CN107916374A

CN107916374A - 一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢

Info

Publication number: CN107916374A
Application number: CN201711132673.2A
Authority: CN
Inventors: 陈海涛; 郎宇平; 屈华鹏; 冯翰秋
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2018-04-17

Abstract

一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢，属于不锈钢技术领域。该不锈钢成分重量百分数为：0.01≤C≤0.04，0.06≤N≤0.16，0.001≤Si≤0.080，Mn≤2.0，0.001≤P≤0.015，S≤0.005，17.0≤Cr≤25.0，8.0≤Ni≤25.0，Mo≤3.5，余量为Fe。合金中还含有其它残余元素和改善热加工性能的元素，如O、Ca、Ti、Nb、B、La、Ce、Al、Zr、V、Mg、Cu、Co、B等。优点在于，避免了已有的控氮奥氏体不锈钢由于低温敏化而导致的材料耐应力腐蚀性能降低的问题；该控氮奥氏体不锈钢具有优良的耐应力腐蚀性能。

Description

一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢

技术领域

本发明属于不锈钢技术领域，特别涉及一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢，耐应力腐蚀性能优异。

背景技术

控氮奥氏体不锈钢是在普通Cr-Ni型不锈钢基础上，通过降低钢中的碳含量并采用氮合金化发展起来的核结构材料，即解决了中高碳型奥氏体不锈钢由于碳含量较高引起的晶间腐蚀性能差的问题，又解决了超低碳型奥氏体不锈钢由于碳含量低引起的强度度低的问题，还解决了稳定化型奥氏体不锈钢由于TiN等夹杂引起的表面质量差的问题。控氮奥氏体不锈钢由于具有良好的力学性能、耐晶间腐蚀腐蚀性能、焊接性能和冷热加工性能，在核反应堆中得到了广泛的应用。但是由于控氮奥氏体不锈钢耐应力腐蚀性能较低，特别是在核反应堆服役过程中经过长时间的低温敏化和辐照损伤，材料的耐应力腐蚀性能降低，限制了核反应堆的使用寿命，其使用寿命一般只有40年。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢，避免了已有的控氮奥氏体不锈钢由于低温敏化而导致的材料耐应力腐蚀性能降低的问题。

本发明的控氮奥氏体不锈钢的成分重量百分数为：0.01≤C≤0.04，0.06≤N≤0.16，

0.001≤Si≤0.080，Mn≤2.0，0.001≤P≤0.015，S≤0.005，17.0≤Cr≤25.0，8.0≤Ni≤25.0，Mo≤3.5，余量为Fe。

合金中还含有其它残余元素和改善热加工性能的元素，如O、Ca、Ti、Nb、La、Ce、Al、Zr、V、Mg、Cu、Co、B等。

本发明的有益效果是：通过降低钢中的晶界偏析元素Si、P、S和控制晶界活性元素C、N的含量，抑制Si、P、S等元素在奥氏体晶界偏聚，使得上述控氮奥氏体不锈钢在具有良好的晶间腐蚀性能、力学性能和焊接性能的基础上，同时具有优良的耐应力腐蚀性能。

1)0.01≤C≤0.04

C通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。但是在奥氏体不锈钢中由于C可与钢中的Cr形成高Cr的Cr₂₃C₆型碳化物，从而导致局部贫Cr，使钢的耐腐蚀性能特别是耐晶间腐蚀性能下降。因此为了防止耐晶间腐蚀性能降低，C元素的含量应不大于0.04；过低的C会导致钢的耐应力腐蚀性能恶化，其含量应不低于0.01。

2)0.001≤Si≤0.080

Si元素在常规铬镍奥氏体不锈钢中一般作为脱氧元素添加。Si元素在经过长时间的低温敏化和辐照之后会在晶界偏聚，从而降低钢的耐应力腐蚀性能性能，因此钢中的Si元素控制在不大于0.080为宜；同时过低的Si含量要求会导致钢的成本升高，其含量应不低于0.001。

3)0.001≤P≤0.015

P在奥氏体不锈钢中一般为杂质元素，在奥氏体中的溶解度非常低，经过长时间的低温敏化和辐照之后会在晶界偏聚，从而降低钢的耐应力腐蚀性能性能，因此钢中的P元素控制在不大于0.015为宜；同时P在奥氏体不锈钢的熔炼过程中很难去除，过低的P含量要求会导致钢的成本升高，其含量应不低于0.001。

4)S≤0.005

S在奥氏体不锈钢中一般为杂质元素，过高的S含量会恶化钢的热加工性能和耐腐蚀性能；特别是经过长时间的低温敏化和辐照后，S在晶界偏聚，严重降低钢的耐应力腐蚀性能，因此钢中的S元素应控制在不大于0.005为宜。

5)17.0≤Cr≤25.0

Cr是提高不锈钢耐腐蚀性的主要元素。过低的Cr含量会导致钢的耐腐蚀性不足；过高的Cr含量会形成过多的铁素体和导致金属间相的析出，从而恶化钢的力学性能、耐腐蚀性能、热加工性能和焊接性能。因此钢中的Cr含量控制在17.0～25.0之间为宜。

6)8.0≤Ni≤25.0

Ni在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体的主要元素，同时也能提高钢的塑韧性和耐腐蚀性能；但是由于金属镍昂贵，在不锈钢中大量加入会极大的提高原材料的成本。因此Ni含量控制在8.0～25.0之间为宜。

7)Mo≤3.5

Mo提高不锈钢耐腐蚀性能的能力是Cr的3.3倍，Mo的存在极大地提高了奥氏体不锈钢的各种耐蚀性能；但是Mo含量过高容易在凝固时生成低熔点相，降低钢的热加工性能和焊接性能；同时金属钼价格昂贵，在不锈钢中大量加入会极大的提高原材料的成本。因此Mo元素含量控制在不大于3.5为宜。

8)0.06≤N≤0.16

N元素是奥氏体不锈钢的有益合金元素。适量N的加入，在不明显降低材料的塑性和韧性的情况下可以大大提高奥氏体不锈钢的强度；同时氮还可以强烈提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，其有益作用是Cr的30倍。过低的N含量导致钢的强度和耐腐蚀性能不足；过高的氮含量降低钢的热加工性能和耐应力腐蚀性能。因此氮含量控制在0.06～0.16为宜。

9)Mn≤2.0

Mn和钢中的S结合形成MnS，改善钢的热加工性能；但是过高的Mn会对钢的耐蚀性能造成损害。因此钢中的Mn元素控制在≤2.0为宜。

本发明的优点在于，避免了已有的控氮奥氏体不锈钢由于低温敏化而导致的材料耐应力腐蚀性能降低的问题；该控氮奥氏体不锈钢具有优良的耐应力腐蚀性能。

附图说明

附图1为C、S含量对控氮奥氏体不锈钢耐应力腐蚀性能的影响图。

附图2为Si、P含量对控氮奥氏体不锈钢耐应力腐蚀性能的影响图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

采用感应炉熔炼了12炉钢，化学成分见表1。铸锭在1260℃加热后锻造成φ20mm圆棒，棒材经1100℃保温60分钟固溶热处理后再经500℃敏化480h。从敏化后的棒材上制取拉伸试样，采用慢拉伸试验测定了钢在300℃高温高压高纯水中的断面收缩率，用断面收缩率来表征材料的耐应力腐蚀性能，断面收缩率越高，耐应力腐蚀性能越好。

表1实施例高铬奥氏体不锈钢的化学成分

炉号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	N	Fe	备注
												1	0.013	0.009	0.95	0.003	0.002	19.51	9.75	0.11	0.09	余	发明例
2	0.018	0.015	1.13	0.013	0.003	24.53	19.32	0.14	0.13	余	发明例
												3	0.024	0.033	1.59	0.007	0.004	17.54	11.67	2.73	0.11	余	发明例
4	0.029	0.077	1.74	0.011	0.001	24.18	21.94	2.58	0.15	余	发明例
												5	0.034	0.003	1.22	0.014	0.006	19.33	10.14	0.08	0.07	余	对比例
6	0.046	0.001	0.97	0.006	0.003	24.26	17.59	0.12	0.10	余	对比例
												7	0.007	0.062	0.82	0.007	0.007	17.91	12.06	2.97	0.08	余	对比例
8	0.002	0.021	1.21	0.012	0.002	24.48	22.19	2.65	0.14	余	对比例
												9	0.024	0.003	1.71	0.024	0.003	19.12	11.04	0.03	0.12	余	对比例
10	0.019	0.058	0.97	0.019	0.003	24.25	22.19	0.12	0.09	余	对比例
												11	0.022	0.096	1.13	0.022	0.002	17.71	12.06	2.83	0.13	余	对比例
12	0.021	0.113	0.83	0.004	0.003	24.08	23.61	2.71	0.12	余	对比例

实施例1控氮奥氏体不锈钢低温敏化后的耐应力腐蚀性能

附图1示出了C、S含量对控氮奥氏体不锈钢低温敏化后的耐应力腐蚀性能的影响。可见，当C含量在0.01～0.04之间，S含量不大于0.005时，断面收速率均不低于80％，控氮奥氏体不锈钢经过低长时间的低温敏化温敏化后还具有良好的耐应力腐蚀性能。

附图2示出了Si、P含量对控氮奥氏体不锈钢低温敏化后的耐应力腐蚀性能的影响。可见，当Si含量不高于0.08，P含量不大于0.015时，断面收缩率均不低于80％，控氮奥氏体不锈钢经过长时间的低温敏化后还具有良好的耐应力腐蚀性能。

以上所述仅为本发明的所有实施例的一部分，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢，其特征在于，成分重量百分数为：0.01≤C≤0.04，0.06≤N≤0.16，0.001≤Si≤0.080，Mn≤2.0，0.001≤P≤0.015，S≤0.005，17.0≤Cr≤25.0，8.0≤Ni≤25.0，Mo≤3.5，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的控氮奥氏体不锈钢，其特征在于，还含有其它残余元素或改善热加工性能的元素：O、Ca、Ti、Nb、La、Ce、Al、Zr、V、Mg、Cu、Co、B中的一种或几种。