[发明专利]船轴用高强度奥氏体无磁不锈钢及其制备方法在审
申请号: | 201610580926.1 | 申请日: | 2016-07-22 |
公开(公告)号: | CN107641775A | 公开(公告)日: | 2018-01-30 |
发明(设计)人: | 敖影;周灿栋;赵欣 | 申请(专利权)人: | 宝钢特钢有限公司 |
主分类号: | C22C38/58 | 分类号: | C22C38/58;C22C38/02;C22C38/46;C22C38/48;C22C38/44;C22C38/54 |
代理公司: | 上海集信知识产权代理有限公司31254 | 代理人: | 肖祎 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 船轴用高 强度 奥氏体 不锈钢 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及金属材料领域,主要是一种具有良好力学性能、耐蚀性、且冷加工状态不会出现磁性的奥氏体不锈钢及其制造方法。
背景技术
船轴或称传动轴,是对钢质船舶的尾轴(螺旋桨轴)、中间轴和推力轴的统称。推力轴位于曲轴与中间轴之间,主要承受螺旋桨产生的轴向推力和防止此力作用于主机曲轴;中间轴位于主机曲轴(或推力轴)与尾轴之间,承担传递主机动力的任务;尾轴位于轴系的末端,穿过尾轴管伸至船外与螺旋桨或与螺旋奖轴连接,首端与最后一节中间轴连接。船轴在服役环境下不仅要承受冲击载荷,同时还要传递动力,所以船轴系对材料的力学性能、耐蚀性和无磁性提出了比较高的要求。
镍基合金具有良好的耐蚀性,但由于镍含量高使得其不具有经济性。而传统的Cr-Ni奥氏体不锈钢(304、316等)虽然价格上较镍基合金有优势,但其强度却并不能满足船轴的使用环境要求。高强度、高耐蚀性、易加工和良好低温韧性的高氮Cr-Ni-Mn钢,可为飞机、宇航、舰船和化工等行业提供性能优异的棒、丝、锻件、中板、薄板来制作容器、管、阀、缆线等。所以世界船轴用材料的发展也在向这个方向努力。
美国牌号UNS S20910(00Cr22Ni13Mn5Mo2N)是一款氮强化奥氏体不锈钢,该钢种的特点是:在高温及零下的温度中都具有非常好的机械性能;能承受长期暴露在海上大气环境中;在零下温度中都能保持低的磁导率。所以该钢种在海洋工业中使用较广泛。但该钢种的缺点是,随着冷变形的变形量增加,磁导率变化比较明显。
国内某公司也研究开发了一种新型的奥氏体含氮不锈钢(22Cr-13Ni-5Mn-N),其生产工艺流程为:电弧炉冶炼工业纯铁—真空感应炉熔炼—电渣炉重熔—锻造开坯—轧制成品—性能检验—超声波探伤—入库。冶炼工艺为真空冶炼加电渣,轧制前经锻造开坯,生产成本比较高。同时,这样的工艺过程是否适合大规格钢锭进行棒材生产不得而知。
美国专利US3592634介绍了一系列高强度耐腐蚀的不锈钢,化学成份(质量百分数)是:C(≦0.08)%,Si(≦0.7)%,Mn(3.5-7)%,Cr(20-25)%,Ni(6-17)%,V(0.05-0.5)%,N(0.15-0.5)%,Mo(0.5-4)%,虽然性能比较优异,但其是在实验室进行炼钢的基础上测得的性能,对于能否进行大规格钢锭生产棒材和线材不得而知。
由于22Cr-13Ni-5Mn-N钢本身热塑性温度范围比较窄,使得该类钢开坯的坯料上特别容易出现角裂、面裂等缺陷,从而使得坯料质量不大稳定,加大后续精整量和影响精整的质量,造成后续棒材和线材盘条生产容易出现缺陷而报废。
发明内容
为解决22Cr-13Ni-5Mn-N钢大钢锭生产棒材(Φ70mm、Φ90mm、Φ100mm)过程中容易出现表面热加工开裂问题,提高热塑性和成材率,本发明提出在22Cr-13Ni-5Mn-N钢的成分基础上添加改善高温热塑性的合金元素,并依据热模拟拉伸试验结果,制定合理的生产工艺参数,以减少裂纹、雀皮和折叠等缺陷的发生率,降低报废率和提高成材率。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种船轴用高强度奥氏体无磁不锈钢,其由按重量百分数计的如下元素组成:
余量为铁和不可避免的杂质元素,其中,S的重量百分数不超过0.002%,P的重量百分数不超过0.030%,且C的重量百分数与N的重量百分数之和不超过0.70%,Mn的重量百分数与N的重量百分数的比值不超过75,Cr的重量百分数与三倍的Mo的重量百分数之和的最大值为35%,最小值为20.5%。
本发明从优化22Cr-13Ni-5Mn-N钢的成分入手,设计出类22Cr-13Ni-5Mn-N钢,且能够采用大钢锭生产大规格棒材的合金成分体系,控制钢中碳和氮的含量,以形成强化相,保持钢的高强度性能;控制钢中氧含量,适当添加V、Nb、B等元素,改善高温晶界强度,使高温热塑性温度范围扩大50~100℃。合金元素的作用如下:
C:部分碳溶入基体形成固溶体,稳定奥氏体。通过时效析出Nb、V等碳化物,提高钢的室温和高温强度,且有利于降低钢中δ铁素体的形成;但为保证材料的耐蚀性,提高抗氧化性,要求C含量最高不得超过0.09%,同时为保证钢的强度,碳含量又不能低于0.02%,因此本发明中C控制在0.02~0.09%范围内。
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