相變控制氮化物析出硬化型調質鋼制造技術

本發明專利技術涉及一種相變控制氮化物析出硬化型調質鋼，其特征在于，它含有以下成分（按重量百分比）：１５％－１８％的Ｃｒ，最多０．５％的Ｍｎ，４％－１０％的鎳，最多１５％的Ｃｏ，最多４％的Ｗ，最多４％的Ｍｏ，０．５％－１％的Ｖ，總量為０．００１％－０．１５％的至少Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ中的一種元素，０．００１％－０．０５％的Ｔｉ，最多０．５％的Ｓｉ，最多０．０５％的Ｃ，０．１３％－０．２５％的Ｎ，最多４％的Ｃｕ，余量為鐵和常見雜質，其中釩氮重量比Ｖ／Ｎ為３．５－４．２。本發明專利技術還涉及熱處理這種鋼的方法。可以獲得很好的強度、延展性以及耐腐蝕性。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及鉻的重量百分比為15％-18％的相變控制氮化物析出硬化型調質鋼，這種鋼以具有強度、韌性和耐應力裂紋腐蝕的最佳組合而著稱并因而可以良好地被用到化工業、交通技術設備、電力技術設備、建筑技術設備以及塑料加工中。通過馬氏體相變和析出硬化來提高相變控制型鋼的強度。在奧氏體化后因急冷處理而出現了馬氏體，析出硬化是通過熱處理急冷馬氏體而實現的。因此，通常首先使相變控制鋼奧氏體化并急冷，隨后，在中等溫度下進行熱處理。合金元素和熱處理參數對相變溫度Ms、Mf的作用影響著各組織的形成，Ac1.Ms是在急冷時奧氏體開始轉變成馬氏體的起始溫度，Mf是在急冷時奧氏體轉變成馬氏體的結束溫度，Ac1是在加熱時開始形成奧氏體的溫度。馬氏體硬化型鋼的Ms溫度足夠高，以至大部分在奧氏體化時存在的奧氏體可以在通常被冷卻到室溫時轉變成馬氏體。此外，通過晶粒大小和溶解的置換元素來影響Ms溫度，這些置換元素能夠使析出硬化成為可能。晶粒越大且溶解合金元素越多，Ms溫度越低。在完全奧氏體化以及隨后的冷卻后留下來的殘余奧氏體也能進行相變。如果在回火處理時析出了置換元素，則可以這樣地升高殘余奧氏體的Ms溫度，即這些殘余奧氏體在隨后冷卻時又轉變為馬氏體。回火奧氏體與殘余奧氏體是有區別的，回火奧氏體在部分奧氏體化后或者在鐵素體-奧氏體雙相區內退火和隨后的冷卻后保留下來。為了獲得析出時效硬化性和晶粒尺寸限制的最佳組合方式，在傳統的相變控制馬氏體鋼中合金化地加入了兩種元素。1、用于析出時效硬化性的Nb和C，但主要是為了限制晶粒尺寸；2、只用于通過時效硬化的析出硬化的Cu。由于碳化鈮在超過1050℃時不夠穩定，所以出現了晶粒急劇長大，從而奧氏體化被限制在這個溫度下。在450℃-500℃下獲得了最大析出硬化性。相反地，在這個溫度下的回火處理導致了很差的延展性且尤其是導致了很差的耐應力裂紋腐蝕性能。與殘余奧氏體不同地，回火奧氏體對延展性(韌性)和耐應力裂紋腐蝕性很有利。前面的(從前的)奧氏體晶粒越細，則它對性能的影響越有利。延展性良好地通過兩次奧氏體化而得到提高，其中奧氏體化溫度較低的第二次奧氏體化不僅使晶粒細化(規格化)，而且讓碳化鈮有限地析出，這和細化效果一起進一步提高了Ms溫度。在550℃-650℃的回火中形成了回火奧氏體，其中在600℃左右獲得了最多的回火奧氏體。更多的回火奧氏體本身就對強度和耐應力裂紋腐蝕性有利。另一方面，尤其是在碳含量較高時，在550℃-650℃的回火處理中，回火奧氏體的形成與奧氏體敏化有關。其意思是，由于富鉻相的晶界析出，造成了耐腐蝕性(尤其是耐晶間腐蝕性)的降低。可實現的強度、耐應力裂紋腐蝕性的組合受到了這樣的事實的限制，即對這兩種性能有利的組織構成形式是在明顯不同的回火溫度下形成的，即析出硬化為450℃-550℃，回火奧氏體為550℃-650℃。本專利技術的核心是這樣一種相變控制氮化物析出硬化型調質鋼，其特征在于，它含以下成分(按重量百分比)15％-18％的Cr，最多0.5％的Mn，4％-10％的鎳，最多15％的Co，最多4％的W，最多4％的Mo，0.5％-1％的V，總量為0.001％-0.1％的至少Nb、Ta、Hf、Zr中的一種元素，0.001％-0.05％的Ti，最多0.5％的Si，最多0.05％的C，0.13％-0.25％N，最多4％的Cu，余量為鐵和常見雜質，其中釩氮重量比V/N為3.5-4.2。本專利技術的優點在于，通過選擇合金元素，除了獲得強度和延展性外，還獲得了強耐腐蝕性。當鋼具有1wt％-10wt％的Co時，0.5wt％-3wt％且最好是0.5wt％-1.5wt％的Cu、15wt％-17wt％且最好是15.5wt％-16.5wt％的Cr、0.5wt％-0.7wt％的V、0.16wt％-0.20wt％的N、0.01wt％-0.07wt％的Nb以及1wt-6wt％且最好是1％-4wt％的Mo和W總量是適當的。優選的Mo含量為1.5wt％-3wt％，Mn含量為0.02wt％-0.4wt％，Si含量為0.02wt％-0.25wt％。碳含量優選為0.02wt％。合金元素分別具有以下作用。鉻鉻是對耐腐蝕性很重要的合金元素。但越多的合金量提高了殘余奧氏體量。如果鉻超過17％，則不再可能出現馬氏體淬透性。良好的合金預計具有15％-17％的鉻含量。優選的范圍是15.5％-16.5％。鎳鎳是奧氏體穩定元素并且被用于抑制δ鐵素體。在理想的合金化構想范圍內，至少為此需要4％的鎳。但越多的鎳降低了Ms溫度并增加了殘余奧氏體。如果鎳超過10％，則在目前15％的鉻的情況下，不再能獲得馬氏體淬透性。鈷鈷是穩定奧氏體的元素并且也被用于抑制δ鐵素體。但與鎳不一樣地，它讓Ms溫度降低得不多，從而可以設想出含高達15％鈷的馬氏體硬化合金。另外，鈷通過鉬和鎢加強了析出硬化能力。在考慮了高昂的鈷價且可獲得的改善的情況下，鈷的優選范圍是1％-7％。鉬和鎢這兩種元素通過混晶硬化而有助于強度的提高。此外，在提高含量的情況下，它們可以通過析出硬化決定性地提高強度。但是，這兩樣元素也降低了Ms溫度并因而提高了殘余奧氏體量。因此，鉬與鎢的優選含量總體地被限定為6％。還知道了鉬改善了耐腐蝕性。因此，與鎢相比，優選鉬。就強度和耐腐蝕性的優選組合來說，優選的鉬含量為1％-4％。更優選的范圍是1.5％-3％。釩和氮這兩種元素的添加導致了氮化釩的形成，氮化釩被用于限制晶粒尺寸以及析出硬化。當這兩種元素經過化學計算地相互合金化時，這種效果最強。優選的釩氮比為3.5-4.2。優選的氮含量為0.16％-0.20％，釩的優選含量為0.5％-0.7％。鈦添加鈦導致了氮化鈦的形成。這個相可以決定性地幫助細晶化和限制晶粒尺寸。超過0.05％的鈦添加量導致了作用小的粗大氮化鈦的形成，因而，鈦含量應被限定為0.05％。錳錳是穩定奧氏體的元素，但其抑制δ鐵素體的作用不如鎳和鈷。另一方面，它明顯降低了Ms溫度。這種性能組合在理想的合金化構想范圍中是很不利的。因此，錳的重量含量不應超過0.5％。硅硅只應被用于脫氧。而太多的硅降低了韌性。因此，硅的重量含量應該被限制為0.5％。碳碳是有效抑制δ鐵素體的元素。另一方面，這種元素導致了Ms溫度的進一步降低，因此，它必須限制在0.05％。隨之而來的是，碳在回火處理時促進了碳化鉻的晶界析出并因而有損于耐腐蝕性(敏化)。碳應該被限制到0.03％。此外，如果本專利技術的合金這樣進行熱處理，則是有利的1、1050℃-1250℃/0.2小時-10小時的且最好是1180℃/2小時的擴散退火，空冷到室溫；2、640℃-780℃/0.2小時-10小時的且最好是2小時的中間退火；3、570℃-630℃/0.2小時-5小時的且最好是600℃/1小時的回火。在這種熱處理的范圍內，產生了更高的回火奧氏體體積含量，特殊氮化物不僅被用于在高的奧氏體化溫度下限制晶粒尺以及析出硬化，而且它也能使在馬氏體基體組織中更細地分布奧氏體成分成為可能。附圖簡介在附圖中示出了本專利技術的多個實施例。其中附圖說明圖1是本專利技術合金的組織示意圖；圖2針對三種本專利技術合金(AP39，AP40，AP41)以及用于對比合金17-4ph地示出了硬度HV10與回火溫度的依賴關系。圖3在不同回火溫度下與對比合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種相變控制氮化物析出硬化型調質鋼，其特征在于，它含有以下成分（按重量百分比）：１５％－１８％的Ｃｒ，最多０．５％的Ｍｎ，４％－１０％的鎳，最多１５％的Ｃｏ，最多４％的Ｗ，最多４％的Ｍｏ，０．５％－１％的Ｖ，總量為０．００１％－０．１％的至少Ｎｂ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ中的一種元素，０．００１％－０．０５％的Ｔｉ，最多０．５％的Ｓｉ，最多０．０５％的Ｃ，０．１３％－０．２５％的Ｎ，最多４％的Ｃｕ，余量為鐵和常見雜質，其中釩氮重量比Ｖ／Ｎ為３．５－４．２。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：A格克門，
申請(專利權)人：阿爾斯托姆科技有限公司，
類型：發明
國別省市：CH[瑞士]