CN105821341A - 耐磨耐蚀的特种钢及其制备方法 - Google Patents

耐磨耐蚀的特种钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明所提供的耐磨耐蚀的特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，其余为铁。本发明所提供的特种钢可以应用于耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件。增加了合金材料类别、调整了各种材料元素的比例成分，在制备材料中增加镍、铬、铜、钨等，使得不锈钢成品中含有合理配比的镍、铬、铜、钨等元素，大大增加不锈钢材的耐磨及抗腐蚀性能，解决了零件易磨损、易生锈的问题，延长其使用寿命。

Description

耐磨耐蚀的特种钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种特种钢，具体涉及一种耐磨耐蚀的特种钢及其制备方法。
背景技术
特种钢也叫合金钢。在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同的特殊性能。
合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢(含量<5％)，中合金钢(含量5％～10％)，高合金钢(含量>10％)；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢(如软磁钢、永磁钢、无磁钢)等。在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。
在工业生产中，有些化工生产设备中的某些部件在使用过程中不仅要经受磨损，同时耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液的腐蚀，因此对钢的要求较为苛刻。
发明内容
发明目的：针对现有技术中某些化工设备零件的特殊要求，本发明提供了一种耐磨耐蚀的特种钢。
技术方案：本发明所提供的耐磨耐蚀的特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，其余为铁。
我们研究发现在普通的碳素钢中，加入铬能够有效地提高钢材的淬火性和回火阻抗性，提高钢材的强度，并且铬还可以降低碳的活度，提高钢材的浸碳性，并形成微细碳化物，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳和石墨化倾向，提高韧性和耐磨损性；但是，铬含量过高时，反而大量形成铬的碳化物，恶化钢材的弹减性能和韧性。因此，在本发明中，控制不锈钢材中铬的含量为13～17％(重量百分比)，最优含量为16％。
同时，加入少量的镍，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀，而且性坚韧，有磁性和良好的可塑性，焊接性能也好；在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力。在本发明中，控制在钢材中镍的含量为4％～8％，最优含量为7％。
此外，我们还发现加入微量的铜、钨可以提高钢材耐大气腐蚀的性能。
本发明的一个优选方案为：所述不锈钢材成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬16％，镍7％，铜0.1％，钨0.4％，其余为铁。
更进一步的，我们发现如果在上述技术方案中加入微量的铌，可以增强钢材的耐腐蚀性，研究发现，原因在于本发明在进行热处理时，呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对钢的耐蚀性有很大影响，奥氏体在450～850℃下加热，由于晶界析出铬的碳化物Cr23C6，使得晶界附近的含铬量降低，引起晶间腐蚀。因此，我们在其中加入微量的铌，使之优先与碳结合形成NbC，其稳定性高，使得铬保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻刚的晶界腐蚀倾向。此外，NbC在晶内析出呈弥散分布，且高温下不易长大，可以提高本发明的高温强度。对于本发明来说，铌的含量为0.3～0.8％时，最为合适，优选0.37％。
本发明含铌的一个优选方案为：所述不锈钢材成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬16％，镍7％，铜0.1％，钨0.4％，铌0.37％，其余为铁。
本发明还公开了上述特种钢获得的方法，包括以下步骤：下料、锻造、正火、加工、渗碳、预冷淬火、低温回火、表面处理。
所述的锻造，其温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4～6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时，时效处理为560℃。
所述的正火温度为950℃～970℃。
所述的渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6～8h，以丙酮为渗碳剂。
所述的预冷淬火为，预冷至870～880℃，然后进行油冷，冷却至室温。
所述的回火是在200℃时回火2～3h。
有益效果：本发明所提供的特种钢可以应用于耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件。增加了合金材料类别、调整了各种材料元素的比例成分，在制备材料中增加镍、铬、铜、钨等，使得不锈钢成品中含有合理配比的镍、铬、铜、钨等元素，大大增加不锈钢材的耐磨及抗腐蚀性能，解决了零件易磨损、易生锈的问题，延长其使用寿命。
具体实施方式：
实施例1
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬13％，镍4％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火2h。表面处理后得到产品。硬度216HBW。
实施例2
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬17％，镍8％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为8h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。硬度215HBW。
实施例3
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬16％，镍7％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。硬度217HBW。
实施例4
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬13％，镍4％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，铌0.3～0.8％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火2h。表面处理后得到产品。硬度218HBW。
实施例5
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬17％，镍8％，铜0.1～0.12％，钨0.4～0.5％，铌0.3～0.8％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为8h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。硬度217HBW。
实施例6
特种钢的成为：含有碳0.01～0.03％，铬16％，镍7％，铜0.1％，钨0.4％，铌0.37％，其余为铁。
按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。硬度219HBW。

Claims (9)

1.一种耐磨耐蚀的特种钢，其特征在于所述特种钢各成分质量百分比为：
碳0.01～0.03％，
铬13～17％，
镍4～8％，
铜0.1～0.12％，
钨0.4～0.5％，
铁余量。
2.根据权利要求1所述的特种钢，其特征在于所述特种钢各成分质量百分比为：
碳0.01～0.03％，
铬16％，
镍7％，
铜0.1％，
钨0.4％，
铁余量。
3.根据权利要求1所述的特种钢，其特征在于其成分中还含有铌0.3～0.8％。
4.权利要求1所述的特种钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤：下料、锻造、正火、加工、渗碳、预冷淬火、低温回火、表面处理。
5.根据权利要求4所述的特种钢的制备方法，其特征在于锻造时，其温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4～6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
6.根据权利要求4所述的特种钢的制备方法，其特征在于正火温度为950℃～970℃。
7.根据权利要求4所述的特种钢的制备方法，其特征在于所述的渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6～8h，以丙酮为渗碳剂。
8.根据权利要求4所述的特种钢的制备方法，其特征在于所述的预冷淬火为，预冷至870～880℃，然后进行油冷，冷却至室温。
9.根据权利要求4所述的特种钢的制备方法，其特征在于所述的回火是在200℃时回火2～3h。
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