CN113699453A - 一种耐热型高氮钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐热型高氮钢，所述耐热型高氮钢化学成分的质量百分比为Cr 20.4～21.8％、Mn 17.3～19.5％、Mo 0.02～1.8％、Ni 0.12～0.18％、Si 0.01～0.1％、C 0.05～0.4％、N 0.5～1.0％、S 0.001～0.003％、P 0.016～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明高氮钢具有耐高温、耐腐蚀和高强高韧的性能。

Description

一种耐热型高氮钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及高氮钢冶炼技术领域，尤其是涉及一种耐热型高氮钢及其生产方法。
背景技术
众所周知，一般钢和不锈钢都有高氮钢这类钢种，对一般钢种而言，当氮在钢中超过一定含量时，属于有害成分。例如，在高强度低合金钢中，通常的氮含量是50mg/Kg，但是当氮含量达到150～200mg/Kg时，却可以很好地改善钢的力学性能。
高氮钢在力学、腐蚀、磨损及氧化性能方面有更高的要求，现有研究添加Ti、Zr、V、Nb、Gr、Mo等元素，制备耐高温合金、耐磨包覆层、形状记忆合金等；通过元素的调整开发不同于传统不锈钢的性能优异或性能独特的高氮钢是本领域的研究热点，有利于扩展高氮钢的应用领域。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种耐热型高氮钢及其生产方法。本发明高氮钢具有耐高温、耐腐蚀和高强高韧的性能。
本发明的技术方案如下：
一种耐热型高氮钢，所述耐热型高氮钢化学成分的质量百分比为Cr 20.4～21.8％、Mn 17.3～19.5％、Mo 0.02～1.8％、Ni 0.12～0.18％、Si 0.01～0.1％、C 0.05～0.4％、N 0.5～1.0％、S 0.001～0.003％、P 0.016～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选方案，所述耐热型高氮钢化学成分的质量百分比为Cr 20.4～20.8％、Mn18.5～18.9％、Mo 0.02～0.067％、Ni 0.15～0.17％、Si 0.01～0.88％、C 0.32～0.39％、N 0.5～0.76％、S 0.001～0.003％、P 0.016～0.018％，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选方案，所述耐热型高氮钢化学成分的质量百分比为Cr 21.4～21.8％、Mn17.5～17.67％、Mo 1.4～1.73％、Ni 0.12～0.15％、Si 0.01～0.1％、C 0.05～0.056％、N0.92～1.0％、S0.001～0.003％、P 0.018～0.019％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种所述耐热型高氮钢的生产方法，包括如下步骤：
(1)将工业纯铁、氮化铬铁、氮化锰、氮化钼铁、镍板、稀土合金装炉，加热熔炼；
(2)在步骤(1)加热熔炼得到的钢液中，通入氮气，待钢液中氮达到饱和后，停止通氮气，升温至1560-1600℃后；
(3)取样分析，各元素调整到设定数值，并根据结果进行氮的微调；
(4)之后出炉浇注，冷却至室温得到所述高氮钢。
步骤(1)中，加热熔炼的温度为1450～1550℃。
所述工业纯铁中碳含量≤0.05wt％；镍板中镍含量≥99wt％。
所述氮化铬铁中氮含量为4wt％，铬含量是60wt％；氮化锰中氮含量为8wt％，锰含量为90wt％；氮化钼铁中氮含量8wt％，钼含量为60wt％。
本发明有益的技术效果在于：
Mo含量低耐腐蚀性差，含量过高强度会降低，同时增加成本，本发明可以在将Mo含量做的极低的情况下，通过其他元素的搭配，稍微损失一些耐腐蚀性能的前提下，综合其他性能得到很好的平衡；也可以将Mo含量提高，在提高耐腐蚀性的前提下，也不明显损失其他强度性能。
N元素可以提高高氮钢的耐腐蚀性能，一般其含量超过0.15％就会形成氮化物，使钢材韧性劣化，本发明申请将N含量提到到了0.7％以上，通过其他元素的配合，韧性没有得到劣化，反而有较好的冲击韧性。
O元素在高氮钢中作为氧化物存在，其含量越低越好，本发明申请中将O含量可以控制在小于0.0015％，可以很好地保持高氮钢的热加工和耐腐蚀性能。
本发明综合考虑了各元素的结构特性，通过各元素的协同配伍作用，最终高氮钢具有优异的综合性能。本发明高氮钢，高强高塑高韧、无磁、耐腐蚀、生物相容，综合性能优越，作为世界先进材料，在海洋工程、化工、能源、机械、军工、航空航天、舰船、交通、医疗植入和医疗器械等领域是很多关键部件材料解决方案之一。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例中化学成份分析的试验方法依据GB/T 20123-2006、GB/T 20124-2006、NACIS/C H008：2013、NACIS/C H009：2013、NACIS/C H011：2013、NACIS/CH116：2013、GR/T11261-2006、GR/T 223.82-2018、GB/T 223.11-2008、GB/T 223.4-2008、GB/T 223.5-2008、GB/T 223.59-2008、YB/T 4396-2014。
实施例1
一种耐热型高氮钢的生产方法，所述生产方法包括如下步骤：
(1)将工业纯铁、氮化铬铁、氮化锰、氮化钼铁、镍板、稀土合金装炉，加热熔炼；
(2)在步骤(1)加热熔炼得到的钢液中，通入氮气，待钢液中氮达到饱和后，停止通氮气，升温至1600℃后；
(3)取样分析，各元素调整到设定数值，并根据结果进行氮的微调；
(4)之后出炉浇注，冷却至室温得到所述高氮钢。本实施例所得高氮钢的化学成份如表1所示：(％)
表1
样品 Cr Mn Mo Ni Si C N S P O H
实施例1 20.4 18.9 0.067 0.17 0.088 0.39 0.76 0.001 0.018 0.0011 0.0006
实施例2
一种耐热型高氮钢的生产方法，所述生产方法包括如下步骤：
(1)将工业纯铁、氮化铬铁、氮化锰、氮化钼铁、镍板、稀土合金装炉，加热熔炼；
(2)在步骤(1)加热熔炼得到的钢液中，通入氮气，待钢液中氮达到饱和后，停止通氮气，升温至1580℃后；
(3)取样分析，各元素调整到设定数值，并根据结果进行氮的微调；
(4)之后出炉浇注，冷却至室温得到所述高氮钢。本实施例所得高氮钢的化学成份如表2所示：(％)
表2
样品 Cr Mn Mo Ni Si C N S P O H
实施例2 21.8 17.67 1.73 0.15 ＜0.01 0.056 0.92 ＜0.003 0.019 0.0013 0.0008
测试例：
(1)将上述实施例1-2所得的高氮钢采用GB/T228.1-2010、GB/T 228.2-2015的试验方法进行拉伸性能测试，测试结果如表3、4所示：
表3
Figure BDA0003235849770000031
Figure BDA0003235849770000041
表4
Figure BDA0003235849770000042
(2)将上述实施例1-2所得的高氮钢采用GB/T228.1-2010、GB/T228.3-2019的试验方法进行拉伸性能测试，测试结果如表5、6所示：
表5
Figure BDA0003235849770000043
表6
Figure BDA0003235849770000051
(3)将上述实施例1-2所得的高氮钢采用GB/T229-2007的试验方法进行冲击性能测试，测试结果如表7、8所示：
表7
Figure BDA0003235849770000052
Figure BDA0003235849770000061
表8
Figure BDA0003235849770000062
(4)将上述实施例1-2所得的高氮钢采用GB/T229-2007的试验方法进行冲击性能测试，测试结果如表9、10所示：
表9
Figure BDA0003235849770000071
表10
Figure BDA0003235849770000072
(5)将上述实施例1-2所得的高氮钢采用GB/T 10125-2012的试验方法进行中性盐雾试验，对试样进行清洗干燥，将试样放入盐雾试验箱后开始试验，试验共进行168h。检测条件如表11所示。
表11
Figure BDA0003235849770000073
Figure BDA0003235849770000081
经过上述试验，实施例1所得高氮钢经过中性盐雾168h后，表面有轻微的锈蚀现象；实施例2所得高氮钢经过中性盐雾168h未见锈蚀，具有优异的耐腐蚀性。
(6)将上述实施例1-2所得的高氮钢采用ASTMA342-14的试验方法进行磁导系数的测量，测量最大磁场H为200Oe，测量环境温度为25.0℃；测得实施例1所得高氮钢的相对磁导率μ200为1.03；测得实施例2所得高氮钢的相对磁导率μ200为1.03。

Claims (7)

1.一种耐热型高氮钢，其特征在于，所述耐热型高氮钢化学成分的质量百分比为Cr20.4～21.8％、Mn 17.3～19.5％、Mo 0.02～1.8％、Ni 0.12～0.18％、Si 0.01～0.1％、C0.05～0.4％、N 0.5～1.0％、S 0.001～0.003％、P 0.016～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐热型高氮钢，其特征在于，所述耐热型高氮钢化学成分的质量百分比为Cr 20.4～20.8％、Mn 18.5～18.9％、Mo 0.02～0.067％、Ni 0.15～0.17％、Si0.01～0.88％、C 0.32～0.39％、N 0.5～0.76％、S 0.001～0.003％、P 0.016～0.018％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的耐热型高氮钢，其特征在于，所述耐热型高氮钢化学成分的质量百分比为Cr 21.4～21.8％、Mn 17.5～17.67％、Mo 1.4～1.73％、Ni 0.12～0.15％、Si0.01～0.1％、C 0.05～0.056％、N 0.92～1.0％、S 0.001～0.003％、P 0.018～0.019％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.一种权利要求1-3任一项所述耐热型高氮钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括如下步骤：
(1)将工业纯铁、氮化铬铁、氮化锰、氮化钼铁、镍板、稀土合金装炉，加热熔炼；
(2)在步骤(1)加热熔炼得到的钢液中，通入氮气，待钢液中氮达到饱和后，停止通氮气，升温至1560-1600℃后；
(3)取样分析，各元素调整到设定数值，并根据结果进行氮的微调；
(4)之后出炉浇注，冷却至室温得到所述高氮钢。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)中，加热熔炼的温度为1450～1550℃。
6.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述工业纯铁中碳含量≤0.05wt％；镍板中镍含量≥99wt％。
7.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，所述氮化铬铁中氮含量为4wt％，铬含量是60wt％；氮化锰中氮含量为8wt％，锰含量为90wt％；氮化钼铁中氮含量8wt％，钼含量为60wt％。
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