CN106756474A - 一种耐高温温度传感器用合金钢及其制备方法 - Google Patents

一种耐高温温度传感器用合金钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温温度传感器用合金钢，其各组分的重量百分数如下：C：0.10‑0.20％，Mn：1.5‑2.0％，S＜0.03％，P＜0.035％，Si：0.8‑1.0％，Cr：24‑25％，Mo：0.06‑0.08％，V：0.05‑0.10％，W：0.3‑1.5％，Ti：0.05‑0.15％，Bi：0.1‑0.3％，Y：0.2‑0.6％，Ni：14‑15％，稀土：0.02‑0.08％，Al：0.04‑0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还公开了上述一种耐高温温度传感器用合金钢的制备方法。本发明通过对组分进行合理选择，制备得到的合金钢具有优异的耐高温性能，耐腐蚀性能优异。

Description

一种耐高温温度传感器用合金钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金钢材料领域，尤其涉及一种耐高温温度传感器用合金钢及其制备方法。
背景技术
温度传感器在使用过程中，其中热敏电阻起着重要的作用，而热敏电阻是一种具有温度敏感性的半导体电阻，一旦超过一定的温度时，它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高，能够电流浪涌过大，温度过高时对电路起保护作用。
在工作电流下，产生的热量和散发的热量达到平衡电流可以正常通过，当过大电流通过时，元件产生大量的热量不能及时的散发出去，导致电阻迅速上升，限制了大电流通过，从而起到过流保护作用，但随着社会进步，新兴的电气设备需要更灵敏温度控制和调节。
而温度传感器中热敏电阻的使用材料大多为合金钢，现有技术中的合金钢的耐高温性能无法满足实际使用过程中的需求，因此亟需设计一种耐高温温度传感器用合金钢来解决现有技术中的问题。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种耐高温温度传感器用合金钢及其制备方法。通过对组分进行合理选择，制备得到的合金钢具有优异的耐高温性能，耐腐蚀性能优异。
本发明提出的一种耐高温温度传感器用合金钢，其各组分的重量百分数如下：C：0.10-0.20％，Mn：1.5-2.0％，S＜0.03％，P＜0.035％，Si：0.8-1.0％，Cr：24-25％，Mo：0.06-0.08％，V：0.05-0.10％，W：0.3-1.5％，Ti：0.05-0.15％，Bi：0.1-0.3％，Y：0.2-0.6％，Ni：14-15％，稀土：0.02-0.08％，Al：0.04-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，Si含量与Mn含量之比Si/Mn以重量比计，满足0.4＜Si/Mn＜0.7。
优选地，Cr、Ni及W的合计含量(Cr+Ni+W)与C的含量之比(Cr+Ni+W)/C以重量比计，满足191.5＜(Cr+Ni+W)/C＜415。
优选地，Mo和V的合计含量(Mo+V)与C含量之比(Mo+V)/C以重量比计，满足0.55＜(Mo+V)/C＜1.8。
优选地，其各组分的重量百分数如下：C：0.12-0.18％，Mn：1.6-1.9％，S＜0.02％，P＜0.030％，Si：0.85-0.95％，Cr：24.2-24.8％，Mo：0.065-0.075％，V：0.06-0.09％，W：0.4-1.4％，Ti：0.08-0.12％，Bi：0.15-0.25％，Y：0.3-0.5％，Ni：14.2-14.8％，稀土：0.03-0.07％，Al：0.045-0.055％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选地，其各组分的重量百分数如下：C：0.15％，Mn：1.75％，S：0.02％，P：0.030％，Si：0.9％，Cr：24.5％，Mo：0.07％，V：0.075％，W：0.9％，Ti：0.10％，Bi：0.2％，Y：0.4％，Ni：14.5％，稀土：0.05％，Al：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的一种耐高温温度传感器用合金钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、锰块、硫粉、磷粉、硅粉、铬锭、钼锭、钒锭、钨块、钛粉、铋锭、镍块和铝块进行熔炼，得到合金液，然后加入稀土进行变质处理；
S2、向S1中经过变质处理的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：0.10-0.20％，Mn：1.5-2.0％，S＜0.03％，P＜0.035％，Si：0.8-1.0％，Cr：24-25％，Mo：0.06-0.08％，V：0.05-0.10％，W：0.3-1.5％，Ti：0.05-0.15％，Bi：0.1-0.3％，Y：0.2-0.6％，Ni：14-15％，稀土：0.02-0.08％，Al：0.04-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，然后将铸件升温至750-850℃，保温0.5-1.5h，接着升温至1050-1070℃，保温1.5-3.5h，然后空冷至室温，接着升温至480-660℃进行时效处理，时效处理的时间为1.5-3.5h，然后空冷至室温得到耐高温温度传感器用合金钢。
优选地，S1中，熔炼的温度为1400-1420℃。
优选地，S1中，变质处理的温度为1450-1550℃。
本发明的耐高温温度传感器用合金钢除了铬元素和镍元素的高含量外，在合金中还加入了一定量的钼和钒。由于钼元素的外层电子为4d55s1，其d亚层5个价电子呈半稳定状态，极易引起电子迁移，所以钼优先溶于固溶体，促使合金内部金属粒子间的键能加大(可形成共价键和金属键)；其原子半径彼此不等，当达到平衡时，必然导致晶格的畸变和自由能的降低，这样就大大提高了再结晶的温度，从而有效地提高了材料的热强性，钼是材料中主要的强化元素。
当材料在高温下长期运行后，一部分钼会从固溶体内析出，转入碳化物中，造成固溶体中贫钼，从而降低了材料的蠕变性能。为克服此缺点，在钢材中同时加入了少量的金属元素钒。钒的外层电子为3d34S2，d亚层电子极不稳定，与碳的亲和力较大，能与碳生成VC和V4C3，它们在钢中形成细小、均匀、高度弥散分布的微粒，这些微粒分布在晶内和晶界上，其作用是降低原子扩散的速度，阻碍碳化物的聚集长大，从而提高了热强性。此外，由于钒与碳的亲和力大于钼和铬与碳的亲和力，能阻碍钼和铬由固溶体向碳化物中的转移，避免了固溶体中钼和铬的贫化，达到了稳定基体组织、提高强化效果的目的，要求加入的钒应与钼有一定的比例，过量的钒其碳化物将粗化，反而会降低热强性。
由于本发明的合金钢属于高铬、镍系列奥氏体不锈钢，其抗氧化腐蚀的能力，一方面，该合金表面具有高致密度且与基体结合牢固的Cr2O3氧化膜的保护，奥氏体是单晶体。随着温度的增高，奥氏体晶粒长大变粗，晶界总面积随之减少，体系内的自由能降低，金相结构更加稳定。另一方面，由于铬和镍的作用，使合金中晶粒电极电位升高，为正电位完全钝化，与此同时，因晶界的减少就减少了微电池的数目，从而使电化腐蚀的机率大大降低。一般认为，电化腐蚀是金属腐蚀的主要原因，而晶间腐蚀则是不锈钢的主要腐蚀形式。其磨蚀机理是晶界和晶粒之间在成份组织上的差别造成了电位差。晶粒成为大阴极区，晶界成为小阳极区，以致腐蚀沿晶界发展。电位差愈大，腐蚀也愈迅速，防止的根本措施是使晶粒与晶界的电位相等，电位差趋于零。钨是提高本发明含金钢材料硬度的合金元素，其特性为高熔点(原子半径小，有效核电荷大)、与碳的亲合力不强，外层电子排布为5d46S2，d亚层轨道电子空缺多，d电子也参与成键，增强了金属键和晶格的能量，可与金属形成金属化合物等。在溶入固溶体后，以合金渗碳体Fe2W4C的形式存在奥氏体中，含钨的合金渗碳体(FeW)6C的硬度远高于渗碳体FeC，所以掌控好钨的加入量，使含钨合金渗碳体在奥氏体内弥散的分布就可以达到提高材料硬度与耐磨性的目的。
本发明通过控制硅元素和锰元素的配比，有显著的固溶强化作用，并使钢的回火脆性温度移向高温，这就使钢的回火温度提高，获得较高的韧性，锰在钢中能提高淬透性及强度，显著增加残余奥氏体量，并增大钢的过热倾向和增大回火脆性倾向，赋予本发明合计钢既具有优异的韧性又具有高硬度的性能。控制铬元素、镍元素和钨元素的合计含量与碳元素含量的配比，赋予本发明耐高温性能的同时具有优异的硬度。本发明在制备过程中，通过热处理消除导辊铸态组织中存在于晶界的网状渗碳体，并保持高硬度的V，Ti，W的碳化物；时效是为了充分发挥合金钢中加入的V，Ti及Nb的弥散强化作用，提高奥氏体基体的硬度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
实施例1
本发明提出的一种耐高温温度传感器用合金钢，其各组分的重量百分数如下：C：0.15％，Mn：1.75％，S：0.02％，P：0.030％，Si：0.9％，Cr：24.5％，Mo：0.07％，V：0.075％，W：0.9％，Ti：0.10％，Bi：0.2％，Y：0.4％，Ni：14.5％，稀土：0.05％，Al：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
实施例2
本发明的一种耐高温温度传感器用合金钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、锰块、硫粉、磷粉、硅粉、铬锭、钼锭、钒锭、钨块、钛粉、铋锭、镍块和铝块进行熔炼，熔炼的温度为1400℃，得到合金液，然后加入稀土进行变质处理，变质处理的温度为1550℃；
S2、向S1中经过变质处理的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：C：0.10％，Mn：2.0％，S：0.02％，P:0.030％，Si：0.8％，Cr：25％，Mo：0.06％，V：0.10％，W：0.3％，Ti：0.15％，Bi：0.1％，Y：0.6％，Ni：14％，稀土：0.08％，Al：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，然后将铸件升温至750℃，保温1.5h，接着升温至1050℃，保温3.5h，然后空冷至室温，接着升温至480℃进行时效处理，时效处理的时间为3.5h，然后空冷至室温得到耐高温温度传感器用合金钢。
实施例3
本发明的一种耐高温温度传感器用合金钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、锰块、硫粉、磷粉、硅粉、铬锭、钼锭、钒锭、钨块、钛粉、铋锭、镍块和铝块进行熔炼，熔炼的温度为1420℃，得到合金液，然后加入稀土进行变质处理，变质处理的温度为1450℃；
S2、向S1中经过变质处理的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：0.20％，Mn：1.5％，S：0.01％，P:0.03％，Si：1.0％，Cr：24％，Mo：0.08％，V：0.05％，W：1.5％，Ti：0.05％，Bi：0.3％，Y：0.2％，Ni：15％，稀土：0.02％，Al：0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，然后将铸件升温至850℃，保温0.5h，接着升温至1070℃，保温1.5h，然后空冷至室温，接着升温至660℃进行时效处理，时效处理的时间为1.5h，然后空冷至室温得到耐高温温度传感器用合金钢。
实施例4
本发明的一种耐高温温度传感器用合金钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、锰块、硫粉、磷粉、硅粉、铬锭、钼锭、钒锭、钨块、钛粉、铋锭、镍块和铝块进行熔炼，熔炼的温度为1405℃，得到合金液，然后加入稀土进行变质处理，变质处理的温度为1520℃；
S2、向S1中经过变质处理的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：0.12％，Mn：1.9％，S：0.005％，P:0.015％，Si：0.85％，Cr：24.8％，Mo：0.065％，V：0.09％，W：0.4％，Ti：0.12％，Bi：0.15％，Y：0.5％，Ni：14.2％，稀土：0.07％，Al：0.045％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，然后将铸件升温至780℃，保温1.2h，接着升温至1055℃，保温3.2h，然后空冷至室温，接着升温至490℃进行时效处理，时效处理的时间为3.2h，然后空冷至室温得到耐高温温度传感器用合金钢。
实施例5
本发明的一种耐高温温度传感器用合金钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、锰块、硫粉、磷粉、硅粉、铬锭、钼锭、钒锭、钨块、钛粉、铋锭、镍块和铝块进行熔炼，熔炼的温度为1415℃，得到合金液，然后加入稀土进行变质处理，变质处理的温度为1480℃；
S2、向S1中经过变质处理的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：0.18％，Mn：1.6％，S：0.015％，P:0.005％，Si：0.95％，Cr：24.2％，Mo：0.075％，V：0.06％，W：1.4％，Ti：0.08％，Bi：0.25％，Y：0.3％，Ni：14.8％，稀土：0.03％，Al：0.055％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，然后将铸件升温至820℃，保温0.8h，接着升温至1065℃，保温1.8h，然后空冷至室温，接着升温至650℃进行时效处理，时效处理的时间为1.8h，然后空冷至室温得到耐高温温度传感器用合金钢。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐高温温度传感器用合金钢，其特征在于，其各组分的重量百分数如下：C：0.10-0.20％，Mn：1.5-2.0％，S＜0.03％，P＜0.035％，Si：0.8-1.0％，Cr：24-25％，Mo：0.06-0.08％，V：0.05-0.10％，W：0.3-1.5％，Ti：0.05-0.15％，Bi：0.1-0.3％，Y：0.2-0.6％，Ni：14-15％，稀土：0.02-0.08％，Al：0.04-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐高温温度传感器用合金钢，其特征在于，Si含量与Mn含量之比Si/Mn以重量比计，满足0.4＜Si/Mn＜0.7。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温温度传感器用合金钢，其特征在于，Cr、Ni及W的合计含量(Cr+Ni+W)与C的含量之比(Cr+Ni+W)/C以重量比计，满足191.5＜(Cr+Ni+W)/C＜415。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐高温温度传感器用合金钢，其特征在于，Mo和V的合计含量(Mo+V)与C含量之比(Mo+V)/C以重量比计，满足0.55＜(Mo+V)/C＜1.8。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温温度传感器用合金钢，其特征在于，其各组分的重量百分数如下：C：0.12-0.18％，Mn：1.6-1.9％，S＜0.02％，P＜0.030％，Si：0.85-0.95％，Cr：24.2-24.8％，Mo：0.065-0.075％，V：0.06-0.09％，W：0.4-1.4％，Ti：0.08-0.12％，Bi：0.15-0.25％，Y：0.3-0.5％，Ni：14.2-14.8％，稀土：0.03-0.07％，Al：0.045-0.055％，其余为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耐高温温度传感器用合金钢，其特征在于，其各组分的重量百分数如下：C：0.15％，Mn：1.75％，S：0.02％，P：0.030％，Si：0.9％，Cr：24.5％，Mo：0.07％，V：0.075％，W：0.9％，Ti：0.10％，Bi：0.2％，Y：0.4％，Ni：14.5％，稀土：0.05％，Al：0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的耐高温温度传感器用合金钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将铁块、碳粉、锰块、硫粉、磷粉、硅粉、铬锭、钼锭、钒锭、钨块、钛粉、铋锭、镍块和铝块进行熔炼，得到合金液，然后加入稀土进行变质处理；
S2、向S1中经过变质处理的合金液进行精炼脱硫、脱氧，进行检测，合金液按重量百分比包括如下组分：C：0.10-0.20％，Mn：1.5-2.0％，S＜0.03％，P＜0.035％，Si：0.8-1.0％，Cr：24-25％，Mo：0.06-0.08％，V：0.05-0.10％，W：0.3-1.5％，Ti：0.05-0.15％，Bi：0.1-0.3％，Y：0.2-0.6％，Ni：14-15％，稀土：0.02-0.08％，Al：0.04-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S3、将S2中得到合金液进行浇注，经铸造成型，清理，得到铸件，然后将铸件升温至750-850℃，保温0.5-1.5h，接着升温至1050-1070℃，保温1.5-3.5h，然后空冷至室温，接着升温至480-660℃进行时效处理，时效处理的时间为1.5-3.5h，然后空冷至室温得到耐高温温度传感器用合金钢。
8.根据权利要求7所述的耐高温温度传感器用合金钢的制备方法，其特征在于，S1中，熔炼的温度为1400-1420℃。
9.根据权利要求7或8所述的耐高温温度传感器用合金钢的制备方法，其特征在于，S1中，变质处理的温度为1450-1550℃。
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