一種低鎳鉻不銹鋼及其制造方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及不銹鋼材料領(lǐng)域，具體涉及一種低鎳鉻不銹鋼及其制造方法和由這種低鎳鉻不銹鋼制成的船槳。
【背景技術(shù)】
[0002]不銹鋼是20世紀(jì)初材料領(lǐng)域最偉大的發(fā)明之一。不銹鋼按種類可以劃分為奧氏體、鐵素體、雙相型及沉淀硬化型，奧式體在我國(guó)的不銹鋼市場(chǎng)上的用量約占9成，在不銹鋼螺旋槳市場(chǎng)上奧氏體也占據(jù)了絕對(duì)比重。奧式體不銹鋼以8%以上的鎳構(gòu)成，鎳本身又是很昂貴的金屬，其售價(jià)每噸約為20萬(wàn)。近年來(lái)受我國(guó)對(duì)不銹鋼巨大需求的刺激，加上迅速發(fā)展的電鍍、化工、電池及船舶等行業(yè)對(duì)原鎳和再生鎳需求的迅速增長(zhǎng)，使得鎳價(jià)一路走高。由于世界范圍內(nèi)的鎳資源日趨緊張，加上鎳價(jià)上漲等因素的影響，使不銹鋼企業(yè)紛紛尋找成本更低的新鋼種。同時(shí)，人們生活水平的提高也對(duì)使用材料的綠色環(huán)保性提出了更高的要求。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼中的鎳會(huì)引起人體過(guò)敏，所以要求限制使用含鎳不銹鋼制造與人體直接接觸的零部件。鉻是不銹鋼的重要組成物質(zhì)，中國(guó)鉻礦資源比較貧乏，按可滿足需求的程度看，屬短缺資源。同時(shí)，鉻是一種毒性很大的重金屬，容易進(jìn)入人體細(xì)胞，對(duì)肝、腎等內(nèi)臟器官和DNA造成損傷，在人體內(nèi)蓄積具有致癌性并可能誘發(fā)基因突變，世界各國(guó)都提倡開(kāi)發(fā)鉻含量低的不銹鋼產(chǎn)品。因此，低鎳鉻低成本不銹鋼必將成為未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種低鎳鉻不銹鋼，其通過(guò)添加N、Mn、Mo等化學(xué)成分，提高了不銹鋼的抗拉強(qiáng)度和耐腐蝕性能，同時(shí)達(dá)到減少鎳和鉻的使用量，降低成本的目的。
[0005]本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種低鎳鉻不銹鋼的制造方法，采用AOD工藝，通過(guò)氣體-熔體界面反應(yīng)，將N2分子分解成熔體可以吸收的原子形態(tài)的N，實(shí)現(xiàn)由氣-液界面向液相的傳質(zhì)，同時(shí)添加適量的Mn和微量Mo，在不銹鋼表面形成滲碳膜，提高不銹鋼的機(jī)械強(qiáng)度。
[0006]本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種低鎳鉻不銹鋼船槳，采用高機(jī)械性能的低鎳鉻不銹鋼為原料，可實(shí)現(xiàn)槳葉薄輕量化，機(jī)械強(qiáng)度高不易折斷，推進(jìn)效率高、節(jié)能效果好。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種低鎳鉻不銹鋼，以質(zhì)量百分比計(jì)，含有下述成分:
[0008]C 彡 0.015%, N:0.035% -0.1%, Si:0.2% -0.3%, Mn:1% -2%, S 彡 0.06%,Mo:0.5% -2%, Ni:2% -6%, Cr:6% -15%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0009]本發(fā)明的目的還可以進(jìn)一步由所述的低鎳鉻不銹鋼的制造方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟:
[0010]步驟一、將爐料或廢鋼用稀硝酸清洗后投入到煉鋼爐，加入脫硫劑后熔煉形成鋼水，排出脫氧劑和鋼渣，出鋼后鋼水溫度為1660-1780°c，C含量為1.2-2% ；
[0011]步驟二、將步驟一得到的鋼水送入氬氧精煉爐進(jìn)行氧化期冶煉，第一階段氬氣和氧氣的流量比為1: 2.5-4，至鋼水中的碳含量不大于0.15%，第二階段氬氣和氧氣的流量比為2: 0.5-1.5，至鋼水中的碳含量不大于0.02% ;
[0012]步驟三、將步驟二得到的鋼水進(jìn)行還原期冶煉，將氮?dú)饨?jīng)過(guò)步驟一的出鋼后的鋼水的界面進(jìn)行氣體熔體界面反應(yīng)，分解成原子形態(tài)的N，還原期由爐頂吹入氮?dú)?，吹入量?00-300m3/h，還原15-20min，然后加入質(zhì)量比為7-8: I的低碳石灰和螢石進(jìn)行造渣，加入含Mn和Mo的合金冶煉，加入精煉劑，爐頂吹入氮?dú)猓等肓繛?00-150m3/h，至鋼水中的碳含量不大于0.015% ；
[0013]步驟四、將步驟三得到的鋼水連鑄制成鋼坯，置于1000-1200°C的氫氣和氬氣的還原氣氛中保持20-30min，然后置于400-500°C的正丁烷和環(huán)丙烷氣氛中保持15_20min，使得表面形成厚度為8-15 μ m的滲碳層。
[0014]優(yōu)選的是，所述的低鎳鉻不銹鋼的制造方法，正丁烷和環(huán)丙烷的流量比為
I: 1.5-2。
[0015]優(yōu)選的是，所述的低鎳鉻不銹鋼的制造方法，所述的低碳石灰為碳含量低于0.15%的石灰。
[0016]優(yōu)選的是，所述的低鎳鉻不銹鋼的制造方法，所述精煉劑的添加量為每It鋼水添加0.15-0.3kg，所述精煉劑為重量份數(shù)比為10-15: 8-10: 2: 1-2的CaC2、SiC、CaO和MgO0
[0017]優(yōu)選的是，所述的低鎳鉻不銹鋼的制造方法，所述的氫氣和氬氣的還原氣氛中，氫氣和氬氣的流量比為1: 18-25。
[0018]本發(fā)明的目的還可以進(jìn)一步由提供一種低鎳鉻不銹鋼船槳來(lái)實(shí)現(xiàn)，由所述的低鎳鉻不銹鋼制造而成。
[0019]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0020]第一、通過(guò)添加一定比例廉價(jià)的N、Mn、Mo等化學(xué)成分替代價(jià)格昂貴的稀缺物質(zhì)Ni和Cr，從而達(dá)到提高螺旋槳抗拉強(qiáng)度、耐腐蝕性能和降低成本的三重目的，抗拉強(qiáng)度可最高達(dá)到880MPa，是傳統(tǒng)鎳鋁青銅合金的1.5倍，以及更高的耐蝕性能，腐蝕疲勞強(qiáng)度達(dá)到490MPa ；
[0021]第二、AOD工藝中通過(guò)氣體-熔體界面反應(yīng)，將N2分子分解成熔體可以吸收的原子形態(tài)的N，實(shí)現(xiàn)由氣-液界面向液相的傳質(zhì)，氮作為間隙原子對(duì)基體強(qiáng)化，且通過(guò)晶格并沿位錯(cuò)進(jìn)行迀移時(shí)，對(duì)位錯(cuò)造成一定的拖曳作用使金屬得到強(qiáng)化，由于氮的間隙固溶強(qiáng)化和穩(wěn)定奧氏體組織的作用比碳要大得多，所以既大大提高了不銹鋼的強(qiáng)度，又保持了很好的塑韌性，提高晶粒尺寸從而減少了晶界處缺陷的集聚，避免了晶界面積增加而造成的不銹鋼表面鈍化膜的不穩(wěn)定性，從而提高了不銹鋼的耐蝕性；
[0022]第三、Mn是奧氏體形成元素，錳比鐵更容易和硫結(jié)合，形成穩(wěn)定的硫化錳(MnS)，防止形成FeS低熔點(diǎn)共晶組分而導(dǎo)致產(chǎn)生了凝固裂紋，從而有效地消除熱脆性問(wèn)題，添加含量為1.0%-2.0%的Mn可以擴(kuò)大γ相區(qū)，使γ-α轉(zhuǎn)變線向低溫方向移動(dòng)，同時(shí)增加氮的溶解度；Mo具有改善不銹鋼材料耐腐蝕性和高溫強(qiáng)度，可在苛刻的條件下使用，加工硬化性能好的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)添加量為0.5% -2%的Mo可以有效提高耐海水腐蝕性能，添加量超出2%則相反，強(qiáng)度下降、脆化嚴(yán)重；
[0023]第四、將制得的不銹鋼鋼坯在高溫的無(wú)鹵還原氣氛中去除鈍化層，然后在飽和碳原子的無(wú)鹵氣氛中在鋼坯表面生成滲碳層，提高硬度和抗腐蝕性能；
[0024]第五、本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化螺旋槳的原料，提供一種低鎳鉻不銹鋼制成的制螺旋槳，可實(shí)現(xiàn)槳葉薄而且輕量化，配套船舶推進(jìn)系統(tǒng)后，螺旋槳工作平穩(wěn)、推進(jìn)效率高，而且節(jié)能效果好。
[0025]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研宄和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0027]<實(shí)施例1>
[0028]一種低鎳鉻不銹鋼的制造方法，包括以下步驟:
[0029]步驟一、將爐料或廢鋼用稀硝酸清洗后投入到煉鋼爐，加入脫硫劑后熔煉形成鋼水，排出脫氧劑和鋼澄，出鋼后鋼水溫度為1660°C，C含量為1.2% ；
[0030]步驟二、將步驟一得到的鋼水送入氬氧精煉爐進(jìn)行氧化期冶煉，第一階段氬氣和氧氣的流量比為1: 2.5，至鋼水中的碳含量不大于0.15%，第二階段氬氣和氧氣的流量比為2: 0.5，至鋼水中的碳含量不大于0.02% ;
[0031]步驟三、將步驟二得到的鋼水進(jìn)行還原期冶煉，將氮?dú)饨?jīng)過(guò)步驟一的出鋼后的鋼水的界面進(jìn)行氣體熔體界面反應(yīng)，分解成原子形態(tài)的N，還原期由爐頂吹入氮?dú)?，吹入量?00m3/h，還原15min，然后加入質(zhì)量比為7: I的低碳石灰和螢石進(jìn)行造渣，加入含Mn和Mo的合金冶煉，加入精煉劑，爐頂吹入氮?dú)猓等肓繛?00m3/h，至鋼水中的碳含量不大于0.015% ；
[0032]步驟四、將步驟三得到的鋼水連鑄制成鋼坯，置于1000°C的氫氣和氬氣的還原氣氛中保持20min，然后置于400°C的正丁烷和環(huán)丙烷氣氛中保持15min，使得表面形成厚度為8μπι的滲碳層。
[0033]其中，所述的低鎳鉻不銹鋼的制造方法，正丁烷和環(huán)丙烷的流量比為1: 1.5。
[0034]其中，所述的低鎳鉻不銹鋼的制造方法，所述的低碳石灰為碳含量低于0.15%的石灰。
[0035]其中，所述的低鎳鉻不銹鋼的制造方法，所述精煉劑的添加量為每It鋼水添加0.15kg，所述精煉劑為重量份數(shù)比為10: 8: 2: I的CaC2、SiC、CaO和MgO。
[0036]優(yōu)選的是，所述的低鎳鉻不銹鋼的制造方法，所述的氫氣和氬氣的還原氣氛中，氫氣和氬氣的流量比為1: 18。
[0037]經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例得到的低鎳鉻不銹鋼，以質(zhì)量百分比計(jì)，含有下述成分:
[0038]C 彡