本發(fā)明涉及合金鋼材料領(lǐng)域，尤其涉及一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
溫度傳感器在使用過(guò)程中，其中熱敏電阻起著重要的作用，而熱敏電阻是一種具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻，一旦超過(guò)一定的溫度時(shí)，它的電阻值隨著溫度的升高幾乎是呈階躍式的增高，能夠電流浪涌過(guò)大，溫度過(guò)高時(shí)對(duì)電路起保護(hù)作用。
在工作電流下，產(chǎn)生的熱量和散發(fā)的熱量達(dá)到平衡電流可以正常通過(guò)，當(dāng)過(guò)大電流通過(guò)時(shí)，元件產(chǎn)生大量的熱量不能及時(shí)的散發(fā)出去，導(dǎo)致電阻迅速上升，限制了大電流通過(guò)，從而起到過(guò)流保護(hù)作用，但隨著社會(huì)進(jìn)步，新興的電氣設(shè)備需要更靈敏溫度控制和調(diào)節(jié)。
而溫度傳感器中熱敏電阻的使用材料大多為合金鋼，現(xiàn)有技術(shù)中的合金鋼的耐高溫性能無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際使用過(guò)程中的需求，因此亟需設(shè)計(jì)一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼來(lái)解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼及其制備方法。通過(guò)對(duì)組分進(jìn)行合理選擇，制備得到的合金鋼具有優(yōu)異的耐高溫性能，耐腐蝕性能優(yōu)異。
本發(fā)明提出的一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼，其各組分的重量百分?jǐn)?shù)如下：C：0.10-0.20％，Mn：1.5-2.0％，S＜0.03％，P＜0.035％，Si：0.8-1.0％，Cr：24-25％，Mo：0.06-0.08％，V：0.05-0.10％，W：0.3-1.5％，Ti：0.05-0.15％，Bi：0.1-0.3％，Y：0.2-0.6％，Ni：14-15％，稀土：0.02-0.08％，Al：0.04-0.06％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，Si含量與Mn含量之比Si/Mn以重量比計(jì)，滿(mǎn)足0.4＜Si/Mn＜0.7。
優(yōu)選地，Cr、Ni及W的合計(jì)含量(Cr+Ni+W)與C的含量之比(Cr+Ni+W)/C以重量比計(jì)，滿(mǎn)足191.5＜(Cr+Ni+W)/C＜415。
優(yōu)選地，Mo和V的合計(jì)含量(Mo+V)與C含量之比(Mo+V)/C以重量比計(jì)，滿(mǎn)足0.55＜(Mo+V)/C＜1.8。
優(yōu)選地，其各組分的重量百分?jǐn)?shù)如下：C：0.12-0.18％，Mn：1.6-1.9％，S＜0.02％，P＜0.030％，Si：0.85-0.95％，Cr：24.2-24.8％，Mo：0.065-0.075％，V：0.06-0.09％，W：0.4-1.4％，Ti：0.08-0.12％，Bi：0.15-0.25％，Y：0.3-0.5％，Ni：14.2-14.8％，稀土：0.03-0.07％，Al：0.045-0.055％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
優(yōu)選地，其各組分的重量百分?jǐn)?shù)如下：C：0.15％，Mn：1.75％，S：0.02％，P：0.030％，Si：0.9％，Cr：24.5％，Mo：0.07％，V：0.075％，W：0.9％，Ti：0.10％，Bi：0.2％，Y：0.4％，Ni：14.5％，稀土：0.05％，Al：0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、錳塊、硫粉、磷粉、硅粉、鉻錠、鉬錠、釩錠、鎢塊、鈦粉、鉍錠、鎳塊和鋁塊進(jìn)行熔煉，得到合金液，然后加入稀土進(jìn)行變質(zhì)處理；
S2、向S1中經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液進(jìn)行精煉脫硫、脫氧，進(jìn)行檢測(cè)，合金液按重量百分比包括如下組分：C：0.10-0.20％，Mn：1.5-2.0％，S＜0.03％，P＜0.035％，Si：0.8-1.0％，Cr：24-25％，Mo：0.06-0.08％，V：0.05-0.10％，W：0.3-1.5％，Ti：0.05-0.15％，Bi：0.1-0.3％，Y：0.2-0.6％，Ni：14-15％，稀土：0.02-0.08％，Al：0.04-0.06％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進(jìn)行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，然后將鑄件升溫至750-850℃，保溫0.5-1.5h，接著升溫至1050-1070℃，保溫1.5-3.5h，然后空冷至室溫，接著升溫至480-660℃進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的時(shí)間為1.5-3.5h，然后空冷至室溫得到耐高溫溫度傳感器用合金鋼。
優(yōu)選地，S1中，熔煉的溫度為1400-1420℃。
優(yōu)選地，S1中，變質(zhì)處理的溫度為1450-1550℃。
本發(fā)明的耐高溫溫度傳感器用合金鋼除了鉻元素和鎳元素的高含量外，在合金中還加入了一定量的鉬和釩。由于鉬元素的外層電子為4d55s1，其d亞層5個(gè)價(jià)電子呈半穩(wěn)定狀態(tài)，極易引起電子遷移，所以鉬優(yōu)先溶于固溶體，促使合金內(nèi)部金屬粒子間的鍵能加大(可形成共價(jià)鍵和金屬鍵)；其原子半徑彼此不等，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，必然導(dǎo)致晶格的畸變和自由能的降低，這樣就大大提高了再結(jié)晶的溫度，從而有效地提高了材料的熱強(qiáng)性，鉬是材料中主要的強(qiáng)化元素。
當(dāng)材料在高溫下長(zhǎng)期運(yùn)行后，一部分鉬會(huì)從固溶體內(nèi)析出，轉(zhuǎn)入碳化物中，造成固溶體中貧鉬，從而降低了材料的蠕變性能。為克服此缺點(diǎn)，在鋼材中同時(shí)加入了少量的金屬元素釩。釩的外層電子為3d34S2，d亞層電子極不穩(wěn)定，與碳的親和力較大，能與碳生成VC和V4C3，它們?cè)阡撝行纬杉?xì)小、均勻、高度彌散分布的微粒，這些微粒分布在晶內(nèi)和晶界上，其作用是降低原子擴(kuò)散的速度，阻礙碳化物的聚集長(zhǎng)大，從而提高了熱強(qiáng)性。此外，由于釩與碳的親和力大于鉬和鉻與碳的親和力，能阻礙鉬和鉻由固溶體向碳化物中的轉(zhuǎn)移，避免了固溶體中鉬和鉻的貧化，達(dá)到了穩(wěn)定基體組織、提高強(qiáng)化效果的目的，要求加入的釩應(yīng)與鉬有一定的比例，過(guò)量的釩其碳化物將粗化，反而會(huì)降低熱強(qiáng)性。
由于本發(fā)明的合金鋼屬于高鉻、鎳系列奧氏體不銹鋼，其抗氧化腐蝕的能力，一方面，該合金表面具有高致密度且與基體結(jié)合牢固的Cr2O3氧化膜的保護(hù)，奧氏體是單晶體。隨著溫度的增高，奧氏體晶粒長(zhǎng)大變粗，晶界總面積隨之減少，體系內(nèi)的自由能降低，金相結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。另一方面，由于鉻和鎳的作用，使合金中晶粒電極電位升高，為正電位完全鈍化，與此同時(shí)，因晶界的減少就減少了微電池的數(shù)目，從而使電化腐蝕的機(jī)率大大降低。一般認(rèn)為，電化腐蝕是金屬腐蝕的主要原因，而晶間腐蝕則是不銹鋼的主要腐蝕形式。其磨蝕機(jī)理是晶界和晶粒之間在成份組織上的差別造成了電位差。晶粒成為大陰極區(qū)，晶界成為小陽(yáng)極區(qū)，以致腐蝕沿晶界發(fā)展。電位差愈大，腐蝕也愈迅速，防止的根本措施是使晶粒與晶界的電位相等，電位差趨于零。鎢是提高本發(fā)明含金鋼材料硬度的合金元素，其特性為高熔點(diǎn)(原子半徑小，有效核電荷大)、與碳的親合力不強(qiáng)，外層電子排布為5d46S2，d亞層軌道電子空缺多，d電子也參與成鍵，增強(qiáng)了金屬鍵和晶格的能量，可與金屬形成金屬化合物等。在溶入固溶體后，以合金滲碳體Fe2W4C的形式存在奧氏體中，含鎢的合金滲碳體(FeW)6C的硬度遠(yuǎn)高于滲碳體FeC，所以掌控好鎢的加入量，使含鎢合金滲碳體在奧氏體內(nèi)彌散的分布就可以達(dá)到提高材料硬度與耐磨性的目的。
本發(fā)明通過(guò)控制硅元素和錳元素的配比，有顯著的固溶強(qiáng)化作用，并使鋼的回火脆性溫度移向高溫，這就使鋼的回火溫度提高，獲得較高的韌性，錳在鋼中能提高淬透性及強(qiáng)度，顯著增加殘余奧氏體量，并增大鋼的過(guò)熱傾向和增大回火脆性?xún)A向，賦予本發(fā)明合計(jì)鋼既具有優(yōu)異的韌性又具有高硬度的性能。控制鉻元素、鎳元素和鎢元素的合計(jì)含量與碳元素含量的配比，賦予本發(fā)明耐高溫性能的同時(shí)具有優(yōu)異的硬度。本發(fā)明在制備過(guò)程中，通過(guò)熱處理消除導(dǎo)輥鑄態(tài)組織中存在于晶界的網(wǎng)狀滲碳體，并保持高硬度的V，Ti，W的碳化物；時(shí)效是為了充分發(fā)揮合金鋼中加入的V，Ti及Nb的彌散強(qiáng)化作用，提高奧氏體基體的硬度。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)了解，實(shí)施例只用于說(shuō)明本發(fā)明，而不是用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，任何在本發(fā)明基礎(chǔ)上所做的修改、等同替換等均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
實(shí)施例1
本發(fā)明提出的一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼，其各組分的重量百分?jǐn)?shù)如下：C：0.15％，Mn：1.75％，S：0.02％，P：0.030％，Si：0.9％，Cr：24.5％，Mo：0.07％，V：0.075％，W：0.9％，Ti：0.10％，Bi：0.2％，Y：0.4％，Ni：14.5％，稀土：0.05％，Al：0.05％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
實(shí)施例2
本發(fā)明的一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、錳塊、硫粉、磷粉、硅粉、鉻錠、鉬錠、釩錠、鎢塊、鈦粉、鉍錠、鎳塊和鋁塊進(jìn)行熔煉，熔煉的溫度為1400℃，得到合金液，然后加入稀土進(jìn)行變質(zhì)處理，變質(zhì)處理的溫度為1550℃；
S2、向S1中經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液進(jìn)行精煉脫硫、脫氧，進(jìn)行檢測(cè)，合金液按重量百分比包括如下組分：C：C：0.10％，Mn：2.0％，S：0.02％，P:0.030％，Si：0.8％，Cr：25％，Mo：0.06％，V：0.10％，W：0.3％，Ti：0.15％，Bi：0.1％，Y：0.6％，Ni：14％，稀土：0.08％，Al：0.04％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進(jìn)行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，然后將鑄件升溫至750℃，保溫1.5h，接著升溫至1050℃，保溫3.5h，然后空冷至室溫，接著升溫至480℃進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的時(shí)間為3.5h，然后空冷至室溫得到耐高溫溫度傳感器用合金鋼。
實(shí)施例3
本發(fā)明的一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、錳塊、硫粉、磷粉、硅粉、鉻錠、鉬錠、釩錠、鎢塊、鈦粉、鉍錠、鎳塊和鋁塊進(jìn)行熔煉，熔煉的溫度為1420℃，得到合金液，然后加入稀土進(jìn)行變質(zhì)處理，變質(zhì)處理的溫度為1450℃；
S2、向S1中經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液進(jìn)行精煉脫硫、脫氧，進(jìn)行檢測(cè)，合金液按重量百分比包括如下組分：C：0.20％，Mn：1.5％，S：0.01％，P:0.03％，Si：1.0％，Cr：24％，Mo：0.08％，V：0.05％，W：1.5％，Ti：0.05％，Bi：0.3％，Y：0.2％，Ni：15％，稀土：0.02％，Al：0.06％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進(jìn)行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，然后將鑄件升溫至850℃，保溫0.5h，接著升溫至1070℃，保溫1.5h，然后空冷至室溫，接著升溫至660℃進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的時(shí)間為1.5h，然后空冷至室溫得到耐高溫溫度傳感器用合金鋼。
實(shí)施例4
本發(fā)明的一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、錳塊、硫粉、磷粉、硅粉、鉻錠、鉬錠、釩錠、鎢塊、鈦粉、鉍錠、鎳塊和鋁塊進(jìn)行熔煉，熔煉的溫度為1405℃，得到合金液，然后加入稀土進(jìn)行變質(zhì)處理，變質(zhì)處理的溫度為1520℃；
S2、向S1中經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液進(jìn)行精煉脫硫、脫氧，進(jìn)行檢測(cè)，合金液按重量百分比包括如下組分：C：0.12％，Mn：1.9％，S：0.005％，P:0.015％，Si：0.85％，Cr：24.8％，Mo：0.065％，V：0.09％，W：0.4％，Ti：0.12％，Bi：0.15％，Y：0.5％，Ni：14.2％，稀土：0.07％，Al：0.045％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進(jìn)行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，然后將鑄件升溫至780℃，保溫1.2h，接著升溫至1055℃，保溫3.2h，然后空冷至室溫，接著升溫至490℃進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的時(shí)間為3.2h，然后空冷至室溫得到耐高溫溫度傳感器用合金鋼。
實(shí)施例5
本發(fā)明的一種耐高溫溫度傳感器用合金鋼的制備方法，包括如下步驟：
S1、將鐵塊、碳粉、錳塊、硫粉、磷粉、硅粉、鉻錠、鉬錠、釩錠、鎢塊、鈦粉、鉍錠、鎳塊和鋁塊進(jìn)行熔煉，熔煉的溫度為1415℃，得到合金液，然后加入稀土進(jìn)行變質(zhì)處理，變質(zhì)處理的溫度為1480℃；
S2、向S1中經(jīng)過(guò)變質(zhì)處理的合金液進(jìn)行精煉脫硫、脫氧，進(jìn)行檢測(cè)，合金液按重量百分比包括如下組分：C：0.18％，Mn：1.6％，S：0.015％，P:0.005％，Si：0.95％，Cr：24.2％，Mo：0.075％，V：0.06％，W：1.4％，Ti：0.08％，Bi：0.25％，Y：0.3％，Ni：14.8％，稀土：0.03％，Al：0.055％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；
S3、將S2中得到合金液進(jìn)行澆注，經(jīng)鑄造成型，清理，得到鑄件，然后將鑄件升溫至820℃，保溫0.8h，接著升溫至1065℃，保溫1.8h，然后空冷至室溫，接著升溫至650℃進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的時(shí)間為1.8h，然后空冷至室溫得到耐高溫溫度傳感器用合金鋼。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。