CN102174666A - 耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体为一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法，解决了现有防磁材料使用时存在强度和硬度较差、易腐蚀且成本较高的问题。是由以下重量百分比含量的原料组成：7-10%Mn、11-14%Cr、7-10%Ni、1-2%V、1-2%Si、1-2%Mo、0.5-1%Nb、0.1-1%Ti、0.3-0.4%C、余量为钢料，制备方法采用如下步骤：1）电炉预热后加入钢料冶炼；2）电炉中加入重量百分比含量原料7-10%Mn、11-14%Cr、7-10%Ni、1-2%V冶炼25-30分钟；3）接着在电炉中加入重量百分比含量原料1-2%Si、1-2%Mo、0.5-1%Nb、0.1-1%Ti、0.3-0.4%C冶炼；4）取样分析电炉中化学成分后进行脱硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量为0.3-0.4%；5）电炉升温冶炼后冷却，接着重熔精炼去除杂质后冷却，控制硫、磷重量百分比含量小于等于3%。本发明减少中心偏析，减少粗大的柱状晶，获得稳定铸坯，同时增加铸坯产能，有效地提高了连铸效率。

Description

耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法

技术领域

本发明涉及防磁材料的制备方法，具体为一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法。

背景技术

防磁材料在国内被称为高氮铬锰不锈钢，这种无磁不锈钢最初是在七八十年代由国家钢铁研究总院与抚顺特钢联合研制的。最初研制应用于我们国家的钻井技术。开发出的W1813N和N1310两种无磁不锈钢广泛应用于国内无磁钻铤市场。由于在研制这种无磁钢时，我们国家的钻井技术非常落后，并没有碰到比较复杂的井下环境（高温、腐蚀环境），因此W1813N和N1310的耐腐蚀性能极差，所以国产无磁不锈钢钻铤在国际上由于耐蚀性差的原因，导致名声不好。我国1975年将1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N纳入国标（GB）。研究发现CrMn系不锈钢有很多不可多得的特性，如1、固溶处理后高的强度，2、冷加工高的硬化率、高的强化系数，3、无磁性（冷加工状态下极低的导磁率），4优良的耐磨性，5较小的晶间腐蚀倾向。所以CrMn系不断得到改良和创新，不断开发出一系列新钢种，这就形成CrMnN不锈钢与AISI300（CrNi系）并列的AISI200（CrMn系）不锈钢。由于这些钢种Mn含量都很高，大大增加钢中N的溶解度，因此N含量都在0.3-0.4%，固溶处理后可得到完全奥氏体组织，而且十分稳定，冷作后可得到无磁及较高的强度。

目前国内防磁材料在电磁搅拌过程应用中，基本采用高的Ti、Ni、Cr、Mo合金，昂贵的Ti、Ni、Cr、Mo合金造成应用领域经济指标高涨。并且，材料应用中分项性能指标也有不能满足现场需求的状况，停机检修更换组件影响产量，寿命有待进一步提高。在生产现场连铸无磁夹送辊的材料具体选取上，一般通用欧洲的材料标准。原设计材质是X5NiCrTi26-15（西马克），属于德国牌号。国内对应成份为0Cr15Ni25Ti2MoAlVB。该成分的主要特点是依靠添加大量的稳定奥氏体化的元素Ni，来获得单相的奥氏体钢，使其具有较低的磁导率，形成的产品在变频高磁场强度环境下，减少对穿越铸坯的磁力线的屏蔽，以改善铸坯等轴晶率。此材料总体上能完成设计意图，但相对工况使用要求合金元素过量浪费，价格昂贵。并且此材料相对强度设计较低，实现产品后，表现为屈服强度较低，使用过程极易发生挠曲变形；在硬度方面表现不理想，耐磨能力极差，使用中在磨粒磨损和粘着磨损状态下，过早啃噬不能完成工艺要求。在焊接性能方面也不太好，熔敷过程中层间熔池反应区气体不宜上升，存留量较多，给后期修复带来不便；另外，我们发现，材料在使用中受到冷却水的侵蚀绝不容忽视，工厂所送喷淋冷却水，通过前期的净化水处理，大量药品留存在冷却水当中，造成电导率极高，对材料的电化学腐蚀非常明显。

发明内容

本发明为了解决现有防磁材料使用时存在强度和硬度较差、易腐蚀且成本较高的问题，提供了一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法，是由以下重量百分比含量的原料组成：7-10%Mn、11-14%Cr、7-10%Ni、1-2%V、1-2%Si、1-2%Mo、0.5-1%Nb、0.1-1%Ti、0.3-0.4%C、余量为钢料，制备方法采用如下步骤：1）、电炉预热后加入钢料冶炼；2）、电炉中加入重量百分比含量原料7-10%Mn、11-14%Cr、7-10%Ni、1-2%V冶炼25-30分钟；3）、接着在电炉中加入重量百分比含量原料1-2%Si、1-2%Mo、0.5-1%Nb、0.1-1%Ti、0.3-0.4%C冶炼；4）、取样分析电炉中化学成分后进行脱硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量为0.3-0.4%；5）、电炉升温冶炼后冷却，接着重熔精炼去除杂质后冷却，控制硫、磷重量百分比含量小于等于3%。本发明中所取各种原料的组分和含量以及温度和时间的控制都是经过反复多次试验得出的，冶炼时间过长，会造成原料组分的散失，冶炼时间过短，会造成原料各组成元素发生偏析现象。

一种根据权利要求1所述制备方法制得的耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料。

耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料制备夹送辊的制备方法， 1）、将耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料送入锻造煤气炉加热至1150-1200℃，保温30-40分钟；2）、取出用锻锤开锻至温度降至900℃，入炉加热至1150-1200℃取出开锻，反复操作至锻造毛坯符合锻造要求；3）、锻造毛坯加入台车炉加热至1050-1100℃保温40-45分钟，随炉空冷至常温后进行粗加工；4）、接着加热至1120-1160℃保温90-95分钟后，在620-680℃的温度下水冷10-16小时，然后升温至750-810℃保温14-20小时后，空冷至常温；5）、按设计要求精加工成品夹送辊。制备过程中，锻造和热处理温度和时间的控制也是通过多次试验测得的，热处理温度和时间控制的过长、过短会导致晶粒疏散、不均匀，力学性能指标下降。

本发明克服了现有防磁材料使用时存在强度和硬度较差、易腐蚀且成本较高的问题，通过该制备方法制得的耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料通过检测得出磁导率达到1005以内，且力学性能中抗拉强度达到800MPa以上，屈服强度达到620MPa以上，布氏硬度大于等于280HB，良好的性能可以使连铸生产现场浇注不锈钢及特殊钢时减少中心偏析，减少粗大的柱状晶，获得等轴晶比大于等于65%的无心部裂纹的稳定铸坯，同时使用寿命的有效提高减少了停机下线的更换次数，单位时间内固定能源消耗少，增加铸坯产能，有效地提高了连铸效率。

具体实施方式

实施例1

耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法，是由以下重量百分比含量的原料组成：7%Mn、11%Cr、7%Ni、1%V、1%Si、1%Mo、0.5%Nb、0.1%Ti、0.3%C、余量为钢料，制备方法采用如下步骤：1）、电炉预热后加入钢料冶炼；2）、电炉中加入重量百分比含量原料7Mn、11%Cr、7%Ni、1%V冶炼25分钟；3）、接着在电炉中加入重量百分比含量原料1%Si、1%Mo、0.5%Nb、0.1%Ti、0.3%C冶炼；4）、取样分析电炉中化学成分后进行脱硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量为0.3%；5）、电炉升温冶炼后冷却，接着重熔精炼去除杂质后冷却，控制硫、磷重量百分比含量为1%。一种根据权利要求1所述制备方法制得的耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料；一种根据权利要求2所述耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料制备夹送辊的制备方法，1）、将耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料送入锻造煤气炉加热至1150℃，保温30分钟；2）、取出用锻锤开锻至温度降至900℃，入炉加热至1150℃取出开锻，反复操作至锻造毛坯符合锻造要求；3）、锻造毛坯加入台车炉加热至1050℃保温40分钟，随炉空冷至常温后进行粗加工；4）、接着加热至1120℃保温90分钟后，在620℃的温度下水冷10小时，然后升温至750℃保温14小时后，空冷至常温；5）、按设计要求精加工成品夹送辊。具体实施过程中，采用3吨电炉预热后加入钢料在1400-1450℃冶炼45分钟，取样分析采用光谱分析仪分析，电炉升温至1450-1500℃冶炼15-20分钟后，天车提升钢包将钢水注入Φ300砂型模中冷却，调入电渣重熔结晶器中，在温度1450-1510℃时保温3小时，重熔精炼去除杂质后冷却8小时，从结晶器中取出Φ300锭芯；反复操作3次使锻造毛坯尺寸达到Φ260，锻造比为4.0，粗加工是将锻造毛坯两端切头，包总长度2600mm，第二次样品切片长度200mm，毛坯长度最终2400mm，检测合格后外径尺寸控制在Φ240-Φ242mm之内。

实施例2

耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法，是由以下重量百分比含量的原料组成：10%Mn、14%Cr、10%Ni、2%V、2%Si、2%Mo、1%Nb、1%Ti、0.4%C、余量为钢料，制备方法采用如下步骤：1）、电炉预热后加入钢料冶炼；2）、电炉中加入重量百分比含量原料10Mn、14%Cr、10%Ni、2%V冶炼30分钟；3）、接着在电炉中加入重量百分比含量原料2%Si、2%Mo、1%Nb、1Ti%、0.4%C冶炼；4）、取样分析电炉中化学成分后进行脱硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量为0.4%；5）、电炉升温冶炼后冷却，接着重熔精炼去除杂质后冷却，控制硫、磷重量百分比含量为3%。一种根据权利要求1所述制备方法制得的耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料；一种根据权利要求2所述耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料制备夹送辊的制备方法，1）、将耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料送入锻造煤气炉加热至1200℃，保温40分钟；2）、取出用锻锤开锻至温度降至900℃，入炉加热至1200℃取出开锻，反复操作至锻造毛坯符合锻造要求；3）、锻造毛坯加入台车炉加热至1100℃保温45分钟，随炉空冷至常温后进行粗加工；4）、接着加热至1160℃保温95分钟后，在680℃的温度下水冷16小时，然后升温至810℃保温20小时后，空冷至常温；5）、按设计要求精加工成品夹送辊。具体实施过程中，采用3吨电炉预热后加入钢料在1400-1450℃冶炼45分钟，取样分析采用光谱分析仪分析，电炉升温至1450-1500℃冶炼15-20分钟后，天车提升钢包将钢水注入Φ300砂型模中冷却，调入电渣重熔结晶器中，在温度1450-1510℃时保温3小时，重熔精炼去除杂质后冷却8小时，从结晶器中取出Φ300锭芯；反复操作3次使锻造毛坯尺寸达到Φ260，锻造比为4.0，粗加工是将锻造毛坯两端切头，包总长度2600mm，第二次样品切片长度200mm，毛坯长度最终2400mm，检测合格后外径尺寸控制在Φ240-Φ242mm之内。

实施例3

耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法，是由以下重量百分比含量的原料组成：9%Mn、12%Cr、8%Ni、1.8%V、1.1%Si、1.6%Mo、0.7%Nb、0.3%Ti、0.4%C、余量为钢料，制备方法采用如下步骤：1）、电炉预热后加入钢料冶炼；2）、电炉中加入重量百分比含量原料9Mn、12%Cr、8%Ni、1.8%V冶炼28分钟；3）、接着在电炉中加入重量百分比含量原料1.1%Si、1.6%Mo、0.7%Nb、0.3Ti%、0.4%C冶炼；4）、取样分析电炉中化学成分后进行脱硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量为0.4%；5）、电炉升温冶炼后冷却，接着重熔精炼去除杂质后冷却，控制硫、磷重量百分比含量为2.6%。一种根据权利要求1所述制备方法制得的耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料；一种根据权利要求2所述耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料制备夹送辊的制备方法，1）、将耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料送入锻造煤气炉加热至1180℃，保温37分钟；2）、取出用锻锤开锻至温度降至900℃，入炉加热至1180℃取出开锻，反复操作至锻造毛坯符合锻造要求；3）、锻造毛坯加入台车炉加热至1090℃保温42分钟，随炉空冷至常温后进行粗加工；4）、接着加热至1140℃保温91分钟后，在665℃的温度下水冷13小时，然后升温至785℃保温17小时后，空冷至常温；5）、按设计要求精加工成品夹送辊。具体实施过程中，采用3吨电炉预热后加入钢料在1400-1450℃冶炼45分钟，取样分析采用光谱分析仪分析，电炉升温至1450-1500℃冶炼15-20分钟后，天车提升钢包将钢水注入Φ300砂型模中冷却，调入电渣重熔结晶器中，在温度1450-1510℃时保温3小时，重熔精炼去除杂质后冷却8小时，从结晶器中取出Φ300锭芯；反复操作3次使锻造毛坯尺寸达到Φ260，锻造比为4.0，粗加工是将锻造毛坯两端切头，包总长度2600mm，第二次样品切片长度200mm，毛坯长度最终2400mm，检测合格后外径尺寸控制在Φ240-Φ242mm之内。

Claims (3)

1.一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料的制备方法，其特征在于：是由以下重量百分比含量的原料组成：7-10%Mn、11-14%Cr、7-10%Ni、1-2%V、1-2%Si、1-2%Mo、0.5-1%Nb、0.1-1%Ti、0.3-0.4%C、余量为钢料，制备方法采用如下步骤：1）、电炉预热后加入钢料冶炼；2）、电炉中加入重量百分比含量原料7-10%Mn、11-14%Cr、7-10%Ni、1-2%V冶炼25-30分钟；3）、接着在电炉中加入重量百分比含量原料1-2%Si、1-2%Mo、0.5-1%Nb、0.1-1%Ti、0.3-0.4%C冶炼；4）、取样分析电炉中化学成分后进行脱硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量为0.3-0.4%；5）、电炉升温冶炼后冷却，接着重熔精炼去除杂质后冷却，控制硫、磷重量百分比含量小于等于3%。

2.一种根据权利要求1所述制备方法制得的耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料。

3.一种根据权利要求2所述耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料制备夹送辊的制备方法，其特征在于：1）、将耐高温、耐磨损、耐腐蚀防磁材料送入锻造煤气炉加热至1150-1200℃，保温30-40分钟；2）、取出用锻锤开锻至温度降至900℃，入炉加热至1150-1200℃取出开锻，反复操作至锻造毛坯符合锻造要求；3）、锻造毛坯加入台车炉加热至1050-1100℃保温40-45分钟，随炉空冷至常温后进行粗加工；4）、接着加热至1120-1160℃保温90-95分钟后，在620-680℃的温度下水冷10-16小时，然后升温至750-810℃保温14-20小时后，空冷至常温；5）、按设计要求精加工成品夹送辊。