[发明专利]一种防咬合磨损的马氏体不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢，具体涉及一种防咬合磨损的马氏体不锈钢，属于金属材料领域。

背景技术

在电站锅炉给水泵等泵领域中，磨损环及衬套由于与水介质接触，易被腐蚀，因此磨损环材料一般为沉淀硬化不锈钢或高碳马氏体不锈钢，而与磨损环相对摩擦的叶轮材料一般为马氏体不锈钢，摩擦副的间隙很小，泵在启动时和停机后的惰走时间段，泵转子会产生比正常运转时更大的挠度，摩擦副之间容易发生滑动摩擦，摩擦时温度升高，磨屑层状剥落，摩擦副之间容易产生粘着磨损，直至咬合卡死，对电厂的安全运行造成不利影响，同时大大增加维修成本。

目前为了防止摩擦副的咬合磨损，多采用各种表面处理技术改善金属表面的摩擦润滑性，例如渗硫、磷化、氯化、表面软金属膜等等，但这些工艺都需要在原有金属材料表面进行二次加工，增加工艺的复杂性及生产成本，同时也容易产生新的问题。德国KSB公司使用一种代号为RWA350的不锈钢材料防止摩擦副摩擦的粘着咬合，但是这种材料在焊接后焊缝极易开裂，限制了其应用范围。

中国专利公开号CN201090500，公开日为2008年7月23日，发明创造的名称为“给水泵的磨损环”的专利文献中，将磨损环内表面加工为蜂窝状表面以避免水泵转子的咬合，但是这种磨损环加工复杂，制造成本高。

发明内容

本发明的目的在于保持马氏体不锈钢较高强度和硬度的同时，增强材料的摩擦润滑性能，防止咬合磨损的发生，同时，提高材料的可焊性，降低制造成本。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种防咬合磨损的马氏体不锈钢，按重量百分比计算，所含成分如下：

C：0.10-0.16％；Si：0.10-1.00％；

Mn：1.20-1.60％；Cr：12.00-14.00％；

Mo：0.40-0.60％；Ni：0.10-0.60％；

P≤0.035％；S：0.24-0.32％；

其余为Fe及不可避免的杂质元素。

本发明一种防咬合磨损的马氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：

1)按马氏体不锈钢化学成分的重量百分比计算进行原料配制：

C：0.10-0.16％；Si：0.10-1.00％；

Mn：1.20-1.60％；Cr：12.00-14.00％；

Mo：0.40-0.60％；Ni：0.10-0.60％；

P≤0.035％；S：0.24-0.32％；

其余为Fe及不可避免的杂质元素；

2)将前述配制的原料烘烤除湿后装入中频感应电炉后送电熔化，开始几分钟用较小的功率，当电流波动较小后，用大功率熔化，直至熔清；

3)浇注，浇注温度1600-1630℃；

4)退火，退火温度800-900℃，保温后缓冷至室温；

5)淬火，淬火温度980-1050℃，保温后油冷；

6)回火，回火温度500-550℃，保温后空冷；

步骤2)中所述的配制的原料装入中频感应电炉，其装炉顺序为：纯铁、废钢、镍板、铬铁、钼铁、出钢前10分钟将锰铁和硅钙粉加入钢液中充分搅拌均匀、出钢前1分钟加入硫铁并充分搅拌均匀。

本发明的设计思路是添加S，提高材料的摩擦润滑性；增加Mn含量，形成MnS，同时减小焊接开裂倾向；添加适量的Mo，降低材料脆性；同时保证Cr含量，以确保耐蚀性能。

本发明一种防咬合磨损的马氏体不锈钢所设计成分的原理如下：

C：在不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区元素，也是材料强化元素，保证材料的硬度、强度、耐磨性，C降低钢的耐蚀性能，因此兼顾力学性能和耐蚀性，控制C在0.10-0.16％。

Si：脱氧元素，同时Si能改善钢的铸造性能，提高钢中固溶体的硬度和强度，将Si含量的下限设定为0.1％或更高，但高于1.0％的Si含量易使碳化物沿晶界析出降低钢的韧性和耐磨性，导致铸件开裂，将Si含量范围确定为0.10-1.00％。

Mn：既是脱氧元素又是固溶强化元素，能显著提高钢的强度和硬度，与S形成MnS呈颗粒状分布于晶粒内，避免产生FeS低熔点共晶，提高焊接的抗裂性。其反应式为：

[Mn]+[FeO]＝[Fe]+(MnO)

[Mn]+[S]＝(MnS)

但过高含量的Mn会造成偏析，降低钢的可焊性，且不利于提高钢退火后的加工性，还可能降低不锈钢的耐腐蚀性能。经反复的实验，将钢中Mn含量范围确定为：1.20-1.60％。