CN108866419A

CN108866419A - 一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢及其制作方法

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Publication number: CN108866419A
Application number: CN201810640765.XA
Authority: CN
Inventors: 范芳雄; 钟玉平; 王灵水
Original assignee: Luoyang Sunrui Special Equipment Co Ltd
Current assignee: CSSC Shuangrui Luoyang Special Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2038-06-21
Also published as: CN108866419B

Abstract

一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢及其制作方法，奥氏体不锈钢的原料按质量百分比含有C≤0.1%、Si≤2%、Mn≤7%、S≤0.1%、P≤0.1%、Cr：28~35%、Ni：26~32%、Mo：3~8%、N：0.2~0.5%，其余为Fe及不可避免的杂质，其中，Ni/Mn≥4，PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N)≥43。通过选择高Cr、高Mo、高N、高Ni含量，获得具有较高位错密度的固溶态奥氏体组织，实现奥氏体不锈钢强度的大幅度提升。

Description

一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢及其制作方法

技术领域

本发明属于高强耐蚀奥氏体不锈钢材料领域，具体说的是一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢及其制作方法。

背景技术

现有不锈钢中按组织类型分可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢等，其中除马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢可采用热处理强化外，其余不锈钢通常均在固溶态使用，硬度较低，难以同时满足耐蚀性和高强度的要求，如采用中温析出强化，通常由于相析出导致元素局部贫化而严重影响材料的耐蚀性能。双相不锈钢由铁素体和奥氏体两相组成，通常其中一相的相比例为30%-70%之间，同时具有铁素体不锈钢的高耐应力腐蚀、较高的强度和奥氏体不锈钢的低温韧性好、焊接性能好等特点，但由于其具有50%左右的铁素体含量，具有磁性，严重限制了有磁性能要求的应用，同时双相不锈钢容易发生脆化，冷加工性能亦较差。

高强度奥氏体体不锈钢目前主要为高Mn高N系不锈钢，该类不锈钢在固溶态可以获得较高的强度，但是由于材料Mn含量高，耐蚀性较低，在使用过程中容易发生点蚀、缝隙腐蚀等缺陷。同时高Mn高N钢的低温冲击韧性不佳，亦限制了其低温应用。

现有的奥氏体不锈钢中，满足PREN指数≥43的材料有254SMo、654SMo等，但受Cr含量较低等因素的限制，强度较低，Rm难以稳定达到750MPa以上水平。

发明内容

为解决上述技术问题，为进一步提高奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性的匹配性，同时保证良好的冷加工性能、磁性能及低温冲击韧性，本发明通过选择高Cr、高Mo、高N、高Ni含量，获得具有较高位错密度的固溶态奥氏体组织，实现奥氏体不锈钢强度的大幅度提升。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢的原料按质量百分比含有C≤0.1%、Si≤2%、Mn≤7%、S≤0.1%、P≤0.1%、Cr：28~35%、Ni：26~32%、 Mo：3~8%、N：0.2~0.5%，其余为Fe及不可避免的杂质，其中，Ni/Mn≥4，PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N) ≥43。

一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、熔炼：利用熔炼工艺对不锈钢原料进行熔炼，保证钢液出钢温度为1570-1670℃；

步骤二、铸造：将步骤一得到的钢液倒入铸型进行浇注得到铸件，浇注温度为1450℃～1550℃；

步骤三、固溶：保证弱氧化性气氛并对铸件进行热处理，热处理固溶温度为1000℃~1180℃，在保温后以高于1℃/S的速度快速冷却至420℃以下，得到Rm≥750 Mpa、Rp0.2≥530 MPa的奥氏体不锈钢。

进一步，所述的浇注温度为1470～1520℃。

进一步，所述的热处理固溶温度为1080~1120℃。

进一步，所述的采用中频炉和AOD炉进行熔炼工艺，或采用电弧炉和VOD炉进行熔炼工艺。

进一步，所述的步骤四后得到的材料可以通过冷作硬化，使抗拉强度Rm≥1200MPa。

本发明的有益效果是：

通过选择≤0.1%的C含量，保证材料良好的耐蚀性能，通过成分改进，获得Cr含量高达28~35%，Mo含量3~8%的，N含量0.2~0.5%的高耐蚀、高强度不锈钢。

通过采用28~35%的Cr，3~8%的Mo和0.2~0.5%人N合金化，实现了材料在固溶态和热加工态的组织平衡，避免了热加工温度区间有害相的析出，有效的拓宽了热加工温度范围，保证材料良好的成型工艺性。

通过添加26~32%的Ni和0.2~0.5%的N,保证材料在固溶处理后为稳定的奥氏体组织和不可避免的少量第二相，保证材料拥有良好的磁性能，可以保证材料在磁性领域的应用。

通过采用Ni/Mn≥4，在保证合适的N溶解度的前提下，能保证不锈钢材料良好的低温韧性、抗局部腐蚀性能和抗应力腐蚀性能。

附图说明

图1为本发明的典型组织示意图。

具体实施方式

本发明设计了一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢，不锈钢的化学成分按质量百分比含有C≤0.1%、Si≤2%、Mn≤7%、S≤0.1%、P≤0.1%、Cr：28~35%、Ni：26~32%、 Mo：3~8%、N：0.2~0.5%，其余为Fe及不可避免的杂质， PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N) ≥43，成分设计中Mn含量≤7%，Ni含量26~32%。Ni/Mn≥4，能保证良好的抗局部腐蚀性能和抗应力腐蚀性能，Rm≥750Mpa、Rp0.2≥530 MPa，A≥30%，Z≥50。

更进一步，一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢，不锈钢的化学成分按质量百分比含有C≤0.1%、Si≤2%、Mn≤7%、S≤0.1%、P≤0.1%、Cr：29.5~31.5%、Ni：28.3~31.5%、 Mo：3.2~5.5%、N：0.25~0.45%，其余为Fe及不可避免的杂质， PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N) ≥43，Ni/Mn≥4，能保证良好的抗局部腐蚀性能和抗应力腐蚀性能，Rm≥790 Mpa、Rp0.2≥540 MPa，A≥30%，Z≥50。

步骤三、固溶：保证弱氧化性气氛并对铸件进行热处理，热处理固溶温度为1000℃~1180℃，在保温后以高于1℃/S的速度快速冷却至420℃以下，得到Rm≥750 Mpa、Rp0.2≥540 MPa的奥氏体不锈钢。

进一步，所述的浇注温度为1470～1520℃。

进一步，所述的热处理固溶温度为1080~1120℃。

进一步，采用AOD炉/VOD炉在熔炼工艺中通过电渣重熔或真空自耗进行精炼。

进一步，不锈钢材料可采用锻造、轧制、挤压等方法进行热成型加工，可以加工成板、棒、管、丝等型材和锻件。

进一步，不锈钢材料的C含量控制至≤0.03%，保证不锈钢材料在存在敏化工况的应用，如应用于焊接场合和短时高温场合。

进一步，所述的步骤四后得到的材料可以通过冷作硬化，使抗拉强度Rm≥1200MPa，通过冷变形强化进一步提高材料强度。

图1为本发明奥氏体不锈钢的典型组织，从组织结构可见，材料为奥氏体组织和少量不可避免的第二相组织，组织上分布有数量较多的孪晶。

一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢铸件制造工艺流程为：熔炼→铸造→固溶，锻件及型材的制造工艺流程为：熔炼→铸锭→热成型→固溶.

其中，熔炼选用工艺应能保证成分符合设计要求，并应控制H、O气体含量以避免铸造缺陷。熔炼工艺可采用通常不锈钢冶炼的中频/电弧+AOD/VOD或真空熔炼及其组合方法熔炼，常用的是采用中频/电弧+AOD/VOD熔炼工艺进行熔炼，采用中频/电弧+AOD/VOD熔炼工艺可以有效保证材料极低的C含量，同时通过AOD/VOD精炼可以有效提高材料纯净度，提高材料收得率，并可利用N₂吹入实现N合金化。有效降低材料冶炼成本。

由于设计材料具有≥3%的Mo含量和≥28%的Cr含量，材料在浇注后的凝固过程中会析出较多的有害相，脆化严重，极易导致开裂。材料浇注系统应设置合适的浇道、冷铁、补缩冒口及排气装置。钢液出钢温度1620±50℃，浇注温度1450℃～1550℃；优选的浇注温度为1470℃～1520℃。浇注温度过高将导致严重的粘砂、浇道冲蚀严重、铸件表面不佳，浇注温度过低会导致冷隔、充型不满等缺陷。浇注系统应对钢液进行过滤，净化钢液，避免夹渣等缺陷。为降低热应力，保证补缩质量，浇注温度处于较低范围，应选用合适的冒口进行补缩，避免疏松、缩孔等铸造缺陷的产生。铸件浇注后应及时打箱，打箱铸件温度≥900℃。优选打箱铸件温度≥1000℃。

材料热成型加工应采用缓慢升温，足够保温温度和保温时间的工艺措施，锻轧成型加热温度应控制在1050℃～1250℃，优选的保温温度为1080～1130℃。避免材料有害相的析出和加热组织恶化。

固溶处理应选用天然气炉或高温电阻炉进行热处理，热处理过程应保证弱氧化性气氛。热处理固溶温度1000℃~1120℃保温后以高于1℃/S的速度快速冷却至420℃以下。优选的固溶温度≤1050℃，避免组织粗化，保证材料良好的强韧状态。

（1）实施例1

不锈钢锻件化学成分百分比为：C：0.020%，Si：0.5%,Mn：5%,S：0.005%,P：0.025%,Cr:29.5%,Ni:28.3%, Mo:4.0%,N:0.39%，PREN=29.5+3.3*4+16*0.39=48.94。

熔炼、铸造后，经1050度固溶处理力学性能如下：Rp0.2=585MPa； Rm=840MPa；A =38%；Z=59%。

熔炼、铸造后，经1000度固溶处理力学性能如下：Rp0.2=635MPa； Rm=880MPa；A =35%；Z=55%。

（2）实施例2

不锈钢铸件化学成分百分比为：C：0.065%，Si：0.86%,Mn：3%,S：0.005%,P：0.045%,Cr:30.5%,Ni:29.5%, Mo:4.2%,N:0.40%，PREN=30.5+3.3*4.2+16*0.40=50.76。

熔炼、铸造后，经1050度固溶处理力学性能如下：Rp0.2=625MPa； Rm=895MPa；A =35%；Z=57%。

（3）实施例3

不锈钢锻件化学成分百分比为：C：0.012%，Si：0.05%,Mn：6%,S：0.01%,P：0.042%,Cr:30.5%,Ni:28.5%, Mo:3.2%,N:0.25%，PREN=30.5+3.3*3.2+16*0.25=45.06。

熔炼、铸造后，经1050度固溶处理力学性能如下：Rp0.2=545MPa； Rm=790MPa；A =42%；Z=62%。

（4）实施例4

不锈钢铸件化学成分百分比为：C：0.075%，Si：0.05%，Mn：6.8%，S：0.02%，P：0.04%，Cr：31.5%，Ni：31.0，Mo：5.5%，N:0.45%， PREN=31.5+3.3*5.5+16*0.45=56.85。

熔炼、铸造后，经1050度固溶处理力学性能如下：Rp0.2=725MPa； Rm=925MPa；A =30.5%；Z=52%。

上述的 A为延伸率，Z 为断面收缩率。

Claims

1.一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢，其特征在于：奥氏体不锈钢的原料按质量百分比含有C≤0.1%、Si≤2%、Mn≤7%、S≤0.1%、P≤0.1%、Cr：28~35%、Ni：26~32%、 Mo：3~8%、N：0.2~0.5%，其余为Fe及不可避免的杂质， Ni/Mn≥4，PREN=(Cr+3.3*Mo+16*N) ≥43。

2.如权利要求1所述的一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢的制作方法，其特征在于：包括以下步骤，

3.如权利要求2所述的一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢的制作方法，其特征在于：所述的浇注温度为1470～1520℃。

4.如权利要求2所述的一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢的制作方法，其特征在于：所述的热处理固溶温度为1080~1120℃。

5.如权利要求2所述的一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢的制作方法，其特征在于：所述的采用中频炉和AOD炉进行熔炼工艺，或采用电弧炉和VOD炉进行熔炼工艺。

6.如权利要求2所述的一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢的制作方法，其特征在于：所述的步骤四后得到的材料可以通过冷作硬化，使抗拉强度Rm≥1200MPa。