种钢合金。

本发明还涉及由这种钢合金制备的用于手表的外部元件。

为了正确理解本发明的特征，必须重新回忆在实现本发明中经常采用的条件。代替从前的奥氏体耐腐蚀不锈钢，并用其他奥氏体稳定化元素代替镍，本发明提出了采用耐腐蚀性被认为不良的无镍铁素体结构，通过添加新的合金元素并保持铁素体结构从而以完全新颖的方法提高其耐腐蚀性。

大家知道，简单地通过增加合金中的铬和钼的百分比来提高铁素体结构的耐腐蚀性是不可能的。实际上，较通常使用量高的含量(超过25重量％的铬和超过10重量％的钼)将快速导致中间金属相的形成，而这些中间金属相将使合金机械性能和加工性能极坏。

申请人已发现，在能够提高铁素体合金耐腐蚀性的元素中，能够达到此目的的一个有效元素是氮。

因此，构成本发明主题的合金是铁铬锰氮基铁素体合金。需要指出的是，如果符合本发明的合金的组合物类似于现有技术的某组合物，它的铁素体和磁性结构是完全不同的，从而带来极其优越的新的特性。尤其需指出的是，与现有技术的奥氏体合金不同，符合本发明的合金是磁性的，即能够被磁体所吸引。当本发明应用于表壳时该特性特别有利。实际上，机械时钟的机械装置对磁场特别敏感，由磁性合金制成的壳体构成对外部磁场的屏蔽物。但是，该磁力低即当它不再受外部磁场作用时没有剩余磁性强度残留是绝对必要的。已经证实，即使使符合本发明的合金多次经受5特斯拉，比通常用来测试时钟机械装置的磁场强一千倍的磁场作用，合金也没有剩余磁性强度。它与残留少量的剩余磁性强度，而因此不能用于制表业的其他磁性合金不同，所以符合本发明合金的磁性性能构成了在钟表应用中的一个优点。

符合本发明合金的另外一个优点是，去除了对现有合金最大处理温度的限制，尤其是当使用粉末冶金技术时。实际上，根据本发明，为了获得满足需要的铁素体结构，需要高的温度，与获得无孔隙的致密元件所需的烧结温度完全一致。

符合本发明合金的另一优点是，加入的氮和锰的量可以减少到获得应用相关的足够耐腐蚀性所需的最小值，而高浓度是获得具有奥氏体结构的合金所必需的。因此，制造出具有优于富含氮和锰元素合金的加工性能的合金是可能的，氮和锰元素能够显著提高合金的硬度、电阻和强度是公知的。

若合金能够溶解的氮含量太低不足以充分提高耐腐蚀性能，可以通过添加锰来改善，这适用于奥氏体结构的情况，也能够提高氮在符合要求合金的铁素体结构中的溶解度。

符合本发明合金的实施例和它的实施方案将参照由16.91重量％Cr、3.61重量％的Mo、11.92重量％的Mn、0.37重量％的Si、0.03重量％的Ni，余量是Fe的细粉进行说明。

将该粉末与有机粘合剂以60％体积粉末和40％体积粘合剂的比例进行混合，并用MIM(金属喷射成型)方法进行喷射。将由此获得的元件用称作去粘合剂法的热化学法去除粘合剂，并在1350℃的温度下，在含有8％氢和92％氮的气氛中烧结1小时。在烧结过程中，氮在合金中迅速扩散，直至其浓度达到1重量％，这一点通过随后在获得的样品上进行的化学分析被证实。获得的元件是致密的(孔隙度仅在0.1％左右)并是磁性的，说明其结构是铁素体。为了获得非磁性的奥氏体结构，使用相同成分，1275℃的最大烧结温度。在这种条件下，获得的元件的孔隙度是1％，在1265℃的烧结温度下甚至是4％。该孔隙度用于制造表壳时是不能接受的，而且对烧结温度如此敏感与工业制造条件也不能相容。

符合本发明合金制造的铁素体元件经受将其浸入到由盐水构成的烟雾中72小时，然后把它们放入到合成汗液溶液中72小时的腐蚀实验测试。测试之后，该元件没有显示出丝毫腐蚀的痕迹，这说明它不同于许多其他铁素体钢，其耐腐蚀性至少与良好的奥氏体不锈钢合金的耐腐蚀性一样好。这是因为氮和锰改善了铁素体相的性能。

将机械钟表的机械装置安装在符合本发明合金制成的表壳中。抗磁场的标准制表业测试表明，在外部磁场存在的情况下对机械装置具有有益的屏蔽作用。并观察到，即使在经受5特斯拉，较通常使用的磁场强一千倍的磁场的情况下，磁性合金对钟表机械装置也无有害影响，。

不言自喻的是，各种简单的改变和修改将落在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.具有铁素体和磁性结构的不锈钢合金，其特征在于，它含有至少10重量％的氮，和最多0.5重量％的镍，余量是铁和不可避免的杂质。

2.按照权利要求1的钢合金，其特征在于，它含有总量是10－35重量％的铬和钼。

3.按照权利要求1或2的任何一项的钢合金，其特征在于，它含有5－20重量％的锰。

4.按照权利要求1－3中的任何一项的钢合金，其特征在于，它由粉末冶金法制成。

5.由上述权利要求中的任何一项的钢合金制成的手表的外部元件。