专利名称：一种含锡高氮马氏体不锈钢合金材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种含锡的高氮马氏体不锈钢合金材料及其制备方法，属钢铁合金材料技术领域。
背景技术：
传统的马氏体不锈钢通常是指410、420和431等牌号的不锈钢，含铬量分别为13% 和17%左右，碳含量一般视钢中铬含量在0. 1-1. 0%间变化。由于这类钢碳含量高，缺乏足够的延展性，在锻造变形过程中对裂纹十分敏感，可焊性比较差，使用范围受到了限制。为克服上述不足，二十世纪50年代末以来，人们通过降低含碳量，增加镍含量(3. 5-4. 5%)，发展了一类超低碳马氏体不锈钢，显著改善了焊接性，这类不锈钢叫超级马氏体不锈钢。由 Fe-Cr相图可以看到，形成奥氏体组织的Cr含量必须低于11. 9wt. %，而C、N能显著增加形成奥氏体组织的Cr含量，提高不锈钢的耐蚀性。传统的的马氏体不锈钢就是通过提高合金中C含量，从而提高Cr含量并在高温获得奥氏体区，经快冷获得马氏体组织。但C提高 Cr含量及合金强度的同时显著降低不锈钢耐蚀性。超低碳超级马氏体主要是通过镍增加形成奥氏体组织的Cr含量。而N不仅可以提高Cr含量及合金强度还能显著提高不锈钢耐蚀性，特别是耐点蚀性能。随着A0D/V0D精炼工艺的发展，尤其是AOD炉中能够控制氮的加入，也促进了含氮马氏体不锈钢的开发。近年来由于金属镍价格波动很厉害，降低不锈钢中镍的含量有利于维持不锈钢市场的稳定。同时少量锡的加入可以降低铬的量，且提高其耐蚀性。因此通过适当的铁、铬、以及氮等的比例配合，以及少量的锡加入，这样不但能降低成本，而且能提高马氏体不锈钢的抗腐蚀性能，在此背景下，科研人员开发了系列超低碳含锡高氮马氏体不锈钢合金材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高强高韧高耐蚀的含锡高氮马氏体不锈钢合金材料。本发明的含锡高氮马氏体不锈钢，其特征在于具有如下的成分及质量百分比(％) C 彡 0. 04，Si 彡 1. 0，Mn 彡 2. 0，P 彡 0. 02，S 彡 0. 02，N:0. 05-0. 3，Cr: 12. 0 18. 0，
Sn:0. 05^1. 0，余量为Fe和不可避免的杂质，锡的含量随Cr含量而变化，最大含量必须小于 Cr含量’3.4%。该合金材料的以质量百分比计，还可以含有Ni、Cu、Mo和W中的至少一种， 其含量为0. 5 6. 0的Ni，0. 5 5. 0的Cu、0. 5-3. 0的Mo和0. 1-1. 5的W ；以及还可以含有Nb、 Ti、V中的至少一种，其含量为0. 05 0.5的Nb，0. 05 0. 5的Ti，0. 05 0. 5的V。本发明含锡高氮马氏体不锈钢合金材料的制备方法，其特征在于采用传统常规的熔炼工艺方法或加压冶炼方法，在冶炼过程中加入i^eosMo中间合金。经综合配料熔制后，浇注成型，最终制得含锡高氮马氏体不锈钢合金材料。该成分范围内的钢在950 1200°C范围固溶处理后为马氏体组织，回火处理后，室温的拉伸断裂强度在800 1400Mpa 范围，屈服强度在500 IOOOMpa范围，断裂延伸率在20 45%范围，断面收缩率在50 75%范围内。与传统高碳马氏体和超低碳超级马氏体相比，本发明的含锡高氮马氏体不仅成本低，而且耐蚀性有显著的提高。该含锡马氏体不锈钢具有优良的力学、抗菌、耐蚀和加工性能，可加工成各种形状的产品，应用于一般工业机械领域等领域。本发明的机理如下所述
N是小原子半径的原子，可以固溶到钢中产生固溶强化的作用，同时可以提高不锈钢在高温下获得奥氏体组织的Cr含量；同时少量Sn的加入，与铬一起在表面形成Cr2O3和SnO2, 显著改善该系列马氏体不锈钢的耐蚀性。
具体实施例方式现将本发明的具体实施例叙述于后。实施例1
本实施例中，含锡高氮马氏体不锈钢的成分及质量百分比如下
Cr13. 5%N0. 13%C0. 025%Sn0. 2%Si0. 5%S0. 005%P0. 012%Mn0. 8%Fe余量
采用传统常规的熔炼工艺方法，在冶炼过程中加入f^eosMo中间合金。经综合配料熔制后，浇注成型，最终制得含锡高氮马氏体不锈钢合金材料。铸态经热锻，固溶和回火处理， 其室温拉伸断裂强度大于800MPa，屈服强度大于500MPa，断裂延伸率大于25%和断面收缩率大于50%。
实施例2
本实施例中，含锡高氮马氏体不锈钢的成分及质量百分比如下
Cr17. 2%N0. 17%C0. 03%Sn0. 4%Si0. 6%S0. 003%P0. 014%Mn0. 9%Fe余量
采用传统常规的熔炼工艺方法，在冶炼过程中加入f^eosMo中间合金。经综合配料熔制后，浇注成型，最终制得含锡高氮马氏体不锈钢合金材料。铸态经热锻，固溶时效处理，其室温拉伸断裂强度大于900MPa，屈服强度大于700MPa，断裂延伸率大于25%和断面收缩率
大于50%。 实施例3
本实施例中，含锡高氮马氏体不锈钢的成分及质量百分比如下
Cr17. 5%Ni5.0%N0.20%C0.03%Sn0.4%Si0.8%Nb0.1%S0.005%P0.015%Mn0. 6%Fe余量
采用传统常规的熔炼工艺方法，在冶炼过程中加入f^eosMo中间合金。经综合配料熔制后，浇注成型，最终制得超级高氮马氏体不锈钢合金材料。铸态经热锻，固溶时效处理，其室温拉伸断裂强度大于900MPa，屈服强度大于700MPa，断裂延伸率大于25%和断面收缩率大于50%。
实施例4
本实施例中，含锡高氮马氏体不锈钢的成分及质量百分比如下
Cr17. 3%Ni4. 8%N0. 17%C0. 03%Sn0. 4%Si0. 7%Cu2. 0%V0. 1%S0. 004%P0. 025%Mn0. 9%Fe余量
采用传统常规的熔炼工艺方法，在冶炼过程中加入f^eosMo中间合金。经综合配料熔制后，浇注成型，最终制得超级高氮马氏体不锈钢合金材料。铸态经热锻，固溶时效处理，其室温拉伸断裂强度大于900MPa，屈服强度大于700MPa，断裂延伸率大于25%和断面收缩率大于50%。
实施例5
本实施例中，含锡高氮马氏体不锈钢的成分及质量百分比如下Cr3.3%Ni4.6%N0.11%C0.03%Sn0.2%Si0.6%Mo1.0%Ti0.1%S0.004%P0.025%Mn0. 9%Fe余量
采用传统常规的熔炼工艺方法，在冶炼过程中加入f^eosMo中间合金。经综合配料熔制后，浇注成型，最终制得超级高氮马氏体不锈钢合金材料。铸态经热锻，固溶时效处理，其室温拉伸断裂强度大于900MPa，屈服强度大于700MPa，断裂延伸率大于25%和断面收缩率大于50%。 该类材料的力学性能与传统马氏体不锈钢和超级马氏体不锈钢相当，但抗蚀性能明显优于传统马氏体不锈钢和超级马氏体不锈钢，可以提高材料的使用寿命及对环境的适应能力。
权利要求
1.一种含锡高氮马氏体不锈钢合金材料，其特征在于该不锈钢具有如下的成分及质量百分比(％) :C 彡 0. 04，Si 彡 1. 0，Mn 彡 2. 0，P 彡 0. 02，S 彡 0. 02，N:0. 05 0. 3，Cr: 12. 0 18. 0，Sn:0. 05 1. 0，余量为Fe和不可避免的杂质，且锡含量小于Cr含量‘3. 4%。
2.根据权利要求1所述的含锡高氮马氏体不锈钢合金材料，其特征在于该合金材料的以质量百分比计，还含有Ni、Cu、Mo和W中的至少一种，其含量(％)为0. 5 6. 0的Ni， 0. 5 5. 0 的 Cu、0. 5 3. 0 的 Mo 和 0. 1 1. 5 的 W。
3.根据权利要求1或2所述的含锡马氏体不锈钢合金材料，其特征在于该合金材料的以质量百分比计，还含有Nb、Ti、V中的至少一种，其含量(％)为0. 05 0. 5的Nb，0. 05 0. 5 的 Ti，0. 05 0. 5 的 V。
4.一种用于权利要求1所述的含锡马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于采用常规的熔炼方法或加压冶炼方法，在冶炼过程中加入i^eosMo中间合金。
全文摘要
本发明的含锡高氮马氏体不锈钢其组分质量百分比为C≤0.04，Si≤1.0，Mn≤2.0，P≤0.02，S≤0.02，N:0.05-0.3，Cr:12.0～18.0，Sn:0.05~1.0，余量为Fe和不可避免的杂质，锡的含量随Cr含量而变化，最大含量必须小于Cr′3.4%。该马氏体不锈钢具有优良的力学、耐蚀和加工性能，可加工成各种形状的产品，应用于一般工业机械工等方面。
文档编号C22C38/38GK102162062SQ20111008533
公开日2011年8月24日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者姜大伟, 张自兴, 徐裕来, 李钧, 杨彩雄, 林根文, 武会利, 肖学山 申请人:上海大学