CN100516272C - 一种高电阻率高导磁马氏体-铁素体双相不锈钢及其热处理工艺 - Google Patents
一种高电阻率高导磁马氏体-铁素体双相不锈钢及其热处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高电阻率高导磁马氏体-铁素体双相不锈钢的成分及热处理工艺。具有高电阻率、高导磁率、良好机械性能，可应用于制造特种电机主轴和交流磁路等领域。其特征在于化学成分C0.01%～0.15%，Cr10%～20%，Ni0.1%～2%，Si1%～3%，Al0.1%～2%，Mn0.1%～2%(均为质量百分比)，调节热处理工艺可调整马氏体-铁素体两相比例。具有如下优点：合金ρ≥0.90Ω·mm2/m；磁场强度为30000A/m时，磁感应强度B＞1.3T；抗拉强度700～950MPa，屈服强度500～700MPa，延伸率15～25%，断面收缩率45～70%，冲击功40～100J/cm2。
Description
技术领域
本发明涉及双相不锈钢领域，具体涉及一种高电阻率高导磁马氏体-铁素体双相不锈钢的成分设计及其热处理工艺的确定。按该发明熔炼制备的马氏体-铁素体双相不锈钢，具有高电阻率、高导磁率、良好的机械性能和抗腐蚀性能，制备及热处理工艺简单，生产可行性高，应用范围广等多种优点。可大量应用于特种电机主轴制造、高效率交流电磁转换部件制造等领域。
背景技术
双相不锈钢是上世纪70年代以后逐渐发展起来的不锈钢钢种，它的固溶体组织中两相各占一半，一般较少相的含量最少也达到30％。双相不锈钢最大的特点是可以通过灵活加入各种合金元素和制定热处理工艺，将马氏体所具有的优良机械性能与铁素体所具有的较好的软磁性能结合在一起，兼有两类不锈钢的优点，又可以灵活调整两相比例，适合实际工程应用。
特种电机主轴材料就其使用环境要求具有以下性能：(1)优异的电学性能和磁学性能；(2)良好的机械性能；(3)一定的抗腐蚀性能。目前国内特种电机主轴材料选用1Cr17Ni2马氏体不锈钢。
一般为防止在交流条件下工作产生大量涡流损耗，通常特种电机转子的生产采用在锻轴上开槽、加入硅钢片、加上铜压环的方法解决涡流损耗.，结构复杂可靠性不高。而且在实际生产过程中，发现1Cr17Ni2马氏体不锈钢存在韧性不够高，且不太稳定；焊接性能不好，焊后易开裂的问题。因此很有必要研制一种强度不低于1Cr17Ni2，而韧性较好，焊接性能较好的不锈钢材料。同时为提高结构的可靠性，使主泵转轴与电机转子铁芯作成一体，免去后期机加工及硅钢片、铜压环等环节，这种不锈钢材料应具有较好的软磁特性和高的电阻率，作为电机转子铁芯材料，以优化转子结构设计，减少铁损，改善电机效率。
本发明研究表明，通过调整C、Cr、Ni合金元素成分，加入适量的Si、Al合金元素可达到这一效果。
发明创造的目的
通过熔炼、热处理、检测等手段，开发出一种新型的双相不锈钢。本发明的目的是提供一种新型高电阻率高导磁马氏体-铁素体双相不锈钢的成分及热处理工艺。按照该成分及热处理工艺熔炼制造的双相不锈钢，具有如下特点：具有较高的电阻率、较高的导磁率，良好的机械性能和一定的耐腐蚀性能。
发明内容
本发明提供的马氏体-铁素体双相不锈钢，其化学成分满足C：0.01％～0.15％，Cr：10.0％～20.0％，Ni：0.1％～2.0％，Si：1.0％～3.0％，Al：0.1％～2.0％，Mn：0.1％～2.0％，余量为铁，显微组织结构为马氏体-铁素体双相。经熔炼、铸造、锻压成型后热处理，其热处理特征在于900℃～1200℃固溶，淬火，550℃～700℃回火。满足该成分及热处理工艺的合金具有如下优点：
(1)合金电阻率ρ≥0.90Ω·mm2/m。
(2)合金在磁场强度H为30000A/m时，磁感应强度B＞1.3T，优于1Cr17Ni2。
(3)合金具有良好的机械性能：合金抗拉强度σb为700MPa～950MPa，屈服强度σ0.2为500MPa～700MPa，延伸率δ为15％～25％，断面收缩率Ψ(％)为45％～70％，冲击功Aku为40J/cm2～100J/cm2。
附图说明
图1为本发明实施例4合金相图(放大400倍)；
图2为本发明实施例4合金磁化曲线；
具体实施方式
下面给出实施例，以对本发明作进一步说明。值得指出的是，给出的实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明保护范围。
实施例1
根据设计的成分配方C 0.01％，Cr 20.0％，Ni 2.0％，Si1.0％，Al 0.1％，Mn 2.0％(余量为铁，均为质量百分比)，采用石墨、电解铬、电解镍、结晶硅、电解铝、锰铁和电工纯铁为原料，在真空感应电炉中熔炼获得铸锭。经车去氧化皮后，铸锭热锻成直径15mm棒材，始锻温度1100℃、终锻温度不低于700℃。锻件经900℃固溶1小时，油淬，550℃回火2小时，空冷。再经机加工制样检测：合金在磁场强度H为30000A/m时，磁感应强度B为1.49T；合金电阻率ρ为0.9106Ω·mm2/m；抗拉强度σb为765MPa，屈服强度σ0.2为610MPa，延伸率δ为25％，断面收缩率Ψ为70％，冲击功Aku为100J/cm2。
实施例2
根据设计的成分配方C 0.08％，Cr 14.2％，Ni 2.0％，Si 1.0％，Al 0.1％，Mn 0.1％(余量为铁，均为质量百分比)，采用石墨、电解铬、电解镍、结晶硅、电解铝、锰铁和电工纯铁为原料，在真空感应电炉中熔炼获得铸锭。经车去氧化皮后，铸锭热锻成直径15mm棒材，始锻温度1100℃、终锻温度不低于700℃。锻件经1000℃固溶1小时，油淬，620℃回火2小时，空冷。再经机加工制样检测：合金在磁场强度H为30000A/m时，磁感应强度B为1.38T；合金电阻率ρ为0.9228Ω·mm2/m；抗拉强度σb为710MPa，屈服强度σ0.2为500MPa，延伸率δ为25.5％，断面收缩率Ψ为64.5％，冲击功Aku为52J/cm2。
实施例3
根据设计的成分配方C 0.11％，Cr 15.5％，Ni 1.0％，Si 2.0％，Al 2.0％，Mn 2.0％(余量为铁，均为质量百分比)，采用石墨、电解铬、电解镍、结晶硅、电解铝、锰铁和电工纯铁为原料，在真空感应电炉中熔炼获得铸锭。经车去氧化皮后，铸锭热锻成直径15mm棒材，始锻温度1100℃、终锻温度不低于700℃。锻件经1100℃固溶1小时，油淬，700℃回火2小时，空冷。再经机加工制样检测：合金在磁场强度H为30000A/m时，磁感应强度B为1.47T；合金电阻率ρ为1.0216Ω·mm2/m；抗拉强度σb为700MPa，屈服强度σ0.2为500MPa，延伸率δ为15％，断面收缩率Ψ为52％，冲击功Aku为70J/cm2。
实施例4
根据设计的成分配方C 0.10％，Cr 10.0％，Ni 0.1％，Si 3.0％，Al 0.1％，Mn 1.0％(余量为铁，均为质量百分比)，采用石墨、电解铬、电解镍、结晶硅、电解铝、锰铁和电工纯铁为原料，在真空感应电炉中熔炼获得铸锭。经车去氧化皮后，铸锭热锻成直径15mm棒材，始锻温度1100℃、终锻温度不低于700℃。锻件经1100℃固溶1小时，油淬，620℃回火2小时，空冷。再经机加工制样检测：合金在磁场强度H为30000A/m时，磁感应强度B为1.52T；合金电阻率ρ为1.0103Ω·mm2/m；抗拉强度σb为835MPa，屈服强度σ0.2为670MPa，延伸率δ为22％，断面收缩率Ψ为53％，冲击功Aku为55J/cm2。
实施例5
根据设计的成分配方C 0.15％，Cr 17.0％，Ni 0.5％，Si2.0％，Al 0.1％，Mn 0.5％(余量为铁，均为质量百分比)，采用石墨、电解铬、电解镍、结晶硅、锰铁和电工纯铁为原料，在真空感应电炉中熔炼获得铸锭。经车去氧化皮后，铸锭热锻成直径15mm棒材，始锻温度1100℃、终锻温度不低于700℃。锻件经1200℃固溶1小时，油淬，620℃回火2小时，空冷。再经机加工制样检测：合金在磁场强度H为30000A/m时，磁感应强度B为1.51T；合金电阻率ρ为1.0216Ω·mm2/m；抗拉强度σb为950MPa，屈服强度σ0.2为700MPa，延伸率δ为20％，断面收缩率Ψ为45％，冲击功Aku为47J/cm2。
实施例6
根据设计的成分配方C 0.08％，Cr 16.20％，Ni 2.0％，Si 1.0％，Al 0.7％，Mn 2.0％(余量为铁，均为质量百分比)，采用石墨、电解铬、电解镍、结晶硅、铝锭、锰铁和电工纯铁为原料，在真空感应电炉中熔炼获得铸锭。经车去氧化皮后，铸锭热锻成直径15mm棒材，始锻温度1100℃、终锻温度不低于700℃。锻件经1000℃固溶1小时，油淬，550℃回火2小时，空冷。再经机加工制样检测：合金在磁场强度H为30000A/m时，磁感应强度B为1.46T；合金电阻率ρ为0.9800Ω·mm2/m；抗拉强度σb为720MPa，屈服强度σ0.2为510MPa，延伸率δ为30.5％，断面收缩率Ψ为65％，冲击功Aku为62J/cm2。
Claims (5)
1、一种高电阻率高导磁马氏体-铁素体双相不锈钢，其特征在于化学成分的质量百分比满足C 0.01％～0.15％，Cr 10.0％～20.0％，Ni 0.1％～2.0％，Si 1.0％～3.0％，Al 0.1％～2.0％，Mn 0.1％～2.0％，余量为铁；不锈钢由马氏体-铁素体双相构成，其电阻率ρ≥0.9Ω·mm2/m；磁场强度H为30000A/m时，磁感应强度B＞1.3T。
2、如权利要求1所述不锈钢，其特征在于将熔炼获得由化学成分C、Cr、Ni、Si、Al、Mn、Fe组成的合金经铸造或锻造或冷扎或冷拉的型材，在900℃～1200℃温度固溶至少0.5小时，然后淬火，550℃～700℃回火；合金中马氏体-铁素体双相比例通过热处理调控，马氏体或铁素体相含量不低于30％。
3、根据权利要求1所述不锈钢，其特征在于合金通过加入Si、Al元素，大大提高合金的电阻率，ρ≥0.9Ω·mm2/m；同时磁场强度H为30000A/m时，磁感应强度B＞1.3T。
4、根据权利要求1所述不锈钢，其特征在于合金具有良好的机械性能：抗拉强度σb为700MPa～950MPa，屈服强度σs为500MPa～700MPa，延伸率δ为15％～25％，断面收缩率Ψ为45％～70％，冲击功Aku为40J/cm2～100J/cm2。
5、根据权利要求1所述不锈钢，其特征在于用于特种电机中，作为铁芯和转轴一体化的材料；并且，该不锈钢涡流损耗较小，同时具有较好的传递扭矩和交变载荷的能力，以及在腐蚀气体、腐蚀流体或高温高压环境下具有较好的抗腐蚀能力。
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