CN117488213A - 铁素体-马氏体不锈钢和煤矿用不锈钢液压部件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铁素体‑马氏体不锈钢和煤矿用不锈钢液压部件，属于冶金技术领域。它解决了现有的常规牌号不锈钢难以满足煤矿液压部件技术要求的问题。本铁素体‑马氏体不锈钢，其化学成分的质量百分比含量为：C0.1%‑0.2%、Cr16%‑18%、Ni0.3%‑0.5%、Mo0.01%‑0.2%、S0.05%‑0.07%、Si0.25%‑0.5%、N0.05%‑0.1%，Mn为S含量的25‑30倍，其余为Fe和不可避免的杂质。由于铁素体‑马氏体不锈钢具有高耐腐蚀、高强度、易切削和防热脆特性，煤矿用不锈钢液压部件也具有高耐腐蚀、高强度、易切削和防热脆特性。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种不锈钢，特别是一种铁素体-马氏体不锈钢。
本发明属于冶金技术领域，涉及一种不锈钢部件，特别是一种煤矿用不锈钢液压部件。
背景技术
井工煤矿通常包括巷道、井硐和采掘面等区域，挖掘过程中通常使用巷道液压支架支撑矿巷道顶部，防止坍塌。煤矿用液压构件不仅需要具备高强度特征，还需要承受煤矿井下高温、高湿、含硫、含磷等恶劣的工况环境，即需要具备高耐腐蚀特性。煤矿用液压构件通常是通过机加工成为液压阀、液压油路块、液压泵等。
不锈钢是以不锈、耐蚀性为主要特性，但不同金相组织状态的不锈钢又有不同的特性。铁素体不锈钢虽然耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与热处理工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。奥氏体不锈钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁或弱磁性等特性，综合性能好，但强度低、切削性能较差，不利于机加工出高强度、高精度的机械构件。马氏体不锈钢虽然具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，调质后金切加工性能差，热处理或锻压加工时容易产生高温热脆。
本领域技术人员虽然能够想到煤矿用机械构件采用不锈钢制成，但现有的不锈钢无法满足煤矿用机械构件的技术要求。为此人们提出了多种技术方案，如中国专利文献记载的用于煤矿井下液压支架千斤顶的活塞杆(授权公告号CN202657902U)，包括杆体，杆体表面依次设置有不锈钢防腐层和耐蚀耐磨镀铬层。上述不锈钢通常选用的牌号为SUS304、SUS316或SUS430F等。本领域技术人员希望能够提出一种无需设置防腐层和镀铬层也适用于煤矿用机械构件的不锈钢。
发明内容
本发明提出了一种铁素体-马氏体不锈钢，本发明要解决的技术问题是如何提出一种无需设置防腐层和镀铬层也适用于煤矿用机械构件的不锈钢。
本发明提出了一种煤矿用不锈钢液压部件，本发明要解决的技术问题是如何使煤矿用不锈钢液压部件无需设置防腐层和镀铬层也符合技术要求。
本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：一种铁素体-马氏体不锈钢，其化学成分的质量百分比含量为：C0.1％-0.2％、Cr16％-18％、Ni0.3％-0.5％、Mo0.01％-0.2％、S0.05％-0.07％、Si0.25％-0.5％、N0.05％-0.1％，Mn为S含量的25-30倍，其余为Fe和不可避免的杂质。
以含硫量区分该不锈钢属于中硫钢，具有良好的切削性能和力学性能，但S在钢中以FeS的形式存在，而FeS和Fe易形成熔点较低(仅有985℃)的共晶体，当钢在1100-1200℃进行热加工时，分布于晶界的低熔点的共晶体熔化而导致开裂，即容易产生“热脆”现象。本发明以S含量调整Mn的含量，Mn相较于Fe更易与S结合形成高熔点化合物MnS，从而削弱由于FeS引起的热脆现象，改善不锈钢的热加工性能。Mn还可提高奥氏体稳定性，使C曲线右移，从而显著降低马氏体的临界冷却速率。
以车削本发明不锈钢机械构件为例，且与SUS431不锈钢机械构件比对；本发明不锈钢的切屑为断屑状，SUS431不锈钢的切屑为长丝状；本发明不锈钢机械构件表面粗糙度明显优于SUS431不锈钢机械构件。
作为优选，Mn的含量同时符合N含量的18-30倍条件。
作为优选，Mn的含量同时符合Si含量的3-6.7倍条件。
作为优选，Mn的含量为1.5％-1.8％。
一种煤矿用不锈钢液压部件，采用上述铁素体-马氏体不锈钢通过机械切削加工成型为坯件，坯件通过热加工成为煤矿用不锈钢液压部件成品，成品中表层铁素体含量20-25％。
作为优选，热加工是按下述顺序步骤进行的，
第一步淬火，坯件在1020℃-1080℃保温2-3小时，取出后放入冷却液中冷却；
第二步回火，坯件在500℃-550℃保温5-6小时，回火至硬度HRC28-32。
作为优选，煤矿用不锈钢液压部件为煤矿用不锈钢液压部件为煤矿用液压阀零部件、煤矿用乳化液泵零部件、煤矿用液压管接头、煤矿用液压缸零部件中的一种或多种。
与现有技术相比，本铁素体-马氏体不锈钢由于含有特定比例的C、Si、Mn、Cr元素，具有较高的强度、硬度和耐磨性，经热处理后的机械构件硬度290-300HB，屈服强度610-860MPa，抗拉强度990-1028MPa，断面伸长率11-12.5％。本铁素体-马氏体不锈钢含有Ni的含量较低，因此铁素体-马氏体不锈钢的成本也较低，大批量地应用于煤矿用不锈钢液压部件中也具有经济性。
本铁素体-马氏体不锈钢具有易切削特性，由此不锈钢原材料易进行机加工，进而降低加工煤矿用不锈钢液压部件的金切加工成本。
本铁素体-马氏体不锈钢通过加入特定量的Mn，削弱由于FeS引起的热脆现象，改善不锈钢的热处理和锻压加工性能；同时淬火时通过降低温度，进一步降低发生热脆现象。
本铁素体-马氏体不锈钢含有特定比例的Cr、Ni、Mo、N元素，使本铁素体-马氏体不锈钢耐点蚀当量达17.47以上，具备优秀的耐腐蚀性能。
附图说明
图1和图2是实施例一中不同倍数下金相组织图。
图3是试样经2h盐雾试验后照片。
图4是试样经24h盐雾试验后照片。
图5和图6是实施例二中不同倍数下金相组织图。
图7是试样经2h盐雾试验后照片。
图8是试样经24h盐雾试验后照片。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
一种铁素体-马氏体不锈钢具有高耐腐蚀、高强度、易切削和防热脆特性。下列实施例的试样经光谱检测确定化学成分的质量百分含量如下表：
其余为Fe和不可避免的杂质。
采用上述铁素体-马氏体不锈钢通过机械切削加工成型为煤矿用不锈钢液压部件的坯件，煤矿用不锈钢液压部件为煤矿用液压阀零部件、煤矿用乳化液泵零部件、煤矿用液压管接头、煤矿用液压缸零部件中的一种或多种。机械切削加工为车削、铣削、钻削和镗削中的一种或多种。对煤矿用不锈钢液压部件的坯件进行调质热处理，热处理是按下述顺序步骤进行的：第一步淬火，坯件在1020℃-1080℃保温2-3小时，取出后放入冷却水中冷却；第二步回火，坯件在500℃-550℃保温5-6小时。
对采用实施例一和实施例二所述的铁素体-马氏体不锈钢制成的不锈钢机械构件成品进行硬度及力学性能，检测结果如下表：
对采用实施例一和实施例二所述的铁素体-马氏体不锈钢制成的不锈钢机械构件成品进行高倍组织检测，详见附图1、图2、图5和图6所示图片。通过观察分析可得出采用实施例一所述的铁素体-马氏体不锈钢制成的不锈钢机械构件成品表层铁素体含量22.8％；通过观察分析可得出采用实施例二所述的铁素体-马氏体不锈钢制成的不锈钢机械构件成品表层铁素体含量24.4％。
对采用实施例一和实施例二所述的铁素体-马氏体不锈钢制成的不锈钢机械构件成品盐雾实验，盐雾试验箱参数如下表：
| 实验温度 | 氯化钠溶液浓度 | 平均沉降量 | 放置角度 | 试验周期 |
| 35℃ | 50g/L | 1.75ml/h | 20° | 2h、24h |
盐雾试验过程照片详见附图3、图4、图7和图8所示图片。
样品耐点蚀当量计算：PREn＝1％Cr+3.3×％Mo+16×％N为计算标准。实施例一的耐点蚀当量PREn为19.14；实施例二的耐点蚀当量PREn为20.14；实施例三的耐点蚀当量PREn为17.62；实施例四的耐点蚀当量PREn为17.47；实施例五的耐点蚀当量PREn为18；实施例五的耐点蚀当量PREn为18。
Claims (10)
1. 一种铁素体-马氏体不锈钢，其特征在于，其化学成分的质量百分比含量为：C0.1%-0.2%、Cr16%-18%、Ni0.3%-0.5%、Mo0.01%-0.2%、S0.05%-0.07%、Si0.25%-0.5%、N0.05%-0.1%， Mn为S含量的25-30倍，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的铁素体-马氏体不锈钢，其特征在于，所述具有高耐腐蚀、高强度、易切削和防热脆特性。
3.根据权利要求1或2所述的铁素体-马氏体不锈钢，其特征在于，所述Mn的含量同时符合N含量的18-30倍条件。
4.根据权利要求3所述的铁素体-马氏体不锈钢，其特征在于，所述Mn的含量同时符合Si含量的3-6.7倍条件。
5.根据权利要求4所述的铁素体-马氏体不锈钢，其特征在于，所述Mn的含量为1.5%-1.8%。
6.一种煤矿用不锈钢液压部件，其特征在于，采用权利要求1至5中任意一项铁素体-马氏体不锈钢原材料通过机械切削加工成型为坯件，坯件通过热处理加工成为煤矿用不锈钢液压部件成品，成品中表层铁素体含量20-25%。
7.根据权利要求6所述的煤矿用不锈钢液压部件，其特征在于，所述热处理加工是按下述顺序步骤进行的，
第一步淬火，坯件加热至1020℃-1080℃，保温2-3小时，然后取出后放入冷却水中急速冷却淬火；
第二步回火，将淬火过的坯件在500℃-550℃保温5-6小时，回火至硬度HB261-304。
8.根据权利要求6或7所述的煤矿用不锈钢液压部件，其特征在于，所述煤矿用不锈钢液压部件为煤矿用液压阀零部件、煤矿用乳化液泵零部件、煤矿用液压管接头、煤矿用液压缸零部件中的一种或多种。
9.根据权利要求6或7所述的煤矿用不锈钢液压部件，其特征在于，所述煤矿用不锈钢液压部件成品的屈服强度610-860MPa，抗拉强度990-1028MPa，断面伸长率11-12.5％。
10.根据权利要求6或7所述的煤矿用不锈钢液压部件，其特征在于，所述煤矿用不锈钢液压部件成品的耐点蚀当量PREn=1%Cr+3.3×%Mo+16×%N，17.47≤PREn≤20.14。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20240202 |