CN1664153A

CN1664153A - 一种耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢及其制造方法及用途

Info

Publication number: CN1664153A
Application number: CN2005100244308A
Authority: CN
Inventors: 徐增华; 王东辉
Original assignee: Shanghai Institute of Materials
Current assignee: Shanghai Institute of Materials
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: CN100363524C

Abstract

本发明涉及一种耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢及其制造方法及用途，该马氏体不锈钢的化学成分(重量％)为：C：0.45～0.60，Cr：16.00～19.00，Ni：2.50～4.00，Mo：2.50～4.00，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.03，S≤0.03，其余为Fe；该马氏体不锈钢的制造方法包括熔炼、锻造、退火、淬火及回火等工艺步骤；该马氏体不锈钢，具有较高的机械性能和耐腐蚀性能，硬度可达HRC46～54，可加工成适用于海水及含氯化物介质中承受腐蚀磨损的零部件。

Description

一种耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢及其制造方法及用途

技术领域

本发明涉及金属材料，尤其涉及一种在氯化物介质中具有优良的耐腐蚀磨损性能的马氏体不锈钢。

背景技术

随着海洋事业的开发利用和石油化工事业的发展，许多机器设备都要在含有氯化物腐蚀介质中运行。这些设备零部件，一方面要承受氯离子的腐蚀作用；另一方面还要承受零件之间相互摩擦作用，以及与介质中的磨料的磨损作用。这种摩擦与腐蚀的联合作用就加速了零件的失效。为了延长这些零部件的工作寿命，往往选用具有较高耐磨性(亦即具有较高硬度)的马氏体不锈钢来制造。

我国通用的马氏体不锈钢有两种类型：即Cr13和Cr18型。Cr13型的如2Cr13、3Cr13、4Cr13等。Cr18型的有9Cr18、9Cr18MoV、1Cr17Ni2等。这些钢具有较高的硬度，其硬度值最高可达HRC64，因此它们都具有较高的耐磨性，但它们耐腐蚀性能很低，如Cr13型不锈钢只能适用于大气环境，在水溶液中就容易锈蚀。Cr18型不锈钢耐蚀性有所提高，也只能用于河水、自来水、雨水、有机酸等弱的腐蚀介质，而不能用于海水及含有氯化物的化工介质。当然，人们也会选用沉淀硬化不锈钢来制造耐腐蚀磨损的零部件。我国常用的沉淀硬化不锈钢有17-4PH、17-7PH、PH15-7Mo和GH132等，这类不锈钢的耐腐蚀性能较高，达到304和316L不锈钢的水平。但这类钢硬度较低，一般在HRC45以下，且热处理工艺复杂，在实际使用中只能满足一部份零部件的要求。

为了寻求更好的耐腐蚀磨损马氏体不锈钢，人们也进行了一系列的研究，例如中国专利公开号CN1515699A提出了一种马氏体不锈钢，其主要成分为(重量％)：C：0.35～0.45，Cr：16.00～18.00，Ni：0.10～0.70，Mo：1.00～1.25，V：0.50，从实施的例子中看出，这种钢强度较高，σ_b在840～1260N/mm²之间，适于在模具、化纤等行业中应用。中国专利公开号CN1145644A提出具有优良耐点蚀性能的高硬度马氏体不锈钢，其主要成分为(重量％)：C：0.15～0.40，Cr：11.00～15.00，Mo+1/2W：1.00～3.00，Ni：0.1～1.50，Cu：0.1～2.00，N：0.02～0.15，Si、Mn均不大于2.00，此钢适用于户外而可能接触自来水、雨水、冷凝的露水或类似的物质，也可用于塑料模具及塑料注模机的零部件等。

从上述现有技术的介绍可以看出，目前还缺乏在海水及含氯化物介质中具有优良耐腐蚀磨损性能的马氏体不锈钢。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在海水及含氯化物介质中具有优良耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢及其制造方法及用途，以便易于制造在这些介质中工作的承受腐蚀摩擦作用的零部件，如轴、轴承、螺钉、螺母及其类似的摩擦件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢，其特征在于，该马氏体不锈钢的化学成分(重量％)为：C：0.45～0.60，Cr：16.00～19.00，Ni：2.50～4.00，Mo：2.50～4.00，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.03，S≤0.03，其余为Fe。

所述的马氏体不锈钢具有以下力学性能：σ_b≥1500MPa，σ_s≥1200MPa，δ₅≥8％，≥18％，α_k≥20J/cm²，HRC：46～54。

一种上述耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢的制造方法，其特征在于，该方法包括将上述成分在大气或真空感应炉中熔炼，经锻或铸造、热处理后即可加工成型；所述的热处理工艺包括：

(1)退火：加热至760～820℃，保温时间至少4小时，然后缓冷至室温；

(2)淬火：加热至980～1050℃，保温后，水或油淬，再进行冰冻或深冷处理；

(3)回火：280～320℃下保温4小时，空气冷却至室温。

一种上述耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢的用途，其特征在于，该马氏体不锈钢可加工成各种形式的铸锻件，适用于海水及含氯化物介质中承受腐蚀磨损的零部件。

本发明马氏体不锈钢经淬火、回火后的金相组织由回火马氏体+少量碳化物+少量残余奥氏体组成。碳化物含量随淬火温度提高而减少，残余奥氏体含量可通过淬火温度和冷处理温度来减少或消除。对于易磨损零部件来说，存在一定量的碳化物有利于耐磨性的提高。

图1为进行腐蚀磨损试验的试验机示意图；图2为试样，试样内径φ₁＝25mm，外径φ₂＝50mm，高h＝10mm本发明效果试验的工作过程为：容器1盛有一定量含有磨料的腐蚀介质，轴带动试样4和搅拌叶片5作高速运转，搅拌了溶液，由于阻流板2的作用，使磨料均匀悬浮在溶液中，与旋转的试样碰撞而产生磨损。这样试样就同时受到溶液的腐蚀和磨料的磨损，即产生腐蚀磨损。通过轴孔内导线使试样与铜环9连接，形成导电通路，并由碳刷8引出作为工作电极接入恒电位仪7，同时接入辅助电极3、参比电极6，组成了电化学性能测试装置。

试验溶液由工业纯的氯化钠和自来水配制成3.5％NaCl水溶液，每次试验取6000ml溶液+1000克石英砂(40～70目的混合砂)。以饱和甘汞电极为参比电极，高级不锈钢作为辅助电极。试样园周面为腐蚀磨损面，两端面由聚四氟乙烯压紧密封。

图3为本发明钢(代号940)和对比材料(17-4PH、1Cr18Ni9Ti、9Ci18)在上述腐蚀磨损试验机上所测得的阳极极化曲线。采用的转速为2378rpm(转数/分)，在恒电位仪上，从腐蚀电位开始，以20mv(SCE)/分的速度向正电位方向步进，测得此曲线。通过阳极极化曲线可以看出材料在腐蚀过程中的电化学行为。由图看出：本发明钢(940)点蚀击破电位Eb最高(约140mv)，钝化区最大，说明耐腐蚀性能最好。对比材料17-4PH沉淀硬化不锈钢和1Cr18Ni9Ti钢的点蚀击破电位Eb次之(约40mv)，钝化区也均小于本发明钢。而9Cr18马氏体不锈钢点蚀击破电位Eb最低，约-200mv，钝化区也最小(几乎无钝化区)，说明耐蚀性最低。

17-4PH、1Cr18Ni9Ti、9Cr19等钢及其类似的材料常被用来制造耐腐蚀磨损的零部件，从上述试验结果看出，本发明钢是它们理想的换代材料。

附图说明

图1为进行腐蚀磨损试验的试验机示意图；

图2为试样；

图3为本发明钢(代号940)和对比材料(17-4PH、1Cr18Ni9Ti、9Ci18)在上述腐蚀磨损试验机上所测得的阳极极化曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种在氯化物介质中耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢，其主要化学成分为(重量％)：C：0.45，Cr：16.00，Ni：4.00，Mo：2.50，其余为Fe。

上述马氏体不锈钢的制造方法包括将上述化学成分的材料在大气中频感应电炉冶炼、锻造成棒材，再经热处理得到，该热处理工艺包括：首先对该棒材进行退火处理：将该棒材加热至820℃，保持4小时；粗加工后进行淬火处理：将此材料加热至1050℃，保持1小时，采用水淬，再在-30℃下冰冻处理8小时；最后进行回火处理：即在280℃下保持4小时，然后在空气中冷却至室温，即可精加工，从而得到一种在氯化物介质中耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢。

采用上述配方材料及方法得到的马氏体不锈钢力学性能如下：σ_b：1545Mpa，σ_s：1360Mpa，δ₅：10.5％，：21.25％，α_k：28J/cm²，HRC：48。

实施例2

一种在氯化物介质中耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢，其主要化学成分为(重量％)：C：0.53，Cr：19.00，Ni：2.50，Mo：4.00，S：0.03，P：0.01，Si：1.00，Mn：2.00，其余为Fe。

上述马氏体不锈钢的制造方法包括将上述化学成分的材料经冶炼、锻造、热处理后得到，所述的热处理工艺包括：首先对该棒材进行退火处理：将该棒材加热至760℃，保持6小时；粗加工后进行淬火处理：将棒材加热至980℃，保持2小时，采用水淬，再在-30℃下冰冻处理8小时；最后进行回火处理：将棒材在320℃下保持5小时，在空气中冷却至室温后，可进行精加工成型，从而得到一种在氯化物介质中耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢。

按上述成分和工艺的在氯化物介质中耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢加工成某种水下器具上的导向轴，直接暴露于海水之中。此轴一方面承受海水腐蚀，另一方面，此轴上有矩形螺纹，螺母在上面来回运动，承受磨损作用。这样在腐蚀磨损的联合作用下，极易引起失效，以前分别使用过9Cr18，1Cr18Ni9Ti钢，其使用寿命只有1～2个月，或因腐蚀严重而失效，或因磨损严重而生效。后改用本发明钢，已使用一年时间，还在运行。说明本发明钢在海水中具有优异的耐腐蚀磨损性能。

实施例3

一种在氯化物介质中耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢，其主要成分为(重量％)：C：0.60，Cr：17.48，Ni：3.45，Mo：2.90，Mn：0.84，Si：0.45，S：002，P：003。制成如图2的试样，在如图1的装置上进行腐蚀磨损试验。试验溶液为3.5％NaCl水溶液6000ml+1000克石英砂(40～70目)的混合液，转速为2378转/分，试验6小时后，由失重计算出腐蚀磨损率，其结果如表1所示。

表1、本发明钢(代号940)与对比材料腐蚀磨损率(mm/年)

钢种	硬度	腐蚀磨损率
钢种	硬度	腐蚀磨损率	940	48	0.52
17-4PH	33	2.8	940	48	0.52
17-4PH	33	2.8	1Cr18Ni9Ti		3.35

注：结果为三个试样平均值

由表1可以看出，本发明钢的腐蚀磨损率最小，17-4PH钢稍大，1Cr18Ni9Ti最大。腐蚀磨损率小，就意味着耐磨性高。在这同一个腐蚀磨损条件下，表明本发明钢的耐磨性比17-4钢高4倍多，比1Cr18Ni9Ti钢高5倍多。

Claims

1.一种耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢，其特征在于，该马氏体不锈钢的化学成分(重量％)为：C：0.45～0.60，Cr：16.00～19.00，Ni：2.50～4.00，Mo：2.50～4.00，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.03，S≤0.03，其余为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢，其特征在于，所述的马氏体不锈钢具有以下力学性能：σ_b≥1500MPa，σs≥1200MPa，δ₅≥8％，≥18％，α_k≥20J/cm²，HRC：46～54。

3.一种权利要求1所述的耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢的制造方法，其特征在于，该方法包括将上述成分在大气或真空感应炉中熔炼，经锻或铸造、热处理后即可加工成型；所述的热处理工艺包括：

(3)回火：280～320℃下保温4小时，空气冷却至室温。

4.一种权利要求1所述的耐腐蚀磨损的马氏体不锈钢的用途，其特征在于，该马氏体不锈钢可加工成各种形式的铸锻件，适用于海水及含氯化物介质中承受腐蚀磨损的零部件。