CN106244941A - 一种高氮不锈钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高氮不锈钢的制备方法，通过在钢材中加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍等氮化合金，调节钢材中铬元素的比例关系，同时通过特殊的加工工艺，将不锈钢加工成马氏体2‑3级，屈氏体小于等于1级，不但具有良好的强度和硬度，而且还具有相当高的韧性和塑性。

Description

一种高氮不锈钢的制备方法
技术领域
本发明涉及钢材冶炼技术领域，特别地，涉及一种高氮不锈钢的制备方法。
背景技术
自20世纪80年代末高氮不锈钢的研究受到国际冶金界的重视以来,国际冶金界对高氮钢的研究更加全面深人,高氮不锈钢的理论和实践有了更大的发展。同时各国冶金工作者在高氮钢领域的交流和合作更加广泛,国际高氮钢会议的如期召开就是各国冶金工作者互相交流高氮钢研究成果的一个舞台。2004年最新一届国际高氮钢会议在比利时召开,标志着国际高氮钢研究的最新发展。2006年,国际高氮钢会议将在我国召开,为我国高氮钢研究的发展创造了一个前所未有的机会。
由于受到试验装备的限制,国内高氮钢的研究已经远远落后于世界许多国家。近年来,国内许多高校、研究机构的冶金工作者对高氮钢的研究表现出浓厚兴趣,相继开展了高氮钢的研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种高氮不锈钢的制备方法，以解决技术问题。
一种高氮不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理。
优选的，所述的高氮不锈钢中，各元素的重量百分比如下：
碳 0.25-0.35%
硅 0.5-1%
铬 14-16%
钼 0.8-1.1%
镍 0-0.03%
氮 0.1-0.3%
磷 0-0.015%
硫 0-0.005%
氧 0-10ppm
氢 0-1ppm
铁 余量。
优选的，所述的步骤C中，淬火温度为825-835℃，回火温度为155-165℃。
普通不锈钢一般含有较高含量的贵金属（如镍、钼等），或含有稀土金属，其中贵金属存量稀少，价格较高，比较珍贵，且对人体有剧毒，而稀土的提取对环境的污染非常严重，不利于大量使用；所以高强度钢需要一种既廉价也无害无毒，不以破坏环境为代价的生产方式。
本发明方法的设计依据是：
C: C是钢中的组元之一。本发低Ni抗硫化腐蚀不锈钢中C量的控制是为了保证合金得到好的耐蚀性，防止钢中C与Cr形成化合物过多的消耗Cr而降低耐蚀性，含碳量过低，材料的耐蚀性将得以提高，但强度和硬度会不够；含碳量过高，材料的耐蚀性会下降。
Cr：铬是提高钢的耐蚀性的重要元素。以往的304不锈钢中，含铬量在18％左右。本发明低Ni抗硫化腐蚀不锈钢选择铬含量为14－16％之间。Cr有强烈钝化作用，在材料表面形成致密钝化膜，保证钢的耐蚀性和耐热性。因为过低的含铬量对材料的耐腐蚀性不利；而偏高的铬含量会提高成本。另外含铬量的选择还要兼顾铬量与碳量的合理匹配。
Si：有固溶强化、提高耐热性、耐蚀性作用，但Si易使合金脆化，量不宜太多，应不超过1.0％。
N：加入N元素可取代部分Ni，在明显降低成本的同时，将奥氏体形态加工为马氏体，屈氏体小于等于1级，不但具有良好的强度和硬度，而且还具有相当高的韧性和塑性。
Ni：奥氏体不锈钢的基本组成元素，强烈的奥氏体形成元素。量过少则降低耐蚀性，过多则增加成本。
P、S及其他金属与非金属元素：P会引起热脆，S易引起冷脆。其他金属与非金属元素在本发明中均作为杂质，其量需严格控制。
本发明具有以下有益效果：本发明的高氮不锈钢的制备方法，通过在钢材中加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍等氮化合金，调节钢材中铬元素的比例关系，同时通过特殊的加工工艺，将不锈钢加工成马氏体2-3级，屈氏体小于等于1级，不但具有良好的强度和硬度，而且还具有相当高的韧性和塑性。
马氏体具有高硬度和高强度的原因是多方面的，其中主要包括固溶强化、相变强化、时效强化以及晶界强化等。 (1)固溶强化。首先是碳对马氏体的固溶强化。过饱的间隙原子碳在a相晶格中造成晶格的正方畸变，形成一个强烈的应力场。该应力场与位错发生强烈的交换作用，阻碍位错的运动从而提高马氏体的硬度和强度。(2)相变强化。其次是相变强化。马氏体转变时，在晶格内造成晶格缺陷密度很高的亚结构，如板条马氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶等，这些缺陷都阻碍位错的运动，使得马氏体强化。这就是所谓的相变强化。实验证明，无碳马氏体的屈服强度约为284Mpa,此值与形变强化铁素体的屈服强度很接近，而退火状态铁素体的屈服强度仅为98-137Mpa，这就说明相变强化使屈服强度提高了147-186MPa。(3)时效强化。时效强化也是一个重要的强化因素。马氏体形成以后，由于一般钢的点Ms大都处在室温以上，因此在淬火过程中及在室温停留时，或在外力作用下，都会发生自回火。即碳原子和合金元素的原子向位错及其它晶体缺陷处扩散偏聚或碳化物的弥散析出，钉轧位错，使位错难以运动，从而造成马氏体的时效强化。(4)原始奥氏体晶粒大小及板条马氏体束大小对马氏体强度的影响。原始奥氏体晶粒大小及板条马氏体束的尺寸对马氏体强度也有一定影响。原始奥氏体晶粒越细小、马氏体板条束越小，则马氏体强度越高。这是由于相界面阻碍位错的运动造成的马氏体强化。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种高氮不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理；
所述的高氮不锈钢中，各元素的重量百分比如下：
碳 0.3%
硅 0.7%
铬 15%
钼 1.0%
氮 0.2%
铁 余量；
所述的步骤C中，淬火温度为830℃，回火温度为160℃。
实施例2
一种高氮不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理；
优选的，所述的高氮不锈钢中，各元素的重量百分比如下：
碳 0.32%
硅 0.8%
铬 15.5%
钼 0.9%
镍 0-0.02%
氮 0.25%
磷 0.01%
硫 0.002%
氧 5ppm
氢 0.5ppm
铁 余量；
所述的步骤C中，淬火温度为830℃，回火温度为160℃。
实施例3
一种高氮不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理；
优选的，所述的高氮不锈钢中，各元素的重量百分比如下：
碳 0.35%
硅 0.5%
铬 16%
钼 0.9%
镍 0.03%
氮 0.1%
磷 0.015%
硫 0.001%
氧 10ppm
氢 0.1ppm
铁 余量；
所述的步骤C中，淬火温度为835℃，回火温度为155℃。
实施例4
一种高氮不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理；
所述的高氮不锈钢中，各元素的重量百分比如下：
碳 0.25%
硅 1%
铬 14%
钼 1.1%
镍 0.01%
氮 0.3%
磷 0.001%
硫 0.005%
氧 1ppm
氢 1ppm
铁 余量；
所述的步骤C中，淬火温度为825℃，回火温度为165℃。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高氮不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理。
2.如权利要求1所述的高氮不锈钢的制备方法，其特征在于，各元素的重量百分比如下：
碳 0.25-0.35%
硅 0.5-1%
铬 14-16%
钼 0.8-1.1%
镍 0-0.03%
氮 0.1-0.3%
磷 0-0.015%
硫 0-0.005%
氧 0-10ppm
氢 0-1ppm
铁 余量。
3.如权利要求1所述的高氮不锈钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤C中，淬火温度为825-835℃，回火温度为155-165℃。
4.如权利要求1所述的高氮不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理；
所述的高氮不锈钢中，各元素的重量百分比如下：
碳 0.3%
硅 0.7%
铬 15%
钼 1.0%
氮 0.2%
铁 余量；
所述的步骤C中，淬火温度为830℃，回火温度为160℃。
5.如权利要求1所述的高氮不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理；
优选的，所述的高氮不锈钢中，各元素的重量百分比如下：
碳 0.32%
硅 0.8%
铬 15.5%
钼 0.9%
镍 0-0.02%
氮 0.25%
磷 0.01%
硫 0.002%
氧 5ppm
氢 0.5ppm
铁 余量；
所述的步骤C中，淬火温度为830℃，回火温度为160℃。
6.如权利要求1所述的高氮不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理；
优选的，所述的高氮不锈钢中，各元素的重量百分比如下：
碳 0.35%
硅 0.5%
铬 16%
钼 0.9%
镍 0.03%
氮 0.1%
磷 0.015%
硫 0.001%
氧 10ppm
氢 0.1ppm
铁 余量；
所述的步骤C中，淬火温度为835℃，回火温度为155℃。
7.如权利要求1所述的高氮不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将钢材依次放入电弧炉冶炼，然后精炼炉冶炼，最后真空加压电渣炉冶炼；
B、在氢、氮混合气体保护下采用中频加热线圈对不锈钢钢材加热，加入氮化钼、氮化硅、氮化铬、氮化镍，采用自由锻的方式进行锻打；
C、在氢、氮混合气体保护下进行盐浴马氏体淬、回火处理；
所述的高氮不锈钢中，各元素的重量百分比如下：
碳 0.25%
硅 1%
铬 14%
钼 1.1%
镍 0.01%
氮 0.3%
磷 0.001%
硫 0.005%
氧 1ppm
氢 1ppm
铁 余量；
所述的步骤C中，淬火温度为825℃，回火温度为165℃。
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