CN116200668B - 一种耐热高强度紧固件材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐热高强度紧固件材料及其制备方法，紧固件材料成分按照质量百分比计算，包括：C：0.1%‑0.12%，Si：0.55%‑0.75%，Mn：1.3%‑1.8%，Ta：0.8%‑1.4%，Cr：14.4%‑17.8%，Ni：8.3%‑11.2%，Y：0.006%‑0.012%，B：0.004%‑0.008%，S≤0.03%，P≤0.045%，余量为Fe以及不可避免的杂质。本发明所制备的紧固件材料是在现有的304不锈钢成分的基础上，进行了一定的调节得到，调节制备的紧固件材料不仅耐腐蚀性更强，能够应付海边高氯的环境，而且还提升了强度和韧性，使强度和韧性保持较高且平衡的水平。
Description
技术领域
本发明涉及紧固件领域，具体涉及一种耐热高强度紧固件材料及其制备方法。
背景技术
紧固件是使用极为广泛的一种产品。在紧固件加工时，需要对待加工紧固件进行夹持定位，以便于车床对待加工紧固件进行可靠加工，以形成质量符合要求的紧固件成品。随着我国科学技术的飞速发展，装备制造业水平不断提高，石油石化、航空航天和造船等行业呈集群化发展，为了满足轻量化和耐腐蚀的需求，采用更高强度的不锈钢紧固件替代合金钢和碳钢紧固件是当今和未来发展的方向，不锈钢紧固件通常采用调质处理提高其强度、塑性和韧性等机械性能，目前的调质处理工艺制得的产品硬度、强度不足，而且报废率较高。
此外，目前市场上最常用的紧固件不锈钢材料为304型号的奥氏体型不锈钢，304不锈钢内含有较多的铬，所以不容易生锈，但是在靠海附近的盐碱环境中使用时，高氯的条件下304不锈钢的表面会产生点蚀，即小范围的局部腐蚀，且其扩散范围超出了铬的防护范围，此外，304不锈钢的强度偏低，如果增强则又会出现韧性降低，现有的技术无法使其兼具高强度和高韧性的优点。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种耐热、耐腐蚀、高强度且高韧性的紧固件材料及其制备方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
本发明第一个目的是提供一种耐热高强度紧固件材料，成分按照质量百分比计算，包括：
C：0.1%-0.12%，Si：0.55%-0.75%，Mn：1.3%-1.8%，Ta：0.8%-1.4%，Cr：14.4%-17.8%，Ni：8.3%-11.2%，Y：0.006%-0.012%，B：0.004%-0.008%，S≤0.03%，P≤0.045%，余量为Fe以及不可避免的杂质。
优选地，所述耐热高强度紧固件材料的制备原料包括生铁、高纯碳粉、高纯金属硅、高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇和二硒化钽。
更优选地，所述生铁的含铁量为92.2%-96.8%，含碳量为2.2%-4.5%。
本发明第二个目的是提供一种耐热高强度紧固件材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将生铁从转炉的炉顶内加入，通过不断地升温，直至全部熔融后，再依次加入原料高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇，搅拌得到钢液；
（2）向转炉内小幅度地吹氧，并且不断地旋转转炉，以除去多余的碳，得到低碳钢液；
（3）依次向低碳钢液内投入脱硫剂，不断旋转转炉，控制硫含量低于0.03%，之后再投入脱磷剂，继续不断旋转转炉，控制磷含量低于0.045%，即脱硫脱磷钢液；
（4）向脱硫脱磷钢液内投入脱氧铝粉，从而脱除钢液中的氧，得到脱氧钢液；
（5）向脱氧钢液内加入高纯碳粉，调节控制碳元素至所需的含量，之后再加入二硒化钽，混合均匀后，得到预处理钢液；
（6）在惰性气体的保护下，将预处理钢液转移至预热后的钢包精炼炉内，底部吹氩，通过仪器检测钢液的具体成分含量，然后再微调加入不足的成分，以使各成分保持在所需的范围内，得到精炼钢液；
（7）将精炼钢液在模具内完成浇铸成锭，然后经过轧制形成粗钢材料；
（8）将粗钢材料依次进行退火、淬火和回火处理，得到所需的耐热高强度紧固件材料。
优选地，第（1）步中，所述熔融温度为1535-1585℃，熔融时间为30-60min；加入原料后，升温至1625-1650℃，保温搅拌10-30min。
优选地，第（1）步中，六硼化钇的粒径是200-800nm，最优为300-500nm。
优选地，第（2）步中，吹氧除碳至碳含量低于0.05%为止。
优选地，第（3）步中，脱硫剂为钙基脱硫剂或镁基脱硫剂，脱磷剂为石灰系脱磷剂。
优选地，第（4）步中，脱除钢液中的氧至钢液中的氧含量低于0.01%即可。
优选地，第（5）步中，二硒化钽粉末的粒径为10-30μm。
优选地，第（6）步中，通过微调加入不足的成分的同时也同步进行了合金化处理。
优选地，第（7）步中，精炼钢液在钢包内静置1-2min后再进行浇铸，浇铸温度为1550-1580℃，浇铸完毕后及时拆卸浇铸件。
优选地，第（7）步中，轧制是先以1.6-2m/s的速度轧制3-5道次，单道次的压下率为10-15%，累计的压下率为40-50%。
优选地，第（8）步中，所述退火的步骤为：将粗钢材料置于炉内以45-50℃/min的速度升温至980-1060℃，保温处理20-30min，然后以25-30℃/min的速度降温至400-450℃，之后随炉自然冷却至室温。
优选地，第（8）步中，所述淬火的步骤为：粗钢材料经过退火后，再次置于炉内以25-30℃/min的速度升温至780-840℃，保温处理30-50min，然后使用水冷的方式冷却至室温。
优选地，第（8）步中，所述回火包括依次进行的高温回火和低温回火，高温回火为：粗钢材料经过淬火后，再次置于炉内以20-30℃/min的速度升温至500-550℃，保温处理1-2h，然后随炉自然降至室温；低温回火为：待高温回火降至室温后，再次以10-20℃/min的速度升温至200-250℃，保温处理2-4h，然后随炉自然降至室温。
本发明的有益效果为：
1、本发明所制备的紧固件材料是在现有耐高温的304不锈钢成分的基础上，进行了一定的调节得到，调节制备的紧固件材料不仅耐腐蚀性更强，能够应付海边高氯的环境，而且还提升了强度和韧性，使强度和韧性保持较高且平衡的水平。
2、在本发明对钢材的处理过程中，使用六硼化钇替代了传统的以硼铁的方式引入硼元素，六硼化钇需要控制粒径为纳米级，最佳为300-500nm，由于作为不熔物加入至钢液内，粒径过大会引起在钢材内分布不均匀而影响其性能，粒径过小融化温度也会相应降低，过低的融化温度会熔于钢液内，使无法取得相应的效果。
3、六硼化钇作为添加剂除了有硼元素的引入，同时还有钇元素以一定比例引入，能够一定程度上增加钢材的耐高温性、韧性和抗氧化性。此外，本发明通过检测发现，钇元素以六硼化钇的形式加入能够取得“少量高效”的效果，即比传统的加入量偏少，却能够达到与传统钇相似甚至更好的效果。
4、此外，本发明还加入了二硒化钽化合物，该化合物为六方晶结构，主要是为了引入耐腐蚀性更好的钽元素。与此同时，本发明将其加入的顺序设置在脱硫脱磷以及脱氧后，主要是结合其熔点低以及所含有的硒元素能够与氧结合的特点。过早加入的话，其中的硒容易在前期被完全消耗，而在脱氧以及调整碳含量后加入，不仅能够进一步降低钢液内氧含量，同时有细化晶粒、固定碳元素的作用，进而提升钢材的性能表现。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
需要指出的是，在一般情况下，少量的硼（占钢材质量的0.001%-0.005%）加入至钢材料中，能够提升钢材的淬透性，从而提升钢材的致密性和强度，但是碳的存在会一定程度上影响硼元素的性能发挥，但是过量的硼又会使钢材变脆而影响其韧性。基于此，本发明尝试将硼以化合物的方式熔融后加入至钢材内，在经过多种化合物的测试后发现钢材的质量反而下降，猜测可能硼化物的熔点过高而导致炼钢温度也提升较高所导致，于是发明人改变思路将硼化物以固体的形式加入至钢液内，硼化物本发明选择了具有高熔点、高硬度、高弹性模量以及优秀的热稳定性的六硼化钇，同时结合后续的热处理调整，最终形成的钢材相比较于直接加入熔融的硼元素具有更好的力学表现。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种耐热高强度紧固件材料，成分按照质量百分比计算，包括：
C：0.11%，Si：0.55%，Mn：1.8%，Ta：1.0%，Cr：16.4%，Ni：8.3%，Y：0.006%，B：0.004%，S≤0.03%，P≤0.045%，余量为Fe以及不可避免的杂质。
所述耐热高强度紧固件材料的制备原料包括生铁、高纯碳粉、高纯金属硅、高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇和二硒化钽。
其中，所述生铁的含铁量为92.2%，含碳量为4.5%；高纯碳粉的纯度≥99.99%，粒径为1.5-2μm，水分含量≤0.3%；高纯金属硅的纯度≥99.9%；高纯铬粉的纯度≥99.9%；高纯镍粉的纯度≥99.99%；六硼化钇的纯度≥99.9%，粒径是300-500nm；二硒化钽粉末的纯度≥99.9%，粒径为10-20μm。
上述耐热高强度紧固件材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将生铁从转炉的炉顶内加入，通过不断地升温，直至全部熔融，熔融温度为1535℃，熔融时间为30min；再依次加入原料高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇，再次升温至1625℃，保温搅拌10min，搅拌得到钢液；
（2）向转炉内小幅度地吹氧，并且不断地旋转转炉，以除去多余的碳，至碳含量低于0.05%，得到低碳钢液；
（3）依次向低碳钢液内投入脱硫剂，脱硫剂为钙基脱硫剂或镁基脱硫剂，不断旋转转炉，控制硫含量低于0.03%，之后再投入脱磷剂，脱磷剂为石灰系脱磷剂，继续不断旋转转炉，控制磷含量低于0.045%，即脱硫脱磷钢液；
（4）向脱硫脱磷钢液内投入脱氧铝粉，从而脱除钢液中的氧，至钢液中的氧含量低于0.01%，得到脱氧钢液；
（5）向脱氧钢液内加入高纯碳粉，调节控制碳元素至所需的含量，之后再加入二硒化钽，混合均匀后，得到预处理钢液；
（6）在惰性气体的保护下，将预处理钢液转移至预热后的钢包精炼炉内，底部吹氩，通过仪器检测钢液的具体成分含量，然后再微调加入不足的成分，以使各成分保持在所需的范围内，微调的同时也进行了合金化处理，得到精炼钢液；
（7）将精炼钢液在钢包内静置1-2min后，于模具内完成浇铸成锭，浇铸温度为1550℃，浇铸完毕后及时拆卸浇铸件，再以1.6m/s的速度轧制3道次，单道次的压下率为15%，累计的压下率为45%，形成粗钢材料；
（8）将粗钢材料依次进行退火、淬火和回火的热处理过程：
退火的步骤为：将粗钢材料置于炉内以45℃/min的速度升温至980℃，保温处理30min，然后以25℃/min的速度降温至400℃，之后随炉自然冷却至室温；
淬火的步骤为：粗钢材料经过退火后，再次置于炉内以25℃/min的速度升温至780℃，保温处理30min，然后使用水冷的方式冷却至室温；
回火包括依次进行的高温回火和低温回火，高温回火为：粗钢材料经过淬火后，再次置于炉内以20℃/min的速度升温至500℃，保温处理2h，然后随炉自然降至室温；低温回火为：待高温回火降至室温后，再次以10℃/min的速度升温至200℃，保温处理4h，然后随炉自然降至室温；
热处理完成后，最终得到所需的耐热高强度紧固件材料。
实施例2
一种耐热高强度紧固件材料，成分按照质量百分比计算，包括：
C：0.12%，Si：0.63%，Mn：1.4%，Ta：1.2%，Cr：15.3%，Ni：10.4%，Y：0.009%，B：0.006%，S≤0.03%，P≤0.045%，余量为Fe以及不可避免的杂质。
所述耐热高强度紧固件材料的制备原料包括生铁、高纯碳粉、高纯金属硅、高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇和二硒化钽。
其中，所述生铁的含铁量为95.6%，含碳量为2.8%；高纯碳粉的纯度≥99.99%，粒径为1.5-2μm，水分含量≤0.3%；高纯金属硅的纯度≥99.9%；高纯铬粉的纯度≥99.9%；高纯镍粉的纯度≥99.99%；六硼化钇的纯度≥99.9%，粒径是300-500nm；二硒化钽粉末的纯度≥99.9%，粒径为15-20μm。
上述耐热高强度紧固件材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将生铁从转炉的炉顶内加入，通过不断地升温，直至全部熔融，熔融温度为1560℃，熔融时间为45min；再依次加入原料高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇，再次升温至1650℃，保温搅拌20min，搅拌得到钢液；
（2）向转炉内小幅度地吹氧，并且不断地旋转转炉，以除去多余的碳，至碳含量低于0.05%，得到低碳钢液；
（3）依次向低碳钢液内投入脱硫剂，脱硫剂为钙基脱硫剂或镁基脱硫剂，不断旋转转炉，控制硫含量低于0.03%，之后再投入脱磷剂，脱磷剂为石灰系脱磷剂，继续不断旋转转炉，控制磷含量低于0.045%，即脱硫脱磷钢液；
（4）向脱硫脱磷钢液内投入脱氧铝粉，从而脱除钢液中的氧，至钢液中的氧含量低于0.01%，得到脱氧钢液；
（5）向脱氧钢液内加入高纯碳粉，调节控制碳元素至所需的含量，之后再加入二硒化钽，混合均匀后，得到预处理钢液；
（6）在惰性气体的保护下，将预处理钢液转移至预热后的钢包精炼炉内，底部吹氩，通过仪器检测钢液的具体成分含量，然后再微调加入不足的成分，以使各成分保持在所需的范围内，微调的同时也进行了合金化处理，得到精炼钢液；
（7）将精炼钢液在钢包内静置1min后，于模具内完成浇铸成锭，浇铸温度为1560℃，浇铸完毕后及时拆卸浇铸件，再以2m/s的速度轧制4道次，单道次的压下率为10%，累计的压下率为40%，形成粗钢材料；
（8）将粗钢材料依次进行退火、淬火和回火的热处理过程：
退火的步骤为：将粗钢材料置于炉内以50℃/min的速度升温至1020℃，保温处理25min，然后以30℃/min的速度降温至450℃，之后随炉自然冷却至室温；
淬火的步骤为：粗钢材料经过退火后，再次置于炉内以30℃/min的速度升温至820℃，保温处理40min，然后使用水冷的方式冷却至室温；
回火包括依次进行的高温回火和低温回火，高温回火为：粗钢材料经过淬火后，再次置于炉内以25℃/min的速度升温至525℃，保温处理1h，然后随炉自然降至室温；低温回火为：待高温回火降至室温后，再次以15℃/min的速度升温至250℃，保温处理3h，然后随炉自然降至室温；
热处理完成后，最终得到所需的耐热高强度紧固件材料。
实施例3
一种耐热高强度紧固件材料，成分按照质量百分比计算，包括：
C：0.1%，Si：0.65%，Mn：1.3%，Ta：0.8%，Cr：14.4%，Ni：9.5%，Y：0.006%，B：0.004%，S≤0.03%，P≤0.045%，余量为Fe以及不可避免的杂质。
所述耐热高强度紧固件材料的制备原料包括生铁、高纯碳粉、高纯金属硅、高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇和二硒化钽。
其中，所述生铁的含铁量为93.8%，含碳量为3.6%；高纯碳粉的纯度≥99.99%，粒径为1.5-2μm，水分含量≤0.3%；高纯金属硅的纯度≥99.9%；高纯铬粉的纯度≥99.9%；高纯镍粉的纯度≥99.99%；六硼化钇的纯度≥99.9%，粒径是300-500nm；二硒化钽粉末的纯度≥99.9%，粒径为20-30μm。
上述耐热高强度紧固件材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将生铁从转炉的炉顶内加入，通过不断地升温，直至全部熔融，熔融温度为1585℃，熔融时间为60min；再依次加入原料高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇，再次升温至1650℃，保温搅拌30min，搅拌得到钢液；
（2）向转炉内小幅度地吹氧，并且不断地旋转转炉，以除去多余的碳，至碳含量低于0.05%，得到低碳钢液；
（3）依次向低碳钢液内投入脱硫剂，脱硫剂为钙基脱硫剂或镁基脱硫剂，不断旋转转炉，控制硫含量低于0.03%，之后再投入脱磷剂，脱磷剂为石灰系脱磷剂，继续不断旋转转炉，控制磷含量低于0.045%，即脱硫脱磷钢液；
（4）向脱硫脱磷钢液内投入脱氧铝粉，从而脱除钢液中的氧，至钢液中的氧含量低于0.01%，得到脱氧钢液；
（5）向脱氧钢液内加入高纯碳粉，调节控制碳元素至所需的含量，之后再加入二硒化钽，混合均匀后，得到预处理钢液；
（6）在惰性气体的保护下，将预处理钢液转移至预热后的钢包精炼炉内，底部吹氩，通过仪器检测钢液的具体成分含量，然后再微调加入不足的成分，以使各成分保持在所需的范围内，微调的同时也进行了合金化处理，得到精炼钢液；
（7）将精炼钢液在钢包内静置2min后，于模具内完成浇铸成锭，浇铸温度为1580℃，浇铸完毕后及时拆卸浇铸件，再以2m/s的速度轧制5道次，单道次的压下率为10%，累计的压下率为50%，形成粗钢材料；
（8）将粗钢材料依次进行退火、淬火和回火的热处理过程：
退火的步骤为：将粗钢材料置于炉内以50℃/min的速度升温至1060℃，保温处理20min，然后以30℃/min的速度降温至450℃，之后随炉自然冷却至室温；
淬火的步骤为：粗钢材料经过退火后，再次置于炉内以30℃/min的速度升温至840℃，保温处理50min，然后使用水冷的方式冷却至室温；
回火包括依次进行的高温回火和低温回火，高温回火为：粗钢材料经过淬火后，再次置于炉内以30℃/min的速度升温至550℃，保温处理1h，然后随炉自然降至室温；低温回火为：待高温回火降至室温后，再次以20℃/min的速度升温至250℃，保温处理2h，然后随炉自然降至室温；
热处理完成后，最终得到所需的耐热高强度紧固件材料。
实施例4
一种耐热高强度紧固件材料，成分按照质量百分比计算，包括：
C：0.1%，Si：0.68%，Mn：1.6%，Ta：1.4%，Cr：17.8%，Ni：9.2%，Y：0.012%，B：0.008%，S≤0.03%，P≤0.045%，余量为Fe以及不可避免的杂质。
所述耐热高强度紧固件材料的制备原料包括生铁、高纯碳粉、高纯金属硅、高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇和二硒化钽。
其中，所述生铁的含铁量为95.2%，含碳量为2.5%；高纯碳粉的纯度≥99.99%，粒径为1.5-2μm，水分含量≤0.3%；高纯金属硅的纯度≥99.9%；高纯铬粉的纯度≥99.9%；高纯镍粉的纯度≥99.99%；六硼化钇的纯度≥99.9%，粒径是300-500nm；二硒化钽粉末的纯度≥99.9%，粒径为10-20μm。
其制备方法与实施例2相同。
实施例5
一种耐热高强度紧固件材料，成分按照质量百分比计算，包括：
C：0.12%，Si：0.75%，Mn：1.5%，Ta：0.9%，Cr：15.2%，Ni：11.2%，Y：0.009%，B：0.006%，S≤0.03%，P≤0.045%，余量为Fe以及不可避免的杂质。
所述耐热高强度紧固件材料的制备原料包括生铁、高纯碳粉、高纯金属硅、高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇和二硒化钽。
其中，所述生铁的含铁量为96.8%，含碳量为2.2%；高纯碳粉的纯度≥99.99%，粒径为1.5-2μm，水分含量≤0.3%；高纯金属硅的纯度≥99.9%；高纯铬粉的纯度≥99.9%；高纯镍粉的纯度≥99.99%；六硼化钇的纯度≥99.9%，粒径是300-500nm；二硒化钽粉末的纯度≥99.9%，粒径为20-30μm。
其制备方法与实施例2相同。
对照例1
一种紧固件材料，与实施例2的不同之处在于，所述耐热高强度紧固件材料的制备原料不包括六硼化钇和二硒化钽，其余与实施例2的制备过程相同。
对照例2
一种紧固件材料，与实施例2的不同之处在于，所述耐热高强度紧固件材料的制备原料不包括六硼化钇和二硒化钽，但是替换为等质量含量的单质钽、硒、钇和硼，其余与实施例2的制备过程相同。
对照例3
一种紧固件材料，与实施例2的不同之处在于，所述耐热高强度紧固件材料的制备原料不包括六硼化钇，其余与实施例2的制备过程相同。
对照例4
一种紧固件材料，与实施例2的不同之处在于，所述耐热高强度紧固件材料的制备原料不包括二硒化钽，其余与实施例2的制备过程相同。
实验例
将实施例2、对照例1-4得到的紧固件材料的性能进行评测，评测结果如下表1。
表1 紧固件材料的性能评测结果
| 实施例2 | 对照例1 | 对照例2 | 对照例3 | 对照例4 | |
| 抗拉强度（MPa） | 827 | 639 | 723 | 786 | 751 |
| 屈服强度（MPa） | 436 | 252 | 324 | 389 | 353 |
| -196℃冲击吸收功Akv（J） | 54.1 | 31.6 | 40.8 | 48.7 | 50.3 |
| 维氏硬度（HV） | 321 | 212 | 247 | 325 | 289 |
| 耐高温（℃） | ＞800 | ＞800 | ＞800 | ＞800 | ＞800 |
| 5wt%NaCl盐雾条件下的腐蚀速率（mm/a） | 0.011 | 0.135 | 0.078 | 0.015 | 0.024 |
表1中抗拉强度和屈服强度是按照金属材料拉伸试验标准方法进行检测，参考标准GB/T 228.1-2010；冲击吸收功是-196℃低温夏比（V形缺口）的冲击试验检测，参考标准GB/T 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》；耐氯离子腐蚀是以GB/T 19292.4-2018《金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性》的腐蚀速率为计算方法，而腐蚀方法是在温度为35℃的盐雾试验机内，以人工模拟海水环境进行加速腐蚀实验，试验机内氯化钠的重量（wt）浓度为5%。
通过上表1中的数据能够看出，实施例2得到的紧固件材料的与常规的304钢材（对比例1）相比，不仅在强度、硬度和冲击韧性上有较大提升，且在5%氯化钠的腐蚀条件下，腐蚀速率远远低于常规的304钢材的腐蚀速率。综上，说明本发明制备的紧固件材料比市场上的304不锈钢具有在强度和韧性上的平衡和兼顾，此外耐海水腐蚀性的表现也更为优异。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种耐热高强度紧固件材料，其特征在于，成分按照质量百分比计算，包括：
C：0.1%-0.12%，Si：0.55%-0.75%，Mn：1.3%-1.8%，Ta：0.8%-1.4%，Cr：14.4%-17.8%，Ni：8.3%-11.2%，Y：0.006%-0.012%，B：0.004%-0.008%，S≤0.03%，P≤0.045%，余量为Fe以及不可避免的杂质；
所述耐热高强度紧固件材料的制备原料包括生铁、高纯碳粉、高纯金属硅、高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇和二硒化钽；
所述的耐热高强度紧固件材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将生铁从转炉的炉顶内加入，通过不断地升温，直至全部熔融后，再依次加入原料高纯铬粉、高纯镍粉、六硼化钇，搅拌得到钢液；
（2）向转炉内小幅度地吹氧，并且不断地旋转转炉，以除去多余的碳，得到低碳钢液；
（3）依次向低碳钢液内投入脱硫剂，不断旋转转炉，控制硫含量低于0.03%，之后再投入脱磷剂，继续不断旋转转炉，控制磷含量低于0.045%，即脱硫脱磷钢液；
（4）向脱硫脱磷钢液内投入脱氧铝粉，从而脱除钢液中的氧，得到脱氧钢液；
（5）向脱氧钢液内加入高纯碳粉，调节控制碳元素至所需的含量，之后再加入二硒化钽，混合均匀后，得到预处理钢液；
（6）在惰性气体的保护下，将预处理钢液转移至预热后的钢包精炼炉内，底部吹氩，通过仪器检测钢液的具体成分含量，然后再微调加入不足的成分，以使各成分保持在所需的范围内，得到精炼钢液；
（7）将精炼钢液在模具内完成浇铸成锭，然后经过轧制形成粗钢材料；
（8）将粗钢材料依次进行退火、淬火和回火处理，得到所需的耐热高强度紧固件材料；
其中，六硼化钇的粒径是300-500nm；高纯碳粉的纯度≥99.99%；高纯金属硅的纯度≥99.9%；高纯铬粉的纯度≥99.9%；高纯镍粉的纯度≥99.99%。
2.根据权利要求1所述的一种耐热高强度紧固件材料，其特征在于，所述生铁的含铁量为92.2%-96.8%，含碳量为2.2%-4.5%。
3.根据权利要求1所述的一种耐热高强度紧固件材料，其特征在于，第（1）步中，所述熔融温度为1535-1585℃，熔融时间为30-60min；加入原料后，升温至1625-1650℃，保温搅拌10-30min。
4.根据权利要求1所述的一种耐热高强度紧固件材料，其特征在于，第（5）步中，二硒化钽粉末的粒径为10-30μm。
5.根据权利要求1所述的一种耐热高强度紧固件材料，其特征在于，第（2）步中，吹氧除碳至碳含量低于0.05%为止；第（4）步中，脱除钢液中的氧至钢液中的氧含量低于0.01%即可。
6.根据权利要求1所述的一种耐热高强度紧固件材料，其特征在于，第（3）步中，脱硫剂为钙基脱硫剂或镁基脱硫剂，脱磷剂为石灰系脱磷剂。
7.根据权利要求1所述的一种耐热高强度紧固件材料，其特征在于，第（7）步中，精炼钢液在钢包内静置1-2min后再进行浇铸，浇铸温度为1550-1580℃，浇铸完毕后及时拆卸浇铸件。
8.根据权利要求1所述的一种耐热高强度紧固件材料，其特征在于，第（7）步中，轧制是先以1.6-2m/s的速度轧制3-5道次，单道次的压下率为10-15%，累计的压下率为40-50%。
9.根据权利要求1所述的一种耐热高强度紧固件材料，其特征在于，第（8）步中，所述退火的步骤为：将粗钢材料置于炉内以45-50℃/min的速度升温至980-1060℃，保温处理20-30min，然后以25-30℃/min的速度降温至400-450℃，之后随炉自然冷却至室温；
所述淬火的步骤为：粗钢材料经过退火后，再次置于炉内以25-30℃/min的速度升温至780-840℃，保温处理30-50min，然后使用水冷的方式冷却至室温；
所述回火包括依次进行的高温回火和低温回火，高温回火为：粗钢材料经过淬火后，再次置于炉内以20-30℃/min的速度升温至500-550℃，保温处理1-2h，然后随炉自然降至室温；低温回火为：待高温回火降至室温后，再次以10-20℃/min的速度升温至200-250℃，保温处理2-4h，然后随炉自然降至室温。
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-
2023
- 2023-04-17 CN CN202310406002.XA patent/CN116200668B/zh active Active
Patent Citations (7)
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