一種高強度耐磨耐蝕防磁不銹鋼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強度耐磨耐蝕防磁不銹鋼，屬于合金材料領(lǐng)域，各組分及其重量百分比為：C0.25%～0.35%，Si0.7%～1.00%，Mn0.50%～1.50%，Cr17.00%～19.00%，Ni11.00%～13.00%，Mo2.00%～2.50%，V0.45%～0.55%，Ti0.13%～0.18%，Nb0.10%～0.15%，RE0.13%～0.18%，F(xiàn)e61.59%～67.74%。本發(fā)明是一種既無磁，也防海洋腐蝕且具備較高強度和硬度的新無磁鋼。
【專利說明】一種高強度耐磨耐蝕防磁不銹鋼
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金材料領(lǐng)域，尤其涉及海洋石油勘探用材料，特別是海洋石油勘探測井車滾筒用耐海洋腐蝕防磁鋼。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外石油工業(yè)測井車、測井拖撬等設(shè)備滾筒均用ZG3Mnl9Cr4無磁鋼制造，無磁鋼的冶煉及加工技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)十分成熟。但是，該材料在使用過程中強度和耐磨性不能滿足使用要求，特別是在海洋環(huán)境下工作，其耐腐蝕的能力顯著不足，不僅影響了滾筒的外觀質(zhì)量，同時極大的影響了滾筒的使用壽命，導(dǎo)致測井車滾筒更換頻率的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于:提出一種既無磁，也防海洋腐蝕且具備較高強度和硬度的新無磁鋼。
[0004]本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種高強度耐磨耐蝕防磁不銹鋼，各組分及其重量百分比為:
C0.25% ~0.35%,
Si0.7% ~1.00%,
Mn0.50% ~1.50%,
Cr17.00% ~19.00%,
Ni11.00% ~13.00%，
Mo2.00% ~2.50%,
V0.45% ~0.55%,
Ti0.13% ~0.18%,
Nb0.10% ~0.15%,
RE0.13% ~0.18%,
Fe61.59% ~67.74%。
[0005]所述Fe包括微量雜質(zhì)，如P、S等，含量通?？刂圃?.04%以下。
[0006]作為選擇，各組分及其重量百分比為:
C:0.25%, Si:0.70%, Mn:0.50%, Cr:17.00%, Ni:11.00%, Mo:2.00%, V:0.45%, Nb:
0.10%, T1:0.13%, RE:0.13%, Fe:67.74%。
[0007] 作為選擇，各組分及其重量百分比為:
C:0.35%, S1:1.00%, Mn:1.50%, Cr:19.00%, N1:13%，Mo:2.5%, V:0.55%, Nb:0.15%,T1:0.18%, RE:0.18%, Fe:61.59%。
[0008]作為選擇，各組分及其重量百分比為:
C::0.32%, Si:0.85%, Mn:1.20%, Cr:18.50%, Ni:12.00%, Mo:2.32%, V:0.50%, Nb:
0.13%, T1:0.15%, RE:0.16%, Fe:63.87%。[0009]前述高強高硬耐海洋腐蝕無磁鋼的鑄造方法，依次包括以下步驟:
將原料鐵加入熔煉爐中升溫熔化，熔煉爐選擇中頻感應(yīng)爐，熔化溫度在14500C _1550°C，充分融化后向熔煉爐中依次加入原料鎳、錳鐵、鉻鐵、鑰鐵、釩鐵和鈮鐵，控制各組分元素含量配比達到所需，熔清后，爐溫達到1550 - 1580°C時，脫氧、脫氫、脫氮，將脫氧劑壓到爐內(nèi)深處，再加入鈦鐵，金屬液面此時用覆蓋劑蓋嚴，隔斷外界空氣，稀土硅鐵合金加入鋼包內(nèi)。
[0010]作為選擇，所述加入的原料鎳、錳鐵、鉻鐵、鑰鐵、釩鐵和鈮鐵，料塊直徑50 -80mmo [0011]作為選擇，所述加入的鈦鐵直徑3-5_。
[0012]作為選擇，所述加入的稀土娃鐵合金直徑2_5mm。
[0013]作為選擇，所述脫氧劑采用鋁絲、S1-Ca合金或SiC。
[0014]前述高強高硬耐海洋腐蝕無磁鋼進一步的熱處理方法，依次包括以下步驟:
(1)熔煉后的耐蝕防磁鋼在溫度不大于500°C時進入熱處理爐內(nèi)；
(2)升溫到600~650°C，升溫速率為80~100°C/h，恒溫2~3小時；
(3)升溫到1050~1080°C，升溫速率為80~100°C/h，恒溫5~6小時；固溶處理.經(jīng)焊接組合及機加工后進行穩(wěn)定化熱處理，其過程如下:
Cl)升溫到600~630°C，升溫速率為100~120°C /h，恒溫2~3小時；
(2)升溫到820~850°C，升溫速率為100~120°C /h，恒溫6~8小時隨爐冷至室溫，結(jié)束。
[0015]本申請發(fā)明人針對現(xiàn)有無磁鋼的使用考察和了解以及對失效滾筒的分析研究，得出了防磁鋼滾筒首先應(yīng)保證有較高的強韌性和耐磨性，以及無磁性，然后再解決耐蝕性。本發(fā)明耐蝕防磁不銹鋼成份中，不但加入了防磁及耐腐蝕的主要合金鉻、鎳、鑰，還為了提高強度和耐磨性特意加入釩、鈦、鈮及微量的稀土和較高的碳含量。
[0016]上述化學(xué)成份中，F(xiàn)e是鐵的化學(xué)符號；C是碳的化學(xué)符號，是耐蝕防磁鋼中的主要成份；Si是硅的化學(xué)符號；Mn是錳的化學(xué)符號；Cr是鉻的化學(xué)符號，是耐蝕防磁鋼中的主要成份；Ni是鎳的化學(xué)符號，是耐蝕防磁鋼中的主要成份；Mo是鑰的化學(xué)符號，是耐蝕防磁鋼中的主要成份^是釩的化學(xué)符號；Ti鈦的化學(xué)符號；Nb是鈮的化學(xué)符號；RE是混合稀土的化學(xué)符號。
[0017]本發(fā)明成份的設(shè)計:
1)鉻(Cr):是本發(fā)明材料中獲得耐腐蝕性的主要元素，它在氧化介質(zhì)中能使鋼很快生成一層氧化膜，防止金屬基體繼續(xù)破壞，當鉻含量大于13%時與鎳、鑰元素結(jié)合使鋼耐腐蝕性能發(fā)生一個突躍式的突變。
2)鎳(Ni):是本發(fā)明材料中獲得奧氏體的主要元素，鋼中加入鎳用以形成并穩(wěn)定奧氏體組織，從而獲得強度高、韌性好、可焊好以及防磁的材料。與鉻配合使用以提高鋼的耐腐蝕性能和機械性能及工藝性能。
[0018]3)鑰(Mo):能增加本發(fā)明材料的鈍化作用和耐腐蝕性能，特別在氯離子介質(zhì)中鉻的鈍化作用不夠的情況下作用更為明顯。
[0019]4)釩(V)是本發(fā)明材料中的特選元素與碳反應(yīng)形成碳化合物，這類化合物在本發(fā)明材料中以細小的顆粒形成晶核，可細化鋼的晶粒，提高沖擊韌性，增加回火穩(wěn)定性，并有強烈二次硬化作用。釩的碳化合物是金屬碳化合物中最硬最耐磨的，因此可提高本發(fā)明材料的耐磨性。經(jīng)熱處理后的釩碳化合物以細小的顆粒彌散分布在奧氏體晶粒內(nèi)來提高本發(fā)明材料的蠕變和持久強度。但釩含量過高會增加鋼的脆性，因此釩的含量控制在0.45%~
0.55%。
[0020]5)鈦(Ti)是本發(fā)明材料中的新增元素能細化鋼的晶粒，以碳化合物的形式存在，能提高淬透性和回火穩(wěn)定性，并有二次硬化作用。經(jīng)熱處理后的鈦碳化合物能析出彌散分布的拉氏相TiFe2而起到時效強化作用，提高本發(fā)明材料的蠕變和持久強度。但鈦的含量過高會降低鋼的流動性，嚴重影響鋼的鑄造質(zhì)量，因此鈦的含量控制在0.13%~0.18%。
[0021]6)鈮(Nb)是本發(fā)明材料中的特選元素，進入固溶體中，固溶強化作用很強，當固溶于奧氏體時顯著提高鋼的淬透性，細化晶粒，有二次硬化作用。微量的鈮可以在不影響鋼塑性和韌性的情況下提高鋼的強度，由于細化晶粒的作用能提高鋼的沖擊韌性并降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，在奧氏體中能起到固定鋼中碳的沉淀硬化作用，提高鋼的蠕變強度及屈服強度。由于鈮稀缺昂貴，所以含量控制在0.10%~0.15%。
[0022]7)混合稀土(RE):稀土有工業(yè)“味精”美稱，稀土元素十分活潑，幾乎能與所有元素起作用，常以脫氧劑和生核劑形成加入鋼液中，凈化鋼液、改善鑄態(tài)組織，高熔點的稀土化合物在鋼液中形成固態(tài)質(zhì)點.成為結(jié)晶核心，加快鋼液的凝固速度.細化晶粒使鑄態(tài)柱狀晶變細枝間碳化物變小、改善碳化物不均勻性。實驗表明。本發(fā)明材料中加入0.13%的稀土基本上能除掉鋼液中的S，能奪取FeS和其它金屬硫化物中的硫，改善非金屬夾雜物形態(tài)，有效改善鑄造組織和冶金質(zhì)量，提高鋼的強韌性和耐磨性。
[0023]8)碳(C):是本發(fā)明中提高材料強度和硬度的主要元素，由于滾筒在使用中必須要有足夠的強度和耐磨性， 因而在不影響材料導(dǎo)磁率的情況下碳含量選定在0.25-0.35%。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
1)無磁性:導(dǎo)磁率小于1.05高斯；
2)耐腐蝕:完全能承受海水及海上空氣的腐蝕；
3)有較高的綜合機械性能:強度和硬度均能滿足滾筒使用要求；
4)有良好的加工性能:焊接性能和機械加工性能。
[0025]5)現(xiàn)場應(yīng)用:于2010年5月試驗樣品件用于測試至今還未出現(xiàn)銹蝕剝落和變形以及明顯的磨損痕跡，使用周期相比現(xiàn)有材料會達到大幅度提高。
[0026]機械性能表:
【權(quán)利要求】
1.一種高強度耐磨耐蝕防磁不銹鋼，其特征在于各組分及其重量百分比為: C0.25% ~0.35%, Si0.7% ~1.00%, Mn0.50% ~1.50%, Cr17.00% ~19.00%, Ni11.00% ~13.00%， Mo2.00% ~2.50%, V0.45% ~0.55%, Ti0.13% ~0.18%, Nb0.10% ~0.15%, RE0.13% ~0.18%, Fe61.59% ~67.74%。
2.如權(quán)利要求1所述的高強度耐磨耐蝕防磁不銹鋼，其特征在于各組分及其重量百分比為:
C:0.25%, Si:0.70%, Mn:0.50%, Cr:17.00%, Ni:11.00%, Mo:2.00%, V:0.45%, Nb:0.10%, T1:0.13%, RE:0.13%, Fe:67.74%。
3.如權(quán)利要求1所述的高強度耐磨耐蝕防磁不銹鋼，其特征在于各組分及其重量百分比為:
C:0.35%, S1:1.00%, Mn:1.50%, Cr:19.00%, N1:13%，Mo:2.5%, V:0.55%, Nb:0.15%,T1:0.18%, RE:0.18%, Fe:61.59%。
4.如權(quán)利要求1所述的高強度耐磨耐蝕防磁不銹鋼，其特征在于各組分及其重量百分比為:
C:0.32%, Si:0.85%, Mn:1.20%, Cr:18.50%, Ni:12.00%, Mo:2.32%, V:0.50%, Nb:0.13%, T1:0.15%, RE:0.16%, Fe:63.87%。
【文檔編號】C22C38/50GK103602918SQ201310576925
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】馬玉川 申請人:樂山力盾鑄鋼有限公司