CN107937813A - 一种CrNiWCo双相合金钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种CrNiWCo双相合金钢及其制备方法，它涉及一种双相合金钢及其制备方法。本发明的目的是要解决现有双相不锈钢的屈服强度和抗拉强度仍然偏低的问题。CrNiWCo双相合金钢由C、Cr、Ni、Mn、Mo、W、Co、Sc、Al、V、S、P和余量为Fe制备而成。制备方法：一、熔炼依次经过电弧炉→LF炉→VOD炉；二、高温出钢，自然冷却，经过快锻和轧制，再高温扩散回火，自然冷却处理，即得到CrNiWCo双相合金钢。优点：室温屈服强达到900MPa以上，抗拉强度达到1100MPa以上，在温度800℃下，屈服强达到250MPa以上，抗拉强度达到250MPa以上。本发明主要用于制备CrNiWCo双相合金钢。

Description

一种CrNiWCo双相合金钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种双相合金钢及其制备方法。

背景技术

双相不锈钢从20世纪40年代在美国诞生以来，已经发展到第三代。双相不锈钢由于具有奥氏体+铁素体双相组织，且两个相组织的含量基本相当，故兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。屈服强度可达400MPa～550MPa，是普通奥氏体不锈钢的2倍。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的韧性高，脆性转变温度低，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高；同时又保留了铁素体不锈钢的一些特点，如475℃脆性、热导率高、线膨胀系数小，具有超塑性及磁性等。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的强度高，特别是屈服强度显著提高，且耐孔蚀性、耐应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等性能也有明显的改善。双相不锈钢按其化学成分分类，可分为Cr18型、Cr23(不含Mo)型、Cr22型和Cr25型四类。但是现有的双相不锈钢的屈服强度和抗拉强度仍然偏低的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有双相不锈钢的屈服强度和抗拉强度仍然偏低的问题，而提供一种CrNiWCo双相合金钢及其制备方法。

一种CrNiWCo双相合金钢按质量分数由0.03％～0.08％C、8％～11％Cr、4％～7％Ni、0.3％～0.5％Mn、0.6％～1％Mo、1％～3％W、0.3％～0.5％Co、0.5％～2％Sc、0.1％～2％Al、0.2％～1％V、0.007％S、0.02％P和余量为Fe制备而成。

一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、熔炼：按实际需要准备熔炼原料，将准备熔炼原料依次装入电弧炉中，熔炼至熔炼原料完全熔化，然后转移至LF炉中，在温度为1500℃～1550℃下熔炼10min～15min，再转移至VOD炉中，在温度为1600℃～1650℃下熔炼10min～15min，得到熔体；

二、成型：在温度为1500℃下将步骤一得到的熔体送入模具中，自然冷却后得到钢锭，钢锭依次经过快锻和轧制，得到轧制钢材，快锻温度为950℃～1050℃，轧制温度为950℃～1050℃，轧制钢材在温度为1050℃下进行高温扩散回火后自然冷却处理，即得到CrNiWCo双相合金钢；所述CrNiWCo双相合金钢中C质量分数为0.03％～0.08％、Cr质量分数为8％～11％、Ni质量分数为4％～7％、Mn质量分数为0.3％～0.5％、Mo质量分数为0.6％～1％、W质量分数为1％～3％、Co质量分数为0.3％～0.5％、Sc质量分数为0.5％～2％、Al质量分数为0.1％～2％、V质量分数为0.2％～1％、S质量分数为0.007％、P质量分数为0.02％和余量为Fe。

本发明优点：本发明制备的CrNiWCo双相合金钢具有屈服强度、抗拉强度和耐高温的特性，室温下屈服强达到900MPa以上，抗拉强度达到1100MPa以上，室温冲击功达到30J以上，在温度800℃下，屈服强达到250MPa以上，抗拉强度达到250MPa以上，因此本发明制备的CrNiWCo双相合金钢在高温下具有高强度、耐腐蚀、耐高温环境下冲刷及微磁性能，所以有着极其广泛的市场需求，覆盖很多的先进制造领域。

附图说明

图1是实施例3制备CrNiWCo双相合金钢的SEM图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种CrNiWCo双相合金钢，其特征在于CrNiWCo双相合金钢按质量分数由0.03％～0.08％C、8％～11％Cr、4％～7％Ni、0.3％～0.5％Mn、0.6％～1％Mo、1％～3％W、0.3％～0.5％Co、0.5％～2％Sc、0.1％～2％Al、0.2％～1％V、0.007％S、0.02％P和余量为Fe制备而成。

Cr是中等碳化物形成元素，在所有各种碳化物中，铬碳化物是最细小的一种，它可均匀地分布在钢体积中，所以具有高的强度、硬度、屈服强度和耐磨性。由于它能使组织细化而又均分布，所以塑性、韧性也好，这对工具钢尤有价值。Cr的碳化物也较难溶解，在短时间加热下有阻碍晶粒长大作用，长时间渗碳还会粗晶。所以可减小过热敏感效应。Cr可使A体分解速度减缓，降低淬火时的临界冷却速度，因而有助于M体形成和提高M体的稳定性，所以Cr钢均有优良的淬透性，且淬火变形较小。注意：Cr是铁素体形成元素，缩小γ区，所以在没A体化元素存在时，高Cr钢将呈铁素体组织。Cr与W或Mo结合，能使淬火钢中残余奥氏体增加，而有助于获得需要粉碎程度的碳化物相。Cr能大大提高结构钢的强度和塑性，这种影响在Cr与Ni结合的钢中尤其显著。且在Cr中添加Ni，还可以大大提高钢材的耐蚀性。Cr提高耐蚀能力的作用随含碳量增加而会有所降低，因为Cr与C结合后不起作用。

本实施方式利用Ni在合金中的有益作用单纯的镍钢，目前在工业上很少使用。这是由于镍和其他合金元素配合使用时，效果更好。镍的主要作用在于它改变不锈钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍元素可显著提高不锈钢的可塑性、可焊接性、韧性等属性。镍使奥氏体具有面心立方结构(FCC)。因此镍元素被称为奥氏体形成元素。普通碳钢晶体结构称为铁氧体，具有体心立方(BCC)结构，加入镍促使晶体结构从体心立方(BCC)结构转变为面心立方(FCC)结构，这种结构被称为奥氏体。除此之外，镍还能扩大不锈钢在非氧化性介质中的钝化范围，有效提高不锈钢的再钝化能力。镍是优良的耐腐蚀材料，尤其是对强碱性介质。镍的强度和塑性也很好，可承受各种压力加工。除了起到形成奥氏体的作用，在不锈钢中镍还能扩大不锈钢在非氧化性介质中的钝化范围，有效提高不锈钢的再钝化能力。但镍作为单独合金元素要使不锈钢达到某些介质环境的耐蚀要求却必须要达到相当浓度(约27％)，所以，镍一般不单独作为唯一合金元素来构成不锈钢。通常和铬同时存在与不锈钢中，成为不锈钢中的一个重要分支铬镍奥氏体不锈钢。实验证明，含镍不锈钢特别适用于需要表面硬化处理的渗碳零件，它能得到硬度高、韧性好的表面层来抵抗磨损和腐蚀。含镍钢容易出现带状组织和白点缺陷，在生产过程中需要采用必要的措施来对上述不良进行预防。

本实施方式添加Co的目的，由于Co所具有的特性，Co在本实施方式添中起到的作用是；细化组织晶粒增加合金的强度和塑性，提高合金的耐高温性能和降低淬透性。所以在和Ni的融合中形成并保持了合金所需塑性增加合金硬度。

本实施方式添加W的目的，W是耐高温元素且在高温状态下钨具有耐磨损的特性，本实施方式添中的钨在合金中以细小化合物形态均匀分布在金属的韧窝中。由此可起到合金在高温环境中的耐磨损作用。

本实施方式添加Mo的目的，Mo与Cr的复合之中形成稳定的碳化物提高抗回火能力。

本实施方式添加V的目的，V与合金中其它元素的融合中细化组织晶粒提高强度改善韧性。

本实施方式添加Sc的目的，在本实施方式合金中加入少量的Sc以改善合金的强度增加合金的硬度和耐热性能。

本实施方式添加Al的目的，Al与其它合金元素的融合时可以细化组织晶粒增加合金的强度，尤其是Al弥散在合金的晶界中起到一定的抗晶间腐蚀作用。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述CrNiWCo双相合金钢按质量分数由0.03％C、8％Cr、4％Ni、0.3％Mn、0.6％Mo、1％W、0.3％Co、0.5％Sc、0.1％Al、0.2％V、0.007％S、0.02％P和余量为Fe制备而成。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述CrNiWCo双相合金钢按质量分数由0.05％C、9.5％Cr、5.5％Ni、0.4％Mn、0.8％Mo、2％W、0.4％Co、1.25％Sc、0.55％Al、0.6％V、0.007％S、0.02％P和余量为Fe制备而成。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述CrNiWCo双相合金钢按质量分数由0.08％C、11％Cr、7％Ni、0.5％Mn、1％Mo、3％W、0.5％Co、2％Sc、2％Al、1％V、0.007％S、0.02％P和余量为Fe制备而成。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式是一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、熔炼：按实际需要准备熔炼原料，将准备熔炼原料依次装入电弧炉中，熔炼至熔炼原料完全熔化，然后转移至LF炉中，在温度为1500℃～1550℃下熔炼10min～15min，再转移至VOD炉中，在温度为1600℃～1650℃下熔炼10min～15min，得到熔体；

二、成型：在温度为1500℃下将步骤一得到的熔体送入模具中，自然冷却后得到钢锭，钢锭依次经过快锻和轧制，得到轧制钢材，快锻温度为950℃～1050℃，轧制温度为950℃～1050℃，轧制钢材在温度为1050℃下进行高温扩散回火后自然冷却处理，即得到CrNiWCo双相合金钢；所述CrNiWCo双相合金钢中C质量分数为0.03％～0.08％、Cr质量分数为8％～11％、Ni质量分数为4％～7％、Mn质量分数为0.3％～0.5％、Mo质量分数为0.6％～1％、W质量分数为1％～3％、Co质量分数为0.3％～0.5％、Sc质量分数为0.5％～2％、Al质量分数为0.1％～2％、V质量分数为0.2％～1％、S质量分数为0.007％、P质量分数为0.02％和余量为Fe。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤二中所述的CrNiWCo双相合金钢的形状为板状、棒状或管状。其他与具体实施方式六相同。

本实施方式所述的板状、棒状或管状的交货状态应该符合国标。

采用下述试验验证本发明效果

实施例1：一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、熔炼：按实际需要准备熔炼原料，将准备熔炼原料依次装入电弧炉中，熔炼至熔炼原料完全熔化，然后转移至LF炉中，在温度为1500℃下熔炼10min，再转移至VOD炉中，在温度为1650℃下熔炼10min，得到熔体；

二、成型：在温度为1500℃下将步骤一得到的熔体送入模具中，自然冷却后得到钢锭，钢锭依次经过快锻和轧制，得到轧制钢材，快锻温度为1000℃，轧制温度为1000℃，轧制钢材在温度为1050℃下进行高温扩散回火后自然冷却处理，即得到CrNiWCo双相合金钢；所述CrNiWCo双相合金钢中C质量分数为0.03％、Cr质量分数为8％、Ni质量分数为4％、Mn质量分数为0.3％、Mo质量分数为0.6％、W质量分数为1％、Co质量分数为0.3％、Sc质量分数为0.5％、Al质量分数为0.1％、V质量分数为0.2％、S质量分数为0.007％、P质量分数为0.02％和余量为Fe。

本实施例的CrNiWCo双相合金钢呈的形状为棒状。

采用实施例1一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法共制备两个试件，即为试样A和试样B，对试样A和试样B进行检测，检测结果如表1所示，通过表1可知本实施例制备CrNiWCo双相合金钢室温平均抗拉强度为1142MPa，室温平均屈服强度为944.5MPa，室温平均延伸率为13.3％，平均室温冲击功为34J，800℃平均抗拉强度为270MPa，800℃平均屈服强度为259MPa，800℃平均延伸率为17.95％。

表1

对实施例1得到的试样A在温度为760℃下保温1h，然后水淬。在试样A选择10个点打硬度，选取HV50，硬度分别为378、364、361、369、368、360、383、357、357和361，平均值为365.8。换算为洛氏硬度/HRC为37.2。

对实施例1得到的试样B在温度为760℃下保温1h，然后水淬。在试样B选择10个点打硬度，选取HV50，硬度分别为350、356、370、367、369、373、371、388、378和371，平均值为369.3。换算为洛氏硬度/HRC为37.7。

实施例2：一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、熔炼：按实际需要准备熔炼原料，将准备熔炼原料依次装入电弧炉中，熔炼至熔炼原料完全熔化，然后转移至LF炉中，在温度为1550℃下熔炼15min，再转移至VOD炉中，在温度为1650℃下熔炼10min，得到熔体；

二、成型：在温度为1500℃下将步骤一得到的熔体送入模具中，自然冷却后得到钢锭，钢锭依次经过快锻和轧制，得到轧制钢材，快锻温度为1000℃，轧制温度为1000℃，轧制钢材在温度为1050℃下进行高温扩散回火后自然冷却处理，即得到CrNiWCo双相合金钢；所述CrNiWCo双相合金钢中C质量分数为0.05％、Cr质量分数为9.5％、Ni质量分数为5.5％、Mn质量分数为0.4％、Mo质量分数为0.8％、W质量分数为2％、Co质量分数为0.4％、Sc质量分数为1.25％、Al质量分数为0.55％、V质量分数为0.6％、S质量分数为0.007％、P质量分数为0.02％和余量为Fe。

本实施例的CrNiWCo双相合金钢呈的形状为棒状。

采用实施例2一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法共制备两个试件，即为试样C和试样D，对试样C和试样D进行检测，检测结果如表2所示，通过表2可知本实施例制备CrNiWCo双相合金钢室温平均抗拉强度为1182.5MPa，室温平均屈服强度为987.5MPa，室温平均延伸率为13.6％，平均室温冲击功为33.7J，800℃平均抗拉强度为293.5MPa，800℃平均屈服强度为275MPa，800℃平均延伸率为17.4％。

表2

对实施例2得到的试样C和试样D在温度为760℃下保温1h，然后水淬，检测在试样C和试样D的冲击功，室温冲击功分别为32.5J和32.9J。

对实施例2得到的试样C和试样D在温度为962℃下保温1h，然后水淬，在试样C选择5个点打硬度，选取HV50，硬度分别为351、355、355、356和362，平均值为355.8。换算为洛氏硬度/HRC为36.1。

实施例3：一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、熔炼：按实际需要准备熔炼原料，将准备熔炼原料依次装入电弧炉中，熔炼至熔炼原料完全熔化，然后转移至LF炉中，在温度为1550℃下熔炼15min，再转移至VOD炉中，在温度为1600℃下熔炼15min，得到熔体；

二、成型：在温度为1500℃下将步骤一得到的熔体送入模具中，自然冷却后得到钢锭，钢锭依次经过快锻和轧制，得到轧制钢材，快锻温度为1000℃，轧制温度为1000℃，轧制钢材在温度为1050℃下进行高温扩散回火后自然冷却处理，即得到CrNiWCo双相合金钢；所述CrNiWCo双相合金钢中C质量分数为0.08％、Cr质量分数为11％、Ni质量分数为7％、Mn质量分数为0.5％、Mo质量分数为1％、W质量分数为3％、Co质量分数为0.5％、Sc质量分数为2％、Al质量分数为2％、V质量分数为1％、S质量分数为0.007％、P质量分数为0.02％和余量为Fe。

本实施例制备的CrNiWCo双相合金钢SEM图如图1所示，图1是实施例3制备CrNiWCo双相合金钢的SEM图。

Claims (6)

1.一种CrNiWCo双相合金钢，其特征在于CrNiWCo双相合金钢按质量分数由0.03％～0.08％C、8％～11％Cr、4％～7％Ni、0.3％～0.5％Mn、0.6％～1％Mo、1％～3％W、0.3％～0.5％Co、0.5％～2％Sc、0.1％～2％Al、0.2％～1％V、0.007％S、0.02％P和余量为Fe制备而成。

2.根据权利要求1所述的一种CrNiWCo双相合金钢，其特征在于所述CrNiWCo双相合金钢按质量分数由0.03％C、8％Cr、4％Ni、0.3％Mn、0.6％Mo、1％W、0.3％Co、0.5％Sc、0.1％Al、0.2％V、0.007％S、0.02％P和余量为Fe制备而成。

3.根据权利要求1所述的一种CrNiWCo双相合金钢，其特征在于所述CrNiWCo双相合金钢按质量分数由0.05％C、9.5％Cr、5.5％Ni、0.4％Mn、0.8％Mo、2％W、0.4％Co、1.25％Sc、0.55％Al、0.6％V、0.007％S、0.02％P和余量为Fe制备而成。

4.根据权利要求1所述的一种CrNiWCo双相合金钢，其特征在于所述CrNiWCo双相合金钢按质量分数由0.08％C、11％Cr、7％Ni、0.5％Mn、1％Mo、3％W、0.5％Co、2％Sc、2％Al、1％V、0.007％S、0.02％P和余量为Fe制备而成。

5.一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法，其特征在于一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法是按以下步骤完成的：

一、熔炼：按实际需要准备熔炼原料，将准备熔炼原料依次装入电弧炉中，熔炼至熔炼原料完全熔化，然后转移至LF炉中，在温度为1500℃～1550℃下熔炼10min～15min，再转移至VOD炉中，在温度为1600℃～1650℃下熔炼10min～15min，得到熔体；

二、成型：在温度为1500℃下将步骤一得到的熔体送入模具中，自然冷却后得到钢锭，钢锭依次经过快锻和轧制，得到轧制钢材，快锻温度为950℃～1050℃，轧制温度为950℃～1050℃，轧制钢材在温度为1050℃下进行高温扩散回火后自然冷却处理，即得到CrNiWCo双相合金钢；所述CrNiWCo双相合金钢中C质量分数为0.03％～0.08％、Cr质量分数为8％～11％、Ni质量分数为4％～7％、Mn质量分数为0.3％～0.5％、Mo质量分数为0.6％～1％、W质量分数为1％～3％、Co质量分数为0.3％～0.5％、Sc质量分数为0.5％～2％、Al质量分数为0.1％～2％、V质量分数为0.2％～1％、S质量分数为0.007％、P质量分数为0.02％和余量为Fe。

6.根据权利要求1所述的一种CrNiWCo双相合金钢的制备方法，其特征在于步骤二中所述的CrNiWCo双相合金钢的形状为板状、棒状或管状。