一种具有高低温韧性的高氮钢及其制备方法
阅读说明：本技术 一种具有高低温韧性的高氮钢及其制备方法 (High-nitrogen steel with high and low-temperature toughness and preparation method thereof ) 是由 缪秋霞 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有高低温韧性的高氮钢,其化学成分的质量百分比为Cr 21.2～21.8％、Mn 16.8～17.5％、Mo 0.5～0.85％、Ni 1.5～2.0％、Si 0.01～0.1％、C 0.02～0.05％、N 0.5～1.0％、S 0.001～0.003％、P 0.016～0.02％,余量为Fe和不可避免的杂质。本发明在一定程度上降低镍含量的同时具有高的低温韧性。(The invention discloses high-nitrogen steel with high low-temperature toughness, which comprises the following chemical components, by mass, 21.2-21.8% of Cr, 16.8-17.5% of Mn, 0.5-0.85% of Mo, 1.5-2.0% of Ni, 0.01-0.1% of Si, 0.02-0.05% of C, 0.5-1.0% of N, 0.001-0.003% of S, 0.016-0.02% of P, and the balance of Fe and inevitable impurities. The invention has high low-temperature toughness while reducing the nickel content to a certain extent.)
技术领域
本发明涉及高氮钢冶炼技术领域，尤其是涉及一种具有高低温韧性的高氮钢及其制备方法。
背景技术
一般认为基体组织为奥氏体且含氮量超过0.4wt％，或基体组织为铁素体且含氮量超过0.08wt％的钢称为高氮钢。奥氏体不锈钢具有极好的抗腐蚀性和生物相容性，并且无磁性，从而可以应用于很多行业，但是其镍含量一般≥8wt％，存在硬度偏低、耐磨性较差的问题，用于人体组织时，镍的浸出容易造成人体的过敏。
另外，镍是一种贵重的稀缺金属，为了降低钢材的成本，也需要不断降低钢中镍的使用量，因此开发低镍含量、且具有较好综合性能的不锈钢，是本领域研究人员广泛关注的发展方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有高低温韧性的高氮钢及其制备方法。本发明在一定程度上降低镍含量的同时具有高的低温韧性。
本发明的技术方案如下：
一种具有高低温韧性的高氮钢，其化学成分的质量百分比为Cr 21.2～21.8％、Mn16.8～17.5％、Mo 0.5～0.85％、Ni 1.5～2.0％、Si 0.01～0.1％、C 0.02～0.05％、N 0.5～1.0％、S 0.001～0.003％、P 0.016～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种所述具有高低温韧性的高氮钢的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将工业纯铁、氮化铬铁、氮化锰、氮化钼铁、氮化镍、稀土合金装炉，加热熔炼；
(2)在步骤(1)加热熔炼得到的钢液中，通入氮气，待钢液中氮达到饱和后，停止通氮气，升温至1560-1600℃后；
(3)取样分析，各元素调整到设定数值，并根据结果进行氮的微调；
(4)之后出炉浇注，冷却至室温得到所述具有高低温韧性的高氮钢。
步骤(1)中，加热熔炼的温度为1450～1550℃。
所述工业纯铁中碳含量≤0.05wt％；氮化镍的纯度≥99wt％，粒径为100目。
所述氮化铬铁中氮含量为4wt％，铬含量是60wt％；氮化锰中氮含量为8wt％，锰含量为90wt％；氮化钼铁中氮含量8wt％，钼含量为60wt％。
一种所述具有高低温韧性的高氮钢的应用，用于潜艇壳或破冰船外壳。
本发明有益的技术效果在于：
本发明综合考虑了各元素的结构特性，通过各元素的协同配伍作用，最终高氮钢具有优异的综合性一种具有高低温韧性的高氮钢及其制备方法能。本发明高氮钢具有高强高塑高韧、无磁、耐腐蚀、生物相容好等优越的综合性能。
附图说明
图1为本发明实施例1所得高氮钢进行盐雾试验的照片。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例中化学成份分析的试验方法依据GB/T 20123-2006、GB/T 20124-2006、NACIS/C H008：2013、NACIS/C H009：2013、NACIS/C H011：2013、NACIS/C H116：2013。
实施例1
一种具有高低温韧性的高氮钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将工业纯铁、氮化铬铁、氮化锰、氮化钼铁、氮化镍、稀土合金装炉，加热熔炼；
(2)在步骤(1)加热熔炼得到的钢液中，通入氮气，待钢液中氮达到饱和后，停止通氮气，升温至1600℃后；
(3)取样分析，各元素调整到设定数值，并根据结果进行氮的微调；
(4)之后出炉浇注，冷却至室温得到所述高氮钢。本实施例所得高氮钢的化学成份如表1所示：(％)
表1
样品
Cr
Mn
Mo
Ni
Si
C
N
S
P
实施例1
21.70
17.32
0.83
1.82
0.017
0.043
0.81
＜0.0030
0.019
按照GB/T 228.1-2010的试验方法，测试本实施例所得高氮钢的拉伸性能，测试结果如表2所示。
表2
按照GB/T229-2007的试验方法，测试本实施例所得高氮钢的冲击性能，测试结果如表3所示。
表3
采用GB/T 10125-2012的试验方法，测试本实施例所得高氮钢的耐中性盐雾试验，对试样进行清洗干燥，将试样放入盐雾试验箱后开始试验，试验共进行168h。检测条件如表4所示，测试照片如图1所示。
表4
试验溶液NaCl(分析纯试剂)(g/L)
50
喷雾箱温度(℃)
35
饱和压力桶温度(℃)
47
雾化压缩空气(kPa)
120
盐雾沉降量(mL/80cm<sup>2</sup>/h)
1.6
原液pH值
6.8
收集液pH值
6.6
收集液密度(g/cm<sup>3</sup>)
1.033
喷雾方式
连续喷雾
试样放置角度
与垂直方向成20°
试验时间(h)
168
经过上述试验，本实施例所得高氮钢经过中性盐雾168h后未见锈蚀，具有优异的耐腐蚀性。
采用ASTM A342-14的试验方法，测试本实施例所得高氮钢的磁导系数，测量最大磁场H为200Oe，测量环境温度为25.0℃；测得本实施例所得高氮钢的相对磁导率μ200为1.002；说明本实施例所得高氮钢无磁性。
实施例2
一种具有高低温韧性的高氮钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将工业纯铁、氮化铬铁、氮化锰、氮化钼铁、氮化镍、稀土合金装炉，加热熔炼；
(2)在步骤(1)加热熔炼得到的钢液中，通入氮气，待钢液中氮达到饱和后，停止通氮气，升温至1560℃后；
(3)取样分析，各元素调整到设定数值，并根据结果进行氮的微调；
(4)之后出炉浇注，冷却至室温得到所述高氮钢。
实施例3
一种具有高低温韧性的高氮钢的制备方法，包括如下步骤：
(1)将工业纯铁、氮化铬铁、氮化锰、氮化钼铁、氮化镍、稀土合金装炉，加热熔炼；
(2)在步骤(1)加热熔炼得到的钢液中，通入氮气，待钢液中氮达到饱和后，停止通氮气，升温至1580℃后；
(3)取样分析，各元素调整到设定数值，并根据结果进行氮的微调；
(4)之后出炉浇注，冷却至室温得到所述高氮钢。