一种高强度耐磨无磁不锈钢及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合金材料，特别是一种高强度耐磨无磁不锈钢及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，国内工业上广泛使用的无磁钢是18-8型奥氏体型不锈钢，无磁钢的冶炼及加工技术在国内已经十分成熟。但是，随着人们对材料的性能要求越来越高，该材料在使用过程中强度和耐磨性越来越不能满足人们的要求，特别是在海洋环境下工作，其耐腐蚀性和耐磨性显著不足，不仅影响外观质量，同时极大的影响该材料的使用寿命，导致相应成本增加，安全事故易发。
【发明内容】
[0003]本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种高强度耐磨无磁不锈钢及其制备方法，使不锈钢具有良好的耐蚀及耐晶间腐蚀性能，抗氧化性和耐酸碱性好，同时还具有尚强度，尚硬度性能。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种高强度耐磨无磁不锈钢，所述高强度耐磨无磁不锈钢的组分按重量百分比计算(以下％均表示重量百分比)为:碳为0.1%~0.18%,镍为8%~11%，铬为19%~21%，锰为1%~2%，硅 0.5%~1%，铌为 0.48%~0.65%，钒为 0.11%~0.14%，钼为 1.2%~2.0%，钛为 0.021%~0.03%，铝为0.01%~0.1%，氮0.8%~2%，稀土为0.2%~0.3%，磷和硫的总量不超过0.035%，余量为铁及其不可避免的杂质。
[0005]进一步，一种高强度耐磨无磁不锈钢的制备方法，包括以下步骤:
步骤1、将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550°c左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；
步骤2、脱碳、脱硫、脱氧工序完成后，升温熔池温度，使之达到160(TC左右，保持5min，然后向熔池中，连续加入高碳铬铁，锰铁和镍粒，使熔池中的铬含量、锰含量、镍含量达到预定要求，调节温度，使温度控制在1600°C左右，保持5min ;
步骤3、待步骤2结束后，再向熔池中加入原料钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，并且继续加入脱碳剂进行脱碳，待铁熔化完后，升高熔池温度，使温度控制在170(TC，保持5min，加入脱氢剂，脱氮剂，脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，此时对合金成分进行微调，使之达到预定成分要求，继续脱碳，控制碳的含量；
步骤4、待碳含量达到0.1%~0.18%时，向熔池中加入硅铁和铝还原熔池中的金属铬，并控制硅和铝的含量，使之达到预定成分要求，真空保温9min，冶炼结束，最后向钢包中加入指定量的稀土，结束。
[0006]进一步，所述高强度耐磨无磁不锈钢熔炼后还需进行热处理，其热处理工艺为: 步骤1、将熔炼好的高强度耐磨无磁不锈钢进行固溶处理，即将高强度耐磨无磁不锈钢放入热处理炉中加热至1000°C ~1050°C，升温速率为100°C /h，保温5~6h，然后水淬至室温;
步骤2、高强度耐磨无磁不锈钢固溶处理结束后，进行稳定化处理，即将固溶处理后的高强度耐磨无磁不锈钢加热至850°C ~870°C，升温速率为90°C /h，保温4~5h，然后空冷却至室温，结束。
[0007]进一步，所述高强度耐磨无磁不锈钢在冷加工或焊接后还需进行去应力处理，即将冷加工或焊接后的高强度耐磨无磁不锈钢加热至600°C ~650°C回火，升温速率为80°C /h，保温l~2h，然后随炉缓冷至室温，结束。
[0008]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
1、耐蚀及耐晶间腐蚀性能好，抗氧化性，耐酸碱性优异。
[0009]合金元素中，铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素，铬在铁中形成固溶体，固溶体的电极电位随铬含量的增加呈突变式变化，而腐蚀则呈跳跃式地显著减弱，因此本发明的不锈钢含铬量超过19%，达到21%，因此耐腐蚀效果显著，同时铬会在钢的表面与氧形成一层致密、稳定、完整并能与铁的集体牢固结合的氧化铬钝化膜，能够有效防止钢的腐蚀，使钢的抗氧化性显著增强；通过在不锈钢中加入钒、钛、铌元素，在钢中形成稳定碳化物，能够有效避免在晶界上沉淀出铬碳化物导致不锈钢的晶间腐蚀；为了提高不锈钢的耐酸碱性能，在钢中加了相当量的镍和钼，镍能显著提高不锈钢基体的电极电位，耐腐蚀性显著增强，耐酸碱性提高，但是镍资源较稀缺，价格昂贵，不宜过多添加，镍含量在8~11%效果最佳，钼在钢中能形成稳定的纯化I旲，提尚钢耐酸喊的性能，同时还能提尚钢抗晶间腐蚀的能力。
[0010]2、塑性韧性好，硬度强度高。
[0011]本不锈钢的含碳量为0.1-0.18%，属于低碳钢，故塑性和韧性很好，同时为了解决低碳钢硬度强度低的缺点，向钢中加入的铬、锰、镍和硅元素，这些元素能显著增强钢的硬度和强度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，使钢具有较高的强度和硬度，能适应复杂的工作环境，特别是适合用于海洋环境中。
[0012]3、耐磨性优异，抗冲击韧性增强。
[0013]钢中的锰、铬和硅形成具有耐磨性的碳化物或氧化物，大幅提高钢的耐磨性，使钢在使用中不易被磨损，提高使用寿命；通过向钢中加入钒、钛和少量的铝，可细化晶粒，增强强度，增加冲击韧性，提高耐磨性。
[0014]4、无磁性、焊接性和加工性能好。
[0015]本不锈钢是单相奥氏体不锈钢，具有无磁性，塑性韧性好，易于切削加工；由于添加有防止晶间腐蚀的元素，克服了奥氏体不锈钢在焊接过程中，晶间腐蚀严重，导致晶粒脱落，钢件脆断的缺点，焊接性能良好，适应性强。
【具体实施方式】
[0016]下列非限制性实施例用于说明本发明。
[0017]实施例一:
1、高强度耐磨无磁不锈钢的制备方法:将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550°c左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；然后升温熔池温度，使之达到160(TC左右，保持5min，然后向熔池中，连续加入高碳铬铁，锰铁和镍粒，使熔池中的铬含量、锰含量、镍含量达到预定要求，并且继续加入脱碳剂进行脱碳，待铁熔化完后，调节温度，使温度控制在1600°C左右，保持5min，再向熔池中加入原料钼铁、钒铁、钛铁和铌铁，升高熔池温度，使温度控制在1700°C，保持5min，加入脱氢剂，脱氮剂，此时对合金成分进行微调，使合金成分的质量百分比达到要求，继续脱碳，控制碳的含量；待碳含量达到0.1%时，向恪池中加入硅铁和铝还原熔池中的金属铬，并控制硅和铝的含量，使之达到预定成分要求，真空保温9min，冶炼结束，最后向钢包中加入指定量的稀土，上述化学成份的质量百分比控制如下:碳为0.1%,镍为11%，铬为19%，锰为2%，硅0.5%，铌为0.65%，钒为0.14%，钼为1.7%，钛为
0.025%，铝为0.01%，氮1.2%，稀土为0.2%，磷和硫的总量不超过0.035%，余量为铁及其不可避免的杂质。
[0018]2、熔炼结束后，要对高强度耐磨无磁不锈钢进行热处理，热处理工艺如下:步骤
1、将熔炼好的高强度耐磨无磁不锈钢进行固溶处理，即将高强度耐磨无磁不锈钢放入热处理炉中加热至1000°c，升温速率为100°C /h，保温6h，然后水淬至室温；步骤2、高强度耐磨无磁不锈钢固溶处理结束后，进行稳定化处理，即将固溶处理后的高强度耐磨无磁不锈钢加热至870°C，升温速率为90°C /h，保温4h，然后空冷却至室温，热处理结束。
[0019]高强度耐磨无磁不锈钢在冷加工或焊接后还需进行去应力处理，即将冷加工或焊接后的高强度耐磨无磁不锈钢加热至600°C回火，升温速率为80°C /h,保温2h，然后随炉缓冷至室温。
[0020]经过上述步骤加工完成后的耐蚀无磁不锈钢与12Crl8Ni9钢相比，力学性能得到明显提高，由于含有多种合金元素，各元素之间相互影响，能大幅提高高强度耐磨无磁不锈钢的综合性能，同时，其具有的高耐磨性和抗冲击韧性完全能适应海洋这样的复杂环境中，其安全性和稳定性可靠。
[0021]实施例二:
1、高强度耐磨无磁不锈钢的制备方法:将原料铁放入转炉中加热熔化，待原料铁全部熔化后，调节熔池温度，使熔池温度控制在1550°c左右，然后向熔池中加入脱碳剂，脱硫剂，脱氧剂，对熔池里的铁水进行脱碳、脱硫、脱氧；然