專利名稱：一種含錫高氮馬氏體不銹鋼合金材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含錫的高氮馬氏體不銹鋼合金材料及其制備方法，屬鋼鐵合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼通常是指410、420和431等牌號的不銹鋼，含鉻量分別為13% 和17%左右，碳含量一般視鋼中鉻含量在0. 1-1. 0%間變化。由于這類鋼碳含量高，缺乏足夠的延展性，在鍛造變形過程中對裂紋十分敏感，可焊性比較差，使用范圍受到了限制。為克服上述不足，二十世紀(jì)50年代末以來，人們通過降低含碳量，增加鎳含量(3. 5-4. 5%)，發(fā)展了一類超低碳馬氏體不銹鋼，顯著改善了焊接性，這類不銹鋼叫超級馬氏體不銹鋼。由 Fe-Cr相圖可以看到，形成奧氏體組織的Cr含量必須低于11. 9wt. %，而C、N能顯著增加形成奧氏體組織的Cr含量，提高不銹鋼的耐蝕性。傳統(tǒng)的的馬氏體不銹鋼就是通過提高合金中C含量，從而提高Cr含量并在高溫獲得奧氏體區(qū)，經(jīng)快冷獲得馬氏體組織。但C提高 Cr含量及合金強度的同時顯著降低不銹鋼耐蝕性。超低碳超級馬氏體主要是通過鎳增加形成奧氏體組織的Cr含量。而N不僅可以提高Cr含量及合金強度還能顯著提高不銹鋼耐蝕性，特別是耐點蝕性能。隨著A0D/V0D精煉工藝的發(fā)展，尤其是AOD爐中能夠控制氮的加入，也促進(jìn)了含氮馬氏體不銹鋼的開發(fā)。近年來由于金屬鎳價格波動很厲害，降低不銹鋼中鎳的含量有利于維持不銹鋼市場的穩(wěn)定。同時少量錫的加入可以降低鉻的量，且提高其耐蝕性。因此通過適當(dāng)?shù)蔫F、鉻、以及氮等的比例配合，以及少量的錫加入，這樣不但能降低成本，而且能提高馬氏體不銹鋼的抗腐蝕性能，在此背景下，科研人員開發(fā)了系列超低碳含錫高氮馬氏體不銹鋼合金材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高強高韌高耐蝕的含錫高氮馬氏體不銹鋼合金材料。本發(fā)明的含錫高氮馬氏體不銹鋼，其特征在于具有如下的成分及質(zhì)量百分比(％) C 彡 0. 04，Si 彡 1. 0，Mn 彡 2. 0，P 彡 0. 02，S 彡 0. 02，N:0. 05-0. 3，Cr: 12. 0 18. 0，
Sn:0. 05^1. 0，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，錫的含量隨Cr含量而變化，最大含量必須小于 Cr含量’3.4%。該合金材料的以質(zhì)量百分比計，還可以含有Ni、Cu、Mo和W中的至少一種， 其含量為0. 5 6. 0的Ni，0. 5 5. 0的Cu、0. 5-3. 0的Mo和0. 1-1. 5的W ；以及還可以含有Nb、 Ti、V中的至少一種，其含量為0. 05 0.5的Nb，0. 05 0. 5的Ti，0. 05 0. 5的V。本發(fā)明含錫高氮馬氏體不銹鋼合金材料的制備方法，其特征在于采用傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉工藝方法或加壓冶煉方法，在冶煉過程中加入i^eosMo中間合金。經(jīng)綜合配料熔制后，澆注成型，最終制得含錫高氮馬氏體不銹鋼合金材料。該成分范圍內(nèi)的鋼在950 1200°C范圍固溶處理后為馬氏體組織，回火處理后，室溫的拉伸斷裂強度在800 1400Mpa 范圍，屈服強度在500 IOOOMpa范圍，斷裂延伸率在20 45%范圍，斷面收縮率在50 75%范圍內(nèi)。與傳統(tǒng)高碳馬氏體和超低碳超級馬氏體相比，本發(fā)明的含錫高氮馬氏體不僅成本低，而且耐蝕性有顯著的提高。該含錫馬氏體不銹鋼具有優(yōu)良的力學(xué)、抗菌、耐蝕和加工性能，可加工成各種形狀的產(chǎn)品，應(yīng)用于一般工業(yè)機械領(lǐng)域等領(lǐng)域。本發(fā)明的機理如下所述
N是小原子半徑的原子，可以固溶到鋼中產(chǎn)生固溶強化的作用，同時可以提高不銹鋼在高溫下獲得奧氏體組織的Cr含量；同時少量Sn的加入，與鉻一起在表面形成Cr2O3和SnO2, 顯著改善該系列馬氏體不銹鋼的耐蝕性。
具體實施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。實施例1
本實施例中，含錫高氮馬氏體不銹鋼的成分及質(zhì)量百分比如下
Cr13. 5%N0. 13%C0. 025%Sn0. 2%Si0. 5%S0. 005%P0. 012%Mn0. 8%Fe余量
采用傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉工藝方法，在冶煉過程中加入f^eosMo中間合金。經(jīng)綜合配料熔制后，澆注成型，最終制得含錫高氮馬氏體不銹鋼合金材料。鑄態(tài)經(jīng)熱鍛，固溶和回火處理， 其室溫拉伸斷裂強度大于800MPa，屈服強度大于500MPa，斷裂延伸率大于25%和斷面收縮率大于50%。
實施例2
本實施例中，含錫高氮馬氏體不銹鋼的成分及質(zhì)量百分比如下
Cr17. 2%N0. 17%C0. 03%Sn0. 4%Si0. 6%S0. 003%P0. 014%Mn0. 9%Fe余量
采用傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉工藝方法，在冶煉過程中加入f^eosMo中間合金。經(jīng)綜合配料熔制后，澆注成型，最終制得含錫高氮馬氏體不銹鋼合金材料。鑄態(tài)經(jīng)熱鍛，固溶時效處理，其室溫拉伸斷裂強度大于900MPa，屈服強度大于700MPa，斷裂延伸率大于25%和斷面收縮率
大于50%。 實施例3
本實施例中，含錫高氮馬氏體不銹鋼的成分及質(zhì)量百分比如下
Cr17. 5%Ni5.0%N0.20%C0.03%Sn0.4%Si0.8%Nb0.1%S0.005%P0.015%Mn0. 6%Fe余量
采用傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉工藝方法，在冶煉過程中加入f^eosMo中間合金。經(jīng)綜合配料熔制后，澆注成型，最終制得超級高氮馬氏體不銹鋼合金材料。鑄態(tài)經(jīng)熱鍛，固溶時效處理，其室溫拉伸斷裂強度大于900MPa，屈服強度大于700MPa，斷裂延伸率大于25%和斷面收縮率大于50%。
實施例4
本實施例中，含錫高氮馬氏體不銹鋼的成分及質(zhì)量百分比如下
Cr17. 3%Ni4. 8%N0. 17%C0. 03%Sn0. 4%Si0. 7%Cu2. 0%V0. 1%S0. 004%P0. 025%Mn0. 9%Fe余量
采用傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉工藝方法，在冶煉過程中加入f^eosMo中間合金。經(jīng)綜合配料熔制后，澆注成型，最終制得超級高氮馬氏體不銹鋼合金材料。鑄態(tài)經(jīng)熱鍛，固溶時效處理，其室溫拉伸斷裂強度大于900MPa，屈服強度大于700MPa，斷裂延伸率大于25%和斷面收縮率大于50%。
實施例5
本實施例中，含錫高氮馬氏體不銹鋼的成分及質(zhì)量百分比如下Cr3.3%Ni4.6%N0.11%C0.03%Sn0.2%Si0.6%Mo1.0%Ti0.1%S0.004%P0.025%Mn0. 9%Fe余量
采用傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉工藝方法，在冶煉過程中加入f^eosMo中間合金。經(jīng)綜合配料熔制后，澆注成型，最終制得超級高氮馬氏體不銹鋼合金材料。鑄態(tài)經(jīng)熱鍛，固溶時效處理，其室溫拉伸斷裂強度大于900MPa，屈服強度大于700MPa，斷裂延伸率大于25%和斷面收縮率大于50%。 該類材料的力學(xué)性能與傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼和超級馬氏體不銹鋼相當(dāng)，但抗蝕性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼和超級馬氏體不銹鋼，可以提高材料的使用壽命及對環(huán)境的適應(yīng)能力。
權(quán)利要求
1.一種含錫高氮馬氏體不銹鋼合金材料，其特征在于該不銹鋼具有如下的成分及質(zhì)量百分比(％) :C 彡 0. 04，Si 彡 1. 0，Mn 彡 2. 0，P 彡 0. 02，S 彡 0. 02，N:0. 05 0. 3，Cr: 12. 0 18. 0，Sn:0. 05 1. 0，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，且錫含量小于Cr含量‘3. 4%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含錫高氮馬氏體不銹鋼合金材料，其特征在于該合金材料的以質(zhì)量百分比計，還含有Ni、Cu、Mo和W中的至少一種，其含量(％)為0. 5 6. 0的Ni， 0. 5 5. 0 的 Cu、0. 5 3. 0 的 Mo 和 0. 1 1. 5 的 W。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含錫馬氏體不銹鋼合金材料，其特征在于該合金材料的以質(zhì)量百分比計，還含有Nb、Ti、V中的至少一種，其含量(％)為0. 05 0. 5的Nb，0. 05 0. 5 的 Ti，0. 05 0. 5 的 V。
4.一種用于權(quán)利要求1所述的含錫馬氏體不銹鋼的制備方法，其特征在于采用常規(guī)的熔煉方法或加壓冶煉方法，在冶煉過程中加入i^eosMo中間合金。
全文摘要
本發(fā)明的含錫高氮馬氏體不銹鋼其組分質(zhì)量百分比為C≤0.04，Si≤1.0，Mn≤2.0，P≤0.02，S≤0.02，N:0.05-0.3，Cr:12.0～18.0，Sn:0.05~1.0，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，錫的含量隨Cr含量而變化，最大含量必須小于Cr′3.4%。該馬氏體不銹鋼具有優(yōu)良的力學(xué)、耐蝕和加工性能，可加工成各種形狀的產(chǎn)品，應(yīng)用于一般工業(yè)機械工等方面。
文檔編號C22C38/38GK102162062SQ20111008533
公開日2011年8月24日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者姜大偉, 張自興, 徐裕來, 李鈞, 楊彩雄, 林根文, 武會利, 肖學(xué)山 申請人:上海大學(xué)