CN110257718B - 一种耐磨损的不锈钢结构合金及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨损的不锈钢结构合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐磨损的不锈钢结构合金及其制备方法，合金包括如下质量百分比的成分：C：0.28～0.32；Cr：4～6；Si：0.5～0.6；Mn：0.3～0.6；P：0.02；S：0.02；Co：0.005～0.007；W：0.007～0.009；Cu：0.030～0.038；余量为Fe和不可避免的杂质。制备方法包括：按上述成分和配比进行配料、电炉冶炼，得到钢水；采用连铸的方法将钢水冶炼成钢坯；将钢坯进行精炼处理和电渣重熔，在850～870℃下进行退火处理；将退火后钢锭进行锻造开坯，得到不锈钢结构合金。本发明提供的合金强度高，耐磨性好，将其作为冲桩机锤牙能解决其易断裂、不耐磨损的问题。

Description

一种耐磨损的不锈钢结构合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及不锈钢材料技术领域，特别涉及一种耐磨损的不锈钢结构合金及其制备方法。
背景技术
随着工业的发展，在极端温度、湿度和酸性下作业的设备越来越多，这就对设备的不锈钢材料提出了很高的要求，例如，具有良好抗氧化性、耐腐蚀性，高强度，以及良好的耐磨性等。材料的耐磨性是指在一定的摩擦条件下抵抗磨损的能力。当磨料与材料相互作用时，对材料耐磨性或磨损发生过程主要影响因素有两方面：一是材料本身，包括材料的成分、显微组织和力学性能；二是磨料特性和磨料与材料相互作用时的接触应力、相对运动速度、环境、介质等外部参数。提高不锈钢耐磨性的有效措施是加入合金元素，提高硬度。
本发明经过科研人员的设计和反复试验，优化了材料的配方，形成完整的材料与工艺一体的资源节约型高强度、耐磨损不锈钢结构合金材料制造技术。
发明内容
本发明提供了一种耐磨损的不锈钢结构合金及其制备方法，其目的是为了提高不锈钢结构合金的强度和耐磨性能。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐磨损的不锈钢结构合金，名称为3Cr5SiMn，包括如下质量百分比的成分：
C 0.28～0.32
Cr 4～6
Si 0.5～0.6
Mn 0.3～0.6
P 0.02
S 0.02
Co 0.005～0.007
W 0.007～0.009
Cu 0.030～0.038
余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述不锈钢结构合金包括如下质量百分比的成分：
C 0.30
Cr 5
Si 0.5
Mn 0.5
P 0.02
S 0.02
Co 0.006
W 0.008
Cu 0.035
余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述不锈钢结构合金的抗拉强度不小于1200MPa，硬度不小于218HB。
优选地，所述不锈钢结构合金的冲击韧性大于65J，延伸率不小于11.6％。
本发明还提供一种所述不锈钢结构合金的制备方法，包括如下步骤：
(1)按权利要求1中所述质量百分比的成分进行配料，再进行电炉冶炼，得到钢水；
(2)采用连铸的方法将步骤(1)所得钢水冶炼成钢坯；
(3)将步骤(2)所得钢坯进行精炼处理和电渣重熔，得到不锈钢钢锭；
(4)将步骤(3)所得不锈钢钢锭在850～870℃下进行退火处理；
(5)将退火后钢锭进行锻造开坯，得到不锈钢结构合金；开坯始锻温度为1200℃，终锻温度为950℃。
终锻温度低于950℃容易导致钢材断裂。
优选地，所述电渣重熔中氢含量为3ppm；氧含量为80ppm；氮含量为30ppm。
钢材内部氢、氮、氧的含量决定钢材质量，氢的含量过高会使钢材内部出现氢脆与金相发纹，导致材料开裂顺向；氮的含量控制适当范围内对调控材料性能有益，但氮的含量过高会降低材料冲击韧性，引起晶粒间发生腐蚀，出现钢材撕裂；氧在钢材内部通常以化合态和游离态共存(主要为化合态)，含量过高会导致气孔的产生。将氢、氧和氮控制在上述含量能保证钢材的质量和纯净度。
优选地，步骤(4)中退火处理后以0.8～1.0℃/s的降温速度冷却至300℃后出炉。
优选地，所述锻造开坯后在180～500℃下保温至少1h后出炉。
碳(C)可提高钢的淬硬性和强度，提高钢淬火后的耐磨性。在高合金钢中会形成大量的合金碳化物，为保证钢热处理后有较佳的硬度，含碳量比相应的碳钢要高。C以质量％计为0.28～0.32。
铬(Cr)既能使铁基固溶体的电极位提高又能吸收铁的电子使铁钝化，是保证钢具有耐磨性的主要元素。当Cr含量低于4％时，对提高钢的耐磨性不明显，当Cr含量过高时会影响钢的热处理性能，提高了热处理难度，又提高了生产成本。因此，Cr以质量％计为4～6。
硅(Si)是钢中存在的一种杂质元素，但可作为脱氧剂而存在钢中，是钢中的有益元素。硅含量较低时，能提高钢材的强度，对塑性和韧性无明显影响，含量高时具有脆性。Si以质量％计在0.5～0.6。
锰(Mn)可在一定程度上提高钢的淬透性。通常以MnS的形式固定钢中的S。Mn能消除或减轻氧、硫引起的热脆性，大大改善钢材的热加工性能，但过多的Mn会降低钢的韧性。Mn以质量％计在0.3～0.6。
磷(P)是钢中的杂质元素，炼钢过程中不易去除。随着磷含量的增加，钢材的强度、屈强比、硬度均提高，而塑性和韧性显著降低。尤其是温度越低，对塑性和韧性的影响越大，显著加大钢材的冷脆性。但是P可提高钢材的耐磨性和耐蚀性，故可配合其他元素作为合金元素使用，从生产成本及其对钢性能的影响考虑，P以质量％计在0.02。
硫(S)是钢中的杂质元素，对钢的耐蚀性不利，S以质量％计在0.02。
钴(Co)是钢中的合金元素。提高钢的红硬性，提高钢的Ms温度，改善了钢的热处理性能，进而提高了钢的焊接性能，减少了焊后裂纹的产生，提高了钢的加工性能。Co以质量％计为0.005～0.007。
钨(W)的熔点高，钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性，W以质量％计为0.007～0.009。
铜(Cu)的少量加入能提高耐腐蚀性，如果过低就得不到充分效果，如果过高则会使热加工性能下降，而且退火后也得不到足够的硬度。因此，Cu以质量％计为0.030～0.038。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明提供的耐磨损的不锈钢结构合金强度高，耐腐蚀性好，耐磨性好；所述不锈钢结构合金的抗拉强度不小于1200MPa，硬度不小于218HB，冲击韧性大于65J，延伸率不小于11.6％。将本发明提供的结构合金作为冲桩机锤牙能解其决易断裂、不耐磨损的问题。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
实施例1
该实施例提供的耐磨损的不锈钢结构合金质量百分比成分为：C：0.30；Cr：5；Si：0.5；Mn：0.5；P：0.02；S：0.02；Co：0.006；W：0.008；Cu：0.035；余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例中的耐磨损的不锈钢结构合金的制备方法包括如下步骤：
(1)按上述合金成分的组成配制原料，并对配制后的原料进行电炉冶炼，得到钢水；
(2)采用连铸的方法将步骤(1)所得钢水冶炼成钢坯；连铸过程采用全封闭浇注，中间包钢液过热度为20℃，结晶器和铸坯凝固末端采用电磁搅拌；
(3)将步骤(2)所得钢坯进行精炼处理和电渣重熔和锻造，得到不锈钢钢锭；电渣重熔中氢含量为3ppm；氧含量为80ppm；氮含量为30ppm；
(4)将步骤(3)所得不锈钢钢锭在850℃下进行退火处理，退火处理后以0.8℃/s的降温速度冷却至300℃后出炉；
(5)将退火后钢锭进行锻造开坯，得到不锈钢结构合金；开坯始锻温度为1200℃，终锻温度为950℃；锻造开坯后在180℃下保温1h后出炉。
本实施例制备的耐磨损的不锈钢结构合金的相对密度为98％，抗拉强度为1260MPa、硬度为218HB、冲击韧性为66J、延伸率为11.8％。
实施例2
该实施例提供的耐磨损的不锈钢结构合金质量百分比成分为：C：0.28；Cr：4；Si：0.6；Mn：0.6；P：0.02；S：0.02；Co：0.007；W：0.009；Cu：0.030；余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例中的耐磨损的不锈钢结构合金的制备方法包括如下步骤：
(1)按上述合金成分的组成配制原料，并对配制后的原料进行电炉冶炼，得到钢水；
(2)采用连铸的方法将步骤(1)所得钢水冶炼成钢坯；连铸过程采用全封闭浇注，中间包钢液过热度为35℃，结晶器和铸坯凝固末端采用电磁搅拌；
(3)将步骤(2)所得钢坯进行精炼处理和电渣重熔和锻造，得到不锈钢钢锭；电渣重熔中氢含量为3ppm；氧含量为80ppm；氮含量为30ppm；
(4)将步骤(3)所得不锈钢钢锭在870℃下进行退火处理，退火处理后以1.0℃/s的降温速度冷却至300℃后出炉；
(5)将退火后钢锭进行锻造开坯，得到不锈钢结构合金；开坯始锻温度为1200℃，终锻温度为950℃；锻造开坯后在300℃下保温2h后出炉。
本实施例制备的耐磨损的不锈钢结构合金的相对密度为97.5％，抗拉强度为1252MPa、硬度为219HB、冲击韧性为65J、延伸率为11.6％。
实施例3
该实施例提供的耐磨损的不锈钢结构质量百分比合金成分为：C：0.32；Cr：6；Si：0.6；Mn：0.3；P：0.02；S：0.02；Co：0.005；W：0.007；Cu：0.038；余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例中的耐磨损的不锈钢结构合金的制备方法包括如下步骤：
(1)按上述合金成分的组成配制原料，并对配制后的原料进行电炉冶炼，得到钢水；
(2)采用连铸的方法将步骤(1)所得钢水冶炼成钢坯；连铸过程采用全封闭浇注，中间包钢液过热度为10℃，结晶器和铸坯凝固末端采用电磁搅拌；
(3)将步骤(2)所得钢坯进行精炼处理和电渣重熔和锻造，得到不锈钢钢锭；电渣重熔中氢含量为3ppm；氧含量为80ppm；氮含量为30ppm；
(4)将步骤(3)所得不锈钢钢锭在860℃下进行退火处理，退火处理后以0.9℃/s的降温速度冷却至300℃后出炉；
(5)将退火后钢锭进行锻造开坯，得到不锈钢结构合金；开坯始锻温度为1200℃，终锻温度为950℃；锻造开坯后在500℃下保温1.5h后出炉。
本实施例制备的耐磨损的不锈钢结构合金的相对密度为98.2％，抗拉强度为1218MPa、硬度为221HB、冲击韧性为66J、延伸率为12.1％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种耐磨损的不锈钢结构合金，其特征在于，包括如下质量百分比的成分：
C 0.28~0.32
Cr 4~6
Si 0.5~0.6
Mn 0.3~0.6
P 0.02
S 0.02
Co 0.005~0.007
W 0.007~0.009
Cu 0.030~0.038
余量为Fe和不可避免的杂质；
所述耐磨损的不锈钢结构合金的制备方法包括如下步骤：
（1）按所述质量百分比的成分进行配料，再进行电炉冶炼，得到钢水；
（2）采用连铸的方法将步骤（1）所得钢水冶炼成钢坯；
（3）将步骤（2）所得钢坯进行电渣重熔和锻造，得到不锈钢钢锭；
（4）将步骤（3）所得不锈钢钢锭在850~870℃下进行退火处理；
（5）将退火后钢锭进行锻造开坯，得到不锈钢结构合金；开坯始锻温度为1200℃，终锻温度为950℃；
步骤（3）中所述电渣重熔中氢含量为3 ppm；氧含量为80 ppm；氮含量为30ppm；
步骤（4）中退火处理后以0.8~1.0℃/s的降温速度冷却至300℃后出炉。
2.根据权利要求1所述的不锈钢结构合金，其特征在于，包括如下质量百分比的成分：
C 0.30
Cr 5
Si 0.5
Mn 0.5
P 0.02
S 0.02
Co 0.006
W 0.008
Cu 0.035
余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的不锈钢结构合金，其特征在于，所述不锈钢结构合金的抗拉强度不小于1200MPa，硬度不小于218HB。
4.根据权利要求1或2所述的不锈钢结构合金，其特征在于，所述不锈钢结构合金的冲击韧性大于65J，延伸率不小于11.6%。
5.根据权利要求1所述不锈钢结构合金，其特征在于，所述锻造开坯后在180~500℃下至少保温1h后出炉。
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