一种高性能不锈钢超细丝材及其制造方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种高性能不锈钢超细丝材及其制造方法。所述高性能1Cr13合金超细丝材，由如下重量百分数的化学成分组成：C0.12～0.15％，Si≤0.50％，Mn≤0.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr12.3～12.5％，Ni≤0.75％，Mo0.13～0.15％，Al≤0.05％，Cu≤0.50％，Sn≤0.05％，N≤0.18％，Fe余量；其中，C、N、Ni、Mn和Cr的质量百分数满足如下关系式：2.04％≤(C+N)/Cr≤2.06％，6.32％≤(Mn+Ni)/Cr≤6.35％。本发明专利技术提供的超细丝材具有优异的室温拉伸性能，满足美国标准AMS5611B中棒材力学性能要求。学性能要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能不锈钢超细丝材及其制造方法


[0001]本专利技术实施例涉及金属材料
，具体涉及一种高性能不锈钢超细丝材及其制造方法，更具体地，涉及一种高性能1Cr13合金超细丝材及其制造方法。

技术介绍

[0002]1Cr13是一种马氏体型不锈钢，根据国家标准，该合金化学成分重量百分比为(Wt
‑
％)：C：0.08～0.15，Si≤1.0，Mn≤1.0，P≤0.040，S≤0.030，Cr：11.5～13.5，Ni≤0.60，Fe：余量。该合金经淬火+回火后使用，强度、塑性及韧性配合较好；在温度不超过30℃的弱腐蚀介质中具有良好的耐蚀性；在700℃以下具有稳定的抗氧化性能。该合金钢适用于制造在腐蚀介质中工作并要求中等强度及高韧性的零部件。目前已广泛应用于各个工业领域，特别是航空航天、汽车、石油化工等。
[0003]美国标准AMS 5611B(STEELBARS,FORGINGS,TUBING,AND RINGS,CORROSION AND MODERATE HEAT RESISTANT 12Cr Ferrite Controlled,Consumable Electrode Melted)中规定，该合金化学成分重量百分比为(Wt
‑
％)：C：0.12～0.15，Si≤0.50，Mn≤0.60，P≤0.025，S≤0.025，Cr：11.5～12.5，Ni≤0.75，Mo≤0.20，Al≤0.05，Cu≤0.50，Sn≤0.05，N≤0.18，Fe：余量。从大产品上切取Φ12.5mm试棒，随后对试棒进行淬火(945
±
5℃、保温1
±
0.1h、空冷)+两次回火(315
±
5℃、保温2
±
0.25h、空冷)后的力学性能应满足R
p0.2
≥1000MPa、R
m
≥1240MPa、A≥10％、Z≥30％。
[0004]目前航空发动机对1Cr13合金超细丝材(Φ3mm以下)提出了更高的力学性能要求，特别是要求规格Φ0.09～Φ0.99mm的1Cr13合金的室温拉伸性能能够达到美国标准AMS 5611B中棒材的力学性能水平。
[0005]CN 102618706A公开了一种1Cr13钢冷拔后回火热处理代替调质处理方法。该文件中1Cr13钢冷拔材规格为Φ12.9mm～Φ41.6mm，不属于超细丝材，且冷拔后回火热处理的1Cr13钢的室温拉伸性能无法达到R
p0.2
≥1000MPa、R
m
≥1240MPa、A≥10％、Z≥30％性能水平。
[0006]CN114752741 A公开了一种提高12Cr13马氏体不锈钢力学性能的方法，将12Cr13马氏体不锈钢在900～1000℃保温处理后，以水淬的方式，快速冷却至室温，进行淬火处理；待完成预处理后，在室温下，对经淬火处理后的12Cr13马氏体不锈钢进行冷轧变形加工，控制压下量在15～30％；待完成加工后，对冷变形加工后的12Cr13马氏体不锈钢进行回火，从而提高12Cr13马氏体不锈钢力学性能。该文件中的12Cr13合金样品形貌为带材，未提及超细丝材。同时，通过冷轧变形和淬火、回火工艺协同处理后的合金的室温拉伸性能也无法达到R
p0.2
≥1000MPa、R
m
≥1240MPa、A≥10％、Z≥30％性能水平。

技术实现思路

[0007]为此，本专利技术实施例提供一种高性能1Cr13合金超细丝材及其制造方法，该1Cr13合金超细丝材具有优异的室温拉伸性能，其规格为Φ0.09～Φ0.99mm时，能达到美国标准
AMS 5611B中棒材力学性能的要求。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0009]根据本专利技术实施例的第一方面，本专利技术提供一种高性能1Cr13合金超细丝材，由如下重量百分数的化学成分组成：C 0.12～0.15％，Si≤0.50％，Mn≤0.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr 12.3～12.5％，Ni≤0.75％，Mo 0.13～0.15％，Al≤0.05％，Cu≤0.50％，Sn≤0.05％，N≤0.18％，Fe余量；其中，C、N、Ni、Mn和Cr的质量百分数满足如下关系式：2.04％≤(C+N)/Cr≤2.06％，6.32％≤(Mn+Ni)/Cr≤6.35％。
[0010]为了解决超细丝材的力学性能无法达到美国标准AMS 5611B中棒材力学性能的技术难题，本专利技术以1Cr13合金成分为基础，充分考虑添加的合金元素与基体Fe之间的相互作用，以及合金元素间的相互作用。研发发现，上述化学成分在上述特定的用量配比关系下，各元素之间发挥最大的增效作用，能够显著提高1Cr13马氏体不锈钢超细丝材的室温拉伸性能，满足R
p0.2
≥1000MPa、R
m
≥1240MPa、A≥10％、Z≥30％，达到美国标准AMS 5611B中棒材的力学性能水平。
[0011]马氏体不锈钢合金的化学成分是决定其力学性能的基础，本专利技术的各主要化学成分的作用如下：
[0012]①
铬：将Cr加入到Fe基合金中，能够缩小奥氏体相区，提高合金的淬透性和耐磨性，改善抗腐蚀能力和抗氧化性能。此外，Cr属于中碳化物形成元素，其形成的碳化物M
23
C6可起到强化晶界的作用，提高合金的综合性能。
[0013]②
钼：向Fe基合金中添加一定含量的Mo元素，由于钼原子半径比较大，比铁原子半径大9～12％，可造成严重的晶格畸变，形成强烈的固溶强化效应，明显提高合金的强度。同时，Mo元素属于强碳化物形成元素，形成的碳化物MC起到细化晶粒的作用，提高合金的综合性能。另外Mo元素还能提高合金的抗腐蚀能力。
[0014]③
碳和氮：1Cr13合金钢的主要强化机理为合金在淬火时形成一定数量的板条马氏体组织，而马氏体是碳在α
‑
Fe中的过饱和固溶体。碳元素是铁基合金的主要元素，同时也是形成碳化物的主要元素，在熔炼凝固末期以及热处理时形成的碳化物，起到细化晶粒的作用，能够降低裂纹空洞萌生和扩展，从而提高合金的强度和塑性。此外，氮元素的作用在合金钢中与碳元素类似。
[0015]④
锰和镍：在铁基合金中，添加一定含量的Mn和Ni元素，均具有扩大奥氏体相区的作用，这对合金的强度起到不利的影响，但有利于合金的塑性。此外，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，可显著改善合金的加工性能和综合力学性能。同时Ni元素能够提高合金的淬透性。
[0016]进一步地，所述超细丝材的规格为Φ0.09～Φ0.99mm。
[0017]根据本专利技术实施例的第二方面，本专利技术提供如上所述的高性能1Cr13合金超细丝材的制造方法，包括如下步骤：
[0018]根据合金设计配比，将Cr、Mo和Fe进行熔炼，之后进行精炼，并加入C、Mn、N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能1Cr13合金超细丝材，其特征在于，由如下重量百分数的化学成分组成：C0.12～0.15％，Si≤0.50％，Mn≤0.60％，P≤0.025％，S≤0.025％，Cr12.3～12.5％，Ni≤0.75％，Mo0.13～0.15％，Al≤0.05％，Cu≤0.50％，Sn≤0.05％，N≤0.18％，Fe余量；其中，C、N、Ni、Mn和Cr的质量百分数满足如下关系式：2.04％≤(C+N)/Cr≤2.06％，6.32％≤(Mn+Ni)/Cr≤6.35％。2.根据权利要求1所述的高性能1Cr13合金超细丝材，其特征在于，所述超细丝材的规格为Φ0.09～Φ0.99mm。3.权利要求1或2所述的高性能1Cr13合金超细丝材的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：根据合金设计配比，将Cr、Mo和Fe进行熔炼，之后进行精炼，并加入C、Mn、Ni和氮化铬铁，待原料充分熔化后，浇注，得到钢锭；对钢锭依次进行热加工、第一退火、拉拔、第二退火、淬火、两次回火，得到所述高性能1Cr13合金超细丝材；其中，所述拉拔的参数为：控制成品变形量为88％～98％。4.根据权利要求3所述的高性能1Cr13合金超细丝材的制造方法，其特征在于，所述热加工的参数为：加热温度为1180～1200℃，保温时间≥2h，冷却方式为缓冷。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：张志伟，薛轶青，牛永吉，高杨，赵文倩，安杨，李振瑞，安宁，
申请(专利权)人：北京北冶功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：