专利名称：高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢及其钢结构材料制备方法
技术领域：
本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢及其钢结构材料制备方法。
背景技术：
国内研究开发的一种新型仪器仪表系统需使用一种高尺寸精度、高表面光洁度、 高尺寸稳定性结构材料，其材料具有良好综合力学性能、耐腐蚀、耐磨损、铁磁性，而国内还未进行该方面的研究。在铸造不锈钢材料方面我国的高等院校、科研院所针对特定介质耐腐蚀问题进行了研究开发，例如在硫酸、氢氟酸、海水、盐酸、碱、氯离子介质、复合介质中的铸造奥氏体-铁素体双相不锈钢、高钼含氮不锈钢、高硅不锈钢及改型奥氏体不锈钢取得了大量研究成果。而对于本发明所要求同时具有其它综合性能的耐蚀合金还未见研究报道。我国科技工作者对材料尺寸稳定性方面作了研究。通过对工具钢、轴承钢、模具钢的研究表明，组织的不稳定性是造成尺寸不稳定的主要原因。对LD10、ZL104铝合金进行循环处理，降低并改善了残余应力分布增强了微观组织的稳定性，从而提高了尺寸稳定性；对 Al-Zn-Mg铸造合金进行稳定化处理，提高了尺寸稳定性。虽然铸造奥氏体不锈钢耐蚀性优良，应用广泛，但其力学性能和机加工性能较差， 耐磨性不好、磁导率较低；而铸造铁素体不锈钢室温及低温韧性差、缺口敏感性高、不耐磨； 马氏体不锈钢按组织可分为马氏体型、半奥氏体型和马氏体时效型三种。半奥氏体型铸造不锈钢虽然强度很高，但冲击韧性和尺寸稳定性均相对较差；而对铸造马氏体型不锈钢进行合金化处理，并通过热处理强化，其综合力学性能优良、耐磨损、耐腐蚀、机械加工性能优良、冲击韧性值高、尺寸稳定性佳、且为铁磁性合金。沉淀硬化马氏体不锈钢系列是一种广泛应用的铸造不锈钢材料，具有很高的强度并保持一定的韧性，同时具有较高的耐蚀性和耐磨性，同时满足铁磁性要求；材料的韧性相对较差，但可以通过化学成分的调整以及适当的热处理工艺来改善强韧性。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种具有很高的强度并保持一定的韧性，同时具有较高的耐蚀性和耐磨性的高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢及其钢结构材料的制备方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢，其特征在于其化学成分按重量百分比计为 C 彡 0. 10 ；Cr :14. 0 15. 5 ；Ni 4. 2 6. 0 ；Cu 2. 0 3. 5 ；Nb 0. 2 0. 40 ；Mn 彡 0. 7 ；Mo 0. 3 0. 8 ；Si 彡 1. 0 ;P 彡 0. 02 ；S ( 0. 015 ；其余为 Fe。本发明钢投料数十炉(每炉30Kg)材料进行性能试验钢的牌号命名为CGS，其典型化学成分分析值见表1。
表1 本发明钢的化学成分wt%
权利要求
1.一种高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢，其特征在于其化学成分按重量百分比计为 C 彡 0. 10 ；Cr :14. 0 15. 5 ；Ni 4. 2 6. 0 ；Cu 2. 0 3. 5 ；Nb 0. 2 0. 40 ；Mn 彡 0. 7 ；Mo 0. 3 0. 8 ；Si 彡 1. 0 ;P 彡 0. 02 ；S ( 0. 015 ；余量为 Fe。
2.一种用权利要求1所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢制备钢结构材料的方法，其特征在于包括以下步骤1)、按各化学成分的重量百分比称取各组份；2)、真空感应熔炼将步骤1中称取的各组份加入到真空感应熔炼炉中进行真空感应熔炼，真空感应熔炼采用2次精炼工艺；第一次精炼在(1530 1560)士5°C的温度下，真空度控制在3 8Pa，精炼10 20分钟；第2次精炼在(1530 1560) 士5°C的温度下，真空度控制在1 ZXlO-1Pa以上，精炼 10分钟，以控制成分偏析，然后进行电磁搅拌；3)、浇注重熔电极棒将经过2次真空感应熔炼的钢水采用细流中速均勻浇注，浇注时间为12 18秒，浇注温度控制温度至在(1530 1560) 士5°C，首次获得重熔电极棒；4)、电渣重熔获得钢锭采用CaF-CaO-MnO-MgO-Al2O3五元渣系进行电渣重熔获得钢锭；5)、均勻化热处理将钢锭进行均勻化热处理，均勻化热处理的温度为1140°C 士5°C ；对于直径大于200mm的钢锭，根据钢棒的直径大小，按Imm保温时间1. 5min确定总的保温时间；对于直径小于200mm钢锭，保温时间为证；6 )、锻造丝棒材、板带材的坯料将经过均勻化热处理的钢锭在1120-1160°C温度下保温，保温1. 5 5h，用快锻机锻造，始锻的温度不高于1150 士 5°C，终锻的温度不低于950°C 士 5°C，将钢锭锻造成丝棒材、 板带材的坯料；对于直径大于20mm棒材经过扣圆、校直、表面加工即得棒材成品；对于直径小于20mm棒材，先将钢锭锻造成截面边长为40 80mm的方坯，经过表面精整、热轧成Φ8 Φ 14mm的圆条，即为丝棒材坯料；将板带材的坯料锻造成300 400mm宽， 30mm厚的板，即得板带材的板坯；7)、丝棒材、板带材坯料的精整、探伤、冷加工采用探伤仪器设备对丝棒材、板带材的坯料进行内外部质量进行检测，使用精整仪进行精整；精密棒材采用高性能棒材专用车床进行精密加工，控制转速和刀速，保持棒材的高精度、高的光洁度；将经过精整、探伤的丝棒材、板带材坯料进一步冷加工，即得高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢结构材料。
3.根据权利要求2所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢制备钢结构材料的方法，其特征在于所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢结构材料为热轧板材，将精整、探伤后的板坯在 (850 1160) 士5°C的温度下热轧成320 440 mm宽，8 10厚的板坯；然后进行固溶处理，固溶处理的方法为在1040士 10°C的温度下保温时间30 60分钟，然后进行水淬。
4.根据权利要求3所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢制备钢结构材料的方法，其特征在于所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢结构材料为带材，将在(850 1160) 士5°C的温度下热轧成320 440 mm宽，8 10厚的板坯，通过固溶处理，进行冷轧，控制轧棍的直径、 轧制道次选择在3-4次，根据精度要求选用4辊、12辊、20辊轧机，宽度的尺寸公差控制在 0. IOmm以内，厚度的公差控制在0.01以内；每个道次均要进行1040士 10°C，30 60分钟的固溶热处理，即得高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢带材。
5.根据权利要求2所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢制备钢结构材料的方法，其特征在于所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢结构材料为冷加工丝材，将经过表面精整、热轧成 Φ8 Φ 14mm的圆条丝棒材坯料通过精整、探伤后，在1040士5°C进行固溶热处理，根据丝材的粗细进行保温；控制丝材过程变形度在40 65%，成品丝变形量控制在30-40%;对于直径大于1mm，按10Min/mm进行保温；对于小于Imm的丝材采用氢气保护连续热处理按1 2M/Min，经冷加工即得高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢冷加工丝材。
6.根据权利要求2所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢制备钢结构材料的方法，其特征在于所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢结构材料为铸件，对于砂型铸造产品，将首次获得的合格重熔电极棒进行大气中频感应炉熔炼，根据零件形状要求制作相应的模具，通过模具进行砂型造型，在空气中浇注成砂型铸件产品，即得高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢砂型铸件；对于精密铸件，通过制作金属型模具、注射蜡模、拼装蜡模、制作壳型、烧结壳型、真空炼钢、真空浇注，即得高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢精密铸件。
7.根据权利要求6所述高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢制备钢结构材料的方法，其特征在于对于铸件，还包括精密铸件尺寸稳定性的热处理方法，所述的热处理方法为将铸件经过精加工后，加热到1150士5°〇，保温2. 5h，空冷至室温；再加热到1040 士 5°C，保温Ih ； 放人冰水中冷却，IOmin后转入干冰中在(一 60 一 70) °C下冷却30min后，至室温；再在 160 士 5°C的温度下回火1小时；回火后降至室温后转入干冰中冷却30min后，冷至室温，再在160士5°C的温度下回火1小时，620士5°C的温度下回火4小时；最后再进行尺寸稳定性试验在(-70 -80) °C的温度下保温2小时，深冷处理，再在160士5°C的温度下保温4小时，深冷处理，如此共循环三次，完成精密铸件尺寸稳定性的热处理。
全文摘要
本发明公开了一种高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢及其钢结构材料制备方法，其化学成分按重量百分比计为C≤0.10；Cr14.0～15.5；Ni4.2～6.0；Cu2.0～3.5；Nb0.2～0.40；Mn≤0.7；Mo0.3～0.8；Si≤1.0；P≤0.02；S≤0.015；其余为Fe。上述钢结构材料制备方法，包括以下步骤1)、按各化学成分的重量百分比称取各组份；2)、真空感应熔炼3)、浇注重熔电极棒；4)、电渣重熔获得钢锭；5)、均匀化热处理；6)、锻造丝棒材、板带材的坯料；7)、丝棒材、板带材坯料的精整、探伤、冷加工。本发明是通过高韧性的低碳板条状马氏体的形成和以钼、铜等合金元素作补充强化手段，从而得到高强韧性、高耐腐蚀和耐磨性，满足耐蚀性强、耐磨损性能优异、机械加工性能良好、尺寸稳定性高、铁磁性等要求。
文档编号C21D8/00GK102492894SQ201110453850
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者丁渝红, 刘庆宾, 吴承汕, 唐锐, 张十庆, 李方, 王宏, 聂尊誉, 赵光明, 邹兴政 申请人:重庆材料研究院