[发明专利]一种低热膨胀系数合金钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属冶炼技术领域，特别是涉及一种低热膨胀系数合金钢及其制备方法。

背景技术

钢，是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称。钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢（碳钢）或普通钢；在实际生产中，钢往往根据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、镍、钒等等。人类对钢的应用和研究历史相当悠久，但是直到19世纪贝氏炼钢法发明之前，钢的制取都是一项高成本低效率的工作。如今，钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分，可以说钢是现代社会的物质基础。

目前使用的钢材料热膨胀系数较大，当温度发生较大改变时产生的胀缩现象更为明显，因此满足不了一些工况的要求，严重时还会被人们的财产和人身安全产生威胁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种低热膨胀系数合金钢及其制备方法，不仅可以提高合金钢的强度，还可以提高合金钢的高温稳定性，有效地降低合金钢的热膨胀系数。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：

一种低热膨胀系数合金钢，其化学成分的质量百分比为：C：0.34-0.56%、Cr:18.56-21.34%、Mo：0.96-1.35%、Al：0.74-0.88%、Ti：0.55-0.74%、Si：0.23-0.37%、P：0.11-0.15%、W：0.15-0.18%、Nb：0.02-0.06%、Zn：2.12-2.88%、Ni：5.24-6.77%、N：0.35-0.42%、Mn：0.12-0.26%，余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步的，其化学成分的质量百分比为：C：0.34%、Cr:18.56%、Mo：0.96%、Al：0.74%、Ti：0.55%、Si：0.23%、P：0.11%、W：0.15%、Nb：0.02%、Zn：2.12%、Ni：5.24%、N：0.35%、Mn：0.12%，余量为Fe和不可避免的杂质。

前所述的一种低热膨胀系数合金钢，其化学成分的质量百分比为：C： 0.56%、Cr:21.34%、Mo：1.35%、Al：0.88%、Ti：0.74%、Si：0.37%、P：0.15%、W：0.18%、Nb：0.06%、Zn：2.88%、Ni：6.77%、N：0.42%、Mn：0.26%，余量为Fe和不可避免的杂质。

前所述的一种低热膨胀系数合金钢，其化学成分的质量百分比为：C：0.45%、Cr:20.14%、Mo：1.18%、Al：0.82%、Ti：0.65%、Si：0.29%、P：0.13%、W：0.17%、Nb：0.04%、Zn：2.45%、Ni：5.94%、N：0.39%、Mn：0.19%，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提供了一种低热膨胀系数合金钢的制备方法，包括以下步骤：

S1：按质量百分比称取各原料，然后将原料放入真空炉坩埚底部，将真空炉坩埚抽内真空度1.5Mpa，升温至1500～1550℃，进行高温精炼；再保持温度1250～1300℃，进行低温精炼；最后降温冷却至1000～1130℃，出坩埚，浇注成合金棒；

S2：将合金棒放置在自耗电极熔炼炉中，炉中自耗电极底部和坩埚底部之间形成电弧，然后迅速产生一个金属熔池，合金棒在其中进行熔炼，完成后得到合金锭；

S3：将合金锭置于电子束熔炼炉体内，调节电子束熔炼炉体内的真空度0.03～0.04Pa，电子枪体使电子束流轰击到合金锭上直至完全熔化、并熔炼20-25min后加入精炼剂进行精炼除渣，然后浇入铸模进行铸型得到钢材；

S4：将钢材在180～200℃的条件下进行固溶处理；随后将固溶处理后的钢材随后放入盐浴淬火槽内与熔盐进行中温盐浴淬火，控制温度为160～180℃，保温1～2h，然后将钢材放入回火炉中，将炉温调至725℃进行回火处理，回火时间为30-35分钟，回火后冷却至室温，之后再将钢材放入回火炉中，将炉温调至650℃，进行二次回火，回火时间为35-40分钟，回火后再次冷却至室温；

S5：用超声波无损探伤仪检测钢材内部是否有裂痕，如有裂痕则为废品，检验合格的为成品，入库。

前所述的一种低热膨胀系数合金钢的制备方法，S3中电子束流以2mA/s速度增加至100mA。

前所述的一种低热膨胀系数合金钢的制备方法，S4中固溶处理的时间为1～1.5h。

本发明的有益效果是：