一种双相不锈钢堆焊层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双相不锈钢堆焊层的制备方法，包括以下步骤：使用中间合金粉按比例机械混合合金粉；使用等离子弧焊进行表面堆焊；利用固溶热处理的方法将双相不锈钢的奥氏体调节到70~80%。本发明专利技术设计了Mn‑N型双相不锈钢，实践出一种制备的方法，能有效的提高过流件的耐空蚀性能，并能大大降低过流件的防护成本。

【技术实现步骤摘要】
一种双相不锈钢堆焊层及其制备方法
本专利技术涉及一种不锈钢堆焊层，尤其涉及一种双相不锈钢及其制备方法。
技术介绍
空泡腐蚀是水工建筑和水力机械使用过程中普遍存在的一种破坏形式，是属于磨损腐蚀的一种特殊形式。它的产生原因是多相流在高速运动条件下，液体内部压力分布不均，导致液体内部产生气泡和气泡溃灭，气泡溃灭时会形成高速、高压的微射流，微射流连续不断地冲击材料表面，就会导致材料表面发生严重破坏。双相不锈钢是不锈钢领域内重要的组成部分，它的显微组织中既包含面心立方结构的奥氏体相又包含体心立方结构的铁素体相，并且其中任一相的比例至少占有30%。正是由于双相不锈钢同时具有两相组织的结构特征，所以其性能兼具奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。相对于铁素体不锈钢，双相不锈钢含有更多的合金元素，因此它有着全面、更好的耐腐蚀性能。在力学性能方面，因为双相不锈钢含有约一半奥氏体组织，故比铁素体不锈钢具有更好的塑性和韧性；相对于奥氏体不锈钢，双相不锈钢除了具有更高的强度外，其耐晶间腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能都有着明显地改善。此外，双相不锈钢还具有良好的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀的性能，能够与高合金奥氏体不锈钢相媲美。堆焊是用焊接的方法在零件表面熔覆一层具有特定性能材料的工艺过程，其目的不是为了连接零件，而是为了使零件表面覆盖一层性能更优秀的熔覆金属，是一种经济有效的表面改性方法。等离子粉末堆焊是以等离子弧作为热源，应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，等离子束离开后自激冷却，形成一层高性能的合金层，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺。解决水力过流部件的空泡腐蚀可从以下两方面入手：一是开发抗空蚀综合性能更优异的新材料；二是利用先进的表面工程技术对过流部件表面提供防护。由于新材料的研发与制造成本非常昂贵，仅适用于大型部件和主要部件，在实际使用时，对材料表面熔覆一层性能更强的金属，既可节约贵重材料，又可对易发生空蚀破坏的部位进行具有针对性的高效防护。双相不锈钢在不同的热处理状态下性能的差异很大，将热处理调节奥氏体铁素体两相比例实际应用于空蚀服役环境的理论研究和实际应用都很少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐空蚀性能强的双相不锈钢堆焊层，为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种双相不锈钢堆焊层，包括以下重量百分数的组分C0.02~0.04%,Cr18.0~20.0%,Ni≤0.8%,Mo≤0.3%,N≥0.15%,Mn≥5.0%,Si0.5~1.0%。Fe:68.5~74.0%进一步的，所述双相不锈钢的PREN值≥20，其中PREN=Cr%+3.3Mo%+30N%-Mn%，其中Cr%、Mo%、N%和Mn%分别为Cr、Mo、N和Mn的重量百分含量。进一步的，所述双相不锈钢的形变诱发马氏体温度Md≥50℃，其中Md=580-520C%-2Si%-16Mn%-16Cr%-23Ni%-300N%-26Cu%-10Mo%，其中C%、Si%、Mn%、Cr%、Ni%、N%、Cu%、Mo%分别为C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo的重量百分含量。本专利技术还提供了一种利用所述双相不锈钢堆焊层的制备方法，包括以下步骤配置合金粉并将合金粉充分机械搅拌混合；将混合后的合金粉加入到等离子堆焊焊机中，进行粉末堆焊，堆焊层厚度为2~3mm；将堆焊好的工件进行固溶热处理，固溶热处理完后，双相不锈钢堆焊层的奥氏体含量为70~80%。进一步的，所述合金粉包括锰铁、铬铁、镍铁、氮化铬、铁粉、硅铁。进一步的，所述固溶热处理温度为1000~1150℃。进一步的，粉末堆焊过程中等离子堆焊工艺参数为维弧电流主弧电流堆焊速度送粉速度摆动速度离子气保护气29A110A200mm/min9L/min500mm/min3L/min5L/min进一步的，所述粉末堆焊采用等离子粉末堆焊。双相不锈钢中合金元素会对其力学性能和耐腐蚀性能造成影响，本专利技术中的铬在耐蚀性方面起着决定性的作用。铬元素可以在钢表面形成稳定致密的Cr2O3保护膜，能够降低表面钝化的电流密度，钝化不锈钢，降低钝化状态下钢的溶解速率。同时铬还能提高钢的抗氧化性、稳定铁素体相，减少奥氏体相面积。镍能够控制双相不锈钢的两相平衡。通过与铬、钼协同作用，提高双相不锈钢的抗腐蚀性能。锰的加入可以提高双相不锈钢中氮的溶解度，并在奥氏体中发挥明显的固氮作用。氮是一种强奥氏体形成和稳定元素，在双相不锈钢中氮元素能有效替代镍元素，达到节约成本的目的，而且氮元素对不锈钢固溶强化、提高抗点蚀和缝隙腐蚀能力也有明显效果。钼是铁素体形成元素，在双相不锈钢中钼能和铬协同作用，提高不锈钢的抗点蚀能力。当不锈钢中的铬含量至少为18%时，钼在含氯环境中抗点蚀和缝隙腐蚀的能力是铬的三倍。但是随着钼含量的增加，双相不锈钢中σ相、χ相也跟易析出。本专利技术所产生的有益效果包括：本专利技术中的双相不锈钢配方，通过堆焊的方法熔覆在普通的金属板上，经过热处理后，耐空蚀性能优于市售2209和304不锈钢堆焊层。附图说明图1本专利技术中双相不锈钢堆焊层的金相组织结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细的解释说明，但应当理解为本专利技术的保护范围并不受具体实施例的限制。采用等离子粉末堆焊的方法在304不锈钢板上制备双相不锈钢堆焊层具体为Mn-N型双相不锈钢堆焊层，合金粉末选用中间合金粉，具体包括锰铁、铬铁、镍铁、氮化铬、铁粉、硅铁，合金粉的主要元素含量如表1所示，表中某些元素含量使用“—”表示该元素含量过低，未检测到，粉末的粒度为100目，使用高精度的天平称量出配方所需的合金粉并机械搅拌混合在一起，为了使金属粉末均匀混合，每次搅拌的时间不小于30min，搅拌完成后将金属粉末过筛以得到粒度均匀的合金粉末，使用前放入烘箱，在70℃下烘干一小时。随后将合金粉末加入送粉器，并拧紧送粉器盖子，避免漏气导致送粉失败。表1合金粉末化学成分（质量分数/%）CMnNiSiSPNFe锰铁0.61580.13-0.690.0210.16-余量铬铁0.057--0.830.0280.025-余量镍铁0.37-36.120.530.12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双相不锈钢堆焊层，其特征在于：包括以下重量百分数的组分/nC 0.02~0.04%,/nCr 18.0~20.0%,/nNi≤0.8%,/nMo≤0.3%,/nN≥0.15%,/nMn≥5.0%,/nSi 0.5~1.0%。/n

【技术特征摘要】
1.一种双相不锈钢堆焊层，其特征在于：包括以下重量百分数的组分
C0.02~0.04%,
Cr18.0~20.0%,
Ni≤0.8%,
Mo≤0.3%,
N≥0.15%,
Mn≥5.0%,
Si0.5~1.0%。


2.Fe:68.5~74.0%
根据权利要求1所述的双相不锈钢堆焊层，其特征在于：所述双相不锈钢的PREN值≥20，其中PREN=Cr%+3.3Mo%+30N%-Mn%，其中Cr%、Mo%、N%和Mn%分别为Cr、Mo、N和Mn的重量百分含量。


3.根据权利要求1所述的双相不锈钢堆焊层，其特征在于：所述双相不锈钢的形变诱发马氏体温度Md≥50℃，其中Md=580-520C%-2Si%-16Mn%-16Cr%-23Ni%-300N%-26Cu%-10Mo%，其中C%、Si%、Mn%、Cr%、Ni%、N%、Cu%、Mo%分别为C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo的重量百分含量。


4.一种权利要求1中所述双相不锈钢堆焊层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
配置合金粉并将合金粉充分机械搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：包晔峰，许伟康，谢秉錡，蒋永锋，杨可，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32