一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼及其制備方法：該不銹鋼按質量分數計由以下組分組成：Fe：64％～70％、Cr：18～20％、Ni：7％～9％、Mo：1％～3％，其余為雜質。本發明專利技術主要利用機械合金化這一制備工藝，使Cr、Ni和Mo這三種元素固溶在Fe中，形成單一的BCC結構。在熱壓燒結過程中，向奧氏體轉變，形成單一的奧氏體結構。隨后對其進行熱處理，使其元素均勻分布，并且消除機械合金化后的殘余應力，最終獲得了硬度達到400HV以上，抗拉強度900MPa左右，抗腐蝕能力遠遠超過316L的不銹鋼。

【技術實現步驟摘要】

：本專利技術屬于合金材料
，具體涉及一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼及其制備方法。
技術介紹
：不銹鋼因其良好的綜合性能被廣泛的應用于工業，其在國民經濟中占有重要的地位。而奧氏體不銹鋼的生產總值占不銹鋼生產總值的70％左右。但是，不銹鋼硬度比較低，小于200HV，抗拉強度也只有500MPa左右，并且存在嚴重的點蝕現象。有統計顯示：在美國每年因為點蝕造成的損失占了國民生產總值的3％，1/3的化學設備都是因為點蝕而停工，可見點蝕的危害有多大，點蝕的防護至關重要。細化晶粒是增強其耐蝕性能的一種途徑。目前，不銹鋼材料主要通過鍛造或軋制來細化晶粒，但這種方法很難得到大塊組織均勻且晶粒細化的材料，而且其晶粒很難達到納米級。
技術實現思路
：本專利技術的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼及其制備方法。為達到上述目的，本專利技術采用了以下技術方案來實現的：一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼，該不銹鋼按質量分數計由以下組分組成：Fe：64％～74％、Cr：18～21％、Ni：7％～10％、Mo：1％～3％，其余為雜質。本專利技術進一步的改進在于，所述不銹鋼的密度為7.7～7.8g/cm-3，致密度為97～98％。本專利技術進一步的改進在于，所述不銹鋼的硬度為400～450HV，抗拉強度≥880MPa。本專利技術進一步的改進在于，所述不銹鋼是由Fe粉、Cr粉、Ni粉以及Mo粉依次經機械合金化、熱壓燒結以及熱處理制備而成。上述高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼的制備方法，包括以下步驟：1)兩次機械合金化首先利用機械合金化使Cr-Mo混合粉體形成高能態Cr(Mo)預合金固溶體粉末，然后將Fe粉、Cr粉、Ni粉和Cr(Mo)預合金固溶體粉末機械合金化，形成單一的BCC結構固溶體粉末；2)將機械合金化制備得到的BCC結構固溶體粉末進行無氣氛保護的中壓燒結得到塊狀不銹鋼；3)對得到的塊材不銹鋼熱處理，得到高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼。本專利技術進一步的改進在于，所述步驟1)具體包括以下步驟：先將Mo粉Cr粉按照質量比為1：1配比混勻，棒磨16～24h，形成Cr(Mo)預合金固溶體粉末，然后將Fe粉、Cr粉Ni粉及預制Cr(Mo)粉末混合均勻得到混合粉體，將混合粉體機械研磨8～16h，得到BCC結構溶體粉末，然后置于真空干燥箱中干燥，其中，研磨過程中采用氬氣氣氛保護，并采取干磨濕取的方式在研磨完成后將固溶體粉末取出。本專利技術進一步的改進在于，所述步驟2)具體包括以下步驟：a1)將待燒結固溶體粉末裝入有石墨紙保護的高溫合金模腔內，并在熱壓燒結爐中對所述待燒結固溶體粉末施加200MPa壓力；a2)在壓力下冷壓保壓15～20min；a3)經過步驟a2)后，以8～10℃/min加熱至燒結溫度850～950℃，然后保溫30～60min；a4)保溫后停止加熱，并隨爐冷卻至室溫，冷卻后卸壓并取出高溫合金模腔內的塊狀不銹鋼。本專利技術進一步的改進在于，對得到的塊狀不銹鋼進行熱處理，其熱處理工藝為：將塊狀不銹鋼放置于在1050℃～1100℃的空氣爐中，保溫20～40min，取出水冷至室溫，即得到高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼。相對于現有技術，本專利技術的有益效果體現在：本專利技術主要利用機械合金化這一非平衡合金制備工藝，使Cr、Ni、Mo固溶在Fe中，形成亞穩的BCC結構，在隨后的熱壓燒結過程中，由于元素基本已經分布均勻，所以很快速的向FCC結構轉變。由于得到的塊材晶粒特別細小，從而大幅提高該不銹鋼的硬度，獲得了硬度達到400HV以上，抗拉強度達到880MPa以上，耐點蝕能力遠超過普通316L不銹鋼。綜上所述，本專利技術制備的不銹鋼元素分布均勻，晶粒都在納米級。附圖說明：圖1為機械研磨得到的單相BCC結構的固溶體粉末XRD檢測結果圖；圖2為最終所得不銹鋼塊材XRD檢測結果圖；圖3為所燒結不銹鋼與標準316L晶粒大小對比圖，其中，圖3為(a)為316L不銹鋼顯微組織圖，圖3為(b)為機械合金化高硬度抗點蝕不銹鋼顯微組織圖；圖4為所制得不銹鋼塊材和標準316L不銹鋼在3.5％NaCl溶液中的極化曲線；圖5為所制得不銹鋼塊材和標準316L不銹鋼在0.5M硫酸溶液中的極化曲線；圖6為所制得不銹鋼塊材和標準316L不銹鋼在5％NaCl溶液中的浸泡80h后的形貌圖，其中，圖6為(a)為機械合金化制得不銹鋼形貌圖，圖6為(b)為標準316L形貌圖；圖7為所制得不銹鋼塊材和316L不銹鋼在0.5M硫酸溶液中極化腐蝕后的形貌圖，其中，圖7為(a)為機械合金化制得不銹鋼形貌圖，圖7為(b)為標準316L形貌圖。具體實施方式：下面結合附圖和實施例對本專利技術做詳細說明，所述是對本專利技術的解釋，而非限制。實施例1一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼的制備方法，原料Fe粉、Cr粉、Ni粉、Mo粒度均為200目，純度均為99％，具體工藝流程如下：1、先將Mo粉Cr粉按照質量比為1：1配比混勻，棒磨16h，形成Cr(Mo)預合金固溶體粉末，研磨過程中采用氬氣氣氛保護，并采取干磨濕取的方式在研磨完成后將固溶體粉末取出，然后置于真空干燥箱中干燥；2、將Fe粉、Cr粉、Ni粉及預制Cr(Mo)粉末按69：18：9：4的質量比混合均勻得到混合粉體，將混合粉體機械研磨8h，如圖1所示，得BCC固溶體粉末，研磨過程中采用氬氣氣氛保護，并采取干磨濕取的方式在研磨完成后將固溶體粉末取出，然后置于真空干燥箱中干燥；3、經過步驟2后，將高能態預合金固溶體粉末在熱壓燒結爐上進行熱壓燒結：1)將該粉末裝入有高純石墨紙保護的高溫合金模腔內；加壓力200MPa；2)在該壓力下冷壓保壓15min(室溫)；3)送電加熱(10℃/min)至燒結溫度950℃保溫60min；4)斷電冷卻至室溫，卸壓，取出試樣；4、將試樣放入溫度為1050℃的空氣爐中，待溫度穩定至1050℃時保溫30min，取出水冷，得到不銹鋼。由圖2可以看出，所得到的為雙相不銹鋼，其中奧氏體占了絕大部分，另有少量鐵素體存在。所述熱壓燒結爐結構由普通四立柱油壓機和半開式碳化硅棒加熱爐膛組成，無需氣氛保護，油壓機噸位達60噸，加熱溫度可達1300℃，可保證中壓燒結工藝參數實現。本專利技術使用的模具材料本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼，其特征在于，該不銹鋼按質量分數計由以下組分組成：Fe：64％～74％、Cr：18～21％、Ni：7％～10％、Mo：1％～3％，其余為雜質。

【技術特征摘要】
1.一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼，其特征在于，該不銹鋼
按質量分數計由以下組分組成：
Fe：64％～74％、Cr：18～21％、Ni：7％～10％、Mo：1％～3％，其余為雜質。
2.根據權利要求1所述一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼，其
特征在于，所述不銹鋼的密度為7.7～7.8g/cm-3，致密度為97～98％。
3.根據權利要求1所述一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼，其
特征在于，所述不銹鋼的硬度為400～450HV，抗拉強度≥880MPa。
4.根據權利要求1所述一種高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼，其
特征在于，所述不銹鋼是由Fe粉、Cr粉、Ni粉以及Mo粉依次經機械合金化、
熱壓燒結以及熱處理制備而成。
5.權利要求1所述的高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不銹鋼的制備方法，
其特征在于，包括以下步驟：
1)兩次機械合金化
首先利用機械合金化使Cr-Mo混合粉體形成高能態Cr(Mo)預合金固溶體粉
末，然后將Fe粉、Cr粉、Ni粉和Cr(Mo)預合金固溶體粉末機械合金化，形成
單一的BCC結構固溶體粉末；
2)將機械合金化制備得到的BCC結構固溶體粉末進行無氣氛保護的中壓
燒結得到塊狀不銹鋼；
3)對得到的塊材不銹鋼熱處理，得到高硬度、高強度、耐點蝕的超細晶不
銹鋼。
6.根據權利要求5所述高硬度、高強度、耐點蝕...

【專利技術屬性】
技術研發人員：席生岐，黨曉鳳，孫崇鋒，周赟，鄭良棟，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61