一種資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料，具有如下的成分及質(zhì)量百分比（%）：C：0.1?0.4，Cr18.0?23.0，Ni：6.0?8.0，N0.1?0.3，Al：0.3?1.5，Mn≤1.5，Si≤1.0，P≤0.03，S≤0.03，Zr0.05?0.2，Y0.05?0.2，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；該合金材料采用常規(guī)的熔煉工藝方法，經(jīng)配料熔制后澆注成型，再經(jīng)固溶處理即可制備獲得，該合金材料不僅具有良好的高溫抗氧化性能和耐磨性能，而且能夠降低材料成本。
【專利說明】
一種資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料，屬鋼鐵合金材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展，高溫下作業(yè)的設(shè)備越來越多，這就對高溫下作業(yè)設(shè)備的材料提出了很高的要求，例如，具有好的高溫抗氧化性能，高溫下耐磨，具有優(yōu)異的高溫強度等等。
[0003]高溫抗氧化性是保證工件在高溫下持久工作的重要條件。鋼件在高溫空氣等氧化環(huán)境中，氧與鋼表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成多種鐵的氧化物層，該氧化物層很疏松，失去了鋼的原有特性，極易脫落。為了提高鋼的高溫抗氧化性，向鋼中加入合金元素，從而改變氧化物的結(jié)構(gòu)。常用的合金元素有鉻、硅、鋁等。它們與氧反應(yīng)，在鋼的表面上生成致密的、穩(wěn)定的氧化物層、或者說鈍化層Cr203、Si02等，以保護鋼不再繼續(xù)氧化。鉻、硅加入量多，鋼的高溫抗氧化好，但是若硅加入量太多，鋼的力學(xué)性能和工藝性變差。所以，耐熱鋼以鉻為主要合金元素，以硅為輔助元素。因此，鋼的高溫抗氧化性主要與化學(xué)成分有關(guān)。
[0004]材料的耐磨性是指在一定的摩擦條件下抵抗磨損的能力，當(dāng)磨料與材料相互作用時，對材料耐磨性或磨損發(fā)生過程主要影響因素有兩類，一是材料本身，包括材料的成分、顯微組織和力學(xué)性能。材料的顯微組織對材料磨料磨損過程有很大的影響，材料的成分和處理工藝決定了材料的組織和力學(xué)性能。另一是磨料特性和磨料與材料相互作用時的接觸應(yīng)力、相對運動速度、環(huán)境、介質(zhì)等外部參數(shù)。同一種組織的材料，在不同的工況條件下或不同的試驗條件下也會表現(xiàn)出不同的耐磨性。硬度對材料的耐磨性有很大影響，所以提高抗磨耐熱鋼的耐磨性的措施就是加入合金元素，提高耐熱鋼的硬度。常用的合金元素有鈮和鋯等。這些合金元素與碳和氮的親和力都比較強，加入合金中，在凝固過程中形成高度彌散分布的硬度極高的碳化物和氮化物微粒，這些MC型和MN型微粒穩(wěn)定性很高，即使在1300 0C以下也不會完全溶解，可以提高鋼在高溫下的耐磨性能，所以耐熱鋼的耐磨性主要與硬度有關(guān)。
[0005]因此，如何有效提高材料的高溫抗氧化性和耐磨性是科研人員重點關(guān)注的問題。奧氏體基耐熱鋼是目前應(yīng)用最廣泛的鋼種。但由于奧氏體鋼中Ni含量較高，因而生產(chǎn)成本較高。本發(fā)明通過用價格低廉的氮代替價格昂貴的鎳來保證鋼的奧氏體基體，從而降低鋼的生產(chǎn)成本，同時將材料的高溫抗氧化性和耐磨性有效的結(jié)合起來。
[0006]本發(fā)明經(jīng)過科研人員的設(shè)計和反復(fù)試驗，優(yōu)化了材料的配方，形成完整的材料與工藝一體的資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料制造技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種不僅具有良好的高溫抗氧化性能和耐磨性能，而且能夠降低材料成本的資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料。
[0008]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的: 一種資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料，具有如下的成分及質(zhì)量百分比(％):C:0.1-0.4,Crl8.0-23.0,N1:6.0-8.0,N0.1-0.3, Al:0.3-1.5,Mn^ 1.5, Si^ 1.0,P^0.03,S<0.03，Zr0.05-0.2, Υ0.05-0.2，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0009]其室溫抗拉強度為500 MPa以上，伸長率在20%以上。
[0010]其生產(chǎn)工藝包括以下步驟:采用常規(guī)的熔煉工藝方法，經(jīng)配料熔制后澆注成型，再經(jīng)固溶處理，在1050 °C固溶處理后，其組織為奧氏體+AlN+碳化物。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
本發(fā)明通過以氮代鎳來降低鋼的生產(chǎn)成本，同時在鋼中加入鋁，鋁不但可以在表面形成致密的A1203薄膜，提高材料的高溫抗氧化性，還可以形成AlN相，作為硬質(zhì)點彌散分布于基體中，提高材料的耐磨性。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例合金材料室溫拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線圖；
圖2為本發(fā)明實施例合金材料在空氣中1000 °C下的氧化動力學(xué)曲線圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0014]—種資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料，其具有如下的成分及質(zhì)量百分比(％):
C0.34
Cr19.10
Ni6.80
N0.23
Al1.15
Mn0.56
Si0.38
P0.002
S0.01
Zr0.12
Y0.12
余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)
其生產(chǎn)工藝包括以下步驟:采用傳統(tǒng)常規(guī)的熔煉工藝方法，經(jīng)綜合計量計算和配料熔煉后，澆鑄成型，再經(jīng)固溶處理，在1050°C固溶處理后，其組織為奧氏體+AlN+碳化物，最終制得鑄鋼鑄件。合金材料在1050 0C固溶處理后，室溫拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線見圖1，其室溫抗拉強度為690 MPa，伸長率大于30%，均明顯優(yōu)于ZG40Cr25Ni20。圖2為本實施例合金材料在空氣中1000 °C下的氧化動力學(xué)曲線圖，可以看出，本實施例合金材料的增重量與ZG40Cr25Ni20相當(dāng)，在降低材料成本的情況下表現(xiàn)出較好的抗氧化性。
[0015]本發(fā)明優(yōu)化的資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料力學(xué)性能好，生產(chǎn)成本低，具有很好的性價比。該類資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料是一種極具成本效益的工程材料，可以作為ZG40Cr 25Ni 20的替換材料。
[0016]實施例只是為了便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限制，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容或依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上方案所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料，其特征在于:具有如下的成分及質(zhì)量百分比(％):(::0.1-0.4，018.0-23.0，祖:6.0-8.0，陬.卜0.3，八1:0.3-1.5，]\111彡1.5，51(I.0,P^0.03，S彡0.03,Zr0.05-0.2,Y0.05-0.2，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料，其特征在于:其室溫抗拉強度為500 MPa以上，伸長率在20%以上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的資源節(jié)約型抗高溫氧化耐磨不銹鋼合金材料，其生產(chǎn)工藝包括以下步驟:采用常規(guī)的熔煉工藝方法，經(jīng)配料熔制后澆注成型，再經(jīng)固溶處理，其特征在于:在1050°C固溶處理后，其組織為奧氏體+AlN+碳化物。
【文檔編號】C22C38/02GK106048420SQ201610558305
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】李鈞, 徐裕來, 肖學(xué)山, 冉慶選, 武昭妤, 彭偉, 張華偉, 李帥, 王雷, 楊智, 洪笑宇
【申請人】上海大學(xué)興化特種不銹鋼研究院