本发明涉及钢材冶炼技术领域，特别是涉及一种耐蚀无磁钢及其制备方法。
背景技术：
无磁钢也叫无磁性钢和非磁性钢，是没有铁磁性而不能被磁化的钢，无磁钢属fe-mn-al-c系列奥氏体，组织稳定，力学性能优良，其化学成份决定电磁性能。无磁钢广泛应用于大中型变压器、电磁铁、精密仪表等设备领域中。
然而，无磁钢长期在温度、腐蚀介质以及力学等因素的作用下，容易导致无磁钢被腐蚀磨损，进而导致变压器、精密仪表等设备的损坏。传统的无磁钢通常加入cr、ni、mn等合金元素来增强其本身的耐蚀性能，虽然镍是优良的耐腐蚀材料，但国内镍资源相对缺乏，价格昂贵，导致无磁钢的制作成本高，因此，急需一种高性价比与节约镍资源的耐蚀无磁钢。
技术实现要素：
基于此，有必要针对易腐蚀与耐蚀成分镍成本高的问题，提供一种耐蚀无磁钢及其制备方法。
一种耐蚀无磁钢，该耐蚀无磁钢的化学成分按重量百分数包括：c：0.25%~0.35%，si≤0.045%，a1：2.0%~2.5%，mn：22.5%~25%，p≤0.04%，mo：0.5%~2.0%，cr：6.0%~10%，nb≤0.5%，其余为fe及不可避免杂质。
在其中一实施例中，所述耐蚀无磁钢的化学成分中还包括ti：0.8%~2.0%。
在其中一实施例中，所述耐蚀无磁钢的化学成分按重量百分数包括：c：0.26%~0.31%，si≤0.040%，a1：2.2%~2.5%，mn：22.5%~24.5%，p≤0.04%，mo：0.55%~2.0%，cr：6.0%~8.0%，nb≤0.45%，ti：1.0%~1.6%，其余为fe及不可避免的杂质。
在其中一实施例中，所述耐蚀无磁钢的化学成分按重量百分数包括：c：0.30%，si：0.035%，a1：2.5%，mn：22.5%，p：0.04%，mo：1.8%，cr：7.5%，nb：0.42%，ti：1.4%，其余为fe及不可避免的杂质。
在其中一实施例中，所述耐蚀无磁钢的屈服强度380mpa～450mpa。
在其中一实施例中，所述耐蚀无磁钢的抗拉强度为620mpa～650mpa。
本发明的另一个目的是提供一种上述的耐蚀无磁钢的制备方法。
该目的是通过以下技术方案实现的：
一种耐蚀无磁钢的制备方法，包括如下步骤：
真空熔炼：按照所述耐蚀无磁钢中各化学成分比例进行原料混合，利用电炉真空熔炼为铸锭；
底浇模铸：去除熔炼后铸锭表面的氧化层，并进行熔化，形成铸坯；
加热轧制：铸坯经1120℃~1200℃轧制后空冷至室温制成热轧板。
在其中一实施例中，所述加热轧制步骤中还包括回火处理，所述回火处理的温度为500℃~650℃。
在其中一实施例中，所述真空熔炼步骤中，所述电炉为真空感应熔炼炉。
在其中一实施例中，所述耐蚀无磁钢为粒径5μm~12μm的奥氏体晶粒。
上述耐蚀无磁钢，通过添加价格较低的p、mo与nb等元素来代替昂贵的ni元素，实现了制作成本的降低与镍资源的节约，同时p、mo与nb对无磁钢都有与ni一致的抗腐蚀性能，其中p能提高无磁钢抗大气腐蚀的作用，mo能提高铬系无磁钢的抗晶间腐蚀能力，nb对铬系无磁钢有细晶强化和弥散强化作用，提高无磁钢抗高温氧化性和耐腐蚀性能，该耐蚀无磁钢实现了高性价比需求与节约镍资源需求。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提供一种耐蚀无磁钢，该耐蚀无磁钢的化学成分按重量百分数包括：c：0.25%~0.35%，si≤0.045%，a1：2.0%~2.5%，mn：22.5%~25%，p≤0.04%，mo：0.5%~2.0%，cr：6.0%~10%，nb≤0.5%，其余为fe及不可避免杂质。
其中，c（carbon，碳）在无磁钢中具有两重性，一方面能保证该耐蚀无磁钢的强度同时有利于该耐蚀无磁钢中形成并稳定奥氏体结构，另一方面由于碳和铬的亲和力很大，随着该耐蚀无磁钢中含碳量的增加，则与碳形成碳化物的铬越多，从而显著降低该耐蚀无磁钢的耐蚀性。为使该耐蚀无磁钢具有一定的强度性能与耐腐蚀性能，碳含量控制在0.25%~0.35%，优选为0.26%~0.31%。
其中，si（silicon，硅）进一步对该耐蚀无磁钢起到固溶强化的作用，能够提高该耐蚀无磁钢的耐蚀性能和高温抗氧化性能，同时在该耐蚀无磁钢中加入一定量的硅，可提高其电阻率，以减少涡流。本发明控制硅含量不超过0.045%，优选为不超过0.040%。
其中，a1（aluminium，铝）有利于奥氏体结构的固溶，防止该耐蚀无磁钢中碳化物的形成，提高该耐蚀无磁钢的无磁性能，同时，在该耐蚀无磁钢中加入适量的铝，形成的氧化物分散于钢中，阻止该耐蚀无磁钢加热时晶粒持续增长，并能改善该耐蚀无磁钢的淬透性和抗氧化性，从而提高该耐蚀无磁钢的耐蚀性能。本发明中铝含量控制在2.0%~2.5%，优选为2.2%~2.5%。
其中，mn（manganese，锰）对奥氏体结构的作用与镍相似，即能够稳定该耐蚀无磁钢的奥氏体结构，使得该耐蚀无磁钢在较高的磁场强度下仍具有较低的相对磁导率，同时，锰能避免该耐蚀无磁钢加热时晶粒持续增长，以及在回火脆性时不降低该耐蚀无磁钢的韧性，锰能提高该耐蚀无磁钢的淬透性，减少该耐蚀无磁钢生产过程中的开裂、扭曲与变形等。本发明中锰含量控制在22.5%~25%，优选为22.5%~24.5%。
其中，p（phosphorus，磷）在一般钢中都是杂质元素，但其在奥氏体钢中的危害性不像在一般钢中那样显著，磷对该耐蚀无磁钢有一定的强化作用，同时能提高该耐蚀无磁钢抗大气腐蚀的作用。本发明控制磷含量不超过0.04%。
其中，mo（molybdenum，钼）能够固溶强化铁素体，提高该耐蚀无磁钢的强度和硬度，同时降低该耐蚀无磁钢的临界冷却速度，提高该耐蚀无磁钢的淬透性、耐热性和高温强度，钼能提高该耐蚀无磁钢的抗蚀性能，防止该耐蚀无磁钢在含氯离子的介质以及有机酸环境中的点蚀。本发明中钼含量控制在0.5%~2.0%，优选为0.55%~2.0%。
其中，cr（chromium，铬）与铁形成连续固溶体，铬促使该耐蚀无磁钢的表面形成钝化膜，提高该耐蚀无磁钢在腐蚀环境下的耐腐蚀性能，如硝酸环境，同时，铬能提高该耐蚀无磁钢的耐磨性与抗氧化性能。本发明中铬含量控制在6.0%~10%，优选为6.0%~8.0%。
其中，nb（niobium，铌）能细化晶粒与降低该耐蚀无磁钢的过热敏感性及回火脆性，提高该耐蚀无磁钢的强度和屈服点，同时铌提高该耐蚀无磁钢抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，还可以防止晶间腐蚀。本发明控制铌含量不超过0.5%，优选为不超过0.45%。为进一步防止晶间腐蚀，该耐蚀无磁钢还增加了一定含量的ti（titanium，钛），钛是该耐蚀无磁钢的强脱氧剂，防止晶间腐蚀，同时能使钢内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性与冷脆性，改善焊接性能，本发明中钛含量控制为0.8%~2.0%，优选为1.0%~1.6%。
上述耐蚀无磁钢为粒径5μm~12μm的奥氏体晶粒，通过添加价格较低的p、mo与nb等元素来代替昂贵的ni元素，实现了制作成本的降低与镍资源的节约，同时p、mo与nb对无磁钢都有与ni一致的抗腐蚀性能，其中p能提高无磁钢抗大气腐蚀的作用，mo能提高铬系无磁钢的抗晶间腐蚀能力，nb对铬系无磁钢有细晶强化和弥散强化作用，提高无磁钢抗高温氧化性和耐腐蚀性能，该耐蚀无磁钢实现了高性价比需求与节约镍资源需求。
一实施方式的耐蚀无磁钢的制备方法，为上述耐蚀无磁钢的其中一种制备方法，包括以下步骤：
真空熔炼：按照耐蚀无磁钢中各化学成分比例进行原料混合，利用电炉真空熔炼为铸锭。具体地，电炉为真空感应熔炼炉，铁原料先经真空感应熔炼炉的熔炼室熔化为铁水，并以超过80m3/h的流量强度往熔炼室通入惰性气体氩气，直至室内压强达到0.50pa~0.70pa以接近真空，其他原料经表面除锈除油后按熔点从高到低先后进入熔炼室，经熔化与精炼后获得铸锭，在真空环境下进行熔炼是为了避免铸锭氧化带来的缺陷，如出现气孔、渣孔、氧化物夹渣、黑点、麻点等，以及通过挥发去除在熔炼温度下蒸气压比各原料高的杂质元素，同时熔炼室会加入一定的脱氧剂，以调整钢水的氧化性，进一步避免铸锭氧化。
底浇模铸：去除熔炼后铸锭表面的氧化层，并进行熔化，形成铸坯。具体地，钢水中的夹持物颗粒较大，易于上浮，脱氧剂或杂质颗粒被电炉内少量的氧气氧化形成氧化层附着于铸锭表面，在铸锭凝固前经刮渣机去除表面的氧化层，铸锭经电炉高温熔化后进行浇铸冷却，获得铸坯。
加热轧制：铸坯经1120℃~1200℃轧制后空冷至室温制成热轧板。具体地，铸坯经高温保温2~3小时后通过热轧机进行轧制，开轧温度控制在1000℃~1120℃，终轧温度控制在800℃~950℃，铸坯热轧后经40~80分钟的回火处理后空冷至室温，回火处理的温度控制在500℃~650℃，由于淬火钢存在很大的内应力，容易导致热轧板的变形和开裂，回火处理能降低热轧板的脆性和消除或减少其内应力，保证热轧板在使用过程中规格、强度、硬度、塑性和韧性等方面的稳定。
上述耐蚀无磁钢的制备方法操作工艺简单，原料易得，成本低下，适合产业化生产。
以下为具体实施例部分：
实施例1
本实施例提供一种耐蚀无磁钢，其化学成分按重量百分数包括：c：0.30%，si：0.035%，a1：2.5%，mn：22.5%，p：0.04%，mo：1.8%，cr：7.5%，nb：0.42%，ti：1.4%，其余为fe及不可避免杂质。
本实施例的耐蚀无磁钢的制备步骤如下：
真空熔炼：铁原料先经真空感应熔炼炉的熔炼室熔化为铁水，并以90m3/h的流量强度往熔炼室通入氩气，直至室内压强达到0.50pa~0.70pa以接近真空，其他原料经表面除锈除油后按熔点从高到低先后进入熔炼室，钢水经氩气搅拌送电精炼30分钟后获得铸锭。
底浇模铸：铸锭经刮渣机去除表面的氧化层，然后经电炉高温熔化后投入保护渣进行浇铸冷却，获得铸坯。
加热轧制：铸坯经1150℃高温保温3小时后通过热轧机进行轧制，开轧温度控制在1100℃，终轧温度控制在800℃，铸坯热轧后经1小时的回火处理后空冷至室温，回火处理的温度控制在600℃。
实施例2
本实施例提供一种耐蚀无磁钢，其化学成分按重量百分数包括：c：0.30%，si：0.026%，a1：2.01%，mn：18.4%，p：0.033%，mo：0.5%，cr：5.6%，nb：0.28%，ti：0.9%，其余为fe及不可避免杂质。
本实施例的耐蚀无磁钢的制备步骤如下：
真空熔炼：铁原料先经真空感应熔炼炉的熔炼室熔化为铁水，并以90m3/h的流量强度往熔炼室通入氩气，直至室内压强达到0.50pa~0.70pa以接近真空，其他原料经表面除锈除油后按熔点从高到低先后进入熔炼室，钢水经氩气搅拌送电精炼30分钟后获得铸锭。
底浇模铸：铸锭经刮渣机去除表面的氧化层，然后经电炉高温熔化后投入保护渣进行浇铸冷却，获得铸坯。
加热轧制：铸坯经1150℃高温保温3小时后通过热轧机进行轧制，开轧温度控制在1100℃，终轧温度控制在800℃，铸坯热轧后经1小时的回火处理后空冷至室温，回火处理的温度控制在600℃。
实施例3
本实施例提供一种耐蚀无磁钢，其化学成分按重量百分数包括：c：0.30%，si：0.042%，a1：2.62%，mn：23.1%，p：0.04%，mo：2.0%，cr：8.0%，nb：0.48%，ti：1.8%，其余为fe及不可避免杂质。
本实施例的耐蚀无磁钢的制备步骤如下：
真空熔炼：铁原料先经真空感应熔炼炉的熔炼室熔化为铁水，并以90m3/h的流量强度往熔炼室通入氩气，直至室内压强达到0.50pa~0.70pa以接近真空，其他原料经表面除锈除油后按熔点从高到低先后进入熔炼室，钢水经氩气搅拌送电精炼30分钟后获得铸锭。
底浇模铸：铸锭经刮渣机去除表面的氧化层，然后经电炉高温熔化后投入保护渣进行浇铸冷却，获得铸坯。
加热轧制：铸坯经1150℃高温保温3小时后通过热轧机进行轧制，开轧温度控制在1100℃，终轧温度控制在800℃，铸坯热轧后经1小时的回火处理后空冷至室温，回火处理的温度控制在600℃。
对比例1
本实施例提供一种耐蚀无磁钢，其化学成分按重量百分数包括：c：0.30%，si：0.035%，a1：2.50%，mn：22.5%，cr：7.5%，ti：1.4%，其余为fe及不可避免杂质。
本实施例的耐蚀无磁钢的制备步骤如下：
真空熔炼：铁原料先经真空感应熔炼炉的熔炼室熔化为铁水，并以90m3/h的流量强度往熔炼室通入氩气，直至室内压强达到0.50pa~0.70pa以接近真空，其他原料经表面除锈除油后按熔点从高到低先后进入熔炼室，钢水经氩气搅拌送电精炼30分钟后获得铸锭。
底浇模铸：铸锭经刮渣机去除表面的氧化层，然后经电炉高温熔化后投入保护渣进行浇铸冷却，获得铸坯。
加热轧制：铸坯经1150℃高温保温3小时后通过热轧机进行轧制，开轧温度控制在1100℃，终轧温度控制在800℃，铸坯热轧后经1小时的回火处理后空冷至室温，回火处理的温度控制在600℃。
对比例2
本实施例提供一种耐蚀无磁钢，其化学成分按重量百分数包括：c：0.30%，si：0.035%，a1：2.50%，mn：22.5%，cr：7.5%，ti：1.4%，ni：2.26%，其余为fe及不可避免杂质。
本实施例的耐蚀无磁钢的制备步骤如下：
真空熔炼：铁原料先经真空感应熔炼炉的熔炼室熔化为铁水，并以90m3/h的流量强度往熔炼室通入氩气，直至室内压强达到0.50pa~0.70pa以接近真空，其他原料经表面除锈除油后按熔点从高到低先后进入熔炼室，钢水经氩气搅拌送电精炼30分钟后获得铸锭。
底浇模铸：铸锭经刮渣机去除表面的氧化层，然后经电炉高温熔化后投入保护渣进行浇铸冷却，获得铸坯。
加热轧制：铸坯经1150℃高温保温3小时后通过热轧机进行轧制，开轧温度控制在1100℃，终轧温度控制在800℃，铸坯热轧后经1小时的回火处理后空冷至室温，回火处理的温度控制在600℃。
对比例3
本实施例提供一种304钢，其化学成分按重量百分数包括：c：0.03%，si：0.5%，mn：1.22%，p：0.024%，s：0.005%，cr：17.57%，ni：8.29%，其余为fe及不可避免杂质。
材料性能测试1：
表1
测试2：
将实施例1~3与对比例1~2制得的耐蚀无磁钢以及对比例3的304钢均裁切出厚度为3mm质量为30g的样片，经表面去油去污后在常温下分别浸入6%三氯化铁溶液中，浸泡时间为7天与15天，取出后清洗并风干半小时，记录各样片质量，如表2。
表2
测试3：
将实施例1~3与对比例1~2制得的耐蚀无磁钢以及对比例3的304钢均裁切出厚度为3mm质量为30g的样片，经表面去油去污后在常温下分别浸入50%的硫酸溶液与50%的氢氧化钠溶液中，浸泡时间为30天，取出后清洗并风干半小时，记录各样片质量，如表3。
表3
由表1中可看出，实施例1~3制得的耐蚀无磁钢的屈服强度与抗拉强度远大于对比例1，接近于对比例2，远小于对比例3，一方面说明在一定范围内磷、钼与铌等元素含量分别与屈服强度以及抗拉强度成正比，当某一元素含量超过限定比例时，导致铁素体弱化，进而导致钢韧性与强度降低；另一方面说明对比例1中无加入磷、钼与铌等元素，降低了对钢的固溶强化作用和钢内部组织的致密性，实施例1~3制得的耐蚀无磁钢具有接近原含镍无磁钢的抗拉性能，侧面证明磷、钼与铌混合加入钢内时具有同比例镍的抗弯曲与抗拉伸能力，同时大于一般对比例3中304钢的抗弯曲与抗拉伸能力，使得该耐蚀无磁钢具有高强度性能，其抗压抗变形能力保证变压器、精密仪表等设备在受外界力的作用下能正常使用。
由表2和表3中可看出，与对比例1与对比例3相比，实施例1~3制得的耐蚀无磁钢在腐蚀介质中变化的质量差远小于空白组与304钢，说明实施例1~3制得的耐蚀无磁钢的抗蚀性能好，与对比例2相比，实施例1~3制得的耐蚀无磁钢在腐蚀介质中变化的质量差稍大于原含镍无磁钢，说明实施例1~3制得的耐蚀无磁钢的抗蚀性能稍弱于原含镍无磁钢，能大程度上替代原含镍无磁钢的抗蚀性，节约镍资源以降低生产成本。
由表1~表3中可看出，，结合强度与耐蚀性，在实施例1~3制得的耐蚀无磁钢中，实施例2制得的耐蚀无磁钢最优。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。