專利名稱：一種含硼高錳奧氏體鐵基合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵合金技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種耐液態(tài)金屬腐蝕的腐蝕含硼 高錳奧氏體鐵基合金及其熱處理方法。
背景技術(shù)：
目前，鋼鐵制品熱浸鍍鋅技術(shù)是防止鋼鐵在自然環(huán)境中腐蝕的最經(jīng)濟(jì)有效的方 法，工件熱鍍鋅后，其耐蝕性可提高11- 倍，同時(shí)由于鍍層金屬與基體之間具有良好的結(jié) 合力，并可以增加裝飾性和成形性，因此廣泛用于板、帶、絲、管、網(wǎng)及五金電器的加工和制 造過程，其具體的方法是將待處理的鋼鐵工件置于450-480°C的鋅鍋中，停留一段時(shí)間后取 出，但液鋅具有強(qiáng)烈的熔蝕作用，因此要求長(zhǎng)期接觸液鋅的工藝設(shè)備具有較好的防腐性能。
世界各國(guó)，包括中國(guó)的主要鋼鐵企業(yè)的連續(xù)熱浸鍍鋅生產(chǎn)線上均使用沉沒輥裝 置，包括沉于鋅液中的沉沒輥、穩(wěn)定輥及其支臂、軸套以及下斜槽等，一般這些部件中，除軸 套、瓦等使用鈷基合金Mellite6B制作外，其余多使用316L不銹鋼材料制作。
盡管316L為奧氏體組織，但其450-480°C高溫強(qiáng)度和硬度不足，因此在使用過程 中輥身容易產(chǎn)生彎曲變形，使得鍍鋅板出現(xiàn)波浪形，從而降低鍍鋅板質(zhì)量和品級(jí)，另外316L 不銹鋼沉沒輥耐液鋅腐蝕性能不夠高，一次返修使用壽命在20-30天，沉沒輥及軸套的頻 繁更換及維修，既降低熱鍍鋅機(jī)組的作業(yè)率，又增大了鋅耗，從而提高了產(chǎn)品的成本。
因此，有必要開發(fā)一種能更好地耐液鋅腐蝕的合金材料。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種耐液鋅腐蝕的含硼高錳奧氏體鐵基合金及其熱處理方 法。
本發(fā)明所述的含硼高錳奧氏體鐵基合金是通過奧氏體鋼設(shè)計(jì)與控制，以 (Mn+Ni+C+N)多元組合進(jìn)行奧氏體化以期獲得全奧氏體合金組織。
具體的，所述的含硼高錳奧氏體鐵基合金的化學(xué)成分組成為(重量％) :C: 0. 15% -0. 40% ；Si 0. 5% -1. 5% ；Mn 8. 0% -14. 0% ；Cr 15% -22% ；Ni 1. 5% -3. 5% ； Nb 0. 3% -0. 55%, N+B 0. 4-0. 5%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
另外，可以通過微合金化進(jìn)一步提高本發(fā)明所述合金的耐液鋅腐蝕性能，因此 本發(fā)明所述合金還可以含有合金元素Ti和ττ中一種或兩種；其重量百分比分別為 0. 05% -0. 8%和 0. 03% -0. 12%。
本發(fā)明對(duì)各種合金化元素限定理由如下
C :C是穩(wěn)定奧氏體元素，也是碳化物(Cr7C3、NbC)的主要形成元素，C量定為上限 0. 40%,過多則促進(jìn)!^e與Si反映，對(duì)耐蝕性不利；
Si =Si是熔煉脫氧元素，當(dāng)Si含量超過0. 5%時(shí)，才做為合金元素起作用，Si含量 在0. 5-1. 5%時(shí)耐液鋅腐蝕能力較好，> 1.5% Si不利于合金韌性的保持；
Mn :Mn是奧氏體合金化元素，為保持本發(fā)明合金為全奧氏體組織，8%為下限，含量< 8%將出現(xiàn)鐵素體組織，對(duì)保證鋼材的耐液鋅腐蝕性能不利；另外，本發(fā)明所做的試驗(yàn) 證實(shí)含量> 14%的Mn對(duì)耐液鋅腐蝕極為不利，且呈線性速率增加，因此設(shè)定Mn含量的上限 為 14% ；
Cr =Cr是提高耐液鋅腐蝕的主要合金元素，保持15%是最低要求；另外Cr也是 Cr7C3碳化物的形成元素，過高的Cr容易在合金基體內(nèi)出現(xiàn)鐵素體相，另外對(duì)合金的沖擊 韌性有所降低，因此將Cr含量的上限限定為22% ；
Ni =Ni也是奧氏體合金化元素，由于本發(fā)明的合金的金相組織需要設(shè)計(jì)成奧氏 體，但在液鋅中，Ni與Si發(fā)生反應(yīng)，極易生成不穩(wěn)定的NiZni^H，而且該相組織易與液鋅進(jìn) 一步反應(yīng)，因此含Ni量過高，對(duì)耐液鋅腐蝕極為不利，由此控制Ni含量為1. 5% -3. 5%為且；
Nb =Nb是碳化物形成元素，NbC能提高奧氏體組織的硬度，并對(duì)合金焊接性能有 益，但加入過多則降低合金韌性，因此控制Ni含量為< 0. 55%為宜；
N =N也有益于發(fā)明合金保持全奧氏體組織，溶于基體的N及氮化物能提高合金強(qiáng) 度和硬度，但加入量過多，控制不好易生成氣孔等缺陷，因此控制N含量為<0. 95%為宜；
B 微量B能填充合金晶界缺陷，提高耐蝕性，但加入量過高能在晶界形成網(wǎng)狀分 布的硼化物，因此控制B含量為< 0. 95%為宜；
另外，可將本發(fā)明合金經(jīng)過高溫淬火，或進(jìn)一步的回火處理使網(wǎng)狀硼化物斷開呈 彌散分布，促進(jìn)FeB — Fe2B轉(zhuǎn)變，使耐鋅腐蝕性能大幅提高；
Ti 極易生成TiC，細(xì)化晶粒和提高強(qiáng)度和硬度，然而加入量過大則易生成夾雜， 因此控制其含量在0. 05-0. 8%之間為宜；
Zr =Zr既可細(xì)化晶粒，提高合金強(qiáng)韌性，又可填充于晶界提高耐液鋅腐蝕性能，因 此控制在0. 03-0. 12%之間為宜。
本發(fā)明所述的合金可使用電爐熔煉，優(yōu)選采用中頻感應(yīng)電爐熔煉；然后鑄造成型， 優(yōu)選采用離心鑄造方法成型。
本發(fā)明所述合金的鑄態(tài)合金的常溫硬度達(dá)到25-30HRC，室溫拉伸強(qiáng)度達(dá)到 700-720Mpa，沖擊韌性可達(dá)到22J/cm2以上。
為進(jìn)一步提高本發(fā)明所述合金的耐液鋅腐蝕能力，所述合金可進(jìn)行下述熱處理 取所述鑄態(tài)合金，10500C -1150°C油淬或水淬；
也可進(jìn)行下述熱處理取所述鑄態(tài)合金，10500C -1150°C油淬或水淬，450°C回火， 快速空冷；
上述熱處理均能夠進(jìn)一步提高本發(fā)明所述合金的耐液鋅腐蝕性能。本發(fā)明所述合 金的鑄態(tài)合金的耐蝕壽命比316L不銹鋼提高2. 5-3倍。經(jīng)過上述高溫固溶處理，或進(jìn)一步 的回火處理后，可使二次硼化物充分固溶和析出，從而進(jìn)一步提高耐液鋅腐蝕性能，在同樣 條件下，合金的耐蝕壽命比316L不銹鋼提高到13倍以上。
本發(fā)明所述的合金可用于防止液鋅腐蝕，具體的說，所述合金可用做熱浸鍍鋅生 產(chǎn)線的關(guān)鍵部件，如沉沒輥、軸套、軸瓦、支臂等。
本發(fā)明通過調(diào)整合金元素的含量，提出了一種耐液鋅腐蝕的含硼高錳奧氏體鐵基 合金，其鑄態(tài)合金的常溫硬度達(dá)到25-30HRC，室溫拉伸強(qiáng)度達(dá)到700-720MPa，沖擊韌性可 達(dá)到22J/cm2以上，耐蝕壽命比316L不銹鋼提高2. 5-3倍；而且如進(jìn)行進(jìn)一步的高溫固溶處理和回火處理，使二次硼化物充分固溶和析出，本發(fā)明所述合金的耐蝕壽命將比316L不 銹鋼提高到13倍以上。顯然，本發(fā)明的合金的強(qiáng)度及耐液鋅腐蝕性能全面超過316L不銹 鋼，可廣泛用于耐液鋅腐蝕的部件。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1
按下表所列合金化學(xué)成分在10公斤真空感應(yīng)爐中熔煉并鑄成板坯。然后切割并 加工成沖擊，拉伸以及15X10X5mm腐蝕試樣。其中腐蝕試驗(yàn)在井式電阻爐的石墨坩堝中 進(jìn)行。液鋅加熱至450°C，采用全浸方式。經(jīng)過連續(xù)七天(168小時(shí))靜態(tài)腐蝕試驗(yàn)后，測(cè)量試樣的平均腐蝕深度(即試樣的平均厚度損失)。
權(quán)利要求
1.一種含硼高錳奧氏體鐵基合金，其化學(xué)成分組成為下述重量百分?jǐn)?shù)的組分C: 0. 15% -0. 40% ；Si 0. 5% -1. 5% ；Mn 8. 0% -14. 0% ；Cr 15% -22% ；Ni 1. 5% -3. 5% ； Nb 0. 3% -0. 55%, N+B 0. 4-0. 5%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的合金，其特征在于，所述合金還含有Ti和ττ中一種或兩種，其 重量百分比分別為0. 05% -0. 8%禾口 0. 03% -0. 12%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的合金，其特征在于，將所述合金進(jìn)行下述熱處理取所述合 金的鑄態(tài)合金，10500C -1150°C油淬或水淬。
4.如權(quán)利要求1或2所述的合金，其特征在于，將所述合金進(jìn)行下述熱處理取所述合 金的鑄態(tài)合金，10500C -1150°C油淬或水淬，+450°C回火，快速空冷。
5.一種權(quán)利要求1或2所述的合金的熱處理方法，其特征在于，取所述合金的鑄態(tài)合 金，10500C -1150°C油淬或水淬。
6.一種權(quán)利要求1或2所述的合金的熱處理方法，其特征在于，取所述合金的鑄態(tài)合 金，1050°C -1150°C油淬或水淬，450°C回火，快速空冷。
7.如權(quán)利要求1-4任一所述的合金在耐液鋅腐蝕方面的應(yīng)用。
8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，將所述合金用做包括沉沒輥、軸套、軸瓦、支 臂的熱浸鍍鋅生產(chǎn)線的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含硼高錳奧氏體鐵基合金及其熱處理方法，所述合金的化學(xué)成分組成為C0.15％-0.40％；Si0.5％-1.5％；Mn8.0％-14.0％；Cr15％-22％；Ni1.5％-3.5％；Nb 0.3％-0.55％，N+B 0.4-0.5％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用電爐熔煉，離心鑄造成型的本發(fā)明合金的鑄態(tài)合金的常溫硬度可達(dá)25-30HRC，室溫拉伸強(qiáng)度可達(dá)700-720MPa，沖擊韌性可達(dá)到22J/cm2以上，其耐蝕壽命比316L不銹鋼提高2.5-3倍。另外，本發(fā)明還提供進(jìn)一步增強(qiáng)所述合金的耐腐蝕性能的熱處理工藝，經(jīng)過高溫固溶處理和回火處理，使組織中的二次硼化物充分固溶和析出，可使合金的耐蝕壽命比316L不銹鋼提高到13倍以上。本發(fā)明所述的合金耐液態(tài)金屬腐蝕性優(yōu)良，可用于加工熱浸鍍鋅生產(chǎn)線的各種關(guān)鍵部件，如沉沒輥、軸套、軸瓦、支臂等。
文檔編號(hào)C21D1/18GK102031462SQ20101061292
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者劉俊友, 張藝, 田光新, 許振華, 鄒敦?cái)?申請(qǐng)人:北京北科德瑞冶金工程技術(shù)有限公司