CN105951001A - 低自噪声特种钢及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所提供的低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍7～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰0.1～0.12％，其余为铁。本发明所提供的特种钢可以应用于耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件。增加了合金材料类别、调整了各种材料元素的比例成分，在制备材料中增加镍、铬、铜、镁、锰等，使得特种钢中含有合理配比的镍、铬、铜、镁、锰等元素，大大增加特种钢材的耐磨及抗腐蚀性能，易加工成型，具备一定的减震性能，自噪声较低，解决了零件易磨损、易生锈的问题，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种特种钢，具体涉及一种耐磨耐蚀的特种钢及其加工方法。
背景技术
特种钢也叫合金钢。在碳素钢里适量地加入一种或几种合金元素，使钢的组织结构发生变化，从而使钢具有各种不同的特殊性能。
合金钢种类很多，通常按合金元素含量多少分为低合金钢(含量<5％)，中合金钢(含量5％～10％)，高合金钢(含量>10％)；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢(如软磁钢、永磁钢、无磁钢)等。在钢中除含铁、碳和少量不可避免的硅、锰、磷、硫元素以外，还含有一定量的合金元素，钢中的合金元素有硅、锰、钼、镍、硌、矾、钛、铌、硼、铅、稀土等其中的一种或几种，这种钢叫合金钢。各国的合金钢系统，随各自的资源情况、生产和使用条件不同而不同，国外以往曾发展镍、硌钢系统，我国则发现以硅、锰、钒、钛、铌、硼、铅、稀土为主的合金钢系统合金钢在钢的总产量中约占百分之十几，一般是在电炉中冶炼的按用途可以把合金钢分为8大类，它们是：合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热不起皮钢，电工用硅钢。
在工业生产中，有些化工生产设备中的某些部件在使用过程中不仅要经受磨损，同时耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液的腐蚀，因此对钢的要求较为苛刻。
同时在机械传动中，齿轮机构由于具有结构紧凑、传动比稳定、传递功率大、传动效率高、使用寿命长等优点，因而使用十分广泛。齿轮机构的主要缺点是振动和噪声较大。
发明内容
发明目的：针对现有技术中某些化工设备零件的特殊要求，本发明的第一个目的是提供一种低自噪声特种钢，本发明的另一个目的是提供该低自噪声特种钢的加工方法。
技术方案：本发明所提供的低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.01～0.03％，铬13～17％，镍4～8％，铜0.1～0.12％，镁0.4～0.5％，锰1～1.2％，其余为铁。
我们研究发现在普通的碳素钢中，加入铬能够有效地提高钢材的淬火性和回火阻抗性，提高钢材的强度，并且铬还可以降低碳的活度，提高钢材的浸碳性，并形成微细碳化物，可降低加热、轧制和热处理过程中的钢材表面脱碳和石墨化倾向，提高韧性和耐磨损性；但是，铬含量过高时，反而大量形成铬的碳化物，恶化钢材的弹减性能和韧性。因此，在本发明中，控制钢材中铬的含量为13～17％(质量百分比)，最优含量为16％。
同时，加入少量的镍，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀，而且更为坚韧，有磁性和良好的可塑性，焊接性能也好；在650～1000℃高温下有较高的强度和抗氧化、抗燃气腐蚀能力。在本发明中，控制在钢材中镍的含量为4％～8％，最优含量为6％。
此外，我们还发现加入微量的铜一方面可以提高钢材耐大气腐蚀的性能，另一方面可以和锰协同作用，使得本特种钢被敲击时发出的声响相对沉闷暗哑，自噪声较低，具有一定的降噪作用，满足了对音噪要求更高的应用需求。
此外，加入少量的镁和锰，可使得钢的晶粒更加细致均匀，易加工成型，同时较之于普通钢材，其具备一定的减震性能，在具备更高的耐磨性和耐高温性的同时，进一步满足了对低自噪声、高舒适性、高安全性的应用需求。
本发明的一个优选方案为：所述低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，其余为铁。
更进一步的，我们发现如果在上述技术方案中加入微量的铌，可以增强钢材的耐腐蚀性，研究发现，原因在于本发明在进行热处理时，呈现奥氏体+碳化物的组织，碳化物的存在，对钢的耐蚀性有很大影响，奥氏体在450～850℃下加热，由于晶界析出铬的碳化物Cr23C6，使得晶界附近的含铬量降低，引起晶间腐蚀。因此，我们在其中加入微量的铌，使之优先与碳结合形成NbC，其稳定性高，使得铬保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻刚的晶界腐蚀倾向。此外，NbC在晶内析出呈弥散分布，且高温下不易长大，可以提高本发明的高温强度。对于本发明来说，铌的含量为0.3～0.8％时，最为合适，优选0.5％。
本发明含铌的一个优选方案为：所述低自噪声特种钢，其成分质量百分比为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，铌0.5％，其余为铁。
本发明还公开了上述特种钢获得的方法，包括以下步骤：下料、锻造、正火、加工、渗碳、预冷淬火、低温回火、表面处理。
所述的锻造，其温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4～6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时，时效处理为560℃。
所述的正火温度为950℃～970℃。
所述的渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6～8h，以丙酮为渗碳剂。
所述的预冷淬火为，预冷至870～880℃，然后进行油冷，冷却至室温。
所述的回火是在200℃时回火2～3h。
有益效果：本发明所提供的特种钢可以应用于耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件。增加了合金材料类别、调整了各种材料元素的比例成分，在制备材料中增加镍、铬、铜、镁、锰等，使得特种钢中含有合理配比的镍、铬、铜、镁、锰等元素，大大增加特种钢材的耐磨及抗腐蚀性能，易加工成型，具备一定的减震性能，自噪声较低，解决了零件易磨损、噪音大、易生锈的问题，延长其使用寿命。
具体实施方式：
实施例1
特种钢的成分为：碳0.01％，铬13％，镍4％，铜0.1％，镁0.4％，锰1％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火2h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为217HBW。
实施例2
特种钢的成分为：碳0.03％，铬17％，镍8％，铜0.12％，镁0.5％，锰1.2％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为8h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为216HBW。
实施例3
特种钢的成分为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为218HBW。
实施例4
特种钢的成分为：碳0.01％，铬13％，镍4％，铜0.1％，镁0.4％，锰1％，铌0.3％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火2h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为219HBW。
实施例5
特种钢的成分为：碳0.03％，铬17％，镍8％，铜0.12％，镁0.5％，锰1.2％，铌0.8％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为8h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为219HBW。
实施例6
特种钢的成分为：含有碳0.02％，铬16％，镍6％，铜0.1％，镁0.45％，锰1.1％，铌0.5％，其余为铁。
其加工方法为：按照上述比例，进行原料配比，混合，下料。
锻造温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
正火温度为950℃～970℃。加工，然后渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6h，以丙酮为渗碳剂。
预冷至870～880℃，然后进行油冷淬火，至室温。最后在200℃时回火3h。表面处理后得到产品。经试验检测，所制得的特种钢硬度为220HBW。
以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种低自噪声特种钢，其特征在于所述特种钢各成分质量百分比为：
2.根据权利要求1所述的低自噪声特种钢，其特征在于所述特种钢各成分质量百分比为：
3.根据权利要求1所述的低自噪声特种钢，其特征在于其成分中还含有铌0.3～0.8％。
4.如权利要求1～3所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于包括以下步骤：下料、锻造、正火、加工、渗碳、预冷淬火、低温回火、表面处理。
5.根据权利要求4所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于锻造时，其温度为1530～1580℃，热处理扩散退火温度1100～1150℃，4～6小时，固溶处理温度1050～1150℃，2小时。
6.根据权利要求4所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于正火温度为950℃～970℃。
7.根据权利要求4所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的渗碳，渗碳温度为920℃，时间为6～8h，以丙酮为渗碳剂。
8.根据权利要求4所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的预冷淬火为，预冷至870～880℃，然后进行油冷，冷却至室温。
9.根据权利要求4所述的低自噪声特种钢的加工方法，其特征在于所述的回火是在200℃时回火2～3h。
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