一種含稀土元素的高強度的合金及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種含稀土元素的高強度的合金，其合金成分主要由C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo、Nb、Ti、稀土元素（Ce-La)、Fe、組成，各組分的質量百分比為：C：0.03～0.10，Si：≤0.40，Mn：1.0～1.5；Cr：17.2～18.7；Ni：3.6～4.6；Cu：4.0～7.0；Nb：0.5～1.0；Mo：1.2～2.4，Ti：0.2～0.6；稀土元素(Ce&La)：0.001～0.60；余量為Fe。該合金在保持較強的不銹性，又耐酸、堿、鹽等腐蝕的同時，而且還具有較高的強度。
【專利說明】一種含稀土元素的高強度的合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高強度的合金材料及其制備方法，尤其是一種含有稀土元素的高強度的合金材料及其制備方法。屬于馬氏體不銹鋼范疇。
【背景技術】
[0002]傳統的馬氏體不銹鋼如中國的GB0Crl7Ni4Cu4Nb，它相當美國阿姆公司商業代號17-4PH 鋼，簡稱 PH(PrecipitationHardening)不鎊鋼。
[0003]另外一方面，眾所周知的，馬氏體沉淀硬化型不銹鋼(17-4PH合金)是由銅、鈮/鈳構成的沉淀、硬化、馬氏體不銹鋼，尤其是經過熱處理后，產品的機械性能更加完善，可以達到高達1100-1300MPa(160-190ksi)的耐壓強度。盡管如此，馬氏體沉淀硬化型不銹鋼在實際生產應用中出現許多困難，如；強度不理想，抗晶間腐蝕差，較難進行深度的泠成型，難以滿足人們對合金的耐腐蝕和高強度性能的要求。
[0004]另外，專利號JP20011279385A從它實施例來看由于鉻含量沒達到重量17%，就是加入了強化元素鈮(Nb)和鑰(Mo)，也難提高很大拉伸強度和硬度。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明的目的是要提供一種含稀土元素的高強度的合金及其制備方法，既具有較強的耐酸、堿、鹽等腐蝕特點，又具有較高的高強度。
[0006]為了達到本發明的目的，本發明采用以下技術方案實現:
[0007]本發明實施例提供了一種含稀土元素的高強度的合金，其合金成分主要由C、S1、Mn、Cr、N1、Cu、Mo、Nb、T 1、稀土元素、Fe組成,所述稀土元素為Ce和La,各組分的質量百分比為:
[0008]C:0.03 ~0.10，Si: ^ 0.40，Mn: 1.0 ~1.5 ；Cr:17.2 ~18.7 ；N1:3.6 ~4.6 ;
Mo:1.2 ~2.4 ；Nb:0.5 ~1.0 ；T1:0.2 ~0.6 ；Cu:4.0 ~7.0 ;稀土元素(Ce&La):0.001 ~0.60 ;余量為Fe。
[0009]進一步，所述Ce和La，其含量為0.001~0.60wt%，優選0.01~0.10wt%。所述Mo含量為1.2~2.4wt%,優選為1.5~2.0wt%。所述Nb含量為0.5~1.0wt%,優選為0.2~0.8wt%。所述Ti含量為0.2~0.6wt%,優選為0.3~0.5wt%。
[0010]一種制備上述的含稀土元素的高強度的合金，控制爐內母液成分為C:0.03~
0.10，Si: ^ 0.40，Mn:1.0 ~1.5 ；Cr:17.2 ~18.7 ；N1:3.6 ~4.6 ；Mo:1.2 ~2.4 ;Nb:
0.5~1.0 ；Ti:0.2~0.6 ;Cu:4.0~7.0 ;余量為Fe。在氬氣或者真空的保護下進行熔煉，然后分若干次加入重量百分比為0.001~0.60的稀土元素，其中，所述稀土元素為Ce和
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[0011]進一步，在完成熔煉后，還包括使用水平連鑄法將母液拉成圓棒材的步驟。
[0012]進一步，所述圓棒材的直徑為IOOmm左右。
[0013]進一步，還包括對圓棒材進行熱加工変形的步驟。[0014]進一步，還包括對合金進行熱處理的步驟，所述熱處理為固溶(1050°C水冷)A狀態+ 時效(565°C X90min 空冷)TH1050。
[0015]本發明的強度是通過馬氏體相變時效處理的沉淀硬化來達到的，由于含碳量很低、又含有Mo、Ti和Cu同時加入稀土元素，例如Ce和La，使強度與塑性達到最隹配合，表現出較強的不銹性，又耐酸、堿、鹽等腐蝕，而且還具有較高的強度及塑性。
[0016]其中，稀土元素(例如Ce和La)的加入能改善合金的晶界，使其凈化達到提高抗晶間腐蝕能力，同時也提高了合金塑性。
[0017]Mo:它是鐵素體的形成元素，除了能夠改善鋼的耐蝕性外，還可以大幅提高合金的強度和硬度，以及增強二次硬化效應，而韌性并不降低，通常含量為0.5~4.0wt%，本發明優選為1.2~2.4wt%。
[0018]Cu:它是一種奧氏體形成元素，銅在本發明合金中主要是引起二次硬化效應，同時銅的固溶強化也是其中一個重要因素。
[0019]T1:鈦具有顯著地時效強化作用，在本發明Ti含量范圍內，在時效狀態下可使本發明合金時效后的強度達1800Mpa以上；同時硬度(HV)≤560。
【具體實施方式】
[0020]下面例舉若干個【具體實施方式】以對本發明進行詳細說明，本部分的描述僅僅是示范性和解釋性說明，不應構成對本發明的保護范圍產生任何限制作用。
[0021]實施例1
[0022]將表1中的合金配料在真空感應爐中熔煉，每實施例為25kg鋼錠，再通取樣作各實施例化學兀素分樣列入表1中。
[0023](a)真空熔煉工藝；取電解 N1、CrFe、SiFe、MnFe、MoFe、NbFe、海棉 T1、電解 Cu、和Ce-La混合稀土以及純鐵(Fe)按總重25kg比例配料。將N1、Fe、Mo、Nb、Cr、Cu、C裝入電熔氧化鎂質坩堝中，S1、Mn、T1、稀土裝在小料斗槽中。在基礎料按工藝完成熔化后再加入小料進行合金化，在真空狀態下直接注成鋼錠。
[0024](b)在制得的鋼錠上取化學元素分析樣，按GB/T20123-2006、GB/T20124-2006、GB/T11170-2008等方法測得結果列入表1。
[0025]實施例2-3
[0026]取表1中的合金配料(除稀土元素)注入鋼包中，在氬氣保護下在非真空爐中頻爐中混煉，分三次加入Ce和La以保證合金均勻化。最后使用水平連鑄法直接拉成直徑為10Omm的圓棒材。
[0027]取實施例1-3得到的圓棒材，通過精鑄或者熱加工變形，按標準機加工形成測試棒，通過如表2的條件下進行熱處理后，熱處理為固溶和/或時效，然后按GB/T2281-2010進行測評各項性能。
[0028]按照表1中的各組分的含量范圍內，多次重復實驗，經過TH1050熱處理后，進行對比。
[0029]對比例
[0030]以商業用17-4PH馬氏體不銹鋼和專利號JP200127985A和本發明進行合金含化學元素wt%和熱處理后的拉伸強度(Mpa)和硬度(HV)進行對比如下；見表1和表2。
【權利要求】
1.一種含稀土兀素的高強度的合金，其合金成分主要由C、S1、Mn、Cu、Cr、N1、Mo、Nb、T1、稀土元素、Fe組成,所述稀土元素為Ce和La,各組分的質量百分比為:
C:0.03 ~0.10，Si: ^ 0.40，Mn:1.0 ~1.5 ；Cr:17.2 ~18.7 ；N1:3.6 ~4.6 ;Mo:1.2 ~2.4 ；Nb:0.5 ~1.0 ；T1:0.2 ~0.6 ;Cu:4.0 ~7.0 ;稀土元素(Ce&La):0.001 ~0.60 ；余量為Fe。
2.如權利要求1所述的一種含稀土元素的高強度的合金，其特征在于，所述Ce和La，其含量為 0.001 ~0.60wt%，優選 0.01 ~0.10wt%o
3.如權利要求1所述的一種含稀土元素的高強度的合金，其特征在于，所述Mo含量為1.2 ~2.4wt%,優選為 1.5 ~2.0wt%o
4.如權利要求1所述的一種含稀土元素的高強度的合金，其特征在于，所述Nb含量為0.5 ~1.0wt%,優選為 0.2 ~0.8wt%0
5.如權利要求1所述的一種含稀土元素的高強度的合金，其特征在于，所述Ti含量為0.2 ~0.6wt%,優選為 0.3 ~0.5wt%0
6.一種制備如權利要求1所述的含稀土元素的高強度的合金的方法，其特征在于，控制爐內母液成分為 C:0.03 — 0.10，S1:≤ 0.40,Mn:1.0 ~1.5 ；Cr:17.2 ~18.7 ；N1:3.6 ~4.6 ；Mo:1.2 ~2.4 ；Nb:0.5 ~1.0 ；T1:0.2 ~0.6 ;Cu:4.0 ~7.0 ;余量為 Fe，在氬氣或者真空的保護下進行熔煉，然后分若干次加入重量百分比為0.001~0.60的稀土元素(Ce&La)。
7.如權利要求6所述的制備含稀土元素的高強度的合金的方法，其特征在于，在完成熔煉后，還包括使用水平連鑄法將母液拉成圓棒材的步驟。
8.如權利要求7所述的制備含稀土元素的高強度的合金的方法，其特征在于，所述圓棒材的直徑為100mm。
9.如權利要求7或8任一項所述的制備含稀土元素的高強度的合金的方法，其特征在于，還包括對圓棒材進行熱加工(鍛造或軋制)的步驟，熱加工溫度為1000 — 1170°C。
10.如權利要求6所述的制備含稀土元素的高強度的合金的方法，其特征在于，還包括對合金進行熱處理的步驟，所述熱處理為固溶(1050°C水冷)A狀態+時效(565°C X90min空冷)TH1050。
【文檔編號】C21D8/06GK103484785SQ201310363456
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】王雁和, 龔鳳階 申請人:廣東華鰲合金新材料有限公司