一种含稀土元素的高强度的合金及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种含稀土元素的高强度的合金，其合金成分主要由C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo、Nb、Ti、稀土元素（Ce-La)、Fe、组成，各组分的质量百分比为：C：0.03～0.10，Si：≤0.40，Mn：1.0～1.5；Cr：17.2～18.7；Ni：3.6～4.6；Cu：4.0～7.0；Nb：0.5～1.0；Mo：1.2～2.4，Ti：0.2～0.6；稀土元素(Ce&La)：0.001～0.60；余量为Fe。该合金在保持较强的不锈性，又耐酸、碱、盐等腐蚀的同时，而且还具有较高的强度。
【专利说明】一种含稀土元素的高强度的合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强度的合金材料及其制备方法，尤其是一种含有稀土元素的高强度的合金材料及其制备方法。属于马氏体不锈钢范畴。
【背景技术】
[0002]传统的马氏体不锈钢如中国的GB0Crl7Ni4Cu4Nb，它相当美国阿姆公司商业代号17-4PH 钢，简称 PH(PrecipitationHardening)不镑钢。
[0003]另外一方面，众所周知的，马氏体沉淀硬化型不锈钢(17-4PH合金)是由铜、铌/钶构成的沉淀、硬化、马氏体不锈钢，尤其是经过热处理后，产品的机械性能更加完善，可以达到高达1100-1300MPa(160-190ksi)的耐压强度。尽管如此，马氏体沉淀硬化型不锈钢在实际生产应用中出现许多困难，如；强度不理想，抗晶间腐蚀差，较难进行深度的泠成型，难以满足人们对合金的耐腐蚀和高强度性能的要求。
[0004]另外，专利号JP20011279385A从它实施例來看由于铬含量没达到重量17%，就是加入了强化元素铌(Nb)和钥(Mo)，也难提高很大拉伸强度和硬度。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种含稀土元素的高强度的合金及其制备方法，既具有较强的耐酸、碱、盐等腐蚀特点，又具有较高的高强度。
[0006]为了达到本发明的目的，本发明采用以下技术方案实现:
[0007]本发明实施例提供了一种含稀土元素的高强度的合金，其合金成分主要由C、S1、Mn、Cr、N1、Cu、Mo、Nb、T 1、稀土元素、Fe组成,所述稀土元素为Ce和La,各组分的质量百分比为:
[0008]C:0.03 ~0.10，Si: ^ 0.40，Mn: 1.0 ~1.5 ；Cr:17.2 ~18.7 ；N1:3.6 ~4.6 ;
Mo:1.2 ~2.4 ；Nb:0.5 ~1.0 ；T1:0.2 ~0.6 ；Cu:4.0 ~7.0 ;稀土元素(Ce&La):0.001 ~0.60 ;余量为Fe。
[0009]进一步，所述Ce和La，其含量为0.001~0.60wt%，优选0.01~0.10wt%。所述Mo含量为1.2~2.4wt%,优选为1.5~2.0wt%。所述Nb含量为0.5~1.0wt%,优选为0.2~0.8wt%。所述Ti含量为0.2~0.6wt%,优选为0.3~0.5wt%。
[0010]一种制备上述的含稀土元素的高强度的合金，控制炉内母液成分为C:0.03~
0.10，Si: ^ 0.40，Mn:1.0 ~1.5 ；Cr:17.2 ~18.7 ；N1:3.6 ~4.6 ；Mo:1.2 ~2.4 ;Nb:
0.5~1.0 ；Ti:0.2~0.6 ;Cu:4.0~7.0 ;余量为Fe。在氩气或者真空的保护下进行熔炼，然后分若干次加入重量百分比为0.001~0.60的稀土元素，其中，所述稀土元素为Ce和
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[0011]进一步，在完成熔炼后，还包括使用水平连铸法将母液拉成圆棒材的步骤。
[0012]进一步，所述圆棒材的直径为IOOmm左右。
[0013]进一步，还包括对圆棒材进行热加工変形的步骤。[0014]进一步，还包括对合金进行热处理的步骤，所述热处理为固溶(1050°C水冷)A状态+ 时效(565°C X90min 空冷)TH1050。
[0015]本发明的强度是通过马氏体相变时效处理的沉淀硬化来达到的，由于含碳量很低、又含有Mo、Ti和Cu同时加入稀土元素，例如Ce和La，使强度与塑性达到最隹配合，表现出较强的不锈性，又耐酸、碱、盐等腐蚀，而且还具有较高的强度及塑性。
[0016]其中，稀土元素(例如Ce和La)的加入能改善合金的晶界，使其净化达到提高抗晶间腐蚀能力，同时也提高了合金塑性。
[0017]Mo:它是铁素体的形成元素，除了能够改善钢的耐蚀性外，还可以大幅提高合金的强度和硬度，以及增强二次硬化效应，而韧性并不降低，通常含量为0.5~4.0wt%，本发明优选为1.2~2.4wt%。
[0018]Cu:它是一种奥氏体形成元素，铜在本发明合金中主要是引起二次硬化效应，同时铜的固溶强化也是其中一个重要因素。
[0019]T1:钛具有显著地时效强化作用，在本发明Ti含量范围内，在时效状态下可使本发明合金时效后的强度达1800Mpa以上；同时硬度(HV)≤560。
【具体实施方式】
[0020]下面例举若干个【具体实施方式】以对本发明进行详细说明，本部分的描述仅仅是示范性和解释性说明，不应构成对本发明的保护范围产生任何限制作用。
[0021]实施例1
[0022]将表1中的合金配料在真空感应炉中熔炼，每实施例为25kg钢锭，再通取样作各实施例化学兀素分样列入表1中。
[0023](a)真空熔炼工艺；取电解 N1、CrFe、SiFe、MnFe、MoFe、NbFe、海棉 T1、电解 Cu、和Ce-La混合稀土以及纯铁(Fe)按总重25kg比例配料。将N1、Fe、Mo、Nb、Cr、Cu、C装入电熔氧化镁质坩埚中，S1、Mn、T1、稀土装在小料斗槽中。在基础料按工艺完成熔化后再加入小料进行合金化，在真空状态下直接注成钢锭。
[0024](b)在制得的钢锭上取化学元素分析样，按GB/T20123-2006、GB/T20124-2006、GB/T11170-2008等方法测得结果列入表1。
[0025]实施例2-3
[0026]取表1中的合金配料(除稀土元素)注入钢包中，在氩气保护下在非真空炉中频炉中混炼，分三次加入Ce和La以保证合金均匀化。最后使用水平连铸法直接拉成直径为10Omm的圆棒材。
[0027]取实施例1-3得到的圆棒材，通过精铸或者热加工变形，按标准机加工形成测试棒，通过如表2的条件下进行热处理后，热处理为固溶和/或时效，然后按GB/T2281-2010进行测评各项性能。
[0028]按照表1中的各组分的含量范围内，多次重复实验，经过TH1050热处理后，进行对比。
[0029]对比例
[0030]以商业用17-4PH马氏体不锈钢和专利号JP200127985A和本发明进行合金含化学元素wt%和热处理后的拉伸强度(Mpa)和硬度(HV)进行对比如下；见表1和表2。
【权利要求】
1.一种含稀土兀素的高强度的合金，其合金成分主要由C、S1、Mn、Cu、Cr、N1、Mo、Nb、T1、稀土元素、Fe组成,所述稀土元素为Ce和La,各组分的质量百分比为:
C:0.03 ~0.10，Si: ^ 0.40，Mn:1.0 ~1.5 ；Cr:17.2 ~18.7 ；N1:3.6 ~4.6 ;Mo:1.2 ~2.4 ；Nb:0.5 ~1.0 ；T1:0.2 ~0.6 ;Cu:4.0 ~7.0 ;稀土元素(Ce&La):0.001 ~0.60 ；余量为Fe。
2.如权利要求1所述的一种含稀土元素的高强度的合金，其特征在于，所述Ce和La，其含量为 0.001 ~0.60wt%，优选 0.01 ~0.10wt%o
3.如权利要求1所述的一种含稀土元素的高强度的合金，其特征在于，所述Mo含量为1.2 ~2.4wt%,优选为 1.5 ~2.0wt%o
4.如权利要求1所述的一种含稀土元素的高强度的合金，其特征在于，所述Nb含量为0.5 ~1.0wt%,优选为 0.2 ~0.8wt%0
5.如权利要求1所述的一种含稀土元素的高强度的合金，其特征在于，所述Ti含量为0.2 ~0.6wt%,优选为 0.3 ~0.5wt%0
6.一种制备如权利要求1所述的含稀土元素的高强度的合金的方法，其特征在于，控制炉内母液成分为 C:0.03 — 0.10，S1:≤ 0.40,Mn:1.0 ~1.5 ；Cr:17.2 ~18.7 ；N1:3.6 ~4.6 ；Mo:1.2 ~2.4 ；Nb:0.5 ~1.0 ；T1:0.2 ~0.6 ;Cu:4.0 ~7.0 ;余量为 Fe，在氩气或者真空的保护下进行熔炼，然后分若干次加入重量百分比为0.001~0.60的稀土元素(Ce&La)。
7.如权利要求6所述的制备含稀土元素的高强度的合金的方法，其特征在于，在完成熔炼后，还包括使用水平连铸法将母液拉成圆棒材的步骤。
8.如权利要求7所述的制备含稀土元素的高强度的合金的方法，其特征在于，所述圆棒材的直径为100mm。
9.如权利要求7或8任一项所述的制备含稀土元素的高强度的合金的方法，其特征在于，还包括对圆棒材进行热加工(锻造或轧制)的步骤，热加工温度为1000 — 1170°C。
10.如权利要求6所述的制备含稀土元素的高强度的合金的方法，其特征在于，还包括对合金进行热处理的步骤，所述热处理为固溶(1050°C水冷)A状态+时效(565°C X90min空冷)TH1050。
【文档编号】C21D8/06GK103484785SQ201310363456
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】王雁和, 龚凤阶 申请人:广东华鳌合金新材料有限公司