CN118291885A - 一种煤矿机械用高硫双相不锈钢 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿机械用高硫双相不锈钢，其化学成分按质量百分比为：C≤0.030％、Si≤1.00％、Mn 1.20～1.50％、P≤0.030％、S 0.25～0.35％、Cr 17.50～18.00％、Ni≤0.50％、Mo≤0.30％、Cu≤0.30％、N 0.15～0.30％，余量Fe，并且Ni、C、N、Mn的含量满足5≤[wNi+30(wC+wN)+0.5wMn]≤11.5，以及Cr、Mo、Si的含量满足17.5≤(wCr+wMo+1.5wSi)≤20，其中wNi、wC、wN、wMn、wCr、wMo、wSi分别表示Ni、C、N、Mn、Cr、Mo、Si的质量百分比含量。本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢通过合金成分设计，其组织为铁素体‑奥氏体双相不锈钢，并含有少量马氏体组织，具有较高的耐磨性和耐煤机介质腐蚀的优良性能，以其同时具备强度高、耐磨性和耐蚀性好、加工难度低的优势特点，解决了现有煤矿机械用钢耐磨性低、耐蚀性低、加工性能差等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢技术领域，尤其涉及一种煤矿机械用高硫双相不锈钢。
背景技术
煤矿井下环境中往往存在大量的腐蚀介质，如CO2、SO2、H2S等，因此煤矿机械设备和零部件用钢对强度、耐磨性、耐腐蚀性等均提出了较高的要求。然而，现有煤矿机械用钢普遍存在加工性能差的问题，尤其是不能同时满足针对强度、耐磨性、耐腐蚀性的高要求。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种煤矿机械用高硫双相不锈钢，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的化学成分按质量百分比为：C≤0.030％、Si≤1.00％、Mn 1.20～1.50％、P≤0.030％、S 0.25～0.35％、Cr 17.50～18.00％、Ni≤0.50％、Mo≤0.30％、Cu≤0.30％、N 0.15～0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质，并且Ni、C、N、Mn的含量满足5≤[wNi+30(wC+wN)+0.5wMn]≤11.5，以及Cr、Mo、Si的含量满足17.5≤(wCr+wMo+1.5wSi)≤20，其中wNi、wC、wN、wMn、wCr、wMo、wSi分别表示Ni、C、N、Mn、Cr、Mo、Si的质量百分比含量。
优选地，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的化学成分按质量百分比为：C0.019％、Si 0.53％、Mn 1.34％、P 0.004％、S 0.32％、Cr 17.75％、Ni 0.21％、Mo0.12％、Cu 0.02％、N 0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的化学成分按质量百分比为：C0.012％、Si 0.95％、Mn 1.21％、P 0.004％、S 0.28％、Cr 17.94％、Ni 0.05％、Mo0.29％、Cu 0.02％、N 0.16％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的化学成分按质量百分比为：C0.028％、Si 0.12％、Mn 1.47％、P 0.004％、S 0.31％、Cr 17.58％、Ni 0.46％、Mo0.01％、Cu 0.02％、N 0.28％，余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的组织为铁素体-奥氏体双相不锈钢，并含有少量马氏体组织。
本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢具有如下优点和有益效果：
本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢通过合金成分设计，其基本组织为铁素体-奥氏体双相不锈钢，经实际应用检测，该高硫双相不锈钢具有较高的耐磨性和耐煤机介质腐蚀的优良性能，适用于煤矿机械使用环境，以其同时具备强度高、耐磨性和耐蚀性好、加工难度低的优势特点，可以替代现有煤矿机械用钢，解决了现有技术煤矿机械用钢耐磨性低、耐蚀性低、加工性能差等技术问题，满足煤矿机械的使用要求，有助于推动煤矿机械行业的发展。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附
图中：
图1为本发明实施例1的煤矿机械用高硫双相不锈钢的舍弗勒组织图；
图2为本发明实施例2的煤矿机械用高硫双相不锈钢的舍弗勒组织图；
图3为本发明实施例3的煤矿机械用高硫双相不锈钢的舍弗勒组织图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢的化学成分按质量百分比为：C≤0.030％、Si≤1.00％、Mn 1.20～1.50％、P≤0.030％、S 0.25～0.35％、Cr 17.50～18.00％、Ni≤0.50％、Mo≤0.30％、Cu≤0.30％、N 0.15～0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质，并且Ni、C、N、Mn的含量满足5≤[wNi+30(wC+wN)+0.5wMn]≤11.5，以及Cr、Mo、Si的含量满足17.5≤(wCr+wMo+1.5wSi)≤20，其中wNi、wC、wN、wMn、wCr、wMo、wSi分别表示Ni、C、N、Mn、Cr、Mo、Si的质量百分比含量。
本发明采用上述化学成分配比的原理及作用效果详细说明如下(各元素的含量“％”代表质量百分比)：
C是仅次于铁的主要元素，直接影响钢的强度、塑性、韧性和焊接性能等。C含量过高会析出碳化物造成局部贫铬从而降低其晶间腐蚀性能。因此在本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢中，C含量控制在0.030％以下。
Si可以提高钢的强度和硬度，使其具有更好的耐磨性。Si还可以与氧化物形成氧化硅，提高钢的耐腐蚀性。但是大量的Si会使钢变脆，降低其热塑性，使其无法进行锻轧生产。因此在本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢中，Si含量控制在1.00％以下。
Mn与铁具有良好的晶格匹配性，可以有效地增加钢的晶粒尺寸和晶界数量，从而提高钢的硬度。但是过量的Mn会降低钢韧性，提高加工难度，使其很难进行切削、折弯、拉伸等工艺。因此在本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢中，Mn含量控制在1.20～1.50％。
P是不锈钢中的有害元素，应控制在0.030％以下。
S在不锈钢中与锰和铁形成硫化锰夹杂，这类夹杂物能中断基体金属的连续性，在切削时促使断屑形成小而短的卷曲半径，从而易于排除。但是过高的S会导致热脆性，对钢的热加工造成困难。因此在本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢中，S含量控制在0.25～0.35％。
Cr是不锈钢的主要合金元素，可以提高钢的强度和硬度，尤其是在与其他合金元素配合使用时。Cr还可以提高钢的耐磨性和研磨后的表面粗糙度。但是过多的Cr会使钢变得硬而脆。因此在本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢中，Cr含量控制在17.50～18.00％。
Ni为不锈钢的主要元素，可与Fe形成连续固溶体，提高钢的淬硬性。但Ni含量过高会使加工难度增大，提高过热敏感度。因此在本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢中，Ni含量控制在0.50％以下。
Mo在钢中能提高淬透性和热强性，提高钢在煤气介质中的抗蚀性。Mo还能保持钢有比较稳定的硬度，增加对变形、开裂和磨损等的抗力。但Mo的价格很高，过多的加入量会增加合金成本。因此在本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢中，Mo含量控制在0.30％以下。
Cu在钢中的作用是改善其抗腐蚀性能，但是Cu含量较高时，对热变形加工不利，会在热变形加工时导致铜脆现象。因此在本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢中，Cu含量控制在0.30％以下。
N是强奥氏体形成元素，随着氮含量的增加，可使钢材的强度显著提高，但是塑性特别是韧性也显著降低。因此在本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢中，N含量控制在0.15～0.30％。
以下结合具体实施例1、2、3详细说明本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢。下表1示出了本发明实施例1～3的煤矿机械用高硫双相不锈钢的实际成分含量：
表1煤矿机械用高硫双相不锈钢中各元素含量数据表(单位：质量百分比％)
| 标准范围 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
| C | ≤0.030 | 0.019 | 0.012 | 0.028 |
| Si | ≤1.00 | 0.53 | 0.95 | 0.12 |
| Mn | 1.20～1.50 | 1.34 | 1.21 | 1.47 |
| P | ≤0.030 | 0.004 | 0.004 | 0.004 |
| S | 0.25～0.35 | 0.32 | 0.28 | 0.31 |
| Cr | 17.50～18.00 | 17.75 | 17.94 | 17.58 |
| Ni | ≤0.50 | 0.21 | 0.05 | 0.46 |
| Mo | ≤0.30 | 0.12 | 0.29 | 0.01 |
| Cu | ≤0.30 | 0.02 | 0.02 | 0.02 |
| N | 0.15～0.30 | 0.22 | 0.16 | 0.28 |
| Fe+杂质 | 余量 | 余量 | 余量 | 余量 |
实施例1
本发明实施例1的煤矿机械用高硫双相不锈钢的实际成分参见上表1，其组织结构示意图参见图1，可以看到，根据合金成分设计理论，本发明实施例1的煤矿机械用高硫双相不锈钢的组织为铁素体-奥氏体双相不锈钢，并在特定条件下少量存在马氏体组织。
实施例2
本发明实施例2的煤矿机械用高硫双相不锈钢的实际成分参见上表1，其组织结构示意图参见图2，可以看到，根据合金成分设计理论，本发明实施例2的煤矿机械用高硫双相不锈钢的组织为铁素体-奥氏体双相不锈钢，并在特定条件下少量存在马氏体组织。
实施例3
本发明实施例3的煤矿机械用高硫双相不锈钢的实际成分参见上表1，其组织结构示意图参见图3，可以看到，根据合金成分设计理论，本发明实施例3的煤矿机械用高硫双相不锈钢的组织为铁素体-奥氏体双相不锈钢，并在特定条件下少量存在马氏体组织。
综上所述，本发明的煤矿机械用高硫双相不锈钢通过合金成分设计，其基本组织为铁素体-奥氏体双相不锈钢，仅在特定条件下少量存在马氏体组织，经实际应用检测，该高硫双相不锈钢具有较高的耐磨性和耐煤机介质腐蚀的优良性能，适用于煤矿机械使用环境，以其同时具备强度高、耐磨性和耐蚀性好、加工难度低的优势特点，可以替代现有煤矿机械用钢，解决了现有技术煤矿机械用钢耐磨性低、耐蚀性低、加工性能差等技术问题，满足煤矿机械的使用要求，有助于推动煤矿机械行业的发展。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种煤矿机械用高硫双相不锈钢，其特征在于，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的化学成分按质量百分比为：C≤0.030％、Si≤1.00％、Mn 1.20～1.50％、P≤0.030％、S0.25～0.35％、Cr 17.50～18.00％、Ni≤0.50％、Mo≤0.30％、Cu≤0.30％、N 0.15～0.30％，余量为Fe及不可避免的杂质，并且Ni、C、N、Mn的含量满足5≤[wNi+30(wC+wN)+0.5wMn]≤11.5，以及Cr、Mo、Si的含量满足17.5≤(wCr+wMo+1.5wSi)≤20，其中wNi、wC、wN、wMn、wCr、wMo、wSi分别表示Ni、C、N、Mn、Cr、Mo、Si的质量百分比含量。
2.根据权利要求1所述的煤矿机械用高硫双相不锈钢，其特征在于，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的化学成分按质量百分比为：C0.019％、Si 0.53％、Mn 1.34％、P0.004％、S0.32％、Cr 17.75％、Ni0.21％、Mo0.12％、Cu0.02％、N 0.22％，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的煤矿机械用高硫双相不锈钢，其特征在于，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的化学成分按质量百分比为：C0.012％、Si 0.95％、Mn 1.21％、P0.004％、S0.28％、Cr 17.94％、Ni0.05％、Mo0.29％、Cu0.02％、N 0.16％，余量为Fe及不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的煤矿机械用高硫双相不锈钢，其特征在于，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的化学成分按质量百分比为：C0.028％、Si 0.12％、Mn 1.47％、P0.004％、S0.31％、Cr 17.58％、Ni0.46％、Mo0.01％、Cu0.02％、N 0.28％，余量为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的煤矿机械用高硫双相不锈钢，其特征在于，所述煤矿机械用高硫双相不锈钢的组织为铁素体-奥氏体双相不锈钢，并含有少量马氏体组织。
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