CN106567009A - 耐高温耐腐蚀不锈钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐高温耐腐蚀不锈钢及其生产方法，该耐腐蚀不锈钢在SUS316L的基础上进行改进，控制可以提高不锈钢强度的C、Si、Mn、Mo、Cr元素的含量，将其调整至标准要求含量的上限，增加少量可以提高不锈钢强度的Ti元素，其主要成分重量百分比为：C 0.021%~0.031%；Si 0.75%~1.05%；Mn 1.5%~2.05%；P≤0.020%；S≤0.010%；Ni 12.00~15.00%；Cr 17.00~19.00%；Mo 2.50~3.00%；N 0.15~0.22%；Ti 0.05~0.15%；通过热锻、温锻、固溶热处理相结合的锻造工艺，可以有效提高不锈钢的强度。

Description

耐高温耐腐蚀不锈钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及不锈钢锻件技术领域，具体的是一种耐高温耐腐蚀不锈钢及其生产方法。

背景技术

奥氏体不锈钢由于在高温和极低温度下都具有良好的塑韧性、冷热加工性能和耐局部腐蚀性能而被广泛用于石油、化工、宇航和能源等领域，尤其是在核电领域，奥氏体不锈钢是各类压水堆核岛内关键部件的主要材质，由于锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命，因此各类奥氏体不锈钢锻件在核电站的建设中起到至关重要的作用。

目前采用的材料主要为奥氏体不锈钢(SUS304L、SUS316L等)，此类材料具有强度高、耐腐蚀性好的特点。此类材料在进行锻件加工时，需要进行多次锻打和热处理，对锻件的性能产生一定影响，经常出现未进行锻造加工前材料的机械性能完全满足标准要求，但是进行锻打和热处理后，机械性能容易接近标准要求的下限，尤其是抗拉强度，往往偏低甚至是超标，造成锻件重新热处理甚至报废，如何解决奥氏体不锈钢锻件加工后抗拉强度接近下限的问题是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温耐腐蚀不锈钢及其生产方法，该不锈钢锻件制造成本低、机械性能优异，尤其是抗拉强度高。

本发明的技术方案是，在SUS316L的基础上进行改进，控制可以提高不锈钢强度的C、Si、Mn、Mo、Cr元素的含量，将其调整至标准要求含量的上限，增加少量可以提高不锈钢强度的Ti元素，一种耐高温耐腐蚀不锈钢的成分重量百分比为：

C 0.021％～0.031％；

Si 0.75％～1.05％；

Mn 1.5％～2.05％；

P≤0.020％；

S≤0.010％；

Ni 12.00～15.00％；

Cr 17.00～19.00％；

Mo 2.50～3.00％；

N 0.15～0.22％；

Ti 0.05～0.15％；

余量为铁。

确定上述化学成分的理由如下：

碳：碳元素通过固溶强化可以增加合金的低温强度，起强化作用；碳含量的控制范围，处于碳在铁素体中的溶解度以下或接近于铁素体中碳的溶解度，因此将碳含量的优选控制在上限，为0.02％～0.03％。

镍：镍为强的奥氏体形成元素，增加镍含量有助于提高奥氏体组织的稳定性，能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性；镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，但镍为贵重金属原料，含量过高会导致材料价格高，此外高的镍含量不利于材料低温强度的提高，因此优选为13％～15％。

铬：铬为铁素体形成元素，能显著提高强度、耐腐蚀性，但同时降低塑性和韧性；但铬含量过高，会导致奥氏体中铁素体含量增加，因此铬元素的含量优选控制在上限，为17.00～19.00％。

钼：钼为铁素体形成元素，奥氏体不锈钢中添加钼可以提高奥氏体不锈钢的耐点蚀性能，通过固溶强化可以提高其强度，将钼含量优选控制在上限，为2.50％～3.00％。

氮：氮作为强奥氏体形成元素，一方面通过固溶强化可以明显提高奥氏体不锈钢的高温强度，另一方面氮与钛相互作用，可以更明显的改善材料高温强度；但氮含量过高，会导致大量的氮化物析出，又会降低材料的室温韧性和耐腐蚀性能，因此优选为0.15％～0.22％。

锰：增加锰含量可以提高钢的强度，增加奥氏体不锈钢中氮元素的固溶度，但锰含量过高，会导致奥氏体不锈钢中产生马氏体，因此将锰含量优选控制在上限为1.5％～2.0％。

钛：在钢轧制的升温过程中，钛与氮、碳的结合形成弥散的小颗粒，对奥氏体晶界起固定作用，阻碍奥氏体晶界的迁移，有效阻止奥氏体晶粒粗化，而在降温过程中钛与氮、碳的化合物在奥氏体向铁素体转变之前析出，成为铁素体的形核质点，使铁素体的晶粒细化，显著提高不锈钢的强度；且钛元素的含量在0.05％～0.15％之间时，对γ晶粒尺寸的影响最为显著，因此将钛含量优选为0.05％～0.15％。

硅：硅可以显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，作为铬当量的形成元素，和钼、铬等结合，可以提高钢的抗腐蚀性和抗氧化性，因此将硅含量控制在上限为0.75～1.0％。

硫、磷：合金冶炼过程中的杂质元素。

本发明的耐腐蚀不锈钢将可以提高不锈钢强度的C、Si、Mn、Mo、Cr元素的含量，将其调整至标准要求含量的上限，可以有效提高不锈钢的强度，增加少量的Ti元素，通过Ti与N、C元素的相互作用，形成TiN、TiC，可以有效阻止奥氏体晶粒粗化，细化铁素体晶粒，显著提高不锈钢机械性能。

一种上述耐腐蚀不锈钢的生产工件的方法，包括如下步骤：

A.先按上述相应的配比通过真空炉熔炼获得试样钢锭；

B.将冶炼好的铸坯钢锭加热到1250-1280℃，进行多火次粗锻，保温1.5-2.5小时后出炉即锻，终锻温度不低于1100℃；多次锻造可以细化晶粒，提高工件性能；

C.将粗锻得到的工件及时进行退火，温度1100-1150℃，并根据厚度设定保温时间；

D.对退火后的工件进行精锻，采用温锻加工，得到终锻成品；

E.将终锻成品进行固溶热处理，加热到1150-1190℃，保温后强制水冷。

进一步，所述步骤B中，终锻温度范围1100～1250℃，总锻造比≥4，每火次变形量≥30％。

进一步，步骤D中，温锻加工的温度范围为850～900℃，可以有效细化晶粒。

本发明的耐腐蚀不锈钢生产方法工序简单，易于控制，经过多次热锻和温锻相结合，可以有效细化晶粒，显著提高工件性能。

具体实施方式

实施例

本实施例生产了3批次的耐腐蚀不锈钢，将各元素成分按照配比加入真空冶炼炉，并根据冶炼过程中脱碳情况适当配加石墨，按相应的配比通过50kg真空炉熔炼获得试样钢锭；将冶炼好的铸坯，切去冒口，加热到1250℃，保温2小时后出炉即锻，终锻温度不低于1100℃进行多次锻造，总锻造比≥4，每火次变形量≥30％；粗锻完成后，对工件及时进行退火，温度1100-1150℃；对退火后的工件进行精锻，采用温锻加工，得到终锻成品；将终锻成品进行固溶热处理，加热到1150-1190℃，保温后强制水冷。

以同样的加工工艺制备了SUS316L的奥式体不锈钢锻件，用于进行对比。

表1实施例及对对比例标准成分(％)

表2实施例及对比例力学性能

项目	抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	伸长率/％	硬度/HRB
					实施例一	525	210	46	186
实施例二	515	205	44	185
					实施例三	520	208	45	185
SUS 316L指标值	≥480	≥177	≥40	≤187
					对比例	485	190	46	183

将得到的不锈钢锻件取样进行分析，得到的化学成分参见表1，对样品进行机械性能测试，通过提高成分中C、Si、Mn、Mo、Cr元素的含量，且加入少量的Ti元素，可以有效阻止奥氏体晶粒粗化，经过多次热锻和温锻相结合，可以有效细化晶粒，显著提高工件机械性能，具体结果参见表2。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围中。

Claims (4)

1.一种耐高温耐腐蚀不锈钢，其特征在于，化学成分及其质量百分比为：

C 0.021%~0.031%；

Si 0.75%~1.05%；

Mn 1.5%~2.05%；

P≤0.020%；

S≤0.010%；

Ni 12.00~15.00%；

Cr 17.00~19.00%；

Mo 2.50~3.00%；

N 0.15~0.22%；

Ti0.05~0.15%；

余量为铁。

2.根据权利要求1所述的不锈钢的生产工件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.先按上述相应的配比通过真空炉熔炼获得试样钢锭；

B.进行多火次粗锻，将冶炼好的铸坯钢锭加热到1250-1280℃，保温1.5-2.5小时后出炉即锻，终锻温度不低于1100℃；多次锻造可以细化晶粒，提高工件性能；

C.将粗锻得到的工件及时进行退火，温度1100-1150℃，并根据厚度设定保温时间；

D.对退火后的工件进行精锻，采用温锻加工，得到终锻成品；

E.将终锻成品进行固溶热处理，加热到1150-1190℃，保温后强制水冷。

3.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，所述步骤B中，终锻温度范围1100～1250℃，总锻造比≥4，每火次变形量≥30％。

4.根据权利要求2所述的生产方法，其特征在于，所述步骤D中，温锻加工的温度范围为850～900℃。