1RK91 不锈钢简介
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1RK91 不锈钢
02Cr12Ni9Mo4Cu2TiAl（1RK91）是瑞典山特维克（Sandvik）公司20世纪90年代初研制的超高强度、高韧性超马氏体不锈钢。与传统的以合金碳化物或氮化物为主要的强化相使钢达到高强度的观念不同，该钢以Fe-Cr-Ni为基体，以Cu、Mo、Ti、Al作为强化元素，将C控制到≤0.02%的水平。首先通过固溶处理，使合金元素充分溶入基体中，然后快冷，获得合金元素过饱和的板条状马氏体组织；再进行时效处理，从马氏体基体中析出以金属间化合物为主的沉淀硬化相，同时使部分马氏体产生逆转变，形成逆转奥氏体。1RK91钢以金属间化合物作为强化相，以逆转奥氏体作为韧化相，使钢获得最佳的强韧性配合，而C作为对强韧性起有害作用的元素，被列入控制存在行列。无论从理论上，还是实践上，该钢种的研制被看成是超高强度钢的突破性的进展。
1RK91钢通过1 000℃左右固溶后，可冷加工制成棒材、板材、钢丝和钢带等冶金产品，再经450～475℃时效处理，在获得3 000 MPa的高强度条件下仍具有良好的塑性和优异的断裂韧性；同时还具有优良的冷加工性能和焊接性能，良好的耐腐蚀性能和抗过时效性能，用于制造在多种复杂条件下使用的零部件和器械。山特维克（Sandvik）的1RK91通过Vitro（细胞毒性）试验，验证钢不具有任何潜在的细胞毒性，因此能安全地与人类组织、体液或血液接触，符合所有相关过敏和皮肤刺激试验标准的要求。目前主要用于制造电动剃须刀网孔刀片，医用缝合针、手术刀片、钻孔器、剪刀、锉刀、夹钳、冲子、导向器等外科医疗器械。
1 瑞典山特维克（Sandvik）1RK91钢
1.1 1RK91钢的品种和主要技术参数1、2
山特维克（Sandvik）产品说明书给出的1RK91的化学成分见表1，钢的统一数字代号为UNS
S46910，相应产品标准有：ASTM A959-2009（ASTM F899）和ISO 16061。
表1 （Sandvik）1RK91钢企标、实物及相应牌号的化学成分
牌号 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Ti Al 标准
1RK91 ≤0.02 ≤0.5 ≤0.5 ≤0.020 ≤0.005 12 9 4 2.0 0.9 0.4 Sandvik
企标
S46910 ≤0.03 ≤0.70 ≤1.00 ≤0.030 ≤0.015 11.0～13.0 8.0～10.0 3.5～5.0 1.5～3.5 0.50～1.20 0.15～0.50 ASTM A959-2009
S46910 ≤0.03 ≤0.70 ≤1.00 ≤0.030 ≤0.015 11.0～13.0 8.0～10.0 3.5～5.0 1.5～3.5 - 0.15～0.50 ASTM F899-2009
实物值 0.01 0.40 0.30 0.010 0.003 12.3 8.9 4.2 2.2 1.0 0.35
钢的品种有棒材、板材、钢丝和钢带。钢丝交货表面状态有：表面涂层、冷拉光亮表面和圆截面直条，不同表面状态供货规格范围见表2，盘圈钢丝、直条钢丝和钢棒、钢带的尺寸及允许偏差见表3和表4。
表2 钢丝不同表面状态供货规格范围
表面状态 规格范围，mm（in.）
表面涂层
冷拉光亮表面
圆截面直条 0.30～10.00（0.012～0.4）
0.10～1.50（0.004～0.059）
0.60～10.00（0.024～0.4） 表3 钢丝直径及允许偏差
钢丝直径，mm 直径允许偏差，mm 椭圆度，mm
0.10～0.125
＞0.125～0.25
＞0.125～0.25
＞0. 25～0.50
＞0.50～1.00
＞1.60～2.50
＞2.50～6.00 ±0.004
±0.005
±0.007
±0.009
±0.011
±0.014
- -
≤0.003
≤0.004
≤0.005
≤0.006
≤0.008 -
表4 圆截面直条钢丝和钢棒的直径及允许偏差
直径范围，mm 允许偏差，mm
0.6～100.0 h8（ISO SMS 2141）
钢带以冷拉状态交货，钢带厚度和宽度的标准供货范围见表5，根据用户要求，可提供其它尺寸的钢带。
表5 钢带厚度和宽度的标准供货范围
钢带厚度，mm 钢带宽度，mm
0.015～4.00* 2～330
注：*取决于对抗拉强度的要求。
冷轧带以卷状、条束状或定尺切断状态供货。
钢的强度取决于冷加工变形量和产品最终尺寸，强度的大小与产品品种和工艺流程有关，不同品种、不同状态钢材在20℃（68℉）时的力学性能见表6。
表6 不同品种、不同状态钢材在20℃（68℉）时的力学性能
品种 状态 抗拉强度（Rm）
MPa 规定塑性延伸强度Rp0.2(a) MPa
棒材 冷加工
时效 -
1 000～2 100 1 100
900～1 800
板材 冷加工
时效 950～1 850
1 400～2 500 600～1 800
1 200～2 400
圆钢丝 冷加工
时效 950～2 150
1 400～3 100 - -
带材 退火
冷轧
冷轧＋时效 ≤750
950～1 850
1 400～2 600 ≤350
600～1 800
1 200～2 500
1 MPa＝1 N/mm2；
（a）Rp0.2规定塑性延伸强度（即原屈服强度、规定非比例延伸强度，按GB/T
228-2010规定改称为规定塑性延伸强度）。
经冷加工，抗拉强度达到1 650 MPa后，再在475～530℃进行4 h时效处理的1RK91钢的试样在高温下的实测抗拉强度值见表7。
表7 不同品种钢材的高温力学性能
温度℃ 抗拉强度Rm，MPa
棒材 丝材和带材
20 2 000 2 450
100 1 900 2 400
200 1 770 2 200
300 1 630 2 125
400 1 510 1 975
注：试样为1 650 MPa冷加工钢材，再经475～530℃×4 h时效处理，测定其在不同温度下的Rm。
1.2 时效处理对力学性能的影响
山特维克（Sandvik）的1RK91钢丝的最佳时效处理工艺为475℃×4 h，时效对抗拉强度的影响见表8。表8 时效处理对钢的力学性能的影响
冷拉抗拉强度，MPa 时效后抗拉强度，MPa
950 1 300
1 000 1 600
1 200 2 000
1 500 2 300
1 800 2 600
注：钢丝的最佳时效处理工艺为475℃×4 h
1.3 物理性能
1RK91钢的物理性能与许多工艺因素有关：包括合金元素含量、热处理和生产工艺流程等。下面给出的性能数据可用于粗略的计算。
密度：7.9 g/cm3；电阻率：冷拉状态0.97 μΩ/m，时效状态0.83 μΩ/m。
弹性模量（E）取决于钢丝尺寸及冷拉减面率，对棒材无法提供参考数据，但钢丝和直条钢丝的弹性模量（E）能达到185～200 GPa。
导热系数和比热容见表9。表9 钢的导热系数和比热容*l
温度，℃ 导热系数，W/m·℃ 比热容，J/kg·℃
20
100
200
300
400 14
16
18
20
21 455
490
525
560 600 注：*热处理（时效）状态钢。
1RK91钢在不同温度范围内的热膨胀系数平均值与碳素钢接近，相对于常规奥氏体，其热膨胀系数要小得多（见表10）。
表10 不同状态钢丝的热膨胀系数平均值*
状态 温度范围，℃
30～100 30～200 30～300 30～400
冷拉
时效
比较钢种：
碳素钢（c＝0.2%）
ASTM 304L 11.2
11.2
12.5
16.5 11.5
12.0
13.0
17.5 11.5
12.0
13.5
18.0 11.5
12.5
14.0 18.0
注：*度量单位×10-6/℃。
1.4 耐点状腐蚀和缝隙腐蚀性能
钢的临界点蚀温度（CPT）用电化学法测定。在PH＝6.0的NaCl溶液中，圆形试样施加300 mV恒电压条件下，以腐蚀量600 μm为判定标准，测定不同NaCl浓度所对应的临界点蚀温度如图1所示，数据为6个试样的平均值。图2为钢的耐一般腐蚀性能的图解。从图中可以看出：1RK91钢的耐点腐蚀性能优于304和316，耐一般腐蚀性能介于304和316之间。＋300 mV饱和甘汞电极（SCE），PH＝6.01RK91对应点的腐蚀率为0.1 mm/年
图1 在恒电压、不同浓度的NaCl溶1RK91
与ASTM 304和316的临界点蚀温度(CPT)比较 图2 1RK91与ASTM 304和316
浸泡在硫酸中的腐蚀率对比
2 02Cr12Ni9Mo4Cu2TiAl生产工艺控制要点
从02Cr12Ni9Mo4Cu2TiAl钢的化学成分规范看，钢处在两相区附近，其力学性能对化学成分非常敏感。从实际生产的情况来看，钢的化学成分的微小变动都会导致性能的急剧变化。
2.1 钢的化学成分控制3、4
（1）C含量的控制：C是钢铁材料中最常用的强化元素，主要以固溶强化和碳化物析出强化两种方式发挥作用。碳化物析出强化效果显著，并随C含量增加强度和硬度呈直线上升，但钢的塑性、韧
