CN108048755B

CN108048755B - 一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢

Info

Publication number: CN108048755B
Application number: CN201711106507.5A
Authority: CN
Inventors: 范芳雄; 刘军; 王灵水; 李春合; 梁晓辉
Original assignee: Luoyang Sunrui Special Equipment Co Ltd
Current assignee: CSSC Shuangrui Luoyang Special Equipment Co Ltd
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2017-11-10
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: CN108048755A

Abstract

一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢，不锈钢铸件的化学成分按百分比含有C≤0.03%、Si≤1%、Mn≤2%、S≤0.03%、P≤0.04%、Cr：25~28%、Ni：4~6%、Mo：4~8%、Cu：0~5%、N：0~0.3%，其余为Fe及不可避免的杂质，Mo/Ni范围为0.75‑1.5，PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N)≥41；制造工艺流程为：熔炼、铸造、固溶、硬化处理，通过成分改进，获得固溶态铁素体含量远高于普通双相不锈钢的组织，双相不锈钢相比例要求（30%～70%），发明材料铁素体含量≥70%，实现不锈钢硬度大幅度提升，通过熔炼、铸造、固溶、硬化处理进一步实现耐蚀高硬度性能。

Description

一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢

技术领域

本发明属于高硬耐蚀不锈钢技术领域，具体说的是一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢。

背景技术

现有不锈钢有奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢沉淀硬化不锈钢等，其中除马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢可采用热处理强化外，其余不锈钢通常均在固溶态使用，硬度较低，同时难以满足流体输送时空蚀及磨粒磨损的要求，如采用中温析出强化，通常由于相析出导致元素局部贫化而严重影响材料的耐蚀性能。由于双相不锈钢由铁素体和奥氏体两相组成，通常其其中一相的相比例为30%-70%之间，同时具有铁素体不锈钢的高耐应力腐蚀、较高的强度和奥氏体不锈钢的低温韧性好、焊接性能好等特点，因此被广泛应用于流体输送场合，如海洋工程、核电、石油化工、造纸等行业。

现有国内外广泛应用的流体输送用不锈钢有17-4PH、0Cr16Ni5Mo、0Cr13Ni4Mo、17-7PH等马氏体及沉淀硬化不锈钢和3A、4A、5A、1B等及类似成分的铸造双相不锈钢。这些材料中沉淀硬化不锈钢和马氏体不锈钢热处理后硬度通常可达HRC30左右，但由于合金元素含量较低，耐蚀性较差，不适用苛刻腐蚀介质使用。铸造双相不锈钢通常硬度可达HRC25左右。耐蚀性优良，但由于硬度相对较低，耐磨性能较差。尤其是泥沙及固体颗粒含量较高场合，如渣浆泵，污液泵等应用场合。使用寿命低，需经常更换。如电厂脱硫泵用叶轮通常使用寿命不到1年就会因磨损过度而失效。造成了极大的材料浪费和人力浪费。

现有技术通常通过局部堆焊或喷涂耐磨覆盖层来解决磨损问题，但由于耐磨层脆性大、厚度薄、价格高、对制造工艺要求极高，在实际使用过程中极易出现异常失效，导致故障停机而造成巨大损失。因此对于重要的流体输送场合通常不采用该类解决措施。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢，通过成分改进，获得固溶态铁素体含量远高于普通双相不锈钢的组织，双相不锈钢相比例要求（30%～70%），发明材料铁素体含量≥70%，实现不锈钢硬度大幅度提升，通过熔炼、铸造、固溶、硬化处理进一步实现耐蚀高硬度性能。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢，不锈钢铸件的化学成分按质量百分比含有C≤0.03%、Si≤1%、Mn≤2%、S≤0.03%、P≤0.04%、Cr：25~28%、Ni：4~6%、 Mo：4~8%、Cu：0~5%、 N：0~0.3%，其余为Fe及不可避免的杂质，Mo/Ni范围为0.75-1.5，PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N) ≥41；

该不锈钢铸件通过如下步骤制得：

步骤一、熔炼：利用熔炼工艺对不锈钢原料进行熔炼，保证钢液出钢温度为1620±30℃；

步骤二、铸造：将钢液倒入铸模进行浇注，浇注温度1450℃～1550℃，浇注完成后，当铸件温度900-1000℃时，取出铸件；

步骤三、固溶：保证弱氧化性气氛并对铸件进行热处理，热处理固溶温度为1060℃~1180℃，在保温后快速冷却至室温，固溶后固溶态奥氏体体含量小于30%，完成固溶；

步骤四、硬化处理：对铸件表面进行硬化处理，硬化处理温度为450~1000℃，保温后空冷或快速冷却，硬化处理的快速冷却速度大于热处理固溶快速冷却速度，得到硬度达到35~50HRC的不锈钢铸件。

进一步，所述的浇注温度为1470～1520℃。

进一步，所述的热处理固溶温度为1150~1180℃。

进一步，采用中频炉和AOD炉进行熔炼工艺，或采用电弧炉和VOD炉进行熔炼工艺。

进一步，所述的硬化处理温度为450~550℃。

进一步，所述的硬化处理温度为750~900℃。

本发明的有益效果是：通过成分改进，获得固溶态铁素体含量远高于普通双相不锈钢的组织，双相不锈钢相比例要求（30%～70%），发明材料铁素体含量≥70%，通过硬化过程的硬质相σ相或ε铜相的析出，实现不锈钢硬度大幅度提升。同时选用≥25%的Cr含量和≥4%的Mo含量,PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N)≥41,获得极高的耐蚀性能。同时搭配成分规定范围的N、Ni、Cu合金含量，控制C等元素含量，避免硬化过程除σ相外其余有害相的析出，实现硬化硬化过程不显著降低材料的耐蚀性能。材料成本与现有双相不锈钢相当。

附图说明

图1为本发明不锈钢的典型金相组织。

具体实施方式

一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢，不锈钢铸件的化学成分按质量百分比含有C≤0.03%、Si≤1%、Mn≤2%、S≤0.03%、P≤0.04%、Cr：25~28%、Ni：4~6%、 Mo：4~8%、Cu：0~5%、 N：0~0.3%，其余为Fe及不可避免的杂质， PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N) ≥41，成分设计中Mo含量≥4%，Ni含量4~6%,较双相不锈钢有更高的Mo/Ni比值和铁素体不锈钢更高的Ni含量。Mo/Ni范围0.75-1.5，保证良好的抗局部腐蚀性能。

本发明设计了一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢的制造方法，其制造工艺流程为：熔炼→铸造→固溶→硬化处理。

其中，冶炼选用工艺应能保证成分符合设计要求，并应控制H、O气体含量以避免铸造缺陷。冶炼工艺可采用通常不锈钢冶炼的中频/电弧+AOD/VOD或真空熔炼及其组合方法熔炼，常用的是采用中频/电弧+AOD/VOD熔炼工艺进行熔炼，采用中频/电弧+AOD/VOD熔炼工艺可以有效保证材料极低的C含量，同时通过AOD/VOD精炼可以有效提高材料纯净度，提高材料收得率，并可利用N₂吹入实现N合金化。有效降低材料冶炼成本。

由于设计材料具有≥4%的Mo含量和≥25%的Cr含量，材料在浇注后的凝固过程中脆化严重，极易导致铸件开裂。材料浇注系统应设置合适的浇道、冷铁、补缩冒口及排气装置。钢液出钢温度1620±30℃，浇注温度1450℃～1550℃；优选的浇注温度为1470℃～1520℃。浇注温度过高将导致严重的粘砂、浇道冲蚀严重、铸件表面不佳，浇注温度过低会导致冷隔、充型不满等缺陷。浇注系统应采用陶瓷过滤片对钢液进行过滤，净化钢液，避免夹渣等缺陷。为降低热应力，保证补缩质量，浇注温度处于较低范围，应选用发热冒口进行补缩，避免疏松、缩孔等铸造缺陷的产生。铸件浇注后应及时打箱，打箱铸件温度≥900℃。优选打箱铸件温度≥1000℃。

固溶处理应选用天然气炉或高温电阻炉进行热处理，热处理过程应保证弱氧化性气氛。热处理固溶温度1060℃~1180℃保温后快速冷却。优选的固溶温度≥1150℃，保证固溶后固溶态奥氏体体含量小于30%。以保证材料硬化过程的硬化效果。

硬化处理温度为450~1000℃保温后空冷或更快速度冷却。优选的硬化温度为450~550℃和750~900℃。

材料质量制造过程的冒口切割、缺陷修磨等工序应采用机械切割法进行，如采用热切割等方法进行切割，应严格控制热输入量，避免不良缺陷产生。

材料经上述流程制造后，材料通过中温硬化析出产生急剧硬化效果，硬化处理后材料硬度可达到35~50HRC,耐磨性能急剧提高。

以上发明的硬化工艺不限于本发明所述的材料成分。对于Mo含量≤4%，PREN≤41的材料在获得相应组织的条件下也可获得良好的硬化效果。但耐蚀性稍低。

（1）实施例1

铸件化学成分百分比为：C：0.028%，Si：0.516 %,Mn：0.803%,S：0.01%,P：0.038%,Cr:25.8%,Ni:4.79%, Mo:4.1%,Cu:2.68%,N:0.12%

经1060度固溶处理和820度硬化处理后，铸件硬度达到37HRC。

（2）实施例2

经1130度固溶处理和850度硬化处理后，铸件硬度达到43HRC。

（3）实施例3

不锈钢铸件化学成分百分比为：C：0.012%，Si：0.43 %,Mn：1.2%,S：0.02%,P：0.035%,Cr:26.1%,Ni:4.76%, Mo:4.6%,Cu:1.5%,N:0.10%

经1150度固溶处理和850度硬化处理后，铸件硬度达到46HRC。

（4）实施例4

铸件化学成分百分比为：C：0.012%，Si：0.43 %,Mn：1.2%,S：0.02%,P：0.035%,Cr:26.1%,Ni:4.76%, Mo:4.6%,Cu:1.5%,N:0.10%

经1170度固溶处理和850度硬化处理后，铸件硬度达到47HRC。

（5）实施例5

铸件化学成分百分比为：C：0.014%，Si：0.35%，Mn：0.68%，S：0.01%，P：0.02%，Cr：26%，Ni：5.2，Mo,4.4%，Cu：3.5%，N:0.05%。

经1150度固溶热处理和530度时效硬化处理后，铸件硬度达39HRC。

Claims

1.一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢，其特征在于：不锈钢铸件的化学成分按质量百分比含有C≤0.03%、Si≤1%、Mn≤2%、S≤0.03%、P≤0.04%、Cr：25~28%、Ni：4~6%、Mo：4~8%、Cu：0~5%、 N：0~0.3%，其余为Fe及不可避免的杂质，Mo/Ni范围为0.75-1.5，PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N) ≥41；

该不锈钢铸件通过如下步骤制得：

步骤一、熔炼：利用熔炼工艺对不锈钢原料进行熔炼，采用中频炉和AOD炉进行熔炼工艺，或采用电弧炉和VOD炉进行熔炼工艺，保证钢液出钢温度为1620±30℃；

步骤二、铸造：将钢液倒入铸模进行浇注，浇注温度1450℃～1550℃，浇注完成后，当铸件温度900～1000℃时，取出铸件；

2.如权利要求1所述的一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢，其特征在于：所述的浇注温度为1470～1520℃。

3.如权利要求1所述的一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢，其特征在于：所述的热处理固溶温度为1150~1180℃。

4.如权利要求1所述的一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢，其特征在于：所述的硬化处理温度为450~550℃。

5.如权利要求1所述的一种用于流体输送的高硬度耐蚀铸造不锈钢，其特征在于：所述的硬化处理温度为750~900℃。