專利名稱：一種耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼及其制造方法及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料，尤其涉及一種在氯化物介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐腐蝕磨損性能的馬氏體不銹鋼。
背景技術(shù)：
隨著海洋事業(yè)的開發(fā)利用和石油化工事業(yè)的發(fā)展，許多機(jī)器設(shè)備都要在含有氯化物腐蝕介質(zhì)中運(yùn)行。這些設(shè)備零部件，一方面要承受氯離子的腐蝕作用；另一方面還要承受零件之間相互摩擦作用，以及與介質(zhì)中的磨料的磨損作用。這種摩擦與腐蝕的聯(lián)合作用就加速了零件的失效。為了延長這些零部件的工作壽命，往往選用具有較高耐磨性(亦即具有較高硬度)的馬氏體不銹鋼來制造。
我國通用的馬氏體不銹鋼有兩種類型即Cr13和Cr18型。Cr13型的如2Cr13、3Cr13、4Cr13等。Cr18型的有9Cr18、9Cr18MoV、1Cr17Ni2等。這些鋼具有較高的硬度，其硬度值最高可達(dá)HRC64，因此它們都具有較高的耐磨性，但它們耐腐蝕性能很低，如Cr13型不銹鋼只能適用于大氣環(huán)境，在水溶液中就容易銹蝕。Cr18型不銹鋼耐蝕性有所提高，也只能用于河水、自來水、雨水、有機(jī)酸等弱的腐蝕介質(zhì)，而不能用于海水及含有氯化物的化工介質(zhì)。當(dāng)然，人們也會選用沉淀硬化不銹鋼來制造耐腐蝕磨損的零部件。我國常用的沉淀硬化不銹鋼有17-4PH、17-7PH、PH15-7Mo和GH132等，這類不銹鋼的耐腐蝕性能較高，達(dá)到304和316L不銹鋼的水平。但這類鋼硬度較低，一般在HRC45以下，且熱處理工藝復(fù)雜，在實(shí)際使用中只能滿足一部份零部件的要求。
為了尋求更好的耐腐蝕磨損馬氏體不銹鋼，人們也進(jìn)行了一系列的研究，例如中國專利公開號CN1515699A提出了一種馬氏體不銹鋼，其主要成分為(重量％)C0.35～0.45，Cr16.00～18.00，Ni0.10～0.70，Mo1.00～1.25，V0.50，從實(shí)施的例子中看出，這種鋼強(qiáng)度較高，σb在840～1260N/mm2之間，適于在模具、化纖等行業(yè)中應(yīng)用。中國專利公開號CN1145644A提出具有優(yōu)良耐點(diǎn)蝕性能的高硬度馬氏體不銹鋼，其主要成分為(重量％)C0.15～0.40，Cr11.00～15.00，Mo+1/2W1.00～3.00，Ni0.1～1.50，Cu0.1～2.00，N0.02～0.15，Si、Mn均不大于2.00，此鋼適用于戶外而可能接觸自來水、雨水、冷凝的露水或類似的物質(zhì)，也可用于塑料模具及塑料注模機(jī)的零部件等。
從上述現(xiàn)有技術(shù)的介紹可以看出，目前還缺乏在海水及含氯化物介質(zhì)中具有優(yōu)良耐腐蝕磨損性能的馬氏體不銹鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種在海水及含氯化物介質(zhì)中具有優(yōu)良耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼及其制造方法及用途，以便易于制造在這些介質(zhì)中工作的承受腐蝕摩擦作用的零部件，如軸、軸承、螺釘、螺母及其類似的摩擦件。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼，其特征在于，該馬氏體不銹鋼的化學(xué)成分(重量％)為C0.45～0.60，Cr16.00～19.00，Ni2.50～4.00，Mo2.50～4.00，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.03，S≤0.03，其余為Fe。
所述的馬氏體不銹鋼具有以下力學(xué)性能σb≥1500MPa，σs≥1200MPa，δ5≥8％，≥18％，αk≥20J/cm2，HRC46～54。
一種上述耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，該方法包括將上述成分在大氣或真空感應(yīng)爐中熔煉，經(jīng)鍛或鑄造、熱處理后即可加工成型；所述的熱處理工藝包括(1)退火加熱至760～820℃，保溫時(shí)間至少4小時(shí)，然后緩冷至室溫；(2)淬火加熱至980～1050℃，保溫后，水或油淬，再進(jìn)行冰凍或深冷處理；(3)回火280～320℃下保溫4小時(shí)，空氣冷卻至室溫。
一種上述耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼的用途，其特征在于，該馬氏體不銹鋼可加工成各種形式的鑄鍛件，適用于海水及含氯化物介質(zhì)中承受腐蝕磨損的零部件。
本發(fā)明馬氏體不銹鋼經(jīng)淬火、回火后的金相組織由回火馬氏體+少量碳化物+少量殘余奧氏體組成。碳化物含量隨淬火溫度提高而減少，殘余奧氏體含量可通過淬火溫度和冷處理溫度來減少或消除。對于易磨損零部件來說，存在一定量的碳化物有利于耐磨性的提高。
圖1為進(jìn)行腐蝕磨損試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)示意圖；圖2為試樣，試樣內(nèi)徑φ1＝25mm，外徑φ2＝50mm，高h(yuǎn)＝10mm本發(fā)明效果試驗(yàn)的工作過程為容器1盛有一定量含有磨料的腐蝕介質(zhì)，軸帶動試樣4和攪拌葉片5作高速運(yùn)轉(zhuǎn)，攪拌了溶液，由于阻流板2的作用，使磨料均勻懸浮在溶液中，與旋轉(zhuǎn)的試樣碰撞而產(chǎn)生磨損。這樣試樣就同時(shí)受到溶液的腐蝕和磨料的磨損，即產(chǎn)生腐蝕磨損。通過軸孔內(nèi)導(dǎo)線使試樣與銅環(huán)9連接，形成導(dǎo)電通路，并由碳刷8引出作為工作電極接入恒電位儀7，同時(shí)接入輔助電極3、參比電極6，組成了電化學(xué)性能測試裝置。
試驗(yàn)溶液由工業(yè)純的氯化鈉和自來水配制成3.5％NaCl水溶液，每次試驗(yàn)取6000ml溶液+1000克石英砂(40～70目的混合砂)。以飽和甘汞電極為參比電極，高級不銹鋼作為輔助電極。試樣園周面為腐蝕磨損面，兩端面由聚四氟乙烯壓緊密封。
圖3為本發(fā)明鋼(代號940)和對比材料(17-4PH、1Cr18Ni9Ti、9Ci18)在上述腐蝕磨損試驗(yàn)機(jī)上所測得的陽極極化曲線。采用的轉(zhuǎn)速為2378rpm(轉(zhuǎn)數(shù)/分)，在恒電位儀上，從腐蝕電位開始，以20mv(SCE)/分的速度向正電位方向步進(jìn)，測得此曲線。通過陽極極化曲線可以看出材料在腐蝕過程中的電化學(xué)行為。由圖看出本發(fā)明鋼(940)點(diǎn)蝕擊破電位Eb最高(約140mv)，鈍化區(qū)最大，說明耐腐蝕性能最好。對比材料17-4PH沉淀硬化不銹鋼和1Cr18Ni9Ti鋼的點(diǎn)蝕擊破電位Eb次之(約40mv)，鈍化區(qū)也均小于本發(fā)明鋼。而9Cr18馬氏體不銹鋼點(diǎn)蝕擊破電位Eb最低，約-200mv，鈍化區(qū)也最小(幾乎無鈍化區(qū))，說明耐蝕性最低。
17-4PH、1Cr18Ni9Ti、9Cr19等鋼及其類似的材料常被用來制造耐腐蝕磨損的零部件，從上述試驗(yàn)結(jié)果看出，本發(fā)明鋼是它們理想的換代材料。


圖1為進(jìn)行腐蝕磨損試驗(yàn)的試驗(yàn)機(jī)示意圖；圖2為試樣；圖3為本發(fā)明鋼(代號940)和對比材料(17-4PH、1Cr18Ni9Ti、9Ci18)在上述腐蝕磨損試驗(yàn)機(jī)上所測得的陽極極化曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1一種在氯化物介質(zhì)中耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼，其主要化學(xué)成分為(重量％)C0.45，Cr16.00，Ni4.00，Mo2.50，其余為Fe。
上述馬氏體不銹鋼的制造方法包括將上述化學(xué)成分的材料在大氣中頻感應(yīng)電爐冶煉、鍛造成棒材，再經(jīng)熱處理得到，該熱處理工藝包括首先對該棒材進(jìn)行退火處理將該棒材加熱至820℃，保持4小時(shí)；粗加工后進(jìn)行淬火處理將此材料加熱至1050℃，保持1小時(shí)，采用水淬，再在-30℃下冰凍處理8小時(shí)；最后進(jìn)行回火處理即在280℃下保持4小時(shí)，然后在空氣中冷卻至室溫，即可精加工，從而得到一種在氯化物介質(zhì)中耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼。
采用上述配方材料及方法得到的馬氏體不銹鋼力學(xué)性能如下σb1545Mpa，σs1360Mpa，δ510.5％，21.25％，αk28J/cm2，HRC48。
實(shí)施例2一種在氯化物介質(zhì)中耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼，其主要化學(xué)成分為(重量％)C0.53，Cr19.00，Ni2.50，Mo4.00，S0.03，P0.01，Si1.00，Mn2.00，其余為Fe。
上述馬氏體不銹鋼的制造方法包括將上述化學(xué)成分的材料經(jīng)冶煉、鍛造、熱處理后得到，所述的熱處理工藝包括首先對該棒材進(jìn)行退火處理將該棒材加熱至760℃，保持6小時(shí)；粗加工后進(jìn)行淬火處理將棒材加熱至980℃，保持2小時(shí)，采用水淬，再在-30℃下冰凍處理8小時(shí)；最后進(jìn)行回火處理將棒材在320℃下保持5小時(shí)，在空氣中冷卻至室溫后，可進(jìn)行精加工成型，從而得到一種在氯化物介質(zhì)中耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼。
按上述成分和工藝的在氯化物介質(zhì)中耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼加工成某種水下器具上的導(dǎo)向軸，直接暴露于海水之中。此軸一方面承受海水腐蝕，另一方面，此軸上有矩形螺紋，螺母在上面來回運(yùn)動，承受磨損作用。這樣在腐蝕磨損的聯(lián)合作用下，極易引起失效，以前分別使用過9Cr18，1Cr18Ni9Ti鋼，其使用壽命只有1～2個(gè)月，或因腐蝕嚴(yán)重而失效，或因磨損嚴(yán)重而生效。后改用本發(fā)明鋼，已使用一年時(shí)間，還在運(yùn)行。說明本發(fā)明鋼在海水中具有優(yōu)異的耐腐蝕磨損性能。
實(shí)施例3一種在氯化物介質(zhì)中耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼，其主要成分為(重量％)C0.60，Cr17.48，Ni3.45，Mo2.90，Mn0.84，Si0.45，S002，P003。制成如圖2的試樣，在如圖1的裝置上進(jìn)行腐蝕磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)溶液為3.5％NaCl水溶液6000ml+1000克石英砂(40～70目)的混合液，轉(zhuǎn)速為2378轉(zhuǎn)/分，試驗(yàn)6小時(shí)后，由失重計(jì)算出腐蝕磨損率，其結(jié)果如表1所示。
表1、本發(fā)明鋼(代號940)與對比材料腐蝕磨損率(mm/年)

注結(jié)果為三個(gè)試樣平均值由表1可以看出，本發(fā)明鋼的腐蝕磨損率最小，17-4PH鋼稍大，1Cr18Ni9Ti最大。腐蝕磨損率小，就意味著耐磨性高。在這同一個(gè)腐蝕磨損條件下，表明本發(fā)明鋼的耐磨性比17-4鋼高4倍多，比1Cr18Ni9Ti鋼高5倍多。
權(quán)利要求
1.一種耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼，其特征在于，該馬氏體不銹鋼的化學(xué)成分(重量％)為C0.45～0.60，Cr16.00～19.00，Ni2.50～4.00，Mo2.50～4.00，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.03，S≤0.03，其余為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼，其特征在于，所述的馬氏體不銹鋼具有以下力學(xué)性能σb≥1500MPa，σs≥1200MPa，δ5≥8％，≥18％，αk≥20J/cm2，HRC46～54。
3.一種權(quán)利要求1所述的耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，該方法包括將上述成分在大氣或真空感應(yīng)爐中熔煉，經(jīng)鍛或鑄造、熱處理后即可加工成型；所述的熱處理工藝包括(1)退火加熱至760～820℃，保溫時(shí)間至少4小時(shí)，然后緩冷至室溫；(2)淬火加熱至980～1050℃，保溫后，水或油淬，再進(jìn)行冰凍或深冷處理；(3)回火280～320℃下保溫4小時(shí)，空氣冷卻至室溫。
4.一種權(quán)利要求1所述的耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼的用途，其特征在于，該馬氏體不銹鋼可加工成各種形式的鑄鍛件，適用于海水及含氯化物介質(zhì)中承受腐蝕磨損的零部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐腐蝕磨損的馬氏體不銹鋼及其制造方法及用途，該馬氏體不銹鋼的化學(xué)成分(重量％)為C0.45～0.60，Cr16.00～19.00，Ni2.50～4.00，Mo2.50～4.00，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.03，S≤0.03，其余為Fe；該馬氏體不銹鋼的制造方法包括熔煉、鍛造、退火、淬火及回火等工藝步驟；該馬氏體不銹鋼，具有較高的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，硬度可達(dá)HRC46～54，可加工成適用于海水及含氯化物介質(zhì)中承受腐蝕磨損的零部件。
文檔編號C21D6/00GK1664153SQ200510024430
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月17日
發(fā)明者徐增華, 王東輝 申請人:上海材料研究所