一種新型無磁不銹鋼及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種合金材料，特別設及一種新型無磁不誘鋼及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國內(nèi)工業(yè)上廣泛使用的無磁鋼是18-8型奧氏體型不誘鋼，無磁鋼的冶煉及 加工技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)十分成熟。但是，隨著人們對材料的性能要求越來越高，該材料在使用 過程中強度和耐磨性越來越不能滿足人們的要求，特別是在海洋環(huán)境下工作，其耐腐蝕性 和耐磨性顯著不足，不僅影響外觀質(zhì)量，同時極大的影響該材料的使用壽命，導致相應成本 增加，安全事故易發(fā)。
[0003] 形狀記憶合金是一種集感溫與驅(qū)動與一身的功能材料，在不同溫度下具有形狀記 憶的性能。形狀記憶合金作為一種新型功能材料，在工業(yè)上還未廣泛應用，所W近幾十年來 形狀記憶合金一直是人們研究的一大方向。在工業(yè)上具有實際應用價值的形狀記憶合金按 成分可分為3類：儀-鐵基、銅基和鐵基形狀記憶合金，相對于另外兩種合金，鐵基形狀記憶 合金除具有強度高、塑性好、原料豐富、價格低廉等優(yōu)點外，還具有良好的耐蝕性能。因此， 如何開發(fā)出一種具有各項優(yōu)異性能的具有形狀記憶功能的鋼材，是本專業(yè)技術(shù)人員所研究 的課題，特別是在航海用無磁鋼材中，具有形狀記憶性能的無磁鋼能更好的解決艦船漏油、 漏水、漏氣的Ξ漏問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種新型無磁不誘鋼，在原 有無磁不誘鋼的基礎之上，通過改變合金成分和添加新成分，大幅改變鋼材的機械性能，同 時，通過改變制備工藝，控制工藝過程中的參數(shù)，來改變鋼材的結(jié)構(gòu)組織，得到的鋼材各項 性能良好，耐腐蝕性強，形狀記憶效應好，特別適合用于艦船上的管道連接中。 陽〇化]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種新型無磁不誘鋼，所述新型無磁不誘鋼的組分 按重量百分比計算（^下％均表示重量百分比）為：碳為0. 159?Μ). 21%，儀為39?^5%，銘為 8〇/〇~13%，儘為 8%~11%，娃 4%~5%，妮為 0. 48%~0. 65%，饑為 0. 13%~0. 47%，鋼為 1. 2%~1. 7%，鐵 為3%~4%，稀±為0. 27%~0. 33%，憐和硫的總量不超過0. 035%，余量為鐵及其不可避免的雜 質(zhì)。
[0006] 進一步，所述新型無磁不誘鋼的組分按重量百分比計算下％均表示重量百分 tt)為：碳為 0. 18%，儀為 3. 15%，銘為8. 71%，儘為 11.8%，娃 4. 80%，妮為 0. 57%，饑為 0. 23〇/〇， 鋼為1. 5%，鐵為3. 56%，稀±為0. 31%，憐和硫的總量不超過0. 035%，余量為鐵及其不可避免 的雜質(zhì)。
[0007] 在本發(fā)明的新型無磁不誘鋼中，各化學元素成分設計思路為：鋼中含碳量的多少 對鋼的組織和性能產(chǎn)生根本性影響，由于本發(fā)明的鋼種屬于不誘鋼一類，故屬于低碳鋼，考 慮到碳對合金元素的影響，本發(fā)明的含碳量選用0. 159?^Ο. 21%，在保證鋼具有一定的強度、 硬度下，盡量減少碳對合金元素的影響；儘在鋼中起到強化基體的作用，提高鋼的澤透性， 鋪還可w有效減少奧氏體的堆煤層錯能，使馬氏體易于被應力誘發(fā)，但其含量必須控制在 一個范圍之內(nèi)，儘為過熱敏感性元素，加熱溫度過高時易引起基體晶粒的粗大，當儘含量小 于20%時，在應力誘發(fā)下，使原子運動不可逆，降低了形狀記憶恢復率，儘量過高，易形成仿 晶型組織，出現(xiàn)大量的網(wǎng)狀鐵素體，增大鋼的回火脆性，因此本發(fā)明的鋼中儘含量設計為 89?^11% ;娃在鋼中能使鋼的強度和硬度顯著提高，填補低碳鋼強度、硬度的不足，同時還能 降低滲碳體的穩(wěn)定性，減緩滲碳體的析出與聚集速度，提高鋼的澤透性和抗回火性能，娃還 能強化奧氏體相使合金形變時不易產(chǎn)生永久滑移，從而可提高合金的形變記憶效應，但娃 會使鋼在加熱過程中產(chǎn)生晶粒粗化現(xiàn)象，增加鋼的過熱敏感性及熱裂傾向，因此娃含量應 控制在49?^5%左右；銘是活潑元素，與鋼中的碳和鐵形成合金碳化物，化合物在鋼中起到沉 淀強化作用，同時抑制組織中碳和娃產(chǎn)生石墨化現(xiàn)象，也是不誘鋼的主加元素，但銘的增加 會明顯提高鋼的初-脆臨界轉(zhuǎn)變溫度，使材料的熱敏感性和回火脆性增大，因此本發(fā)明中 鋼的銘含量控制在銘為99?^13%;鋼可W有效的細化鑄態(tài)組織，鋼與銘的配合使用，可W降 低銘對鋼回火脆性的影響，急劇提高鋼的澤透性和斷面均勻性，但由于鋼價格昂貴，綜合考 慮，本發(fā)明采用的鋼的含量為鋼為1. 7% ;儀可W細化晶粒，能強烈穩(wěn)定奧氏體，使鋼 具有無磁性，在提高鋼的澤透性的同時不降低其初性，也是提高鋼抗腐蝕性能的主要元素， 使鋼具有較高的抗腐蝕疲勞性能，改善機加工性能，但儀價格昂貴，且不利于本發(fā)明的鋼的 形狀記憶效應，綜合考慮，儀含量應控制在39?^5%，儀和銘搭配使用，不僅可W使鋼具有優(yōu)異 的抗腐蝕性和無磁性，還使鋼具有較高的強度、耐磨性和初性等性能，一般情況下，奧氏體 相強度越高，越利于合金形狀記憶效應的提高，因此，配合使用效果最好。
[000引在本發(fā)明中，鋼中新添加了饑、鐵、妮和稀±元素，其中，鐵能夠起到脫氧的作用， 能析出細小的碳化鐵顆粒，作為形核核屯、，使晶粒得到細化，從而提高鋼的綜合機械性能， 由于鐵與硫的親和力要強于儘與硫的親和力，故鐵可奪取硫化儘中的硫并與它形成更穩(wěn)定 的硫化物，減少硫化儘的析出，改善夾雜物形態(tài)，提高鋼沖擊初性，因此本發(fā)明中鐵的含量 為鐵為39?^4% ;饑是一種能抑制奧氏體長大的元素，鋼中饑的含量在0.1%W上就會有效地 抑制硬化過程的晶粒長大，具有極強的固溶強化作用，形成的碳化物具有超高耐磨性能，但 在本發(fā)明的鋼中屬不利元素，為了利用饑的優(yōu)點，添加少量饑元素，再把鋼加熱到晶粒長大 抑制碳化物溶解溫度，晶粒就會長大，克服饑帶來的不利影響；考慮到無磁不誘鋼為單向 奧氏體不誘鋼，其強度性能較低，為了進一步提高其強度，向鋼中加入妮元素W提高其抗拉 強度和屈服強度，使鋼具有很好的抗氨性能，防止氧化介質(zhì)對鋼的晶間腐蝕，克服了奧氏體 不誘鋼在焊接過程中，晶間腐蝕嚴重，導致晶粒脫落，鋼件脆斷的缺點；稀±元素的加入是 為了綜合提高本發(fā)明的無磁不誘鋼的性能，鋼中加入少量的稀±元素就能凈化鋼液、改善 鑄態(tài)組織，高烙點的稀±化合物在鋼液中形成固態(tài)質(zhì)點，成為結(jié)晶核屯、，加快鋼液的凝固速 度，細化晶粒使鑄態(tài)柱狀晶變細枝間碳化物變小、改善碳化物不均勻性，有效改善鑄造組織 和冶金質(zhì)量，提高鋼的強初性和耐磨性。
[0009] 本發(fā)明還包括一種新型無磁不誘鋼的制備方法，包括W下步驟： 步驟1、用中頻感應電爐烙煉，將原料鐵放入轉(zhuǎn)爐中加熱烙化，待原料鐵全部烙化后，調(diào) 節(jié)烙池溫度，使烙池溫度控制在1550°c左右，然后向烙池中加入脫碳劑，脫硫劑，脫氧劑，對 烙池里的鐵水進行脫碳、脫硫、脫氧； 步驟2、脫碳、脫硫、脫氧工序完成后，升溫烙池溫度，使之達到1600°C左右，保持5min， 然后向烙池中，連續(xù)加入銘鐵，儘鐵和儀粒，使烙池中的銘含量、儘含量、儀含量達到預定要 求，調(diào)節(jié)溫度，使溫度控制在1610°C，保持5min; 步驟3、步驟2完成后，加入脫氧劑進行二次脫氧，之后加入鋼鐵、妮鐵、饑鐵和鐵鐵，烙 煉快結(jié)束時，加入稀±，使鋼中的合金成分達到預定要求，然后微調(diào)鋼液中的化學成分，準 備誘注，誘鑄方法為蠟模誘鑄，誘鑄完后，待鋼錠成型完畢，取出鋼錠，清理表面渣淳，去除 冒口； 步驟4、均勻化退火：誘鑄完成后，在熱處理爐中，將步驟1中得到的鋼錠加熱至 115(TC，升溫速率為120°CA，然后保溫化，再隨爐冷卻至室溫； 步驟5、均勻化退火完成后，將鋼錠置于熱處理爐中，加熱鋼錠至920°C，保溫化，再隨 爐冷卻至室溫； 步驟6、步驟5完成后，用機械加工的方法除去鋼錠表面的鑄造缺陷和氧化皮，表面打 磨光滑平整. 步驟7、將機械加工完后的鋼錠置于加熱爐中，將鋼錠加熱至1050°C，升溫速率為 100°CA，一次鍛壓下，將鋼錠鍛造成所需規(guī)格的板材； 步驟8、將鍛壓完成后的板材置于熱處理爐中，加熱板材至620°C，升溫速率為70°CA， 然后保溫2.化，再隨爐冷卻至室溫； 步驟9、步驟8完成后，將得到的板材用線切割的方式切割成方便存儲和使用的板材， 用機械加工的方式將線切割后的板材加工成所需形狀和尺寸的成品，然后將得到的板材置 于熱處理爐中，加熱板材至650°C，升溫速率為50A，保溫30min，然后再水澤至室溫。
[0010] 在本發(fā)明的新型無磁不誘鋼的制備方法中，在鋼液冶煉過程中，控制冶煉參數(shù)和 原料加入時機，能夠得到優(yōu)質(zhì)的符合預定要求的鋼液，如控制烙煉溫度可防止合金元素過 熱而損失，又利于脫碳、脫氧和脫硫等過程，鋼鐵、妮鐵、饑鐵和鐵鐵要在烙煉后期加入，又 利于鋼液對合金元素的吸收。在熱處理時，選擇合適的熱處理工藝也是鋼能否具有優(yōu)異性 能的決定因素，如先對誘鑄成型后的鋼錠進行均勻化退火，消除鋼錠在凝固過程中產(chǎn)生的 枝晶偏析及區(qū)域偏析，使成分和