專利名稱：：一種整體具有良好耐磨性的奧氏體不銹鋼的制作方法
技術領域：
：本發明涉及不銹鋼領域，具體涉及一種整體具有良好耐磨性能的奧氏體不銹鋼及其制備方法。用該方法制備的奧氏體不銹鋼整體具有耐磨性能好，制備工藝簡單的優點。
背景技術：
：奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的鋼類，其生產量和使用量約占不銹鋼總產量及用量的70%。由于在多種腐蝕介質中具有優秀的耐蝕性，并且綜合力學性能良好，同時工藝性能和可焊性等優良，在多種化學加工及輕工等領域獲得了廣泛的應用。但是，其不足之處在于其具有低的硬度和差的耐磨性，限制了其在工業中的應用。幾十年來，國內外研究者們為改善奧氏體不銹鋼的耐磨性做了大量的工作。目前主要通過滲碳、滲氮和激光熔覆處理等表面改性技術來提高奧氏體不銹鋼的耐磨性。通過這些工藝處理的奧氏體不銹鋼雖然能在一定程度上達到改善奧氏體不銹鋼耐磨性的目的，但是由于表面耐磨層具有很高的硬度，缺乏足夠的韌性，在經受載荷沖擊時，無法和軟的基體協調變形，容易剝落；另外，采用普通的高溫滲碳、滲氮工藝，不銹鋼的耐蝕性會受影響。采用低溫等離子滲氮、大束流快速升溫離子注入、等離子體浸沒離子注入以及等離子體源離子滲氮等較先進的技術，雖然可以克服普通工藝的不足，但又會大幅增加生產成本。此外，表面改性的方法對大尺寸的零部件還存在難以處理的問題。
發明內容本發明的目的就是針對已有技術存在的問題，提供一種整體具有較高耐磨性和較好耐腐蝕性的奧氏體不銹鋼及其制備方法。形狀記憶合金中的Fe-Mn-Si-Cr-Ni系合金不僅具有強度高、塑性好、易加工、可以焊接和價格低廉得優點，而且研究還表明Fe-Mn-Si-Cr-Ni合金具有可與傳統的奧氏體不銹鋼相當的耐蝕性能，在堿性環境中有更好的耐蝕性。同時這類合金在應力作用下容易發生應力誘發奧氏體密排六方s馬氏體轉變。理論上，在外加應力作用下發生的應力誘發s馬氏體轉變一方面可以吸收摩擦功，降低塑性變形的程度，松弛應力集中，推遲裂紋源的形成和擴展，提高材料表面的接觸疲勞強度。另一方面，應力誘發生成的密排六方￡馬氏體具有比面心的奧氏體更高的硬度和較低的粘著系數。因此，在目前Fe-Mn-Si-Cr-Ni形狀記憶合金的基礎上，重新設計和調整合金成分，能獲得既具有較好耐腐蝕性能，同時又具有較高耐磨性的新型奧氏體不銹鋼。本發明提供的整體具有較高耐磨性和較好耐腐蝕性的奧氏體不銹鋼，它是至少含有Fe、Mn、Si、Cr、Ni和C作為主要化學成分的Fe-Mn-Si-Cr-Ni-C合金，各元素的重量百分比含量為C0.080.2%，Mn1322%，Cr812。/。，Ni46%，Si48%，TiO2.0%，NbO2.0%，余為Fe。其在室溫下組織由亞穩的奧氏體基體和其內彌散分布的第二相組成，包括023(36、TiC和NbC等碳化物硬質相，以及金屬間化合物(J相等。這種亞穩的奧氏體基體在應力作用下容易發生應力誘發奧氏體向密排六方s馬氏體轉變。現有Fe-Mn-Si-Cr-Ni形狀記憶合金的Cr含量一般為8%。為了進一步提高合金的耐腐蝕性能，本發明中合金的Cr含量大于8n/。，由于過高的Cr含量將促進高溫鐵素體5相的產生，惡化合金的熱加工性能，因此Cr含量低于12。/。。本發明中合金的C含量大于0.08%，一方面是為了保證單相奧氏體的獲得，避免高溫鐵素體S相的產生；另一方面是為了保證碳化物等硬質相的形成。但過高的C含量將顯著抑制應力誘發s馬氏體相變的發生，因此本發明中合金的<:含量低于0.2%。本發明提供的具有較高耐磨性和較好耐腐蝕性的奧氏體不銹鋼由以下方法制備。該制備方法是將熔煉獲得至少含有Fe、Mn、Si、Cr、Ni和C作為主要化學成分的合金，經鑄造或鍛造或冷軋或熱軋或冷拉的型材，在高于105(TC下保溫至少0.5小時后水淬。將水淬后的型材在室溫下進行變形，變形量為525%。最后將變形后的型材在65(TC105(TC下進行時效處理。合金的各元素的重量百分比含量為C0.080.2%，Mn1322%，Cr812%，Ni46%,Si48%，Ti02.0%,NbO2.0%，余為Fe。時效處理前的變形，是為了使硬質相在晶粒內彌散析出，而不是在晶界上析出，進而提高合金的耐磨性，避免晶界脆性的發生。為了獲得最佳的彌散度和粒徑，變形量優選515%。本發明制備方法中的時效處理溫度優選在80(TC95(TC處理0.5小時1.5小時。與現有技術相比，本發明具有如下優點1、本發明的奧氏體不銹鋼整體具有較高的耐磨性和較好的耐腐蝕性，克服了大尺寸的零部件難以進行表面改性的困難。2、本發明的奧氏體不銹鋼的奧氏體基體能吸收外界能量，發生應力誘發密排六方e馬氏體轉變，因此還具有一定的減振性能。2、本發明的合金采用現有的不銹鋼生產設備即可以生產，同時合金中的Cr和Ni含量較低，因此生產成本不僅低于目前普遍使用的奧氏體不銹鋼，更顯著低于表面處理后耐磨的奧氏體不銹鋼。圖1為本發明奧氏體不銹鋼經形變時效處理后合金表面掃描電鏡照片(SEM);圖2為本發明本發明奧氏體不銹鋼經150N油磨損60min后磨損表面磨損形貌的掃描電鏡照片(SEM);圖3為本發明奧氏體不銹鋼經150N油磨損60min后磨損表面的X-Ray衍射譜圖；具體實施例方式下面給出實施例，以對本發明作進一步說明。實施例19將熔煉后分別獲得的實施例19的合金棒材(其化學成分見附表1)，在115(TC下固溶處理40min，然后在室溫下分別進行5%、10%、15%預拉伸變形，再在85(TC時效處理30min，最后用電火花線切割的方法從棒材中切出尺寸為10mmxlOmmxlOmm的試樣，在MM-200滑動摩擦磨損試驗機上，以GCrl5軸承鋼為對磨環，進行摩擦磨損試驗，測定其在150N載荷下磨損60min后的失重量，并以此評價其耐磨性能。實驗結果均為3個試樣的平均值。比較例以工業化生產的熱軋1Crl8Ni9Ti不銹鋼板為對比試驗材料(其成分見附表1)，測定其在相同載荷和時間下的磨損失重量。實施例19和比較例的試樣磨損實驗參數、合金中的主要合金相以及其在150N載荷下的磨損失重量見附表2所示。可見，經本發明提供制備方法處理后的實施例1~9的試樣在干摩擦和油摩擦兩種磨損條件下,在150N載荷下磨損60min后磨損量均較比較例試樣要小，耐磨性較好；以實施例5的試樣為例，本發明利用掃面電子顯微鏡(SEM)觀察了經本發明提供的制備方法處理后試樣的微觀組織(見圖1)和經150N油磨損60分鐘后的磨損試樣的磨損形貌(見圖2)，并利用X射線衍射儀分析了磨損試樣磨損表面的相組成，其X射線衍射圖譜如圖3所示。從圖1可見，經形變時效處理后，合金基體上彌散分布著大量的第二相粒子。對磨損試樣的X射線衍射圖譜分析可知，磨損試樣中的相組成主要為奧氏體Y、s馬氏體以及碳化物TiC，同時還有C7相，表明合金磨損后在摩擦應力誘發下生成了s馬氏體，合金基體中分布有碳化物和o相等第二相粒子；圖2為實施例5的試樣經150N油磨損60分鐘后磨損試樣磨損表面的掃面電鏡(SEM)照片，可見，磨損表面較光滑，呈淺平潤滑犁溝，其磨損機制應為磨粒的顯微切屑，呈現磨粒磨損的特征，合金磨損較輕。其余實施例合金基體中的主要相見附表2所示。附表1實施例合金化學成分(重量百分比)預拉伸MnSiCrNiTiNbCFe變形量15%213.735.0711.765.78//0.10余量10o/o315%45%517.874.938.465.161.50/0.15余量10%6150/。18.015.228.735.860.55/0.10余量10%85%921.795.6510.274.38/1.470.15余量10%1015%1121.875.9311.395.15/2.00.20余量10%比較例1Crl8Ni9Ti//17.87.920.52/0.07余量/此外，本發明為了考察本發明奧氏體不銹鋼經本發明提供的制備方法處理后合金的耐腐蝕性能，對實施例19進行了在室溫下的靜態浸泡實驗，以比較例作為對比。浸泡實驗在自然暴露下進行，溫度為1427"C范圍內。本實驗通過測定它們的腐蝕失重量，并依此計算出其腐蝕速率，來評價其耐腐蝕性能，其實驗結果見附表3所示。其中腐蝕速率的計算公式為「腐蝕失重量—腐蝕時間*表面積可見，經本發明提供的熱處理工藝處理的奧氏體不銹鋼和1Crl8Ni9Ti不銹鋼在本實驗中均表現出較低的腐蝕速率，但是本發明奧氏體不銹鋼相對于1Crl8Ni9Ti不銹鋼，在NaCl溶液中，耐蝕性略差，但是在NaOH溶液中，卻具有和1Crl8Ni9Ti不銹鋼相當甚至更好的抗腐蝕性。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由此可見，本發明提供的奧氏體不銹鋼可以取代傳統的奧氏體不銹鋼，在要求一定的耐腐蝕性和較高的耐磨性的工況條件下應用。而且，本發明鋼合金元素含量較低，可以降低成本，因此，具有廣闊的應用前景和經濟價值。附表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權利要求1.一種整體具有良好耐磨性的奧氏體不銹鋼，該合金由Fe、Mn、Si、Cr、Ni、Ti，Nb和C元素組成，其特征在于其室溫下的組織由亞穩的奧氏體基體和晶粒內析出的硬質相組成，在應力作用下亞穩的奧氏體能轉變成密排六方的馬氏體，各元素的重量百分比含量為C0.08～0.2％，Mn13～22％，Cr8～12％，Ni4～6％，Si4～8％，Ti0～2.0％，Nb0～2.0％，其余為鐵和不可避免的雜質。2.—種制備權利要求1所述的奧氏體不銹鋼的方法，是將熔煉獲得含有Fe、Mn、Si、Cr，Ni和C作為主要化學成分的合金，經鑄造或鍛造或冷軋或熱軋或冷拉的型材，在高于105(TC下保溫0.52小時水淬后，再在650105(TC下進行時效處理，其特征在于時效處理前須將型材在室溫下變形，室溫下的組織由亞穩的奧氏體基體和其晶粒內析出的硬質相組成，各元素的重量百分比含量為C0.080.2%,Mn1322%，Cr812%,Ni46%,Si48%，Ti02.0%,Nb02.0%，其余為鐵和不可避免的雜質。3.根據權利要求2所述的奧氏體不銹鋼的制fe方法，其特征在于型材的變形量為525%。4.根據權利要求2所述的奧氏體不銹鋼的制備方法，其特征在于型材的變形量為515%。5.根據權利要求2或3或4所述的奧氏體不銹鋼的制備方法，其特征在于時效是在80095(TC下處理0.51.5小時。6.根據權利要求2或3或4所述的奧氏體不銹鋼的制備方法，其特征在于固溶處理的溫度為畫1200。C，時間為0.51.5小時。全文摘要本發明提供了一種整體具有良好耐磨性的奧氏體不銹鋼以及制備這種不銹鋼的方法。該不銹鋼經本發明提供的制備方法處理后，室溫下其組織由亞穩奧氏體基體和在奧氏體晶粒內彌散分布的硬質相粒子組成，亞穩奧氏體基體在外界應力作用下，表面易發生奧氏體向密排六方的馬氏體轉變，一方面消耗了摩擦功，同時提高了合金表面的硬度。因此本發明提供的奧氏體不銹鋼的耐磨性超過1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼，而耐蝕性接近1Cr18Ni9Ti不銹鋼。該奧氏體不銹鋼采用現有的不銹鋼生產設備即可以生產，同時合金中的Cr和Ni含量較低，因此生產成本不僅低于目前普遍使用的奧氏體不銹鋼，更顯著低于通過表面工程來提高耐磨性的奧氏體不銹鋼。文檔編號C21D7/00GK101307415SQ20081004553公開日2008年11月19日申請日期2008年7月14日優先權日2008年7月14日發明者彭華備,文玉華,寧李,賴志偉申請人:四川大學