一種特級(jí)雙相不銹鑄鋼qpq處理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種超級(jí)雙相不銹鑄鋼及其QPQ(Quench-Polish-Quench)處理方法，特級(jí)雙相不銹鋼材料含有下列重量百分比的成分：C≤0.03%、Si≤1.0%、Mn≤1.0%、Ni：5.0%~7.0%、Cr：28.5%~30.5%、Mo：1.7%~2.5%、S、P：<0.03%、N：0.2%~0.4%，剩余部分為鐵。材料先進(jìn)行固溶處理再進(jìn)行QPQ處理。QPQ處理主要為兩部分，第一部分進(jìn)行滲氮處理，采用氰酸根型基鹽。第二部分為氧化處理。QPQ處理后的材料在保證常規(guī)的力學(xué)性能、耐蝕性能下，能顯著提高耐磨性，延長材料或者零件使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】一種特級(jí)雙相不銹鑄鋼QPQ處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雙相不銹鋼鑄鋼材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種特級(jí)雙相不銹鑄鋼及其QPQ處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙相不銹鋼是指顯微組織由鐵素體(α)和奧氏體(Y)組成的不銹鋼種，其性能兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的特點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于諸多苛刻的環(huán)境，如海洋、石油、化工、船舶等行業(yè)。雙相不銹鋼點(diǎn)蝕抗力當(dāng)量值PREN( pitting resistance equivalentnumber) > 42時(shí)，屬于特超級(jí)雙相不銹鋼。與第三代雙相不銹鋼相比，它具有更高的強(qiáng)度和耐蝕性能，是一種用于深水或海水的理想材料，并且其在50(T65(TC的溫度區(qū)間時(shí)，一般沒有金屬間相析出。但它依然與其他雙相不銹鋼一樣存在硬度較低、耐磨性差的不足。特別在腐蝕、磨損和重 載等多種因素同時(shí)存在的條件下，使用壽命會(huì)明顯縮短。因此，提高它的耐磨性就顯得尤為重要，這不僅可延長零部件的使用壽命，提高資源利用率，還具有良好的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]QPQ(Quench-ΡοIish-Quench)是一種金屬表面熱處理技術(shù)，國內(nèi)一般稱它為QPQ鹽浴復(fù)合處理技術(shù)。它是在新型無公害的TFl鹽浴滲N法基礎(chǔ)上再次改良的一種新型鹽浴復(fù)合處理技術(shù)，即對(duì)經(jīng)鹽浴滲N的材料進(jìn)行表面拋光后再進(jìn)行氧化處理的技術(shù)。QPQ技術(shù)的核心可以說是一種低溫滲N技術(shù)，同時(shí)作為一種綜合的金屬表面強(qiáng)化手段，其本質(zhì)是滲N和氧化工序的復(fù)合，獲得的滲層組織同樣也是氮化物和氧化物的復(fù)合。材料經(jīng)滲N和氧化處理后，在材料表面會(huì)形成硬度高且致密的滲層，這可顯著改善材料的耐磨性，從而提高了材料的綜合性能。同時(shí)該技術(shù)使用綠色的鹽浴配方，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染且能耗小，另外材料經(jīng)該技術(shù)處理后具有外觀美、變形小、性能好等優(yōu)點(diǎn)?；诖耍摷夹g(shù)自開發(fā)以來已廣泛應(yīng)用于汽車、模具、刀具、石油機(jī)械、工程械等行業(yè)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高和“建設(shè)節(jié)約型社會(huì)”目標(biāo)的提出，節(jié)能、環(huán)保、高效的QPQ技術(shù)已經(jīng)引起了材料研究者的廣泛關(guān)注。
[0004]目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，已有企業(yè)采用QPQ技術(shù)用于提高不銹鋼的耐磨性，例如美國康明斯公司采用QPQ技術(shù)處理發(fā)動(dòng)機(jī)氣門材料5Cr21Mn9Ni4N(奧氏體不銹鋼)來增加其高溫狀態(tài)下的耐磨性；德國彈力絲機(jī)制造商同樣也采用QPQ技術(shù)對(duì)熱軌材料0Crl8N12Mo2Ti (奧氏體不銹鋼)進(jìn)行處理，以提高它的高溫耐磨性。不過目前，QPQ技術(shù)在不銹鋼方面的應(yīng)用報(bào)道主要針對(duì)奧氏體、馬氏體等單相不銹鋼，其在特級(jí)雙相不銹鋼上的應(yīng)用研究，文獻(xiàn)鮮有報(bào)道。因此，在特級(jí)雙相不銹鋼進(jìn)行QPQ處理提高其耐磨性，這不僅能夠延長材料的使用壽命，降低成本，也將進(jìn)一步擴(kuò)大QPQ技術(shù)的應(yīng)用范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種特級(jí)雙相不銹鋼及其表面QPQ處理方法，該特級(jí)雙相不銹鋼材料經(jīng)QPQ處理后，基體不會(huì)析出有害相而且保持良好的力學(xué)性能和耐蝕性，還能大幅度提高其耐磨性，增強(qiáng)其特殊環(huán)境下的使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種特級(jí)雙相不銹鑄鋼的元素組成及其質(zhì)量百分比為:c ( 0.03%、Si ( 1.0%、Mn ( 1.0%、Ni:5.0%"7.0%、Cr:28.5%"30.5%、Mo:1.7%"2.5%、S、P:<0.03%、N:0.2%"0.4%,剩余部分為鐵。
[0007]制備方法包括以下步驟:
(O原料前處理:所有原料入爐前都要進(jìn)行除油、除銹、除氣處理；
所述的原料及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:316L不銹鋼鋼錠或者邊角料40%-50%、含鑰量大于60%的鑰鐵1.0%-1.3%、含鉻量大于99%的金屬鉻18%-22%、含銅量大于99%的電解銅2%_3%、含氮量大于9%的氮化鉻3.0%-5.0%，其余為工業(yè)純鐵；所述原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100% ；
(2)在常規(guī)感應(yīng)爐中熔煉:先加入316L不銹鋼鋼錠或者邊角料進(jìn)行熔化，然后依次加入工業(yè)純鐵、鑰鐵、金屬鉻和電解銅；當(dāng)溫度達(dá)到1600-1610°C時(shí)，加入總質(zhì)量0.2%的硅鈣錳進(jìn)行脫氧，然后加入氮化鉻， 再加入總質(zhì)量0.2%的硅鈣錳進(jìn)行脫氧，然后除雜測溫澆注，澆注溫度不超過1620°C ;澆注鑄件空冷后經(jīng)過1050°C固溶處理2h，水淬。
[0008]所述的特級(jí)雙相不銹鑄鋼的QPQ處理方法包括以下步驟:
(1)將固溶材料用丙酮、酒精清洗好后爐內(nèi)400°C預(yù)熱0.5小時(shí)；
(2)接著將材料在滲N爐內(nèi)的氰酸根型基鹽中進(jìn)行滲N處理:氰酸根型基鹽為氰酸鈉或氰酸鉀、碳酸鈉或碳酸鉀和氯化鈉或氯化鉀，其中氰酸根的質(zhì)量含量為33%~39%，[Na+]/[K+] =1: Tl:1.5，溫度為 550-590°C，時(shí)間為 90min_150min ；
(3)滲N完畢后將材料置于氧化爐內(nèi)進(jìn)行氧化處理:氧化鹽為硝酸鈉和硝酸鉀的混合物，兩者的質(zhì)量比為1:廣1:2，氧化溫度為400°C，時(shí)間低于30min ；
(4)將氧化好的材料進(jìn)行拋光處理。
[0009]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明制得的特級(jí)雙相不銹鋼材料經(jīng)QPQ處理后，基體不會(huì)析出有害相而且保持良好的力學(xué)性能和耐蝕性，還能大幅度提高其耐磨性，增強(qiáng)其特殊環(huán)境下的使用壽命，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是經(jīng)實(shí)施例1的QPQ工藝處理后的金相圖。
[0011]圖2是經(jīng)實(shí)施例2的QPQ工藝處理后的金相圖。
[0012]圖3是經(jīng)實(shí)施例3的QPQ工藝處理后的金相圖。
[0013]圖4是經(jīng)實(shí)施例4的QPQ工藝處理后的金相圖。
[0014]圖5是經(jīng)實(shí)施例5的QPQ工藝處理后的金相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述，這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。
[0016]實(shí)施例:采用感應(yīng)爐熔煉鋼水，澆注于熔模型殼中，冷卻后經(jīng)清理加工成直徑Φ 22mm X 220mm 的試棒。
[0017]本發(fā)明特級(jí)雙相不銹鋼的化學(xué)成分如表1所示。固溶處理工藝:1050°C下保溫2h后水淬。QPQ處理工藝見表2。(實(shí)施例為固溶處理后再進(jìn)行QPQ處理的特級(jí)雙相不銹鑄鋼，對(duì)比材料為只經(jīng)固溶處理后的材料，稱為母材)。性能對(duì)比見表3 (硬度采用顯微硬度計(jì)進(jìn)行測量；lh磨損量采用進(jìn)行環(huán)-塊式磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測量；腐蝕電流密度采用塔菲爾外推法進(jìn)行測量；抗拉強(qiáng)度按標(biāo)準(zhǔn)GBT228-2002 (金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法)進(jìn)行測量)。圖1-5是經(jīng)實(shí)施例1-5的QPQ工藝處理后的金相圖。
[0018]表1材料化學(xué)成分及固溶處理工藝
【權(quán)利要求】
1.一種特級(jí)雙相不銹鑄鋼，其特征在于:元素組成及其質(zhì)量百分比為:C≤0.03%、Si ≤1.0%、Mn ≤ 1.0%、Ni:5.0%~7.0%、Cr:28.5%~30.5%、Mo:1.7%~2.5%、S、P:<0.03%、N:0.2%~Ο.4%，剩余部分為鐵。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的特級(jí)雙相不銹鑄鋼的方法，其特征在于:包括以下步驟: (O原料前處理:所有原料入爐前都要進(jìn)行除油、除銹、除氣處理； 所述的原料及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:316L不銹鋼鋼錠或者邊角料40%-50%、含鑰量大于60%的鑰鐵1.0%-1.3%、含鉻量大于99%的金屬鉻18%-22%、含銅量大于99%的電解銅2%_3%、含氮量大于9%的氮化鉻3.0%-5.0%，其余為工業(yè)純鐵；所述原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為100% ； (2)在常規(guī)感應(yīng)爐中熔煉:先加入316L不銹鋼鋼錠或者邊角料進(jìn)行熔化，然后依次加入工業(yè)純鐵、鑰鐵、金屬鉻和電解銅；當(dāng)溫度達(dá)到1600-1610°C時(shí)，加入總質(zhì)量0.2%的硅鈣錳進(jìn)行脫氧，然后加入氮化鉻，再加入總質(zhì)量0.2%的硅鈣錳進(jìn)行脫氧，然后除雜測溫澆注，澆注溫度不超過1620°C ;澆注鑄件空冷后經(jīng)過1050°C固溶處理2h，水淬。
3.—種如權(quán)利要求1所述的特級(jí)雙相不銹鑄鋼的QPQ處理方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將固溶材料用丙酮、酒精清洗好后爐內(nèi)400°C預(yù)熱0.5小時(shí)； (2)接著將材料在滲N爐內(nèi)的氰酸根型基鹽中進(jìn)行滲N處理:氰酸根型基鹽為氰酸鈉或氰酸鉀、碳酸鈉或碳酸鉀和氯化鈉或氯化鉀，其中氰酸根的質(zhì)量含量為33%~39%，[Na+]/[K+] =1: Tl:1.5，溫度為 550-590°C，時(shí)間為 90min_150min ； (3)滲N完畢后將材料置于氧化爐內(nèi)進(jìn)行氧化處理:氧化鹽為硝酸鈉和硝酸鉀的混合物，兩者的質(zhì)量比為1:廣1:2，氧化溫度為400°C，時(shí)間低于30min ； (4)將氧化好的材料進(jìn)行拋光處理。
【文檔編號(hào)】C23F17/00GK103966523SQ201410196795
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】劉 東, 向紅亮 申請(qǐng)人:福州大學(xué)