CN109666876B - 一种高钴马氏体不锈钢及制备方法 - Google Patents

一种高钴马氏体不锈钢及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于合金技术领域，特别涉及一种高钴马氏体不锈钢及其制备方法。本发明提供的高钴马氏体不锈钢，以质量含量计，包括如下化学成分：C 0.03～0.15％，Cr 11.0～13.0％，Ni 3.0～6.0％，Co 8～14％，Mo 3.0～5.0％，Al 0.7～1.5％，V 0.01～0.3％，Nb 0.01～0.03％和Cu 0.1～0.3％，余量为Fe。本发明通过复合强化手段，使高钴马氏体不锈钢在室温条件下的抗拉强度≥2000MPa，且屈服强度≥1700MPa；500℃高温条件下的抗压强度≥1500MPa，且屈服强度≥1280MPa。

Description

一种高钴马氏体不锈钢及制备方法
技术领域
本发明属于合金技术领域，特别涉及一种高钴马氏体不锈钢及其制备方法。
背景技术
不锈钢由于良好的耐腐蚀性，成为机械、交通、化工、船舶、医疗、石油等多个行业的重要材料。随着各行业需求的多样化，不锈钢材料迅猛发展，并逐渐形成马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢多种类型，其中马氏体不锈钢因其力学性能的优异性，引起了国内外众多研究工作者的关注。如中国专利CN102465240A、CN106086701A和CN103334063A，美国的0Cr15Ni7Mo2Al和0Cr13Ni8Mo2Al均公开了具有马氏体组织的不锈钢材料，但上述材料中马氏体不锈钢的抗拉强度低于1600MPa，屈服强度低于1500MPa，难以满足现代行业发展对不锈钢高强度的需求。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种高钴马氏体不锈钢，本发明提供的高钴马氏体不锈钢的抗拉强度达到2000MPa，屈服强度达到1700MPa，能满足现代行业发展对不锈钢强度性能的需求。
为实现以上目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种高钴马氏体不锈钢，以质量含量计，包括如下化学成分：C 0.03～0.15％，Cr 11.0～13.0％，Ni 3.0～6.0％，Co 8～14％，Mo 3.0～5.0％，Al 0.7～1.5％，V 0.01～0.3％，Nb 0.01～0.03％和Cu 0.1～0.3％，余量为Fe。
优选的，以质量含量计，还包括W0.01～1.5％。
优选的，所述高钴马氏体不锈钢的化学成分中，Al含量和Ni含量满足：(2％+2.2Al)≤Ni≤(5％+2.2Al)；
Mo含量和W含量满足：3.0％≤(Mo+W/2)≤5.0％。
本发明提供了上述技术方案所述的高钴马氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将各化学成分对应的原料按照上述质量含量混合，然后将混合原料依次进行真空熔炼和浇铸，得到钢锭；所述真空熔炼的温度为1580～1620℃，真空熔炼的时间为30～180min；真空熔炼的真空度≤5Pa；
(2)将所述步骤(1)得到的钢锭进行锻造，得到锻材；所述锻造的开锻温度为1180～1230℃，终锻温度为800～900℃；
(3)将所述步骤(2)得到的锻材依次进行正火处理和回火处理，得到机加工锻材；
所述正火处理的温度为1080～1130℃，所述正火处理的保温时间为1～3h；
所述回火处理的温度为640～670℃，所述回火处理的保温时间10～20h；
(4)将所述步骤(3)得到的机加工锻材进行热处理，得到高钴马氏体不锈钢；所述热处理包括依次进行的固溶处理、深冷处理和时效处理；
所述固溶处理的温度为1080～1130℃，所述固溶处理的保温时间为1～2h；
所述深冷处理的温度为-73～-196℃，所述深冷处理的保温时间为1～10h；
所述时效处理的温度为520～560℃，所述时效处理的保温时间为3～10h。
优选的，所述步骤(1)真空熔炼的方法包括：
将C源、Al源、V源和Nb源以外其他组分对应的原料混合，进行第I阶段真空熔炼，得到初级熔料；
将C源、Al源、V源和Nb源与所述初级熔料混合，进行第II阶段真空熔炼，得到浇铸用合金液。
优选的，所述步骤(2)锻造前还包括高温均匀化处理，所述高温均匀化处理的温度为1180～1230℃，时间为1～10h。
优选的，所述步骤(3)中，升温至正火处理的温度的速率为1～5℃/min；
升温至回火处理的温度的速率为1～5℃/min。
优选的，所述步骤(4)中固溶处理后，还包括对固溶处理后的锻材进行冷却，所述冷却的方式包括油淬。
优选的，所述步骤(4)中深冷处理过程包括将所述固溶处理得到锻材的温度降低至深冷处理的温度，然后进行保温，再将保温后的锻材升温至室温状态；升温至室温的速率为1～5℃/min。
优选的，所述步骤(4)中时效处理的温度通过升温达到，所述升温的速率为1～20℃/min。
本发明提供的高钴马氏体不锈钢，以质量含量计，包括如下化学成分：C 0.03～0.15％，Cr 11.0～13.0％，Ni 3.0～6.0％，Co 8～14％，Mo 3.0～5.0％，Al 0.7～1.5％，V0.01～0.3％，Nb 0.01～0.03％和Cu 0.1～0.3％，余量为Fe。本发明在低碳高铬马氏体基础上通过碳化物和金属间化合物的共同析出达到高强度，高Co含量能同时提高不锈钢的强度和屈强比；本发明将Co和Ni配合使用，获得高强韧马氏体组织，同时保持马氏体板条的高密度位错；利用Co和Al的配合作用，显著增强β-NiAl相的强化效果，进而提高不锈钢的热强性能；此外，Al在Mo的作用下，β-NiAl和M2C相的复合析出得到强化，进一步提高了不锈钢的强度性能。实施例结果表明，本发明提供的高钴马氏体不锈钢在室温条件下，抗拉强度≥2000MPa，且屈服强度≥1700MPa；500℃高温条件下，抗压强度≥1500MPa，且屈服强度≥1280MPa。
具体实施方式
本发明提供了一种高钴马氏体不锈钢，以质量含量计，包括如下化学成分：C 0.03～0.15％，Cr 11.0～13.0％，Ni 3.0～6.0％，Co 8～14％，Mo 3.0～5.0％，Al 0.7～1.5％，V 0.01～0.3％，Nb 0.01～0.03％和Cu 0.1～0.3％，余量为Fe。
以质量含量计，本发明所述高钴马氏体不锈钢包括C 0.03～0.15％，优选为0.05～0.15％，更优选为0.05～0.12％，再优选为0.05～0.10％，最优选为0.05～0.08％。在本发明中，所述C与Mo、W形成M2C(分别为Mo2C和W2C)型碳化物，与V、Nb形成MC型合金碳化物，碳化物的析出能够增加强化效果，进而获得高强度的不锈钢材。
以质量含量计，本发明所述高钴马氏体不锈钢包括Cr11.0～13.0％，优选为11.0～12.8％，更优选为11.1～12.5％。在本发明中，Cr能引起钢的耐蚀性突变，使高钴马氏体不锈钢具有良好的耐蚀性外，还能取代部分Mo，生成(Mo、Cr)2C型合金碳化物，形成细小弥散沉淀，进而通过析出强化提高不锈钢的强度。另外，Cr在本发明中还能产生固溶强化，具有提升合金淬透性的作用。
以质量含量计，本发明所述高钴马氏体不锈钢包括Ni 3.0～6.0％，优选为4.1～6.0％，更优选为4.2～6.0％，再优选为4.2～5.5％。在本发明中，Ni能产生固溶强化，提高不锈钢的淬透性，保持高位错板条马氏体，提高马氏体基体的抗解理断裂能力，保证有足够的韧性。同时Ni与Al形成NiAl相具有强烈的强化作用，是不锈钢获得高强度的主要手段，在强化中起主要作用。在本发明中，所述Ni在Cr的作用下，能得到完全的马氏体组织，避免奥氏体残留对钢材强度的损害。
以质量含量计，本发明所述高钴马氏体不锈钢包括Co 8～14％，优选为8～13.5％，更优选为8.5～13.1％，再优选为9～13.0％。在本发明中，所述Co可提高钢的韧性，又能促进析出强化反应；Co可以抑制延缓马氏体位错亚结构恢复，保持马氏体板条的高位错密度，为随后析出相的析出提供更多的形核位置。同时Co能降低Al、Mo在马氏体中的固溶度，增加析出相的形核率，可以促进形成细小弥散分布的析出相，提高Ms点，促进奥氏体完全转变为马氏体。通常的不锈钢钢材中，Co的含量在5％以上，但由于Co的加入相当于增加了[Ni]当量，需要保证20％≤(Cr+Ni+Co)≤30％，才能够有效确保马氏体基体的获得，因此，需要对Co的含量进行控制。在本发明中，所述Co含量控制在8～14％，以得到马氏体基体组织。
以质量含量计，本发明所述高钴马氏体不锈钢包括Mo 3.0～5.0％，优选为3.0～4.8％，更优选为3.0～4.5％。在本发明中，Mo能与C形成Mo2C碳化物，同时Mo与Fe能形成Fe2Mo相，从而产生强烈的析出强化，是形成高强度不锈钢的主要原因。随着Mo含量的增加，时效峰值硬度提高，屈服强度提高。Mo还有增加淬透性，产生固溶强化，提高钢的回火抗力以及抑制回火脆性的作用。本发明将Mo含量控制在3.0～5.0％，配合其他组分，以提高Mo的强化效果，同时发挥Mo钝态表面膜的作用，提高不锈钢的耐点蚀性能；还能提高不锈钢的经济性。
以质量含量计，本发明所述高钴马氏体不锈钢包括Al 0.7～1.5％，优选为0.8～1.5％，更优选为0.81～1.2％。Al是本发明的主要强化元素，对提高不锈钢的强度至关重要。在本发明中，Al含量与Ni含量优选满足：(2％+2.2Al)≤Ni≤(5％+2.2Al)。在本发明中，Al能与Ni共格析出β-NiAl相，从而大幅度提高合金的强度，同时由于NiAl相具有较高的抗过时效能力，使合金在中温条件下，仍具有较高的保持强度的能力。本发明将Al含量控制在上述范围，能使Al充分发挥强化效果，还能避免Al降低不锈钢的塑韧性。
以质量含量计，本发明所述高钴马氏体不锈钢包括V 0.01～0.3％，优选为0.02～0.2％，更优选为0.03％。
以质量含量计，本发明提供的高钴马氏体不锈钢包括Nb 0.01～0.03％，优选为0.02～0.03％，更优选为0.03％。
本发明利用V、Nb与C形成MC型碳化物，具有晶粒细化和析出沉淀强化作用，可同时提高不锈钢的强度和韧性。
以质量含量计，本发明所述高钴马氏体不锈钢包括Cu 0.1～0.3％，优选为0.2～0.3％，更优选为0.3％。在本发明中，Cu能提高不锈钢的强度，尤其是中温强度。本发明将Cu含量控制在上述范围，能提高不锈钢的强度性能和热处理工艺性能。
以质量含量计，本发明所述高钴马氏体不锈钢优选还包括W 0.01～1.5％，更优选为0.5～1.2％，再优选为0.8～1.2％。在本发明中，W可做为强化元素与C形成W2C碳化物，产生强烈的二次硬化反应。在上述用量范围内，随着W含量的增加，时效硬化峰值(硬度)和屈服强度提高；同Mo相比，W还可以显著降低合金碳化物的过时效敏感性，提高合金回火稳定性。本发明优选控制W含量与Mo含量满足：3.0％≤(Mo+W/2)≤5.0％，可降低固溶温度，避免组织过大。
本发明所述高钴马氏体不锈钢优选还可以包括附加金属，所述附加金属优选包括Mn和Si；以质量含量计，所述高钴马氏体不锈钢中的Mn优选≤0.1％，更优选为0～0.02％；所述Si优选≤0.1％，更优选为0～0.02％。在本发明中，Mn和Si作为常用脱氧元素允许残留，将Mn和Si元素含量控制在上述范围内，不仅可控制不锈钢合金中的氧含量，还能避免Ms点降低影响马氏体的生成，防止Si过多导致不锈钢塑性的降低。
本发明所述高钴马氏体不锈钢优选还包括不可避免的杂质元素。所述杂质元素优选包括非金属元素和金属元素，所述非金属元素优选包括S、P、O、As和N，所述金属元素优选包括Pd、Sn和Sb。在本发明中，以质量含量计，所述S和P独立地优选≤0.01％，更优选为0.001～0.008％；所述Pd、Sn、Sb和As独立地优选≤0.03％，更优选为0.001～0.02％；所述O优选≤30ppm，所述N优选≤30ppm。本发明优选将杂质元素的含量控制在上述范围，避免杂质元素对不锈钢塑韧性的影响，提高不锈钢的加工性能。
在本发明中，所述高钴马氏体不锈钢室温下的抗拉强度Rm≥2000MPa，屈服强度Rp0.2≥1700MPa，500℃下的抗拉强度Rm≥1500MPa，屈服强度Rp0.2≥1280MPa；断后伸长率(A)为9.0～11.0％、断面收缩率(Z)为48～53％，冲击韧性(Aku)为45～56J。
本发明所述高钴马氏体不锈钢还包括余量的Fe。本发明对所述Fe的具体含量没有特殊要求，能使各组分含量之和达到100％即可。在本发明中，Fe能与Ni、Co、Cr、C等元素共同形成马氏体基体，是主要的基体元素，同时可以与Mo、W等形成laves相通过析出强化提高不锈钢合金的强度。
本发明还提供了上述技术方案所述高钴马氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将各化学成分对应的原料按照上述质量含量混合，然后将混合原料依次进行真空熔炼和浇铸，得到钢锭；所述真空熔炼的温度为1580～1620℃，真空熔炼的时间为30～180min；真空熔炼的真空度≤5Pa；
(2)将所述步骤(2)得到的钢锭进行锻造，得到锻材；所述锻造的开锻温度为1180～1230℃，终锻温度为800～900℃；
(3)将所述步骤(3)得到的锻材依次进行正火处理和回火处理，得到机加工锻材；
所述正火处理的温度为1080～1130℃，所述正火处理的保温时间为1～3h；
所述回火处理的温度为640～670℃，所述回火处理的保温时间10～20h；
(4)将所述步骤(3)得到的机加工锻材进行热处理，得到高钴马氏体不锈钢；所述热处理包括依次进行的固溶处理、深冷处理和时效处理；
所述固溶处理的温度为1080～1130℃，所述固溶处理的保温时间为1～2h；
所述深冷处理的温度为-73～-196℃，所述深冷处理的保温时间为1～10h；
所述时效处理的温度为520～560℃，所述时效处理的保温时间为3～10h。
本发明将各化学成分对应的原料按照上述质量含量混合，然后将混合原料依次进行真空熔炼和浇铸，得到钢锭。在本发明中，所述原料优选包括碳粒、金属Cr、金属Ni、金属Co、金属Mo、金属Al、金属W和纯铁；上原料均以纯金属的块体提供，且各原料的纯度不得小于99％，杂质越少越好。本发明对所述不锈钢原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述真空熔炼的温度为1580～1620℃，优选为1585～1615℃，更优选为1590～1610℃；所述真空熔炼的时间为30～180min，优选为50～60min；所述真空熔炼的真空度≤5Pa，优选为0.1～4MPa。
在本发明中，所述真空熔炼的方法优选包括：
将C源、Al源、V源和Nb源以外其他组分对应的原料混合，进行第I阶段真空熔炼，得到初级熔料；
将C源、Al源、V源和Nb源与所述初级熔料混合，进行第II阶段真空熔炼，得到浇铸用合金液。
本发明优选将C源、Al源、V源和Nb源以外其他组分对应的原料混合，进行第I阶段真空熔炼，得到初级熔料。在本发明中，C源、Al源、V源和Nb源以外其他组分对应的原料优选包括Fe源、Cr源、Ni源、Mo源、Cu源和Co源；当高钴马氏体不锈钢包括W和附加金属时，所述C源、Al源、V源和Nb源以外其他组分对应的原料优选包括W源和附加金属对应的原料。在本发明中，所述第I阶段真空熔炼主要作用是真空脱气，在气体含量未达到要求之前，易烧损、易挥发、易氧化及微量元素先不加入，以利于合金料的收得率，并确保合金成分的准确获得。
在本发明中，所述第I阶段真空熔炼的温度优选为1580～1620℃，更优选为1585～1615℃，再优选为1590～1610℃；所述第I阶段真空熔炼的时间优选为28～35min，更优选为29～32min，更优选为30min；所述第I阶段真空熔炼的真空度优选≤5Pa，更优选为0.1～4MPa。
得到初级熔料后，本发明优选将C源、Al源、V源和Nb源与所述初级熔料混合，进行第II阶段真空熔炼，得到浇铸用合金液。在本发明中，所述第II阶段真空熔炼的温度和真空度选择范围优选与第I阶段真空熔炼的温度和真空度选择范围一致；所述第II阶段真空熔炼的时间与所述第I阶段真空熔炼的时间之和为真空熔炼的时间。
真空熔炼后，本发明将所述真空熔炼后得到的合金液进行浇铸，得到钢锭。在本发明中，所述浇铸的温度优选为1510～1550℃。本发明对所述浇铸的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可。
在本发明中，工业生产高钴马氏体不锈钢时，可在完成真空熔炼后，将真空熔炼所得熔料浇铸成电极，再将所述电极进行真空自耗重熔，得到钢锭。在本发明中，所述电极的重熔方式采用本领域技术人员熟知的方式；所述真空自耗重熔过程中，电极的熔化速度优选为3～8kg/min，更优选为4～7kg/min。本发明优选通过真空自重熔耗，进一步提高熔料组分的均匀性，以得到组织均匀的钢锭。
得到钢锭后，本发明将所述钢锭进行锻造，得到锻材。在本发明中，所述锻造的开锻温度为1180～1230℃，优选为1190～1215℃，更优选为1195～1210℃；所述锻造的终锻温度为800～900℃，优选为820～880℃，更优选为830～875℃。在本发明中，所述锻造前还包括高温均匀化处理，所述高温均匀化处理的温度优选为1180～1230℃，更优选为1190～1215℃，再优选为1195～1210℃；所述高温均匀化处理的时间优选为10～20h，更优选为12～18h，再优选为13～17h。
在本发明中，所述锻材优选为棒材，所述棒材的横截面的形状优选包括圆形或方形；所述棒材相对于钢锭，横截面积形变量优选为10～50％，更优选为10～25％，长度形变量优选为200～500％，更优选为250～350％。本发明对所述锻造的具体实施方式没有特殊要求，能得到上述锻材即可。
得到锻材后，本发明将所述锻材依次进行正火处理和回火处理，得到机加工锻材。在本发明中，所述正火处理的温度为1080～1130℃，优选为1085～1125℃，更优选为1090～1120℃；所述正火处理的保温时间为1～3h，优选为1.2～2.8h，更优选为1.5～2.5h。在本发明中，升温至所述正火处理的温度的速率优选为1～5℃/min，更优选为1～3℃/min。正火处理后，本发明优选将所述正火处理后锻材的温度冷却至室温，所述冷却的方式优选为空冷。
正火处理后，本发明将所述正火处理后的锻材进行回火处理，所述回火处理的温度为640～670℃，优选为645～665℃，更优选为647～662℃，再优选为650～660℃；所述回火处理的保温时间为10～20h，优选为11～19h，更优选为13～17h，再优选为14～16h。在本发明中，升温至回火处理的温度的速率优选为1～5℃/min，更优选为1～3℃/min。回火处理后，本发明优选将所述回火处理后锻材的温度降低至室温，所述冷却的方式为空冷。
本发明在上述条件下对锻材依次进行正火处理和回火处理，能消除锻材内的应力，软化锻材的组织结构，提高锻材的机加工性能。
得到机加工锻材后，本发明对所述机加工锻材进行热处理，得到高钴马氏体不锈钢。在本发明中，所述热处理包括依次进行的固溶处理、深冷处理和时效处理。
在本发明中，所述固溶处理指将待处理样品升温至固溶处理的温度后，进行保温，然后再将样品进行冷却的过程。所述固溶处理的温度为1080～1130℃，优选为1090～1125℃，更优选为1095～1120℃；所述固溶处理的保温时间为1～2h，优选为1～1.5h，更优选为1h。在本发明中，升温至所述固溶处理的温度的速率优选为1～5℃/min，更优选为1～3℃/min；所述冷却的方式优选为油淬。
固溶处理后，本发明将固溶处理后的钢材进行深冷处理。本发明所述深冷处理指将待处理样品降低至低温状态后，进行保温，然后升温至室温的过程。所述深冷处理的温度为-73～-196℃，优选为-80～-150℃，更优选为-100～-120℃；所述深冷处理的保温时间为1～10h，优选为2～9h，更优选为3～8h。在本发明中，降温至所述深冷处理的温度的速率优选为1～10℃/min，更优选为2～5℃/min；所述深冷处理的温度优选通过液氮冷却达到。
在所述深冷处理的温度保温后，本发明将保温后的钢材在空气中静置，使保温后的钢材升温至室温状态。
深冷处理后，本发明将所述深冷处理后的钢材进行时效处理。本发明所述时效处理指将待处理样品升温至时效处理的温度后，然后进行保温，再冷却至室温的过程。在本发明中，所述时效处理的温度为520～560℃，优选为525～555℃，更优选为530～550℃；所述时效处理的保温时间为3～10h，优选为3.5～9h，更优选为4～8h。升温至所述时效处理的温度的速率优选为1～20℃/min，更优选为10～20℃/min，再优选为10～15℃/min。保温后，本发明优选采用空冷的方式，将保温后的试样冷却至室温。
本发明对所述机加工锻材依次进行固溶处理、深冷处理和时效处理，能够获得高韧性的马氏体基体组织和高密度的析出相，获得具有良好强韧性的不锈钢。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的高钴马氏体不锈钢及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～6
以100％质量含量计，实施例1～6的化学成分见表1，余量为Fe；制备方法工艺参数见表2。其中，实施例的熔炼方式为：两阶段熔炼，第I阶段熔炼与第II阶段熔炼的时间之比大约为3:2。
按照GB/T228.1-2010标准测试不锈钢试样的室温拉伸性能；GB/T229-2007标准测试不锈钢试样的室温冲击性能；GB/T4338-2006标准测试不锈钢试样的高温拉伸性能，测试结果见表3所示。
对比例1
合金钢的组分为CN102465240A中例1公开的马氏体不锈钢，按照实施例1的方法制备合金钢；制备工艺及性能测试结果见表2和3。
对比例2
合金钢的组分为CN106086701中例3公开的马氏体不锈钢，制备工艺及性能测试结果见表2和3，其余同实施例1。
对比例3
合金钢的组分为CN103334063A中例2公开的马氏体不锈钢，其中C≤0.03％、Si≤0.30、Mn≤0.50％、S≤0.010、P≤0.020％，其余合金元素见表1，余量为Fe；制备工艺及性能测试结果见表2和3，其余同实施例1。
对比例4
合金钢的组分为0Cr15Ni7Mo2Al，具体参见表1；制备工艺及性能测试结果见表2和3，其余同实施例1。
对比例5
合金钢的组分为0Cr13Ni8Mo2Al，具体参见表1；制备工艺及性能测试结果见表2和3，其余同实施例1。
表1实施例1～6与对比例的化学成分(wt％)
Figure BDA0001929854070000101
Figure BDA0001929854070000111
表2实施例1～6工艺参数
Figure BDA0001929854070000112
表3实施例1～6与对比例不锈钢的力学性能测试结果
Figure BDA0001929854070000121
由表3数据可知，相对于现有技术提供的马氏体不锈钢而言，本发明提供的马氏体不锈钢具有更好的强度性能和韧性，且中温(500℃)条件下仍具有极高的抗拉强度和屈服强度。
由以上实施例可知，本发明提供的方案能够得到强度和韧性均较高的钢材，满足现代行业发展对不锈钢钢材性能提出的更高要求；本发明提供的制备方法简单，易控，适合大规模推广。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种高钴马氏体不锈钢，以质量含量计，包括如下化学成分：C 0.05～0.08％，Cr11.0～11.2％，Ni 3.0～6.0％，Co 8～14％，Mo 3.0～5.0％，Al 0.7～1.5％，V 0.01～0.3％，Nb 0.01～0.03％和Cu 0.1～0.3％，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的高钴马氏体不锈钢，其特征在于，以质量含量计，还包括W0.01～1.5％。
3.如权利要求1或2所述的高钴马氏体不锈钢，其特征在于，所述高钴马氏体不锈钢的化学成分中，Al含量和Ni含量满足：(2％+2.2Al)≤Ni≤(5％+2.2Al)；
Mo含量和W含量满足：3.0％≤(Mo+W/2)≤5.0％。
4.权利要求1～3任一项所述的高钴马氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将各化学成分对应的原料按照上述质量含量混合，然后将混合原料依次进行真空熔炼和浇铸，得到钢锭；所述真空熔炼的温度为1580～1620℃，真空熔炼的时间为30～180min；真空熔炼的真空度≤5Pa；
(2)将所述步骤(1)得到的钢锭进行锻造，得到锻材；所述锻造的开锻温度为1180～1230℃，终锻温度为800～900℃；
(3)将所述步骤(2)得到的锻材依次进行正火处理和回火处理，得到机加工锻材；
所述正火处理的温度为1080～1130℃，所述正火处理的保温时间为1～3h；所述回火处理的温度为640～670℃，所述回火处理的保温时间10～20h；
(4)将所述步骤(3)得到的机加工锻材进行热处理，得到高钴马氏体不锈钢；所述热处理包括依次进行的固溶处理、深冷处理和时效处理；
所述固溶处理的温度为1080～1130℃，所述固溶处理的保温时间为1～2h；所述深冷处理的温度为-73～-196℃，所述深冷处理的保温时间为1～10h；所述时效处理的温度为520～560℃，所述时效处理的保温时间为3～10h。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)真空熔炼的方法包括：
将C源、Al源、V源和Nb源以外其他组分对应的原料混合，进行第I阶段真空熔炼，得到初级熔料；
将C源、Al源、V源和Nb源与所述初级熔料混合，进行第II阶段真空熔炼，得到浇铸用合金液。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)锻造前还包括高温均匀化处理，所述高温均匀化处理的温度为1180～1230℃，时间为10～20h。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，升温至正火处理的温度的速率为1～5℃/min；
升温至回火处理的温度的速率为1～5℃/min。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中固溶处理后，还包括对固溶处理后的锻材进行冷却，所述冷却的方式包括油淬。
9.如权利要求4或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中深冷处理过程包括将所述固溶处理得到锻材的温度降低至深冷处理的温度，然后进行保温，再将保温后的锻材升温至室温状态；升温至室温的速率为1～5℃/min。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中时效处理的温度通过升温达到，所述升温的速率为1～20℃/min。
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