[发明专利]一种高强高韧不锈钢丝杠材料

说明书

技术领域

本发明属于不锈钢技术领域，特别是提供了一种高强高韧不锈钢丝杠材料，适用于制造核反应堆驱动机构用丝杠。

背景技术

核反应堆驱动机构用丝杠材料要求具有良好的耐蚀性能、抗冲击性能和耐磨性能，通常采用高强不锈钢制造。现有技术中，采用0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢用作丝杠材料。0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢主要依靠富铜相的强化，最高硬度可达到HRC＝45，但此时对应的冲击值A_KU2≤12J，虽然可通过热处理调整强度、韧性之间的关系，但韧性高时对应的强度较低，耐磨性较差，无法得到强韧性均高的匹配关系，0Cr17Ni4Cu4Nb丝杠在实际运行过程中磨损严重。

现有技术钢种的强韧性匹配尤其硬度与韧性的匹配不能达到指标的要求，因此需要设计一种新材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高韧不锈钢丝杠材料，通过对0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢材料添加和减少合金元素得到一种高强高韧马氏体不锈钢，并通过控制热处理工艺来实现提高强度和韧性的方法。

本发明的高强高韧不锈钢丝杠材料的化学成分按重量百分比为：C：0.13～0.19％、Si≤0.6％、Mn：0.6～1.0％、P≤0.01％、S≤0.01％、Ni：3.0～4.0％、Cr：15.0～16.0％、Mo：1.4～1.9％、Cu：1.0～2.0％、N：0.05～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质

根据上述目的，本发明采用在0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化不锈钢的基础上，提高C的含量，调整Cu，Ni的含量，并添加Mo、N合金元素，去除Nb元素，实现了通过1050℃～1090℃保温0.5～2h，油冷+(-192)℃冷处理+400℃～600℃时效的热处理制度，显著提高强度和韧性的目的。

本发明技术原理如下：

C含量的提高和N元素的添加可以提高钢的强度，扩大奥氏体稳定区、降低δ铁素体含量，因此C含量控制在0.13～0.19％。

Ni是奥氏体相形成元素，扩大奥氏体稳定区，从而能够提高材料的韧性。但Ni含量过多，M_S点降低，冷却时会导致过多的残余奥氏体，使材料强度降低，因此马氏体时效不锈钢中Ni的含量一般控制在3～10％。

Cu含量的提高可以增加富铜相的含量，从而提高材料的强度，但铜含量过高，韧性会有明显下降。平衡考虑Cu的强化效果和对热加工性能以及韧性的影响，本发明控制Cu的含量在1.0～2.0之间。

Mo起固溶强化作用，同时还有促进MX型碳氮化物以纳米形式析出的作用，从而提高钢的强度；但Mo含量过多会导致δ铁素休形成，降低强度和韧性，因此Mo的含量控制在1.4～1.9％。

Nb是强碳化物形成元素，但冶炼时容易偏析形成一次碳化物，降低韧性，因此不添加Nb元素。

根据上述目的和工艺原理本发明的技术方案为：在0Cr17Ni4Cu4Nb基础上添加增加C含量到0.13～0.19％，添加0.05～0.12％N和1.4～1.9％Mo，去除Nb元素、控制Cu含量在1.0～3.0％、Ni含量在3.0～4.0％。

本发明的有益效果：与现有技术相比，仅添加了少量合金元素Mo、N和调整合金元素C、Cu、Ni的含量，去除了Nb元素，成本相差不大，配合合理的热处理工艺，合金经过时效后的强度、韧性均可显著提高，能够加工出具有高强度、高硬度、良好冲击韧性和良好抗腐蚀性的丝杠材料棒材。

具体实施方式

本发明的高强高韧丝杠材料将通过一个实施例进行更详细的描述。本实施例是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例：

试验料在0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀型不锈钢基础上，增加C含量到0.13～0.19％，添加0.05～0.12％N、1.4～1.9％Mo，去除Nb元素，调整合金元素Cu、Ni的含量，采用化学成分见表1。1070℃固溶+(-192℃)冷处理+400℃～500℃时效热处理制度下，实施例的硬度与冲击功，以及其与现有技术钢种的对比，见表2。现有技术钢种无法实现高硬度与高韧性的匹配，实施例在硬度值高达46HRC以上的同时仍能保持非常高的冲击韧性，具有更好的强韧性匹配，可以满足核反应堆驱动机构用丝杠材料抗冲击性能和耐磨性能的应用要求。

表1本发明实施例化学成分(Wt.％)