CN103266286A - 高铝316l不锈钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

高铝316L不锈钢及其制备方法，按质量百分比计，其成分为：Ni：12.00～16.00%，Cr：16.00～19.00%，Si≤1.0%，P≤0.035%，S≤0.03%，C≤0.03%，Mo：1.8～2.5%，Mn≤2.0%，Al：1.5%～3.0%，余量为Fe；制备方法的其步骤为：（1）按权利要求1所述成分进行备料，炉料为316L不锈钢板和工业铝锭；（2）将炉料在大气中环境下加热到700℃时，保温半小时，再加热至熔炼温度1540℃，保温20分钟；（3）将熔融态钢水浇注到铸型中；（4）固溶处理方法：将铸态合金在箱式电阻炉中加热至1050℃，保温30min，然后水冷处理。

Description

高铝316L不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及316L不锈钢的制备技术。

背景技术

316L不锈钢是含Mo的不锈钢种，由于钼的加入使钢耐点蚀、缝隙腐蚀的能力增强，同时降低了敏化倾向。耐氯化物侵蚀、抗高温硫化、高温有机酸、非氧化性酸等介质腐蚀的性能优良，并且具有良好的抗辐射能力，因此，在海洋工程、石油化工和核工程等领域应用广泛。316L基体为奥氏体组织，高温时不发生相变，所以不能通过热处理强化，但可以通过冷加工变形的方法，利用加工硬化作用提高它的强度。目前普遍使用的316L不锈钢的耐腐蚀性主要依赖于表面形成以Cr₂O₃为主的钝化膜，但Cr₂O₃氧化膜在高于600℃的潮湿工作环境下会形成具有挥发性的铬的氢氧化物，恶化了稳定性，从而抑制了不锈钢在许多高温苛刻环境下的长效使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高铝316L不锈钢及其制备方法。

本发明是高铝316L不锈钢及其制备方法，高铝316L不锈钢，以316L奥氏体不锈钢为基础，按质量百分比计，其成分为：Ni: 12.00~16.00%，Cr:16.00~19.00%，Si≤1.0%，P≤0.035%，S≤0.03%，C≤0.03%，Mo:1.8~2.5%，Mn≤2.0%，Al:1.5%~3.0%，余量为Fe。

高铝316L不锈钢的制备方法，其步骤为：

（1）按权利要求1所述成分进行备料，炉料为316L不锈钢板和工业铝锭；

（2）将炉料在大气中环境下加热到700℃时，保温半小时，再加热至熔炼温度1540℃，保温20分钟；

（3）将熔融态钢水浇注到铸型中，铸型为呋喃树脂石英砂型，砂型底部预埋20mm厚的冷铁，型砂配方为，按重量比，石英砂重：树脂重：固化剂=100：1：0.4；

（4）固溶处理方法：将铸态合金在箱式电阻炉中加热至1050℃，保温30min，然后水冷处理。

本发明的有益效果是，铝相比于铬具有更低的电极电位，其更容易钝化，并且Al₂O₃膜比Cr₂O₃膜更加稳定，生长速度更慢。表面形成Al₂O₃钝化膜可进一步提高其抗腐蚀性能，使合金可在更恶劣的环境气氛下服役。在316L不锈钢中加入铝，既保证了材料的良好耐腐蚀性和综合力学性能，又保证了高铝316L铸件铸造和固溶处理的可行性。

本发明的室温铸态力学性能、固溶态力学性能与国标对比如下表：

拉伸实验按国标取Φ5的圆形标准拉伸试样，在岛津AT10t试验机上进行，最大载荷10t，拉伸速率0.5mm/min。每个成分测试3个工件，测出载荷位移曲线，根据载荷位移曲线数据计算出相应的应力和应变值，并求出其平均值。由于含铝3.0wt.%的316L不锈钢在固溶急冷中萌生较多的裂纹，导致其在拉伸过程中在加载很小时就已经断裂，因此表中并未给出含铝3.0wt.%的316L不锈钢的拉伸数值。硬度在HBRVU-187.5型布洛维氏光学硬度计上测定，其测试条件为，载荷298N，加载持续时间35s；晶间腐蚀实验按照GB4334.3-2000，采用65%硝酸溶液微沸腾法，腐蚀液为（65.0%±0.2）%的硝酸溶液（重量百分数）、腐蚀时间为48h×5周期。

从表中可以看出，在保证具有优良耐晶间腐蚀性能的同时，所设计合金板材的综合力学性能并未显著降低，某些合金的力学性能反而得到较大幅度的提升。上述的这些性能指数都是严格按照国家标准来执行的。

具体实施方式：

实施例1: 

按照实际316L铸件的生产进行备料，冶炼。炉料为316L不锈钢板和工业铝锭，采用中频感应炉熔炼，呋喃树脂砂型铸造，型砂配比为石英砂重：树脂重：固化剂（对甲苯磺酸）重=100：1：0.4，试块为标准Y形试块，为增强组织的致密度，砂型底部预埋20mm厚的冷铁。

实验按照配方（质量百分含量）为，Al：1.5%，Cr：16.745%，Ni：13.79%， Mo：1.97%，Mn：1.97%，Si：0.985%，C：0.0295%，余量为Fe，称取相应的组分，Al的烧损量按30%计算，共15kg。将称好的合金按照一定顺序装入炉内，加热制度升温。在700℃左右时保温30min，继续加热到1540℃，保温20min后，出钢浇注。浇注过程中及时将顶层结壳击碎以保证试样组织致密，保证冒口在液态下依靠大气压力进行充分补缩，防止疏松和缩孔。冷却至室温得到材料。测得铸态铝质量分数为1.5%的316L的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=290MPa，抗拉强度σ_b=510MPa，延伸率δ=20%，硬度=161HV，晶间腐蚀速率0.3016 g/（m²*h）。将得到的合金放入箱式电阻炉中，在1050℃保温45min水淬后，得到固溶态的316L合金。测得固溶态铝质量分数为1.5%的316L的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=330MPa，抗拉强度σ_b=490MPa，延伸δ=21.2%，硬度=153HV，晶间腐蚀速率0.340g/（m²*h）。

实施例2:

按照实际316L铸件的生产进行备料，冶炼。炉料为316L不锈钢板和工业铝锭，采用中频感应炉熔炼，呋喃树脂砂型铸造，型砂配比为石英砂重：树脂重：固化剂（对甲苯磺酸）重=100：1：0.4，试块为标准Y形试块，为增强组织的致密度，砂型底部预埋20mm厚的冷铁。

实验按照配方（质量百分含量）为，Al：2.0%，Cr：16.66%，Ni：13.72%， Mo：1.96%，Mn：1.96%，Si：0.98%，C：0.0294%，余量为Fe，称取相应的组分，Al的烧损量按30%计算，共15kg。将称好的合金按照一定顺序装入炉内，加热制度升温。在700℃左右时保温30min，继续加热到1540℃，保温20min后，出钢浇注。浇注过程中及时将顶层结壳击碎以保证试样组织致密，保证冒口在液态下依靠大气压力进行充分补缩，防止疏松和缩孔。冷却至室温得到铸态材料。测得铸态铝质量分数为2.0%的316L的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=311MPa，抗拉强度σ_b=450MPa，延伸率δ=8%，硬度=169HV，晶间腐蚀速率2.985g/（m²*h）。将得到的合金放入箱式电阻炉中，在1050℃保温30min水淬后，得到固溶态的316L合金。测得固溶态铝质量分数为1.5%的316L的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=370MPa，抗拉强度σ_b=582MPa，延伸率δ=8.3%，硬度=213HV，晶间腐蚀速率0.299g/（m²*h）。

实施例3:

按照实际316L铸件的生产进行备料，冶炼。炉料为316L不锈钢板和工业铝锭，采用中频感应炉熔炼，呋喃树脂砂型铸造，型砂配比为石英砂重：树脂重：固化剂（对甲苯磺酸）重=100：1：0.4，试块为标准Y形试块，为增强组织的致密度，砂型底部预埋20mm厚的冷铁。

实验按照配方（质量百分含量）为，Al：3.0%，Cr：16.49%，Ni：13.58%， Mo：1.94%，Mn：1.94%，Si：0.97%，C：0.0291%，余量为Fe，称取相应的组分，Al的烧损量按30%计算，共15kg。将称好的合金按照一定顺序装入炉内，加热制度升温。在700℃左右时保温30min，继续加热到1540℃，保温20min后，出钢浇注。浇注过程中及时将顶层结壳击碎以保证试样组织致密，保证冒口在液态下依靠大气压力进行充分补缩，防止疏松和缩孔。冷却至室温得到铸态材料。测得铸态铝质量分数为3.0%的316L的室温力学性能为：屈服强度σ_0.2=540MPa，抗拉强度σ_b=560MPa，延伸率δ=3.6%，硬度=283HV，晶间腐蚀速率2.231g/（m²*h）。将得到的合金放入箱式电阻炉中，在1050℃保温45min水淬后，得到固溶态的316L合金，硬度=352HV，晶间腐蚀速率0.268g/（m²*h）。

Claims (2)

1.高铝316L不锈钢，以316L奥氏体不锈钢为基础，按质量百分比计，其成分为：Ni: 12.00~16.00%，Cr:16.00~19.00%，Si≤1.0%，P≤0.035%，S≤0.03%，C≤0.03%，Mo:1.8~2.5%，Mn≤2.0%，Al:1.5%~3.0%，余量为Fe。

2.高铝316L不锈钢的制备方法，其步骤为：

（1）按权利要求1所述成分进行备料，炉料为316L不锈钢板和工业铝锭；

（2）将炉料在大气中环境下加热到700℃时，保温半小时，再加热至熔炼温度1540℃，保温20分钟；

（3）将熔融态钢水浇注到铸型中，铸型为呋喃树脂石英砂型，砂型底部预埋20mm厚的冷铁，型砂配方为，按重量比，石英砂重：树脂重：固化剂=100：1：0.4；

（4）固溶处理方法：将铸态合金在箱式电阻炉中加热至1050℃，保温30min，然后水冷处理。