CN103966523B - 一种特级双相不锈铸钢qpq处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超级双相不锈铸钢及其QPQ(Quench-？Polish-Quench)处理方法，特级双相不锈钢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%，剩余部分为铁。材料先进行固溶处理再进行QPQ处理。QPQ处理主要为两部分，第一部分进行渗氮处理，采用氰酸根型基盐。第二部分为氧化处理。QPQ处理后的材料在保证常规的力学性能、耐蚀性能下，能显著提高耐磨性，延长材料或者零件使用寿命，具有显著的经济效益。

Description

一种特级双相不锈铸钢QPQ处理方法

技术领域

本发明属于双相不锈钢铸钢材料技术领域，具体涉及一种特级双相不锈铸钢及其QPQ处理方法。

背景技术

双相不锈钢是指显微组织由铁素体(α)和奥氏体(γ)组成的不锈钢种，其性能兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的特点，因而广泛应用于诸多苛刻的环境，如海洋、石油、化工、船舶等行业。双相不锈钢点蚀抗力当量值PREN(pittingresistanceequivalentnumber)≥42时，属于特超级双相不锈钢。与第三代双相不锈钢相比，它具有更高的强度和耐蚀性能，是一种用于深水或海水的理想材料，并且其在500~650℃的温度区间时，一般没有金属间相析出。但它依然与其他双相不锈钢一样存在硬度较低、耐磨性差的不足。特别在腐蚀、磨损和重载等多种因素同时存在的条件下，使用寿命会明显缩短。因此，提高它的耐磨性就显得尤为重要，这不仅可延长零部件的使用寿命，提高资源利用率，还具有良好的社会价值和经济效益。

QPQ(Quench-Polish-Quench)是一种金属表面热处理技术，国内一般称它为QPQ盐浴复合处理技术。它是在新型无公害的TF1盐浴渗N法基础上再次改良的一种新型盐浴复合处理技术，即对经盐浴渗N的材料进行表面抛光后再进行氧化处理的技术。QPQ技术的核心可以说是一种低温渗N技术，同时作为一种综合的金属表面强化手段，其本质是渗N和氧化工序的复合，获得的渗层组织同样也是氮化物和氧化物的复合。材料经渗N和氧化处理后，在材料表面会形成硬度高且致密的渗层，这可显著改善材料的耐磨性，从而提高了材料的综合性能。同时该技术使用绿色的盐浴配方，不会对环境产生污染且能耗小，另外材料经该技术处理后具有外观美、变形小、性能好等优点。基于此，该技术自开发以来已广泛应用于汽车、模具、刀具、石油机械、工程械等行业。随着人们环保意识的提高和“建设节约型社会”目标的提出，节能、环保、高效的QPQ技术已经引起了材料研究者的广泛关注。

目前，在工业生产中，已有企业采用QPQ技术用于提高不锈钢的耐磨性，例如美国康明斯公司采用QPQ技术处理发动机气门材料5Cr21Mn9Ni4N(奥氏体不锈钢)来增加其高温状态下的耐磨性；德国弹力丝机制造商同样也采用QPQ技术对热轨材料0Cr18N12Mo2Ti(奥氏体不锈钢)进行处理，以提高它的高温耐磨性。不过目前，QPQ技术在不锈钢方面的应用报道主要针对奥氏体、马氏体等单相不锈钢，其在特级双相不锈钢上的应用研究，文献鲜有报道。因此，在特级双相不锈钢进行QPQ处理提高其耐磨性，这不仅能够延长材料的使用寿命，降低成本，也将进一步扩大QPQ技术的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特级双相不锈钢及其表面QPQ处理方法，该特级双相不锈钢材料经QPQ处理后，基体不会析出有害相而且保持良好的力学性能和耐蚀性，还能大幅度提高其耐磨性，增强其特殊环境下的使用寿命，具有显著的经济和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种特级双相不锈铸钢的元素组成及其质量百分比为：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%，剩余部分为铁。

制备方法包括以下步骤：

（1）原料前处理：所有原料入炉前都要进行除油、除锈、除气处理；

所述的原料及其质量分数为：316L不锈钢钢锭或者边角料40%-50%、含钼量大于60%的钼铁1.0%-1.3%、含铬量大于99%的金属铬18%-22%、含铜量大于99%的电解铜2%-3%、含氮量大于9%的氮化铬3.0%-5.0%，其余为工业纯铁；所述原料的质量分数之和为100%；

（2）在常规感应炉中熔炼：先加入316L不锈钢钢锭或者边角料进行熔化，然后依次加入工业纯铁、钼铁、金属铬和电解铜；当温度达到1600-1610℃时，加入总质量0.2%的硅钙锰进行脱氧，然后加入氮化铬，再加入总质量0.2%的硅钙锰进行脱氧，然后除杂测温浇注，浇注温度不超过1620℃；浇注铸件空冷后经过1050℃固溶处理2h，水淬。

所述的特级双相不锈铸钢的QPQ处理方法包括以下步骤：

（1）将固溶材料用丙酮、酒精清洗好后炉内400℃预热0.5小时；

（2）接着将材料在渗N炉内的氰酸根型基盐中进行渗N处理：氰酸根型基盐为氰酸钠或氰酸钾、碳酸钠或碳酸钾和氯化钠或氯化钾，其中氰酸根的质量含量为33%~39%，[Na⁺]/[K⁺]=1:1~1:1.5，温度为550-590℃，时间为90min-150min；

（3）渗N完毕后将材料置于氧化炉内进行氧化处理：氧化盐为硝酸钠和硝酸钾的混合物，两者的质量比为1:1~1:2，氧化温度为400℃，时间低于30min；

（4）将氧化好的材料进行抛光处理。

本发明的显著优点在于：本发明制得的特级双相不锈钢材料经QPQ处理后，基体不会析出有害相而且保持良好的力学性能和耐蚀性，还能大幅度提高其耐磨性，增强其特殊环境下的使用寿命，具有显著的经济和社会效益。

附图说明

图1是经实施例1的QPQ工艺处理后的金相图。

图2是经实施例2的QPQ工艺处理后的金相图。

图3是经实施例3的QPQ工艺处理后的金相图。

图4是经实施例4的QPQ工艺处理后的金相图。

图5是经实施例5的QPQ工艺处理后的金相图。

具体实施方式

以下用实施例对本发明做更详细的描述，这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例：采用感应炉熔炼钢水，浇注于熔模型壳中，冷却后经清理加工成直径φ22mm×220mm的试棒。

本发明特级双相不锈钢的化学成分如表1所示。固溶处理工艺：1050℃下保温2h后水淬。QPQ处理工艺见表2。（实施例为固溶处理后再进行QPQ处理的特级双相不锈铸钢，对比材料为只经固溶处理后的材料，称为母材）。性能对比见表3（硬度采用显微硬度计进行测量；1h磨损量采用进行环-块式磨损试验机进行测量；腐蚀电流密度采用塔菲尔外推法进行测量；抗拉强度按标准GBT228-2002（金属材料室温拉伸试验方法）进行测量）。图1-5是经实施例1-5的QPQ工艺处理后的金相图。

表1材料化学成分及固溶处理工艺

按照PREN=Cr%+3.3×Mo%+30×N%公式，计算其值为43.9，属于特级双相不锈钢。

表2QPQ处理工艺对比表

表3性能对比表

由图1-5可知，经过QPQ处理后的试样具有一定的渗层厚度，而且基体上都没有金属间相析出，不会因此造成力学性能和耐蚀性的恶化。由表3可知，与母材相比，它们虽具有很强的耐磨性，但力学性能和耐蚀性能与其相当。因此，母材经QPQ处理后可以用于强磨损腐蚀工况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种特级双相不锈铸钢，其特征在于：元素组成及其质量百分比为：C=0.03%、Si=0.72%、Mn=0.81%、P=0.02%、S=0.02%、Ni=6.61%、Cr=29.19%、Mo=2.11%、Cu=0.79%、N=0.26%，剩余部分为铁；原料先进行固溶处理再进行QPQ处理；

固溶处理包括以下步骤：

（1）原料前处理：所有原料入炉前都要进行除油、除锈、除气处理；

所述的原料及其质量分数为：316L不锈钢钢锭或者边角料40%-50%、含钼量大于60%的钼铁1.0%-1.3%、含铬量大于99%的金属铬18%-22%、含铜量大于99%的电解铜2%-3%、含氮量大于9%的氮化铬3.0%-5.0%，其余为工业纯铁；所述原料的质量分数之和为100%；

（2）在常规感应炉中熔炼：先加入316L不锈钢钢锭或者边角料进行熔化，然后依次加入工业纯铁、钼铁、金属铬和电解铜；当温度达到1600-1610℃时，加入总质量0.2%的硅钙锰进行脱氧，然后加入氮化铬，再加入总质量0.2%的硅钙锰进行脱氧，然后除杂测温浇注，浇注温度不超过1620℃；浇注铸件空冷后经过1050℃固溶处理2h，水淬；

QPQ处理包括以下步骤：

（1）将固溶材料用丙酮、酒精依次清洗好后炉内400℃预热0.5小时；

（2）接着将材料在渗N炉内的氰酸根型基盐中进行渗N处理：氰酸根型基盐为氰酸盐、碳酸盐和氯化盐的混合物，所述的盐为钠盐或钾盐，其中氰酸根的质量含量为33%~39%，[Na⁺]/[K⁺]=1:1~1:1.5，温度为550-590℃，时间为90min-150min；

（3）渗N完毕后将材料置于氧化炉内进行氧化处理：氧化盐为硝酸钠和硝酸钾的混合物，两者的质量比为1:1~1:2，氧化温度为400℃，时间低于30min；

（4）将氧化好的材料进行抛光处理。