CN110499449A - 一种不锈钢合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种不锈钢合金材料及其制备方法，包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.3‑0.4份，硫0.5‑0.8份，磷1‑1.6份，铬18‑20份，钨0.5‑0.9份，镍0.2‑0.4份，氮1‑2.3份，硼0.5‑0.75份，锰16‑18份，钼2‑5份，铈0.15‑0.35份，铁‑硼‑钇中间合金2‑7份，铁‑硅‑钒中间合金4‑9份，铁‑硅‑铪中间合金1‑3份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。本发明的不锈钢合金具有较高的强度，耐磨性高。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域，具体地说是一种不锈钢合金材料及其制备方法。
背景技术
随着工业的发展，高温下作业的设备越来越多，这就对高温下作业设备的材料提出了很高的要求，例如，具有好的高温抗氧化性能，高温下耐磨，具有优异的高温强度等等。
高温抗氧化性是保证工件在高温下持久工作的重要条件。钢件在高温空气等氧化环境中，氧与钢表面发生化学反应生成多种铁的氧化物层，该氧化物层很疏松，失去了钢的原有特性，极易脱落。为了提高钢的高温抗氧化性，向钢中加入合金元素，从而改变氧化物的结构。常用的合金元素有铬、硅、铝等。它们与氧反应，在钢的表面上生成致密的、稳定的氧化物层、或者说钝化层Cr2O3、SiO2等，以保护钢不再继续氧化。铬、硅加入量多，钢的高温抗氧化好，但是若硅加入量太多，钢的力学性能和工艺性变差。所以，耐热钢以铬为主要合金元素，以硅为辅助元素。因此，钢的高温抗氧化性主要与化学成分有关。
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类，一是材料本身，包括材料的成分、显微组织和力学性能。材料的显微组织对材料磨料磨损过程有很大的影响，材料的成分和处理工艺决定了材料的组织和力学性能。另一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。同一种组织的材料，在不同的工况条件下或不同的试验条件下也会表现出不同的耐磨性。硬度对材料的耐磨性有很大影响，所以提高抗磨耐热钢的耐磨性的措施就是加入合金元素，提高耐热钢的硬度。常用的合金元素有铌和锆。这些合金元素与碳和氮的亲和力都比较强，加入合金中，在凝固过程中形成高度弥散分布的硬度极高的碳化物和氮化物微粒，这些MC型和MN型微粒稳定性很高，即使在1300 ℃以下也不会完全溶解，可以提高钢在高温下的耐磨性能，所以耐热钢的耐磨性主要与硬度有关。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不锈钢合金材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种不锈钢合金材料，包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.3-0.4份，硫0.5-0.8份，磷1-1.6份，铬18-20份，钨0.5-0.9份，镍0.2-0.4份，氮1-2.3份，硼0.5-0.75份，锰16-18份，钼2-5份，铈0.15-0.35份，铁-硼-钇中间合金2-7份，铁-硅-钒中间合金4-9份，铁-硅-铪中间合金1-3份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。
所述铁-硼-钇中间合金中，铁、硼、钇的质量百分含量分别为64.9％、27.6％、7.5％；铁-硅-钒中间合金中，铁、硅、钒的质量百分含量分别为66.5％、22.5％、11％，铁-硅-铪中间合金中， 铁、硅、铪的质量百分含量分别为68.5％、27.3％、4.2％。
所述不锈钢合金材料包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.35份，硫0.7份，磷1.3份，铬19份，钨0.7份，镍0.3份，氮2份，硼0.6份，锰17份，钼3.5份，铈0.2份，铁-硼-钇中间合金5份，铁-硅-钒中间合金6份，铁-硅-铪中间合金2份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。
所述不锈钢合金材料包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.3份，硫0.6份，磷1.4份，铬18.5份，钨0.6份，镍0.25份，氮1.8份，硼0.7份，锰16.5份，钼4份，铈0.3份，铁-硼-钇中间合金4份，铁-硅-钒中间合金5份，铁-硅-铪中间合金2.5份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。
一种不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：将碳、硫、硅、磷、铬、钨、镍、氮、硼、锰、钼、铈、钒、铪、铁放入真空感应炉坩埚中，然后把铁-硼-钇中间合金体放入料斗中，抽真空至0.25-0.9Pa，加热至坩埚中的原料全部熔化得到钢液，待钢液全部熔化后精炼25-30min；
S2：停止精炼，并向炉内铁-硅-钒中间合金和铁-硅-铪中间合金，调整加热功率使钢液温度保持在1500-1550℃，再次精炼后抽真空至0.35-0.95Pa，将钢液静置；
S3：调整钢液温度至熔点，浇注成型，制得高强度不锈钢合金材料。
所述步骤S2中再次精炼的时间为10-20min。
所述步骤S2中钢液静置时间为30min。
本发明的不锈钢合金具有较高的强度，耐磨性高。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例一
一种不锈钢合金材料，包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.3份，硫0.5份，磷1份，铬18份，钨0.5份，镍0.2份，氮1份，硼0.5份，锰16份，钼2份，铈0.15份，铁-硼-钇中间合金2份，铁-硅-钒中间合金4份，铁-硅-铪中间合金1份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。铁-硼-钇中间合金中，铁、硼、钇的质量百分含量分别为64.9％、27.6％、7.5％；铁-硅-钒中间合金中，铁、硅、钒的质量百分含量分别为66.5％、22.5％、11％，铁-硅-铪中间合金中，铁、硅、铪的质量百分含量分别为68.5％、27.3％、4.2％。
具体制备，包括以下步骤：
S1：将碳、硫、硅、磷、铬、钨、镍、氮、硼、锰、钼、铈、钒、铪、铁放入真空感应炉坩埚中，然后把铁-硼-钇中间合金体放入料斗中，抽真空至0.25Pa，加热至坩埚中的原料全部熔化得到钢液，待钢液全部熔化后精炼25min；
S2：停止精炼，并向炉内铁-硅-钒中间合金和铁-硅-铪中间合金，调整加热功率使钢液温度保持在1500℃，再次精炼后抽真空至0.35Pa，此次精炼时间为10min，将钢液静置30min；
S3：调整钢液温度至熔点，浇注成型，制得高强度不锈钢合金材料。
实施例二
一种不锈钢合金材料，包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.4份，硫0.8份，磷1.6份，铬20份，钨0.9份，镍0.4份，氮2.3份，硼0.75份，锰18份，钼5份，铈0.35份，铁-硼-钇中间合金7份，铁-硅-钒中间合金9份，铁-硅-铪中间合金3份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。铁-硼-钇中间合金中，铁、硼、钇的质量百分含量分别为64.9％、27.6％、7.5％；铁-硅-钒中间合金中，铁、硅、钒的质量百分含量分别为66.5％、22.5％、11％，铁-硅-铪中间合金中， 铁、硅、铪的质量百分含量分别为68.5％、27.3％、4.2％。
具体制备，包括以下步骤：
S1：将碳、硫、硅、磷、铬、钨、镍、氮、硼、锰、钼、铈、钒、铪、铁放入真空感应炉坩埚中，然后把铁-硼-钇中间合金体放入料斗中，抽真空至0.9Pa，加热至坩埚中的原料全部熔化得到钢液，待钢液全部熔化后精炼30min；
S2：停止精炼，并向炉内铁-硅-钒中间合金和铁-硅-铪中间合金，调整加热功率使钢液温度保持在1550℃，再次精炼后抽真空至0.95Pa，此次精炼时间为10min，将钢液静置30min；
S3：调整钢液温度至熔点，浇注成型，制得高强度不锈钢合金材料。
实施例三
一种不锈钢合金材料，包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.35份，硫0.7份，磷1.3份，铬19份，钨0.7份，镍0.3份，氮2份，硼0.6份，锰17份，钼3.5份，铈0.2份，铁-硼-钇中间合金5份，铁-硅-钒中间合金6份，铁-硅-铪中间合金2份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。铁-硼-钇中间合金中，铁、硼、钇的质量百分含量分别为64.9％、27.6％、7.5％；铁-硅-钒中间合金中，铁、硅、钒的质量百分含量分别为66.5％、22.5％、11％，铁-硅-铪中间合金中， 铁、硅、铪的质量百分含量分别为68.5％、27.3％、4.2％。
制备时，包括以下步骤：
S1：将碳、硫、硅、磷、铬、钨、镍、氮、硼、锰、钼、铈、钒、铪、铁放入真空感应炉坩埚中，然后把铁-硼-钇中间合金体放入料斗中，抽真空至0.4Pa，加热至坩埚中的原料全部熔化得到钢液，待钢液全部熔化后精炼27min；
S2：停止精炼，并向炉内铁-硅-钒中间合金和铁-硅-铪中间合金，调整加热功率使钢液温度保持在11520℃，再次精炼后抽真空至0.65Pa，此次精炼时间为15min，将钢液静置30min；
S3：调整钢液温度至熔点，浇注成型，制得高强度不锈钢合金材料。
实施例四
一种不锈钢合金材料，包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.3份，硫0.6份，磷1.4份，铬18.5份，钨0.6份，镍0.25份，氮1.8份，硼0.7份，锰16.5份，钼4份，铈0.3份，铁-硼-钇中间合金4份，铁-硅-钒中间合金5份，铁-硅-铪中间合金2.5份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。铁-硼-钇中间合金中，铁、硼、钇的质量百分含量分别为64.9％、27.6％、7.5％；铁-硅-钒中间合金中，铁、硅、钒的质量百分含量分别为66.5％、22.5％、11％，铁-硅-铪中间合金中， 铁、硅、铪的质量百分含量分别为68.5％、27.3％、4.2％。
具体制备时，包括以下步骤：
S1：将碳、硫、硅、磷、铬、钨、镍、氮、硼、锰、钼、铈、钒、铪、铁放入真空感应炉坩埚中，然后把铁-硼-钇中间合金体放入料斗中，抽真空至0.8Pa，加热至坩埚中的原料全部熔化得到钢液，待钢液全部熔化后精炼29min；
S2：停止精炼，并向炉内铁-硅-钒中间合金和铁-硅-铪中间合金，调整加热功率使钢液温度保持在1540℃，再次精炼后抽真空至0.85Pa，此次精炼时间为20min，将钢液静置30min；
S3：调整钢液温度至熔点，浇注成型，制得高强度不锈钢合金材料。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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)
1.一种不锈钢合金材料，其特征在于，包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.3-0.4份，硫0.5-0.8份，磷1-1.6份，铬18-20份，钨0.5-0.9份，镍0.2-0.4份，氮1-2.3份，硼0.5-0.75份，锰16-18份，钼2-5份，铈0.15-0.35份，铁-硼-钇中间合金2-7份，铁-硅-钒中间合金4-9份，铁-硅-铪中间合金1-3份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的不锈钢合金材料，其特征在于，所述铁-硼-钇中间合金中，铁、硼、钇的质量百分含量分别为64.9％、27.6％、7.5％；铁-硅-钒中间合金中，铁、硅、钒的质量百分含量分别为66.5％、22.5％、11％，铁-硅-铪中间合金中， 铁、硅、铪的质量百分含量分别为68.5％、27.3％、4.2％。
3.根据权利要求2所述的不锈钢合金材料，其特征在于，所述不锈钢合金材料包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.35份，硫0.7份，磷1.3份，铬19份，钨0.7份，镍0.3份，氮2份，硼0.6份，锰17份，钼3.5份，铈0.2份，铁-硼-钇中间合金5份，铁-硅-钒中间合金6份，铁-硅-铪中间合金2份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的不锈钢合金材料，其特征在于，所述不锈钢合金材料包括以下按照重量份数计的原材料：碳0.3份，硫0.6份，磷1.4份，铬18.5份，钨0.6份，镍0.25份，氮1.8份，硼0.7份，锰16.5份，钼4份，铈0.3份，铁-硼-钇中间合金4份，铁-硅-钒中间合金5份，铁-硅-铪中间合金2.5份，其余部分为铁，以及不可避免的杂质。
5.一种根据根据权利要求1-4中任一项所述的不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：将碳、硫、硅、磷、铬、钨、镍、氮、硼、锰、钼、铈、钒、铪、铁放入真空感应炉坩埚中，然后把铁-硼-钇中间合金体放入料斗中，抽真空至0.25-0.9Pa，加热至坩埚中的原料全部熔化得到钢液，待钢液全部熔化后精炼25-30min；
S2：停止精炼，并向炉内铁-硅-钒中间合金和铁-硅-铪中间合金，调整加热功率使钢液温度保持在1500-1550℃，再次精炼后抽真空至0.35-0.95Pa，将钢液静置；
S3：调整钢液温度至熔点，浇注成型，制得高强度不锈钢合金材料。
6.根据权利要求5所述的不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中再次精炼的时间为10-20min。
7.根据权利要求6所述的不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中钢液静置时间为30min。
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| CN201910886273.3A CN110499449A (zh) | 2019-09-19 | 2019-09-19 | 一种不锈钢合金材料及其制备方法 |
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| CN111020407A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-17 | 江苏拓展新材料科技有限公司 | 一种不锈钢合金材料及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108103404A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-01 | 长沙无道工业设计有限公司 | 一种高强度不锈钢合金材料及其制备方法 |
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- 2019-09-19 CN CN201910886273.3A patent/CN110499449A/zh active Pending
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