[發明專利]一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼及其碳化物細化方法

有效

• 申請號: 202210823071.6
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115109891B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 于志強;閆志杰;高永亮;李猛;安浩然;王睿;康燕
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C22C38/18
• 分類號: C22C38/18
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產權代理有限公司 44525
• 代理人: 張騰

本發明屬于鋼鐵冶煉技術領域，具體為一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼及其碳化物細化方法，通過以N元素部分替代高碳高鉻馬氏體不銹鋼中的C元素，調控C/N值，通過碳與氮的相互作用有效控制鋼液凝固過程中碳化物的形核與長大行為，改善鑄坯凝固組織，細化一次碳化物，提高成分均勻性。利用本發明方法生產的高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼鑄坯經后續的熱塑性變形和熱處理，在細小碳化物和含氮相的協同強化作用下，獲得優良的綜合力學性能，其硬度≥55 HRC，抗拉強度≥1850 MPa。

技術領域

本發明涉及鋼鐵冶煉技術領域，具體為一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼及其碳化物細化方法。

背景技術

高碳高鉻馬氏體不銹鋼（如，9Cr18Mo）具有良好的高溫抗氧化性、低的熱膨脹性和高的抗蠕變強度，作為高溫軸承鋼在航空、航天等領域應用。由于碳、鉻和其它合金元素的含量較高，高碳高鉻馬氏體不銹鋼的鑄態凝固組織中析出大量粗大甚至網狀的一次碳化物。這些碳化物中含有大量的合金元素，結果基體中合金元素含量降低，導致回火二次硬化效應減弱，高溫強度和耐磨性降低。由于組織的遺傳性，即使經后續熱塑性變形和熱處理，粗大碳化物也很難完全消除，依然存在局部分布不均的碳化物，這些碳化物是高碳高鉻馬氏體不銹鋼服役發生塑性變形過程中的微裂紋源，材料的耐蝕性能和力學性能下降。因此，通過調控鑄坯鑄態組織，細化一次碳化物是高碳高鉻馬氏體不銹鋼生產過程中需要解決的關鍵共性技術問題。

目前常用的方法是通過反復的熱塑性變形機械破碎一次碳化物，并結合后續的熱處理改善碳化物的分布。這種方法雖然有效，但生成效率低、成本高，且碳化物在局部仍然分布不均勻。電渣重熔和精煉能夠顯著凈化鋼液，減少夾雜，在一定程度上抑制了碳化物的析出和團聚，且電渣重熔方法增加了工序，提高了成本。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼及其碳化物細化方法，通過以N元素部分替代高碳高鉻馬氏體不銹鋼中的C元素，調控C/N值，利用碳和氮的相互作用影響鋼液凝固過程中碳化物的形核與長大行為，從而達到改善高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼組織、細化一次碳化物的目的。

為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了如下技術方案：

一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼的碳化物細化方法，包括如下步驟：

S1、鋼液冶煉；

S2、鋼液成分調整，將鋼液C/N值控制為C/N=1~15；

S3、澆鑄。

作為本發明所述的一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼的碳化物細化方法的優選方案，其中：所述步驟S1中，采用感應爐、轉爐、電爐、中頻爐等冶煉方式實現鋼液冶煉；

作為本發明所述的一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼的碳化物細化方法的優選方案，其中：所述步驟S2中，所述鋼液成分調整通過添加氮化鉻鐵、氮化錳鐵和氮化鉬鐵中的任意一種或多種調整鋼液N元素含量，實現鋼液C/N值的控制。

作為本發明所述的一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼的碳化物細化方法的優選方案，其中：所述步驟S2中，所述鋼液成分調整在氮氣和/或氬氣氣體保護下進行。

作為本發明所述的一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼的碳化物細化方法的優選方案，其中：所述步驟S2中，所述鋼液成分調整期間，爐體內氮氣和/或氬氣氣體的壓力不小于0.7 atm。

作為本發明所述的一種高碳高鉻含氮馬氏體不銹鋼的碳化物細化方法的優選方案，其中：所述步驟S2中，所述鋼液成分調整在精煉爐內精煉劑覆蓋保護下進行。