專利名稱：高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼及其鋼結構材料制備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬材料，特別涉及一種高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼及其鋼結構材料制備方法。
背景技術：
國內研究開發的一種新型儀器儀表系統需使用一種高尺寸精度、高表面光潔度、 高尺寸穩定性結構材料，其材料具有良好綜合力學性能、耐腐蝕、耐磨損、鐵磁性，而國內還未進行該方面的研究。在鑄造不銹鋼材料方面我國的高等院校、科研院所針對特定介質耐腐蝕問題進行了研究開發，例如在硫酸、氫氟酸、海水、鹽酸、堿、氯離子介質、復合介質中的鑄造奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼、高鉬含氮不銹鋼、高硅不銹鋼及改型奧氏體不銹鋼取得了大量研究成果。而對于本發明所要求同時具有其它綜合性能的耐蝕合金還未見研究報道。我國科技工作者對材料尺寸穩定性方面作了研究。通過對工具鋼、軸承鋼、模具鋼的研究表明，組織的不穩定性是造成尺寸不穩定的主要原因。對LD10、ZL104鋁合金進行循環處理，降低并改善了殘余應力分布增強了微觀組織的穩定性，從而提高了尺寸穩定性；對 Al-Zn-Mg鑄造合金進行穩定化處理，提高了尺寸穩定性。雖然鑄造奧氏體不銹鋼耐蝕性優良，應用廣泛，但其力學性能和機加工性能較差， 耐磨性不好、磁導率較低；而鑄造鐵素體不銹鋼室溫及低溫韌性差、缺口敏感性高、不耐磨； 馬氏體不銹鋼按組織可分為馬氏體型、半奧氏體型和馬氏體時效型三種。半奧氏體型鑄造不銹鋼雖然強度很高，但沖擊韌性和尺寸穩定性均相對較差；而對鑄造馬氏體型不銹鋼進行合金化處理，并通過熱處理強化，其綜合力學性能優良、耐磨損、耐腐蝕、機械加工性能優良、沖擊韌性值高、尺寸穩定性佳、且為鐵磁性合金。沉淀硬化馬氏體不銹鋼系列是一種廣泛應用的鑄造不銹鋼材料，具有很高的強度并保持一定的韌性，同時具有較高的耐蝕性和耐磨性，同時滿足鐵磁性要求；材料的韌性相對較差，但可以通過化學成分的調整以及適當的熱處理工藝來改善強韌性。

發明內容
本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種具有很高的強度并保持一定的韌性，同時具有較高的耐蝕性和耐磨性的高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼及其鋼結構材料的制備方法。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼，其特征在于其化學成分按重量百分比計為 C 彡 0. 10 ；Cr :14. 0 15. 5 ；Ni 4. 2 6. 0 ；Cu 2. 0 3. 5 ；Nb 0. 2 0. 40 ；Mn 彡 0. 7 ；Mo 0. 3 0. 8 ；Si 彡 1. 0 ;P 彡 0. 02 ；S ( 0. 015 ；其余為 Fe。本發明鋼投料數十爐(每爐30Kg)材料進行性能試驗鋼的牌號命名為CGS，其典型化學成分分析值見表1。
表1 本發明鋼的化學成分wt%
權利要求
1.一種高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼，其特征在于其化學成分按重量百分比計為 C 彡 0. 10 ；Cr :14. 0 15. 5 ；Ni 4. 2 6. 0 ；Cu 2. 0 3. 5 ；Nb 0. 2 0. 40 ；Mn 彡 0. 7 ；Mo 0. 3 0. 8 ；Si 彡 1. 0 ;P 彡 0. 02 ；S ( 0. 015 ；余量為 Fe。
2.一種用權利要求1所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼制備鋼結構材料的方法，其特征在于包括以下步驟1)、按各化學成分的重量百分比稱取各組份；2)、真空感應熔煉將步驟1中稱取的各組份加入到真空感應熔煉爐中進行真空感應熔煉，真空感應熔煉采用2次精煉工藝；第一次精煉在(1530 1560)士5°C的溫度下，真空度控制在3 8Pa，精煉10 20分鐘；第2次精煉在(1530 1560) 士5°C的溫度下，真空度控制在1 ZXlO-1Pa以上，精煉 10分鐘，以控制成分偏析，然后進行電磁攪拌；3)、澆注重熔電極棒將經過2次真空感應熔煉的鋼水采用細流中速均勻澆注，澆注時間為12 18秒，澆注溫度控制溫度至在(1530 1560) 士5°C，首次獲得重熔電極棒；4)、電渣重熔獲得鋼錠采用CaF-CaO-MnO-MgO-Al2O3五元渣系進行電渣重熔獲得鋼錠；5)、均勻化熱處理將鋼錠進行均勻化熱處理，均勻化熱處理的溫度為1140°C 士5°C ；對于直徑大于200mm的鋼錠，根據鋼棒的直徑大小，按Imm保溫時間1. 5min確定總的保溫時間；對于直徑小于200mm鋼錠，保溫時間為證；6 )、鍛造絲棒材、板帶材的坯料將經過均勻化熱處理的鋼錠在1120-1160°C溫度下保溫，保溫1. 5 5h，用快鍛機鍛造，始鍛的溫度不高于1150 士 5°C，終鍛的溫度不低于950°C 士 5°C，將鋼錠鍛造成絲棒材、 板帶材的坯料；對于直徑大于20mm棒材經過扣圓、校直、表面加工即得棒材成品；對于直徑小于20mm棒材，先將鋼錠鍛造成截面邊長為40 80mm的方坯，經過表面精整、熱軋成Φ8 Φ 14mm的圓條，即為絲棒材坯料；將板帶材的坯料鍛造成300 400mm寬， 30mm厚的板，即得板帶材的板坯；7)、絲棒材、板帶材坯料的精整、探傷、冷加工采用探傷儀器設備對絲棒材、板帶材的坯料進行內外部質量進行檢測，使用精整儀進行精整；精密棒材采用高性能棒材專用車床進行精密加工，控制轉速和刀速，保持棒材的高精度、高的光潔度；將經過精整、探傷的絲棒材、板帶材坯料進一步冷加工，即得高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼結構材料。
3.根據權利要求2所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼制備鋼結構材料的方法，其特征在于所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼結構材料為熱軋板材，將精整、探傷后的板坯在 (850 1160) 士5°C的溫度下熱軋成320 440 mm寬，8 10厚的板坯；然后進行固溶處理，固溶處理的方法為在1040士 10°C的溫度下保溫時間30 60分鐘，然后進行水淬。
4.根據權利要求3所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼制備鋼結構材料的方法，其特征在于所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼結構材料為帶材，將在(850 1160) 士5°C的溫度下熱軋成320 440 mm寬，8 10厚的板坯，通過固溶處理，進行冷軋，控制軋棍的直徑、 軋制道次選擇在3-4次，根據精度要求選用4輥、12輥、20輥軋機，寬度的尺寸公差控制在 0. IOmm以內，厚度的公差控制在0.01以內；每個道次均要進行1040士 10°C，30 60分鐘的固溶熱處理，即得高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼帶材。
5.根據權利要求2所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼制備鋼結構材料的方法，其特征在于所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼結構材料為冷加工絲材，將經過表面精整、熱軋成 Φ8 Φ 14mm的圓條絲棒材坯料通過精整、探傷后，在1040士5°C進行固溶熱處理，根據絲材的粗細進行保溫；控制絲材過程變形度在40 65%，成品絲變形量控制在30-40%;對于直徑大于1mm，按10Min/mm進行保溫；對于小于Imm的絲材采用氫氣保護連續熱處理按1 2M/Min，經冷加工即得高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼冷加工絲材。
6.根據權利要求2所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼制備鋼結構材料的方法，其特征在于所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼結構材料為鑄件，對于砂型鑄造產品，將首次獲得的合格重熔電極棒進行大氣中頻感應爐熔煉，根據零件形狀要求制作相應的模具，通過模具進行砂型造型，在空氣中澆注成砂型鑄件產品，即得高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼砂型鑄件；對于精密鑄件，通過制作金屬型模具、注射蠟模、拼裝蠟模、制作殼型、燒結殼型、真空煉鋼、真空澆注，即得高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼精密鑄件。
7.根據權利要求6所述高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼制備鋼結構材料的方法，其特征在于對于鑄件，還包括精密鑄件尺寸穩定性的熱處理方法，所述的熱處理方法為將鑄件經過精加工后，加熱到1150士5°〇，保溫2. 5h，空冷至室溫；再加熱到1040 士 5°C，保溫Ih ； 放人冰水中冷卻，IOmin后轉入干冰中在(一 60 一 70) °C下冷卻30min后，至室溫；再在 160 士 5°C的溫度下回火1小時；回火后降至室溫后轉入干冰中冷卻30min后，冷至室溫，再在160士5°C的溫度下回火1小時，620士5°C的溫度下回火4小時；最后再進行尺寸穩定性試驗在(-70 -80) °C的溫度下保溫2小時，深冷處理，再在160士5°C的溫度下保溫4小時，深冷處理，如此共循環三次，完成精密鑄件尺寸穩定性的熱處理。
全文摘要
本發明公開了一種高尺寸穩定性耐腐蝕馬氏體鋼及其鋼結構材料制備方法，其化學成分按重量百分比計為C≤0.10；Cr14.0～15.5；Ni4.2～6.0；Cu2.0～3.5；Nb0.2～0.40；Mn≤0.7；Mo0.3～0.8；Si≤1.0；P≤0.02；S≤0.015；其余為Fe。上述鋼結構材料制備方法，包括以下步驟1)、按各化學成分的重量百分比稱取各組份；2)、真空感應熔煉3)、澆注重熔電極棒；4)、電渣重熔獲得鋼錠；5)、均勻化熱處理；6)、鍛造絲棒材、板帶材的坯料；7)、絲棒材、板帶材坯料的精整、探傷、冷加工。本發明是通過高韌性的低碳板條狀馬氏體的形成和以鉬、銅等合金元素作補充強化手段，從而得到高強韌性、高耐腐蝕和耐磨性，滿足耐蝕性強、耐磨損性能優異、機械加工性能良好、尺寸穩定性高、鐵磁性等要求。
文檔編號C21D8/00GK102492894SQ201110453850
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者丁渝紅, 劉慶賓, 吳承汕, 唐銳, 張十慶, 李方, 王宏, 聶尊譽, 趙光明, 鄒興政 申請人:重慶材料研究院