專利名稱：一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不銹鋼，具體涉及一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼，屬于金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在電站鍋爐給水泵等泵領(lǐng)域中，磨損環(huán)及襯套由于與水介質(zhì)接觸，易被腐蝕，因此磨損環(huán)材料一般為沉淀硬化不銹鋼或高碳馬氏體不銹鋼，而與磨損環(huán)相對摩擦的葉輪材料一般為馬氏體不銹鋼，摩擦副的間隙很小，泵在啟動時和停機后的惰走時間段，泵轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生比正常運轉(zhuǎn)時更大的撓度，摩擦副之間容易發(fā)生滑動摩擦，摩擦?xí)r溫度升高，磨屑層狀剝落，摩擦副之間容易產(chǎn)生粘著磨損，直至咬合卡死，對電廠的安全運行造成不利影響，同時大大增加維修成本。目前為了防止摩擦副的咬合磨損，多采用各種表面處理技術(shù)改善金屬表面的摩擦潤滑性，例如滲硫、磷化、氯化、表面軟金屬膜等等，但這些工藝都需要在原有金屬材料表面進行二次加工，增加工藝的復(fù)雜性及生產(chǎn)成本，同時也容易產(chǎn)生新的問題。德國KSB公司使用一種代號為RWA350的不銹鋼材料防止摩擦副摩擦的粘著咬合，但是這種材料在焊接后焊縫極易開裂，限制了其應(yīng)用范圍。中國專利公開號CN201090500，
公開日為2008年7月23日，發(fā)明創(chuàng)造的名稱為“給水泵的磨損環(huán)”的專利文獻中，將磨損環(huán)內(nèi)表面加工為蜂窩狀表面以避免水泵轉(zhuǎn)子的咬合， 但是這種磨損環(huán)加工復(fù)雜，制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于保持馬氏體不銹鋼較高強度和硬度的同時，增強材料的摩擦潤滑性能，防止咬合磨損的發(fā)生，同時，提高材料的可焊性，降低制造成本。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼，按重量百分比計算，所含成分如下C 0. 10-0. 16% ；Si 0. 10-1. 00% ；Mn 1. 20-1. 60% ；Cr :12. 00-14. 00% ；Mo 0. 40-0. 60% ；Ni 0. 10-0. 60% ；P^O. 035% ；S 0. 24-0. 32% ；其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼的制備方法，包括如下步驟1)按馬氏體不銹鋼化學(xué)成分的重量百分比計算進行原料配制C 0. 10-0. 16% ；Si 0. 10-1. 00% ；Mn 1. 20-1. 60 % ；Cr :12. 00—14. 00 % ；Mo 0. 40-0. 60% ；Ni 0. 10-0. 60% ；P≤O. 035% ；S 0. 24-0. 32% ；
其余為！^及不可避免的雜質(zhì)元素；2)將前述配制的原料烘烤除濕后裝入中頻感應(yīng)電爐后送電熔化，開始幾分鐘用較小的功率，當(dāng)電流波動較小后，用大功率熔化，直至熔清；3)澆注，澆注溫度 1600_1630°C ；4)退火，退火溫度800-90(TC，保溫后緩冷至室溫；5)淬火，淬火溫度980-1050°C，保溫后油冷；6)回火，回火溫度500_550°C，保溫后空冷；步驟2)中所述的配制的原料裝入中頻感應(yīng)電爐，其裝爐順序為純鐵、廢鋼、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、出鋼前10分鐘將錳鐵和硅鈣粉加入鋼液中充分?jǐn)嚢杈鶆?、出鋼?分鐘加入硫鐵并充分?jǐn)嚢杈鶆?。本發(fā)明的設(shè)計思路是添加S，提高材料的摩擦潤滑性；增加Mn含量，形成MnS，同時減小焊接開裂傾向；添加適量的Mo，降低材料脆性；同時保證Cr含量，以確保耐蝕性能。本發(fā)明一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼所設(shè)計成分的原理如下C:在不銹鋼中是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴大奧氏體區(qū)元素，也是材料強化元素，保證材料的硬度、強度、耐磨性，C降低鋼的耐蝕性能，因此兼顧力學(xué)性能和耐蝕性，控制 C 在 0. 10-0. 16%。Si 脫氧元素，同時Si能改善鋼的鑄造性能，提高鋼中固溶體的硬度和強度，將Si 含量的下限設(shè)定為0. 或更高，但高于1. 0%的Si含量易使碳化物沿晶界析出降低鋼的韌性和耐磨性，導(dǎo)致鑄件開裂，將Si含量范圍確定為0. 10-1. 00%。Mn 既是脫氧元素又是固溶強化元素，能顯著提高鋼的強度和硬度，與S形成MnS 呈顆粒狀分布于晶粒內(nèi)，避免產(chǎn)生FeS低熔點共晶，提高焊接的抗裂性。其反應(yīng)式為[Mn]+ [FeO] = [Fe] + (MnO)[Mn]+ [S] = (MnS)但過高含量的Mn會造成偏析，降低鋼的可焊性，且不利于提高鋼退火后的加工性，還可能降低不銹鋼的耐腐蝕性能。經(jīng)反復(fù)的實驗，將鋼中Mn含量范圍確定為 1. 20-1. 60%。Cr 馬氏體不銹鋼中的一種基本元素，是鋼獲得耐腐蝕性的重要元素，為了獲得該效果，將Cr含量下限設(shè)定為12%。另一方面，Cr是強烈的鐵素體形成元素，過高的Cr含量使其難以在淬火處理中得到馬氏體組織，同時也會增加生產(chǎn)成本，因此將Cr含量上限設(shè)定為 14%。Mo 提高鋼的淬透性，增加回火時的穩(wěn)定性，消除回火脆性與高溫時晶粒長大的傾向。為了獲得該效果，Mo含量下限設(shè)定為0.4%或更高。另一方面，Mo含量過高時，熱加工性降低，制造成本也會增加，Mo含量上限設(shè)定為0. 6%。S 本發(fā)明鋼中非常重要的添加元素，與Mn、Cr等結(jié)合形成化合物，具有良好的潤滑性能，摩擦條件下，由于硫化物的存在，能夠有效地抗咬合磨損，改善不銹鋼的摩擦性能。 為了獲得該效果，將S含量的下限設(shè)定為0.對％。另一方面，S對鋼的熱加工性能、耐腐蝕性都有不利的影響，因此本發(fā)明將S含量上限設(shè)定為0. 32%。P 在不銹鋼中是有害元素，P對鋼的韌性具有有害影響，且使鋼的耐腐蝕性能惡化，因而，應(yīng)當(dāng)使P含量盡可能地低，考慮到要求P含量太低會增加生產(chǎn)成本，因此設(shè)置P含量的上限為0. 035%。Ni 是一種形成奧氏體的有效元素，在淬火處理中具有形成馬氏體以使金屬結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用，可有效增強鋼的耐腐蝕性，為獲得該效果，設(shè)置M含量的下限為0. 1%，考慮制造成本因素，設(shè)置Ni含量上限為0. 6%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點是(1)本發(fā)明提供的防咬合磨損馬氏體不銹鋼成分設(shè)計合理，制造工藝簡單，具有優(yōu)良的機械加工性能，生產(chǎn)成本低廉。(2)本發(fā)明提供的防咬合磨損馬氏體不銹鋼具有良好的摩擦潤滑性能和高于 350HBW的布氏硬度，能夠防止摩擦咬合磨損的發(fā)生，具有良好的耐磨性。(3)本發(fā)明提供的防咬合磨損馬氏體不銹鋼合理添加了 Mn、Mo等元素，有效降低了焊接開裂傾向。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
來詳細(xì)說明本實用新型；圖1為以所述馬氏體不銹鋼為材料的磨損環(huán)示意圖；圖2為以所述馬氏體不銹鋼為材料的焊板的焊接實驗示意圖；其中1為葉輪、2為磨損環(huán)、3為葉輪軸、4為焊板、5為焊點。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步闡述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所述實施例僅用于示例，而不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。實施例1成分(重量％ )C :0· 10-0. 16 Si 0. 10-1. 00 Mn 1. 20-1. 60 Cr 12. 00-14. 00%,Mo 0. 40-0. 60%,Ni :0. 10-0. 60%,P ( 0. 035%,S :0. 24-0. 32%、其余為 1 及不可避免的雜質(zhì)元素。按上述成分設(shè)計原材料配料，感應(yīng)爐冶煉，將原材料烘烤除濕后按順序進行裝料 純鐵、廢鋼、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、出鋼前10分鐘加入錳鐵和硅鈣粉、出鋼前1分鐘加入硫鐵。對以上所設(shè)計制備的防咬合磨損的馬氏體不銹鋼(代號SP11)的成分進行了檢測，檢測報告如下成分檢測結(jié)果C 0. 14 Si 0. 51 %, Mn 1. 35 %, Cr :13. 08 %, Mo 0. 49 %, Ni 0. 25 %, P 0. 024%, S 0. 273%、其余為佝及不可避免的雜質(zhì)元素。將上述澆注材料進行熱處理，工藝如下退火860°C保溫2h緩冷至室溫；淬火1000°C保溫油冷；回火520°C保溫4h空冷。本發(fā)明鋼(代號SP11)經(jīng)熱處理后的硬度如表1所示。表1本發(fā)明鋼(代號SP11)與對比材料的硬度
權(quán)利要求
1.一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼，其特征在于，按重量百分比計算，所含成分如下 C 0. 10-0. 16% ；Si 0. 10-1. 00% ；Mn 1. 20-1. 60% ；Cr :12. 00-14. 00% ； Mo 0. 40-0. 60% ；Ni :0. 10-0. 60% ； P 彡 0. 035% ；S 0. 24-0. 32% ； 其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼，其特征在于，所述C是保證材料的硬度、強度、耐磨性，降低鋼的耐蝕性能的材料強化元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼，其特征在于，所述Si為脫氧元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼，其特征在于，所述Mn既是脫氧元素又是固溶強化元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼，其特征在于，所述Mn與S 形成MnS呈顆粒狀分布于晶粒內(nèi)。
6.一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼的制備方法，其特征在于，其制備方法包含如下步驟1)按馬氏體不銹鋼化學(xué)成分的重量百分比計算進行原料配制 C 0. 10-0. 16% ；Si 0. 10-1. 00% ；Mn 1. 20-1. 60% ；Cr :12. 00-14. 00% ； Mo 0. 40-0. 60% ；Ni :0. 10-0. 60% ； P 彡 0. 035% ；S 0. 24-0. 32% ； 其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素；2)將前述配制的原料烘烤除濕后裝入中頻感應(yīng)電爐后送電熔化，開始幾分鐘用較小的功率，當(dāng)電流波動較小后，用大功率熔化，直至熔清；3)澆注，澆注溫度1580-1630°C；4)退火，退火溫度800-90(TC，保溫后緩冷至室溫；5)淬火，淬火溫度980-1050°C，保溫后油冷；6)回火，回火溫度500-550°C，保溫后空冷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼的制備方法，其特征在于， 步驟2)中所述的配制的原料裝入中頻感應(yīng)電爐，其裝爐順序為純鐵、廢鋼、鎳板、鉻鐵、鉬鐵、出鋼前10分鐘將錳鐵和硅鈣粉加入鋼液中充分?jǐn)嚢杈鶆?、出鋼?分鐘加入硫鐵并充分?jǐn)嚢杈鶆颉?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種防咬合磨損的馬氏體不銹鋼，屬金屬材料領(lǐng)域。該馬氏體不銹鋼，按重量百分比計算，所含成分如下C0.10-0.16％；Si0.10-1.00％；Mn1.20-1.60％；Cr12.00-14.00％；Mo0.40-0.60％；Ni0.10-0.60％；P≤0.035％；S0.24-0.32％；其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明具有配方設(shè)計合理，硬度高，摩擦潤滑性好，能夠防止咬合磨損，焊接開裂傾向小，生產(chǎn)成本低廉的優(yōu)點。
文檔編號C21C5/52GK102286706SQ201110223028
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者呂建南, 吳寶鑫, 孫偉忠, 成曉偉, 鄭昱, 鄭駿, 馬莉 申請人:上海電力修造總廠有限公司