本发明涉及不锈钢材料
技术领域：
，特别是涉及一种针阀用高氮不锈钢材料及其制备方法。
背景技术：
：针阀是一种微调阀，其阀塞为针形，主要用作调节气流量。微调阀要求阀口开启逐渐变大，从关闭到开启最大能连续细微地调节。针形阀塞即能实现这种功能。针形阀塞一般用经过淬火的钢制长针，而阀座是用锡、铜等软质材料制成。现有针阀的阀体一般由不锈钢材料制成。不锈钢是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢，而将耐化学腐蚀介质(酸、碱、盐等化学浸蚀)腐蚀的钢种称为耐酸钢。氮是钢中强烈的奥氏体形成元素，作为有益元素加入可显著提高钢的力学性能和耐蚀性能，而现有的不锈钢材料中含氮量较低。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种针阀用高氮不锈钢材料及其制备方法。为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：一种针阀用高氮不锈钢材料，各组成成分及其质量百分比为：c：0.01-0.03％，nb：0.04-0.08％，w：0.05-0.12％，si：0.08-0.15％，cr：4.6-5.8％；ni：0.65-0.79％，mn：0.85-0.93％，ti：0.06-0.08％，n：0.56-0.82％，稀土元素：0.21-0.27％，余量为fe和不可避免的杂质。进一步地，各组成成分及其质量百分比为：c：0.01％，nb：0.04％，w：0.05％，si：0.08％，cr：4.6％；ni：0.65％，mn：0.85％，ti：0.06％，n：0.56％，稀土元素：0.21％，余量为fe和不可避免的杂质。前所述的一种针阀用高氮不锈钢材料，各组成成分及其质量百分比为：c：0.03％，nb：0.08％，w：0.12％，si：0.15％，cr：5.8％；ni：0.79％，mn：0.93％，ti：0.08％，n：0.82％，稀土元素：0.27％，余量为fe和不可避免的杂质。前所述的一种针阀用高氮不锈钢材料，各组成成分及其质量百分比为：c：0.02％，nb：0.06％，w：0.08％，si：0.12％，cr：5.2；ni：0.72％，mn：0.89％，ti：0.07％，n：0.69％，稀土元素：0.24％，余量为fe和不可避免的杂质。前所述的一种针阀用高氮不锈钢材料，稀土元素由la、ce、dy、tb按照质量比1:2:1:4混合而成。一种针阀用高氮不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：s1：将原料加入至冶炼炉中，将冶炼炉内温度调整至1500-1650℃，对原料进行冶炼直至熔融形成钢液；s2：向冶炼炉中加入精炼剂，并通入氮气，对钢液进行精炼，精炼时间为25-30min；s3：通过水冷的方式将钢液冷却至1250-1300℃，然后将钢液浇注至锭模中，降温得到坯锭；s4：将坯锭放入加热炉中，将坯锭加热至1150-1200℃，保温15-20min后将坯锭放入油中进行淬火；然后将坯锭放入加热炉中，将其加热至850-900℃，保温60-80min，然后取出坯锭，冷却至室温；s5：通过气体去油的方式对坯锭表面进行清洗，然后采用氧化铝粉对坯锭表面进行喷砂处理，将喷砂处理后的坯锭放入氮化炉中，向氮化炉中加入氯化铵和石英砂，然后向氮化炉中通入氨气，待氨分解率为零时，将氮化炉内温度调整至620-645℃，进行氮化处理；s6：对氮化处理后的坯锭进行超声波探伤处理，探伤合格后得到不锈钢材料。前所述的一种针阀用高氮不锈钢材料的制备方法，s2中熔炼炉内氮气压力为0.55-0.6mpa。前所述的一种针阀用高氮不锈钢材料的制备方法，s3中钢液的冷却速率为22-25℃/s。前所述的一种针阀用高氮不锈钢材料的制备方法，氯化铵和石英砂的添加量以氮化炉的体积计分别为65g/m3和260g/m3。前所述的一种针阀用高氮不锈钢材料的制备方法，氮化处理的时间为4-5h。本发明的有益效果是：(1)本发明在原料中加入w，在熔炼时会可与c反应形成碳化钨，可有效提高不锈钢材料的硬度和耐腐蚀性能；加入nb，可与原料中的c反应形成碳化物nbc，可起到细化晶粒的作用，进一步提高了不锈钢材料的铸造性，更利于塑性加工，还可防止cr与c元素反应形成碳化物而导致晶界腐蚀，从而保证了不锈钢材料的强度；(2)本发明在原料中还加入si，可提高钢在无机酸中的耐腐蚀性能，从而使不锈钢材料的耐酸性能大大提高；又加入ti，作为强碳化物形成元素，在冶炼过程中可形成稳定的碳化物，使成型的不锈钢材料的强度提升13-15％；(3)本发明中加入的cr、si、nb、ti等元素，可以高温冶炼中可以形成一系列氧化膜，从而提高了不锈钢材料的抗氧化性能；又加入la、ce、dy、tb这些稀土元素，由于这些元素的原子半径大，可堵塞氧化膜的空穴，抑制离子的扩散，从而使叶片外层的氧化膜更稳定；还可以使局部氧化膜在合金上沿晶界树形状地深入合金内部，起“钉扎”的作用，提高了氧化膜的结合力，防止剥落，进一步提高了不锈钢材料的抗氧化性能，使不锈钢的使用寿命延长了27-31％；(4)本发明在制备不锈钢材料时，采用水冷的方式对钢液进行降温，提高了冷却的速度，增大过冷度，来促进金属的自发形核，使金属的晶粒更细；在金属溶液结晶时加入苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物，作为外来晶核，进行非自发形核，从而使金属晶粒细化，使成型后的不锈钢材料的截面上具有均匀、细小的等轴晶，各向异性小，加工时变形更为均匀，塑性更高，有利于后续的铸造和塑性加工，使针阀更易成型，且成型后的针阀韧度高，不会出现由于热应力等造成的裂缝；(5)本发明对制得的不锈钢坯锭进行先淬火后回火的热处理工艺，使奥氏体形成的珠光体组织更为均匀，避免形成不同的组织而使不锈钢材料产生脆性开裂，保证了不锈钢材料的韧性；(6)本发明对热处理后的不锈钢坯锭进行氮化处理，处理后氮渗层可达0.2mm，可有效地改善不锈钢的强度，使制得的不锈钢材料具有优异的耐磨性、耐疲劳性和耐蚀性能，进一步提高了制得的针阀的使用寿命。具体实施方式为使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施方式，对本发明作出进一步详细的说明。实施例1本实施例提供了一种针阀用高氮不锈钢材料，各组成成分及其质量百分比为：c：0.01％，nb：0.04％，w：0.05％，si：0.08％，cr：4.6％；ni：0.65％，mn：0.85％，ti：0.06％，n：0.56％，稀土元素：0.21％，余量为fe和不可避免的杂质。其中，稀土元素由la、ce、dy、tb按照质量比1:2:1:4混合而成。本实施例还提供了一种针阀用高氮不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：s1：将原料加入至冶炼炉中，将冶炼炉内温度调整至1500℃，对原料进行冶炼直至熔融形成钢液；s2：向冶炼炉中加入精炼剂，并通入氮气，氮气压力为0.55mpa，对钢液进行精炼，精炼时间为25min；s3：通过水冷的方式将钢液冷却至1250℃，钢液的冷却速率为22℃/s，然后将钢液浇注至锭模中，降温得到坯锭；s4：将坯锭放入加热炉中，将坯锭加热至1150℃，保温15min后将坯锭放入油中进行淬火；然后将坯锭放入加热炉中，将其加热至850℃，保温60min，然后取出坯锭，冷却至室温；s5：通过气体去油的方式对坯锭表面进行清洗，然后采用氧化铝粉对坯锭表面进行喷砂处理，将喷砂处理后的坯锭放入氮化炉中，向氮化炉中加入氯化铵和石英砂，氯化铵和石英砂的添加量以氮化炉的体积计分别为65g/m3和260g/m3，然后向氮化炉中通入氨气，待氨分解率为零时，将氮化炉内温度调整至620℃，进行氮化处理，处理时间为4h；s6：对氮化处理后的坯锭进行超声波探伤处理，探伤合格后得到不锈钢材料。实施例2本实施例提供了一种针阀用高氮不锈钢材料，各组成成分及其质量百分比为：c：0.03％，nb：0.08％，w：0.12％，si：0.15％，cr：5.8％；ni：0.79％，mn：0.93％，ti：0.08％，n：0.82％，稀土元素：0.27％，余量为fe和不可避免的杂质。其中，稀土元素由la、ce、dy、tb按照质量比1:2:1:4混合而成。本实施例还提供了一种针阀用高氮不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：s1：将原料加入至冶炼炉中，将冶炼炉内温度调整至1650℃，对原料进行冶炼直至熔融形成钢液；s2：向冶炼炉中加入精炼剂，并通入氮气，氮气压力为0.6mpa，对钢液进行精炼，精炼时间为30min；s3：通过水冷的方式将钢液冷却至1300℃，钢液的冷却速率为25℃/s，然后将钢液浇注至锭模中，降温得到坯锭；s4：将坯锭放入加热炉中，将坯锭加热至1200℃，保温20min后将坯锭放入油中进行淬火；然后将坯锭放入加热炉中，将其加热至900℃，保温80min，然后取出坯锭，冷却至室温；s5：通过气体去油的方式对坯锭表面进行清洗，然后采用氧化铝粉对坯锭表面进行喷砂处理，将喷砂处理后的坯锭放入氮化炉中，向氮化炉中加入氯化铵和石英砂，氯化铵和石英砂的添加量以氮化炉的体积计分别为65g/m3和260g/m3，然后向氮化炉中通入氨气，待氨分解率为零时，将氮化炉内温度调整至645℃，进行氮化处理，处理时间为5h；s6：对氮化处理后的坯锭进行超声波探伤处理，探伤合格后得到不锈钢材料。实施例3本实施例提供了一种针阀用高氮不锈钢材料，各组成成分及其质量百分比为：c：0.02％，nb：0.06％，w：0.08％，si：0.12％，cr：5.2；ni：0.72％，mn：0.89％，ti：0.07％，n：0.69％，稀土元素：0.24％，余量为fe和不可避免的杂质。其中，稀土元素由la、ce、dy、tb按照质量比1:2:1:4混合而成。本实施例还提供了一种针阀用高氮不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：s1：将原料加入至冶炼炉中，将冶炼炉内温度调整至1580℃，对原料进行冶炼直至熔融形成钢液；s2：向冶炼炉中加入精炼剂，并通入氮气，氮气压力为0.58mpa，对钢液进行精炼，精炼时间为28min；s3：通过水冷的方式将钢液冷却至1280℃，钢液的冷却速率为24℃/s，然后将钢液浇注至锭模中，降温得到坯锭；s4：将坯锭放入加热炉中，将坯锭加热至1180℃，保温18min后将坯锭放入油中进行淬火；然后将坯锭放入加热炉中，将其加热至875℃，保温70min，然后取出坯锭，冷却至室温；s5：通过气体去油的方式对坯锭表面进行清洗，然后采用氧化铝粉对坯锭表面进行喷砂处理，将喷砂处理后的坯锭放入氮化炉中，向氮化炉中加入氯化铵和石英砂，氯化铵和石英砂的添加量以氮化炉的体积计分别为65g/m3和260g/m3，然后向氮化炉中通入氨气，待氨分解率为零时，将氮化炉内温度调整至630℃，进行氮化处理，处理时间为5h；s6：对氮化处理后的坯锭进行超声波探伤处理，探伤合格后得到不锈钢材料。对比例：市售无锡港中金属材料有限公司生产的不锈钢材料。将实施例1-实施例3与对比例进行对比试验测试，各项性能按国标进行测定，试验条件及其他实验材料均相同，测试结果如表1所示：试验项目实施例1实施例2实施例3对比例布氏硬度/hb268271277262断裂收缩率/％62.561.366.859.1抗拉强度/mpa561567578552磨损率/mm/s6.652*10-66.481*10-65.729*10-67.353*10-6表1由表1可以看出，本发明制备的针阀用高氮不锈钢材料的布氏硬度约为272hb，断裂收缩率63.5％，抗拉强度约为569mpa，磨损率约为6.287*10-6mm/s。与对比例的各项数据相比，本发明制备的针阀用高氮不锈钢材料不仅布氏硬度更高，抗拉强度更高，而且断裂收缩率更大，另外，磨损率则明显低于对比例。由此可以看出，与市场销售的不锈钢材料相比，本发明制备的针阀用高氮不锈钢材料不仅强度更高，使用寿命长，而且塑性更好，便于后期进行铸件的加工，另外，磨损率明显降低，使制得的针阀耐水蚀性能更为优异。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式；凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。当前第1页12