專利名稱：耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防磁材料的制備方法，具體為一種耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料的制備方法。
背景技術(shù)：
防磁材料在國(guó)內(nèi)被稱為高氮鉻錳不銹鋼，這種無磁不銹鋼最初是在七八十年代由國(guó)家鋼鐵研究總院與撫順特鋼聯(lián)合研制的。最初研制應(yīng)用于我們國(guó)家的鉆井技術(shù)。開發(fā)出的W1813N和N1310兩種無磁不銹鋼廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)無磁鉆鋌市場(chǎng)。由于在研制這種無磁鋼時(shí)，我們國(guó)家的鉆井技術(shù)非常落后，并沒有碰到比較復(fù)雜的井下環(huán)境(高溫、腐蝕環(huán)境)， 因此W1813N和W310的耐腐蝕性能極差，所以國(guó)產(chǎn)無磁不銹鋼鉆鋌在國(guó)際上由于耐蝕性差的原因，導(dǎo)致名聲不好。我國(guó)1975年將lCrl7Mn6Ni5N和lCrl8Mn8Ni5N納入國(guó)標(biāo)(GB)。研究發(fā)現(xiàn)CrMn系不銹鋼有很多不可多得的特性，如1、固溶處理后高的強(qiáng)度，2、冷加工高的硬化率、高的強(qiáng)化系數(shù)，3、無磁性(冷加工狀態(tài)下極低的導(dǎo)磁率)，4優(yōu)良的耐磨性，5較小的晶間腐蝕傾向。所以CrMn系不斷得到改良和創(chuàng)新，不斷開發(fā)出一系列新鋼種，這就形成CrMnN 不銹鋼與AISI300 (CrNi系)并列的AISI200 (CrMn系)不銹鋼。由于這些鋼種Mn含量都很高，大大增加鋼中N的溶解度，因此N含量都在0. 3-0. 4%，固溶處理后可得到完全奧氏體組織，而且十分穩(wěn)定，冷作后可得到無磁及較高的強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)防磁材料在電磁攪拌過程應(yīng)用中，基本采用高的Ti、Ni、Cr、Mo合金， 昂貴的Ti、Ni、Cr、Mo合金造成應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高漲。并且，材料應(yīng)用中分項(xiàng)性能指標(biāo)也有不能滿足現(xiàn)場(chǎng)需求的狀況，停機(jī)檢修更換組件影響產(chǎn)量，壽命有待進(jìn)一步提高。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)連鑄無磁夾送輥的材料具體選取上，一般通用歐洲的材料標(biāo)準(zhǔn)。原設(shè)計(jì)材質(zhì)是 X5NiCrTi26-15 (西馬克)，屬于德國(guó)牌號(hào)。國(guó)內(nèi)對(duì)應(yīng)成份為0Crl5Ni25Ti2MoAlVB。該成分的主要特點(diǎn)是依靠添加大量的穩(wěn)定奧氏體化的元素Ni，來獲得單相的奧氏體鋼，使其具有較低的磁導(dǎo)率，形成的產(chǎn)品在變頻高磁場(chǎng)強(qiáng)度環(huán)境下，減少對(duì)穿越鑄坯的磁力線的屏蔽，以改善鑄坯等軸晶率。此材料總體上能完成設(shè)計(jì)意圖，但相對(duì)工況使用要求合金元素過量浪費(fèi)，價(jià)格昂貴。并且此材料相對(duì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)較低，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品后，表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度較低，使用過程極易發(fā)生撓曲變形；在硬度方面表現(xiàn)不理想，耐磨能力極差，使用中在磨粒磨損和粘著磨損狀態(tài)下，過早啃噬不能完成工藝要求。在焊接性能方面也不太好，熔敷過程中層間熔池反應(yīng)區(qū)氣體不宜上升，存留量較多，給后期修復(fù)帶來不便；另外，我們發(fā)現(xiàn)，材料在使用中受到冷卻水的侵蝕絕不容忽視，工廠所送噴淋冷卻水，通過前期的凈化水處理，大量藥品留存在冷卻水當(dāng)中，造成電導(dǎo)率極高，對(duì)材料的電化學(xué)腐蝕非常明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有防磁材料使用時(shí)存在強(qiáng)度和硬度較差、易腐蝕且成本較高的問題，提供了一種耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料的制備方法。本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料的制備方法，是由以下重量百分比含量的原料組成7-10%Mn、ll-14%Cr、7-10%Ni、l-2%V、l-2%Si、 1-2%Μο、0. 5-l%Nb、0. l-l%Ti、0. 3-0. 4%C、余量為鋼料，制備方法采用如下步驟1)、電爐預(yù)熱后加入鋼料冶煉；2)、電爐中加入重量百分比含量原料7-10%Mn、ll-14%Cr、7-10%Ni、 1-2%V冶煉25-30分鐘；3)、接著在電爐中加入重量百分比含量原料H%Si、1_2%Μο、 0. 5-l%Nb、0. l-l%Ti、0. 3-0. 4%C冶煉；4)、取樣分析電爐中化學(xué)成分后進(jìn)行脫硫、磷、定碳， 控制碳的重量百分比含量為0. 3-0. 4% ；5)、電爐升溫冶煉后冷卻，接著重熔精煉去除雜質(zhì)后冷卻，控制硫、磷重量百分比含量小于等于3%。本發(fā)明中所取各種原料的組分和含量以及溫度和時(shí)間的控制都是經(jīng)過反復(fù)多次試驗(yàn)得出的，冶煉時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)造成原料組分的散失， 冶煉時(shí)間過短，會(huì)造成原料各組成元素發(fā)生偏析現(xiàn)象。一種根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法制得的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料。耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料制備夾送輥的制備方法，1)、將耐高溫、耐磨損、 耐腐蝕防磁材料送入鍛造煤氣爐加熱至1150-1200°C，保溫30-40分鐘；2)、取出用鍛錘開鍛至溫度降至900°C，入爐加熱至1150-1200°C取出開鍛，反復(fù)操作至鍛造毛坯符合鍛造要求；3)、鍛造毛坯加入臺(tái)車爐加熱至1050-1100°C保溫40-45分鐘，隨爐空冷至常溫后進(jìn)行粗加工；4)、接著加熱至1120-1160°C保溫90-95分鐘后，在620_680°C的溫度下水冷10-16 小時(shí)，然后升溫至750-810°C保溫14-20小時(shí)后，空冷至常溫；5)、按設(shè)計(jì)要求精加工成品夾送輥。制備過程中，鍛造和熱處理溫度和時(shí)間的控制也是通過多次試驗(yàn)測(cè)得的，熱處理溫度和時(shí)間控制的過長(zhǎng)、過短會(huì)導(dǎo)致晶粒疏散、不均勻，力學(xué)性能指標(biāo)下降。本發(fā)明克服了現(xiàn)有防磁材料使用時(shí)存在強(qiáng)度和硬度較差、易腐蝕且成本較高的問題，通過該制備方法制得的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料通過檢測(cè)得出磁導(dǎo)率達(dá)到1005 以內(nèi)，且力學(xué)性能中抗拉強(qiáng)度達(dá)到SOOMPa以上，屈服強(qiáng)度達(dá)到620MPa以上，布氏硬度大于等于^OHB,良好的性能可以使連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)澆注不銹鋼及特殊鋼時(shí)減少中心偏析，減少粗大的柱狀晶，獲得等軸晶比大于等于65%的無心部裂紋的穩(wěn)定鑄坯，同時(shí)使用壽命的有效提高減少了停機(jī)下線的更換次數(shù)，單位時(shí)間內(nèi)固定能源消耗少，增加鑄坯產(chǎn)能，有效地提高了連鑄效率。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料的制備方法，是由以下重量百分比含量的原料組成 7%Mn、1 l%Cr、7%Ni、1%V、l%Si、1%Μο、0. 5%Nb、0. l%Ti、0. 3%C、余量為鋼料，制備方法采用如下步驟1)、電爐預(yù)熱后加入鋼料冶煉；2)、電爐中加入重量百分比含量原料7Mn、ll%Cr、 7%Ni、l%V冶煉25分鐘；3)、接著在電爐中加入重量百分比含量原料l%Si、l%Mo、0. 5%Nb、 0. l%Ti、0. 3%C冶煉；4)、取樣分析電爐中化學(xué)成分后進(jìn)行脫硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量為0. 3% ；5)、電爐升溫冶煉后冷卻，接著重熔精煉去除雜質(zhì)后冷卻，控制硫、磷重量百分比含量為1%。一種根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法制得的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料；一種根據(jù)權(quán)利要求2所述耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料制備夾送輥的制備方法， 1)、將耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料送入鍛造煤氣爐加熱至1150°C，保溫30分鐘；2)、取出用鍛錘開鍛至溫度降至900°C，入爐加熱至1150°C取出開鍛，反復(fù)操作至鍛造毛坯符合鍛造要求；3)、鍛造毛坯加入臺(tái)車爐加熱至1050°C保溫40分鐘，隨爐空冷至常溫后進(jìn)行粗加工；4)、接著加熱至1120°C保溫90分鐘后，在620°C的溫度下水冷10小時(shí)，然后升溫至 750°C保溫14小時(shí)后，空冷至常溫；5)、按設(shè)計(jì)要求精加工成品夾送輥。具體實(shí)施過程中，采用3噸電爐預(yù)熱后加入鋼料在1400-1450°C冶煉45分鐘，取樣分析采用光譜分析儀分析，電爐升溫至1450-1500°C冶煉15-20分鐘后，天車提升鋼包將鋼水注入Φ300砂型模中冷卻， 調(diào)入電渣重熔結(jié)晶器中，在溫度1450-1510°C時(shí)保溫3小時(shí)，重熔精煉去除雜質(zhì)后冷卻8小時(shí)，從結(jié)晶器中取出Φ300錠芯；反復(fù)操作3次使鍛造毛坯尺寸達(dá)到0^60，鍛造比為4. 0， 粗加工是將鍛造毛坯兩端切頭，包總長(zhǎng)度^OOmm,第二次樣品切片長(zhǎng)度200mm，毛坯長(zhǎng)度最終MOOmm，檢測(cè)合格后外徑尺寸控制在ΦΜ0-ΦΜ2πιπι之內(nèi)。實(shí)施例2
耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料的制備方法，是由以下重量百分比含量的原料組成 10%Mn、14%Cr、10%Ni、2%V、2%S i、2%Mo、1 %Nb、1 %T i、0. 4%C、余量為鋼料，制備方法采用如下步驟1)、電爐預(yù)熱后加入鋼料冶煉；2)、電爐中加入重量百分比含量原料10Mn、14%Cr、 10%Ni、2%V冶煉30分鐘；3 )、接著在電爐中加入重量百分比含量原料^Si、2%Mo、l%Nb、 lTi%、0. 4%C冶煉；4)、取樣分析電爐中化學(xué)成分后進(jìn)行脫硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量為0. 4% ；5)、電爐升溫冶煉后冷卻，接著重熔精煉去除雜質(zhì)后冷卻，控制硫、磷重量百分比含量為3%。一種根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法制得的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料；一種根據(jù)權(quán)利要求2所述耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料制備夾送輥的制備方法， 1)、將耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料送入鍛造煤氣爐加熱至1200°C，保溫40分鐘；2)、取出用鍛錘開鍛至溫度降至900°C，入爐加熱至1200°C取出開鍛，反復(fù)操作至鍛造毛坯符合鍛造要求；3)、鍛造毛坯加入臺(tái)車爐加熱至1100°C保溫45分鐘，隨爐空冷至常溫后進(jìn)行粗加工；4)、接著加熱至1160°C保溫95分鐘后，在680°C的溫度下水冷16小時(shí)，然后升溫至 810°C保溫20小時(shí)后，空冷至常溫；5)、按設(shè)計(jì)要求精加工成品夾送輥。具體實(shí)施過程中，采用3噸電爐預(yù)熱后加入鋼料在1400-1450°C冶煉45分鐘，取樣分析采用光譜分析儀分析，電爐升溫至1450-1500°C冶煉15-20分鐘后，天車提升鋼包將鋼水注入Φ300砂型模中冷卻， 調(diào)入電渣重熔結(jié)晶器中，在溫度1450-1510°C時(shí)保溫3小時(shí)，重熔精煉去除雜質(zhì)后冷卻8小時(shí)，從結(jié)晶器中取出Φ300錠芯；反復(fù)操作3次使鍛造毛坯尺寸達(dá)到0^60，鍛造比為4.0， 粗加工是將鍛造毛坯兩端切頭，包總長(zhǎng)度^OOmm,第二次樣品切片長(zhǎng)度200mm，毛坯長(zhǎng)度最終MOOmm，檢測(cè)合格后外徑尺寸控制在Φ 240-Φ 242mm之內(nèi)。實(shí)施例3
耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料的制備方法，是由以下重量百分比含量的原料組成 9%Mn、12%Cr、8%Ni、l. 8%V、1. l%Si、l. 6%Mo、0. 7%Nb、0. 3%Ti、0. 4%C、余量為鋼料，制備方法采用如下步驟1)、電爐預(yù)熱后加入鋼料冶煉；2)、電爐中加入重量百分比含量原料9Mn、 12%Cr、8%Ni、1. 8%V冶煉觀分鐘；3 )、接著在電爐中加入重量百分比含量原料1. 1%Si、 1. 6%Mo、0. 7%Nb、0. 3Ti%、0. 4%C冶煉；4)、取樣分析電爐中化學(xué)成分后進(jìn)行脫硫、磷、定碳， 控制碳的重量百分比含量為0. 4% ；5)、電爐升溫冶煉后冷卻，接著重熔精煉去除雜質(zhì)后冷卻，控制硫、磷重量百分比含量為2. 6%。一種根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法制得的耐高溫、 耐磨損、耐腐蝕防磁材料；一種根據(jù)權(quán)利要求2所述耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料制備夾送輥的制備方法，1)、將耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料送入鍛造煤氣爐加熱至1180°C， 保溫37分鐘；2)、取出用鍛錘開鍛至溫度降至900°C，入爐加熱至1180°C取出開鍛，反復(fù)操
5作至鍛造毛坯符合鍛造要求；3)、鍛造毛坯加入臺(tái)車爐加熱至1090°C保溫42分鐘，隨爐空冷至常溫后進(jìn)行粗加工；4)、接著加熱至1140°C保溫91分鐘后，在665°C的溫度下水冷13 小時(shí)，然后升溫至785°C保溫17小時(shí)后，空冷至常溫；5)、按設(shè)計(jì)要求精加工成品夾送輥。 具體實(shí)施過程中，采用3噸電爐預(yù)熱后加入鋼料在1400-1450°C冶煉45分鐘，取樣分析采用光譜分析儀分析，電爐升溫至1450-150(TC冶煉15-20分鐘后，天車提升鋼包將鋼水注入 Φ 300砂型模中冷卻，調(diào)入電渣重熔結(jié)晶器中，在溫度1450-1510°C時(shí)保溫3小時(shí)，重熔精煉去除雜質(zhì)后冷卻8小時(shí)，從結(jié)晶器中取出Φ300錠芯；反復(fù)操作3次使鍛造毛坯尺寸達(dá)到 Φ260，鍛造比為4.0，粗加工是將鍛造毛坯兩端切頭，包總長(zhǎng)度沈00讓，第二次樣品切片長(zhǎng)度200mm，毛坯長(zhǎng)度最終MOOmm，檢測(cè)合格后外徑尺寸控制在ΦΜ0-ΦΜ2πιπι之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料的制備方法，其特征在于是由以下重量百分比含量的原料組成7-10%Mn、ll-14%Cr、7-10%Ni、l-2%V、l-2%Si、l-2%Mo、0. 5_l%Nb、 0. l-l%Ti、0. 3-0. 4%C、余量為鋼料，制備方法采用如下步驟1)、電爐預(yù)熱后加入鋼料冶煉；2)、電爐中加入重量百分比含量原料7-10%Mn、ll-14%Cr、7-10%Ni、l-2%V冶煉25-30 分鐘；3)、接著在電爐中加入重量百分比含量原料l-2%SiU-2%Mo,0. 5-l%Nb、0. l_l%Ti、 0. 3-0. 4%C冶煉；4)、取樣分析電爐中化學(xué)成分后進(jìn)行脫硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量為0. 3-0. 4% ；5)、電爐升溫冶煉后冷卻，接著重熔精煉去除雜質(zhì)后冷卻，控制硫、磷重量百分比含量小于等于3%。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述制備方法制得的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求2所述耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料制備夾送輥的制備方法， 其特征在于1)、將耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料送入鍛造煤氣爐加熱至1150-120(TC， 保溫30-40分鐘；2)、取出用鍛錘開鍛至溫度降至900°C，入爐加熱至1150-1200°C取出開鍛，反復(fù)操作至鍛造毛坯符合鍛造要求；3)、鍛造毛坯加入臺(tái)車爐加熱至1050-110(TC保溫 40-45分鐘，隨爐空冷至常溫后進(jìn)行粗加工；4)、接著加熱至1120-1160°C保溫90-95分鐘后，在620-680°C的溫度下水冷10-16小時(shí)，然后升溫至750-810°C保溫14-20小時(shí)后，空冷至常溫；5)、按設(shè)計(jì)要求精加工成品夾送輥。
全文摘要
本發(fā)明具體為一種耐高溫、耐磨損、耐腐蝕防磁材料的制備方法，解決了現(xiàn)有防磁材料使用時(shí)存在強(qiáng)度和硬度較差、易腐蝕且成本較高的問題。是由以下重量百分比含量的原料組成7-10%Mn、11-14%Cr、7-10%Ni、1-2%V、1-2%Si、1-2%Mo、0.5-1%Nb、0.1-1%Ti、0.3-0.4%C、余量為鋼料，制備方法采用如下步驟1)電爐預(yù)熱后加入鋼料冶煉；2)電爐中加入重量百分比含量原料7-10%Mn、11-14%Cr、7-10%Ni、1-2%V冶煉25-30分鐘；3)接著在電爐中加入重量百分比含量原料1-2%Si、1-2%Mo、0.5-1%Nb、0.1-1%Ti、0.3-0.4%C冶煉；4)取樣分析電爐中化學(xué)成分后進(jìn)行脫硫、磷、定碳，控制碳的重量百分比含量為0.3-0.4%；5)電爐升溫冶煉后冷卻，接著重熔精煉去除雜質(zhì)后冷卻，控制硫、磷重量百分比含量小于等于3%。本發(fā)明減少中心偏析，減少粗大的柱狀晶，獲得穩(wěn)定鑄坯，同時(shí)增加鑄坯產(chǎn)能，有效地提高了連鑄效率。
文檔編號(hào)B23P15/00GK102174666SQ20111002181
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者景群社, 李仲平, 楊旭東, 毛雙亮, 王貴清, 王鈺, 趙愛民 申請(qǐng)人:山西百一機(jī)械設(shè)備制造有限公司