CN102021500A - 一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢，其化学成分按重量百分比计为：C≤0.03；Si≤1.0；Mn≤2.0；Ni：16～20；Cr：19～22；N：0.2～0.35；Mo：6.0～7.0；Cu≤1.0；Nb≤0.5；V≤0.5；B≤0.1；Zr≤0.1；余量为Fe。制备方法包括以下步骤：a)熔炼；b)锻造；c)固溶处理。本发明的合金与现有同类型最高性能合金相比，不仅具有良好的力学性能、优异的耐腐蚀性能、具有更佳的加工性能、更高的性价比；因为具有上述更优异的性能，新合金使用范围更广泛、使用寿命更长、使用经济性更好，并能够解决一些其它合金无法解决或解决不好的问题，从而促进相关行业的技术进步和产业发展，带动企业和地区的经济发展，其经济效益和社会效益是显著的。

Description

一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢

技术领域

本发明涉及一种金属材料，特别涉及一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢。

背景技术

通常的不锈钢是指在某种环境条件下具有一定抗腐蚀破坏能力的铁基金属结构材料。Cr是获得耐腐蚀性的基本元素，除Cr外，常用的合金元素还有Ni、Mo、Mn、Ti、Nb、Cu、N等。不同的成分设计可以获得不同的组织和性能，以满足不同用途的需要。从目前用量最广的奥氏体不锈钢看来，由于具有一定的强度、良好的韧塑性、弱磁性，以及优异的冷热成型性能，在各种工业领域得到了广泛的应用。世界奥氏体不锈钢的产量和用量一直约占不锈钢总产量及用量的70％。奥氏体不锈钢从18Cr-8Ni开始，不断发展演变，形成Cr-Ni(即300系)、Cr-Mn-Ni(即200系)和高Cr高Ni(或高Mo)超级不锈钢系列。300系是在18Cr-8Ni的基础上直接演变的，含有约18％的Cr、8％～15％的Ni、约0.1％的C，少量的Mn、Si或Mo及其它微量元素。在300系的基础上，通过提高Mn含量、降低Ni含量，添加(或提高)N含量，可得到200系。对于腐蚀较为苛刻的场合，比如高浓度氯离子介质或海水等环境，普通不锈钢已不能满足使用要求，往往需要选用高Cr、高Ni、高Mo的超级不锈钢。超级不锈钢作为介于普通不锈钢与镍基合金之间的佼佼者，Cr或Ni含量一般都达18～26％，Mo含量则达4～8％，点蚀当量PRE(PRE＝％Cr+3.3×(％Mo+0.5×％W)+16×％N)大于40(甚至大于42)。通常将这种PRE当量大于42的超级不锈钢也称为6Mo型不锈钢。6Mo型不锈钢最先是由国外开发的(目前国内还没有独立自主知识产权的牌号)。

为了获得良好的点蚀能力而开发的具有相对较高Cr、Mo含量的奥氏体不锈钢自1970年起就陆续有专利出来，比如美国专利U.S.Pat.No.3547625、U.S.Pat.No.3716353和U.S.Pat.No.3129120等，但较高的Mo含量会导致不锈钢的热加工性能严重恶化。1977年美国专利U.S.Pat.No.4007038公布了提高高Mo含量、高耐点蚀性不锈钢热加工性能的方法。不过这期间并没有成功商业牌号推出。直到1978年瑞典Avesta公司申报了世界第一个6Mo型不锈钢的专利(专利号U.S.Pat.No.4,078,920)，并在市场上成功推出了254SMO，在当时高合金不锈钢市场中备受青睐。不过该不锈钢在热加工性能上具有先天不足。1982年Carpenter技术公司申报了20Mo-6合金专利(专利号U.S.Pat.No.4,201,575，实质上是在20Cb的基础改进的)，其Ni含量高达33-37％。1985年Allegheny Ludlum钢铁公司申报AL-6XN合金专利(专利号U.S.Pat.No.4545826)，其Ni含量高达20-30％。1992年Avesta公司在254SMO基础上提高Cr、Ni、Mo、N含量，推出了更高级别的合金654SMO(专利号U.S.Pat.No.5141705)。此外SpecialMetals公司推出的25-6Mo、25-5HN合金也属于超级奥氏体6Mo型不锈钢。上述6Mo型不锈钢各有优点，但在同等条件下，254SMO无疑有较高的性价比，但加工性能较差一定程度上限制了其应用。

新合金主要是在现有6Mo型不锈钢的基础上优化Cr、Ni、Mo、Cu、N含量设计，在保证合金耐腐蚀性能又不提高成本的前提下，适当添加V、Nb、Zr、B等元素，为了显著改善合金的加工性能进行开发研究并获得成功。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种不仅具有良好的力学性能、优异的耐腐蚀性能，而且具有更佳的加工性能、更高的性价比，应用范围广泛、使用寿命长的新型超级奥氏体6Mo型不锈钢。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C≤0.03；Si≤1.0；Mn≤2.0；Ni：16～20；Cr：19～22；N：0.2～0.35；Mo：6.0～7.0；Cu≤1.0；Nb≤0.5；V≤0.5；B≤0.1；Zr≤0.1；余量为Fe。

新合金主要是在现有6Mo型不锈钢的基础上优化Cr、Ni、Mo、Cu、N含量设计，在保证合金耐腐蚀性能又不提高成本的前提下，适当添加V、Nb、Zr、B等元素，为了显著改善合金的加工性能进行开发研究并获得成功。

新合金适用于高浓度氯离子介质、海水等苛刻工况环境，主要用来制作板式换热器、烟气脱硫装置、海水处理装置、造纸工业设备、波纹管膨胀节补偿器、反应容器以及油气工业中的海底控制管线、阀门、油井管线等。合金使用状态一般为固溶退火态。

1.1合金的化学成分

合金的化学成分范围(重量百分比，％)见表1。合金的化学成分经过精心设计，腐蚀当量PRE大于42，既保证了不锈钢的耐腐蚀能力，尤其是耐卤素离子的腐蚀能力，又能显著提高不锈钢的力学性能。

(1)相对高的Cr含量是获得耐腐蚀性的基础，也是提高强度和抗氧化性的保证。少量的Ni有助于加强上述作用。

(2)相对高的Mo含量主要是为了提高耐点蚀、缝蚀能力，尤其是耐卤素离子的腐蚀能力。

(3)N含量可以稳定不锈钢的奥氏体结构，并且显著提高强度，同时不降低其韧塑性，此外还大大有利于不锈钢的耐腐蚀性；Mn含量有利于提高N的溶解度。

(4)低C含量的设计以及加入微量的Nb，是为确保优异耐腐蚀性能，尤其是抗晶间腐蚀能力。

(5)为了进一步获得高的耐腐蚀性，在合金中加入适量的Cu。

(6)其它微量元素如V、Zr、B及其精确配比对不锈钢的加工性能大有好处。

表1合金的化学成分范围    单位：wt％

1.2室温力学性能

合金固溶态的室温力学性能见表2。

表2合金固溶态的室温力学性能

1.3密度

合金的密度为7.9g/cm³。

1.4磁性能

合金无磁性(相对磁导率≤1.01)。

1.5弹性模量

合金的室温弹性模量E为195000MPa。

上述新型超级奥氏体6Mo型不锈钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a)、熔炼

按其化学成分的重量百分比称取各组份，合金采用真空感应熔炼，在进行真空感应熔炼时，采用二次精炼工艺，第一次精炼温度略高、时间稍长；

第一次精炼

向炉内投入底料：Fe、Cr、Mo和Ni，在温度高于1600℃，真空度控制15～25Pa的条件下熔炼，按0.6～0.8min/kg的时间熔炼；

第二次精炼

第二次精炼采用低温短时精炼，向炉内投入C、Si、Mn、Cu，加料后进行充分的机械或电磁搅拌，在温度高于1550℃以上，真空度控制在10～20Pa，按0.4～0.6min/kg的时间熔炼；

精炼完成之后，向炉内通入氮气保护，然后缓慢加入氮化锰、氮化铬或氮化铬铁等含氮中间合金中的一种或多种以控制钢中的氮含量；最后缓慢加入Nb、V、B、Zr以控制合金的综合性能；加料后进行充分的机械搅拌；

待钢液全部熔化并且成分均匀后，进行快速浇注，浇注温度高于1450℃；

再经过电渣重熔，重熔时采用CaF2-Al2O3-CaO-MgO四元渣系；

重熔温度在1700±80℃，重熔速度约为0.6～1.0Kg/min，适当控制渣池的深度、电流和电压，以确保重熔过程的稳定，熔炼完毕前须进行热补缩3～10次，最后获得合金锭；

b)、锻造

合金热锻造温度为950～1150℃、保温时间为60～120分钟；热轧温度为1100～1150℃、保温时间为45～90分钟、锻造比大于或等于3.5；

c)、固溶处理

合金在冷加工过程中必须适时进行固溶处理以消除冷作硬化，固溶处理制度为保温温度1100～1150℃、保温时间60～120分钟、水冷；合金使用状态一般为固溶态，具体工艺参数与规格相关。

本发明一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢的有益效果是，新合金与现有同类型最高性能合金相比，不仅具有良好的力学性能、优异的耐腐蚀性能、尤其是耐氯离子点蚀及缝蚀能力，而且具有更佳的加工性能、更高的性价比；因为具有上述更优异的性能，新合金使用范围更广泛、使用寿命更长、使用经济性更好，并能够解决一些其它合金无法解决或解决不好的问题，从而促进相关行业的技术进步和产业发展，带动企业和地区的经济发展，其经济效益和社会效益是显著的。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1：

一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C：0.01；Si：0.5；Mn：0.8；Ni：17；Cr：20；N：0.2；Mo：6.5；Cu：0.5；Nb：0.1；V：0.2；Zr：0.005；B：0.005；余量为Fe；

上述新型超级奥氏体6Mo型不锈钢的制备方法，其特征包括以下步骤：

a)、熔炼

按其化学成分的重量百分比称取各组份，合金采用真空感应熔炼，在进行真空感应熔炼时，采用二次精炼工艺，第一次精炼温度略高、时间稍长；

第一次精炼

向炉内投入底料：Fe、Cr、Mo和Ni，在温度高于1600℃，真空度控制15～25Pa的条件下熔炼，按0.6min/kg的时间熔炼；

第二次精炼

第二次精炼采用低温短时精炼，向炉内投入C、Si、Mn、Cu，加料后进行充分的机械搅拌，在温度高于1550℃以上，真空度控制10～20Pa，按0.5min/kg的时间熔炼；

精炼完成之后，向炉内通入氮气保护，然后缓慢加入氮化锰和氮化铬铁以控制钢中的氮含量；最后缓慢加入Nb、V、B、Zr以控制合金的综合性能；加料后进行充分机械搅拌；

待钢液全部熔化并且成分均匀后，进行快速浇注，浇注温度大于1450℃；

再经过电渣重熔，重熔时采用CaF2-Al2O3-CaO-MgO四元渣系，(适当控制渣池的深度、电流和电压)；

重熔温度在1700℃左右，重熔速度约为0.6Kg/min，适当控制渣池的深度、电流和电压，以确保重熔过程的稳定，熔炼完毕前须进行热补缩5次，最后获得合金锭；

b)、锻造

合金热锻造温度为950～1150℃、保温时间为60～120分钟；热轧温度为1100～1150℃、保温时间为45～90分钟、锻造比大于或等于3.5；

c)、固溶处理

合金在冷加工过程中必须适时进行固溶处理以消除冷作硬化，固溶处理制度为保温温度1100～1150℃、保温时间60～120分钟、水冷。

生产的合金锭，经热加工、冷加工成合金材，应用于油井管线。

实施例2：

一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C：0.015；Si：0.6；Mn：1.0；Ni：18；Cr：21；N：0.25；Mo：6.7；Cu：0.7；Nb：0.2；V：0.15；Zr：0.009；B：0.007；余量为Fe，生产的合金锭，经热加工；冷加工成合金材，应用于阀门。

制备方法同实施例1。第一次精炼时熔炼时间按0.7min/kg，第二次精炼时熔炼时间按0.4min/kg的时间熔炼；精炼完成后加入氮化锰来控制氮含量；第二次精炼、加料后进行电磁搅拌。

实施例3：

一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C：0.03；Si：1.0；Mn：2.0；Ni：20；Cr：22；N：0.35；Mo：7.0；Cu：1.0；Nb：0.5；V：0.5；B：0.1；Zr：0.1；余量为Fe，生产的合金锭，经热加工；冷加工成合金材，应用于特殊泵。

制备方法同实施例1。第一次精炼时熔炼时间按0.8min/kg，第二次精炼时熔炼时间按0.6min/kg的时间熔炼；精炼完成后加入氮化铬和氮化锰来控制氮含量。

实施例4：

一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C：0.01；Si：0.5；Mn：1.0；Ni：16；Cr：19；N：0.2；Mo：6.0；Cu：0.5；Nb：0.3；V：0.6；B：：0.05；Zr：0.005：余量为Fe，生产的合金锭，经热加工、冷加工成合金材，应用于特殊管件。

制备方法同实施例2。

虽然描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种新型超级奥氏体6Mo型不锈钢，其特征在于：其化学成分按重量百分比计为：C≤0.03；Si≤1.0；Mn≤2.0；Ni：16～20；Cr：19～22；N：0.2～0.35；Mo：6.0～7.0；Cu≤1.0；Nb≤0.5；V≤0.5；B≤0.1；Zr≤0.1；余量为Fe。

2.权利要求1所述新型超级奥氏体6Mo型不锈钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a)、熔炼

按其化学成分的重量百分比称取各组份，合金采用真空感应熔炼，在进行真空感应熔炼时，采用二次精炼工艺；

第一次精炼

向炉内投入底料：Fe、Cr、Mo和Ni，在温度高于1600℃，真空度控制在15～25Pa的条件下熔炼，按0.6～0.8min/kg的时间熔炼；

第二次精炼

第二次精炼采用低温短时精炼，向炉内投入C、Si、Mn、Cu，加料后进行充分的机械或电磁搅拌，在温度高于1550℃以上，真空度控制在10～20Pa，按0.4～0.6min/kg的时间熔炼；

精炼完成之后，向炉内通入氮气保护，然后缓慢加入氮化锰、氮化铬或氮化铬铁等含氮中间合金中的一种或多种以控制钢中的氮含量；最后缓慢加入Nb、V、B、Zr以控制合金的综合性能；

待钢液全部熔化并且成分均匀后，进行快速浇注，浇注温度高于1450℃；

再经过电渣重熔，重熔时采用CaF₂-Al₂0₃-CaO-MgO四元渣系；

重熔温度在1700±80℃，重熔速度为0.6～1.0min/kg，适当控制渣池的深度、电流和电压，以确保重熔过程的稳定，熔炼完毕前须进行热补缩3～10次，最后获得合金锭；

b)、锻造

合金热锻造温度为950～1150℃、保温时间为60～120分钟；热轧温度为1100～1150℃、保温时间为45～90分钟、锻造比大于或等于3.5；

c)、固溶处理

合金在冷加工过程中必须适时进行固溶处理以消除冷作硬化，固溶处理制度为保温温度1100～1150℃、保温时间60～120分钟、水冷。