CN109576588A - 海洋工程用耐腐蚀不锈钢圆棒及其制备方法 - Google Patents

海洋工程用耐腐蚀不锈钢圆棒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒，其原料钢由Fe、C、Si、S、P、Mn、Cr、Ni、Mo、N组成，各组分的重量百分比分别为：C：≤0.03%，Si：≤2.0%，S：≤0.02%，P：≤0.03%，Mn：≤2.0%，Cr：21.2‑23.5%，Ni：4.7‑5.0%，Mo：2.6‑3.0%，N：0.1‑0.16%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供一种制备上述高强度耐腐蚀不锈钢圆棒的制备方法。采用本发明所制得的不锈钢圆棒，具有高强度、高韧性、高耐磨性和优异的耐腐蚀性能，应用于海洋工程设备中，可使设备有效抵御海水侵蚀，延长设备的使用寿命，降低维护成本。

Description

海洋工程用耐腐蚀不锈钢圆棒及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒及其制备方法。
背景技术
目前，由于陆地资源逐渐匮乏，海洋资源丰富，各国纷纷将注意力转移到海洋资源的开发中去。与陆地环境相比，海洋环境具有更苛刻的腐蚀介质，在陆地环境中应用的材料不适用于海洋环境，海洋环境中高浓度的氯离子含量和高的压力，需要开发更高强度、更强耐腐蚀性能的不锈钢材料。目前海洋工程中应用的不锈钢材料的强度及耐腐蚀性能有限，在海洋环境中抵御海水侵蚀的能力有限，用于海洋设备中，设备的寿命较短，维护成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒及其制备方法，所制得的不锈钢圆棒用于海洋设备中，可延长设备的使用寿命，降低维护成本。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒，其原料钢由Fe、C、Si、S、P、Mn、Cr、Ni、Mo、N组成，各组分的重量百分比分别为：C：≤0.03%，Si：≤2.0%，S：≤0.02%，P：≤0.03%，Mn：≤2.0%，Cr：21.2-23.5%，Ni：4.7-5.0%，Mo：2.6-3.0%， N：0.1-0.16%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，各组分的重量百分比分别为：C：0.02%，Si：1.0%，S：0.004%，P：0.02%，Mn：1.0%，Cr：21.2%，Ni：4.7%，Mo：2.6%， N：0.12%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供一种制备上述海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：备料，按要求准备原材料，即合金边角料，确保原材料中无油、无危险杂质；
步骤S2：电炉融化，将准备好的原材料投入电炉中进行融化；
步骤S3：精炼，将融化后的钢水倒入精炼炉中，精炼炉温度为1700-1750℃，2小时后投入含Ni、Cr、Mn的材料并搅拌均匀，之后利用AOD精炼法对钢水进行精炼，同时除去钢水中的渣滓；对精炼后的钢水进行取样检测，根据检测结果对钢水的成分进行调整；
步骤S4：浇注，调整精炼炉温度为1600-1620℃，将成分调整后的钢水倒入模具中，大于12小时后取出；
步骤S5：打磨，对取出的钢材表面进行清理打磨，确保表面干净无杂质；
步骤S6：锻造，打磨后的钢材进炉时，控制锻造炉温度低于700℃，钢材进炉后将锻造炉加热至1150-1180℃，并保温2.5小时；开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃；
步骤S7： 回火，将锻造后的不锈钢圆棒置于煤炭炉中进行回火，回火时间大于60分钟；
步骤S8：切割，切除不锈钢圆棒两端的不平整部分；
步骤S9：检验，对不锈钢圆棒的产品质量进行检验，确保圆棒表面无缺陷、质量符合要求。
优选地，所述步骤S3中的AOD精炼法指的是：向精炼炉中的钢水中吹入氧气的同时，吹入惰性气体，以使钢水中的C含量降低至很低的水平。
更优选地，所述惰性气体为氩气。
与现有技术相比，本发明提供一种海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒及其制备方法，所制得的不锈钢圆棒具有高强度和优异的耐腐蚀性能，用于海洋设备中，可延长设备的使用寿命，降低维护成本。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
一种海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒，其原料钢由Fe、C、Si、S、P、Mn、Cr、Ni、Mo、N组成，各组分的重量百分比分别为：C：≤0.03%，Si：≤2.0%，S：≤0.02%，P：≤0.03%，Mn：≤2.0%，Cr：21.2-23.5%，Ni：4.7-5.0%，Mo：2.6-3.0%， N：0.1-0.16%，余量为Fe和不可避免的杂质。
以下对各组分在本发明的不锈钢圆棒中的作用进行说明：
C（碳）是对钢的强度、硬度、韧性及耐磨性至关重要的元素，C溶解在钢中形成间隙固溶体，起到固溶强化的作用，另外，C与其他强碳化物形成元素形成碳化物析出时，起到沉淀强化的作用，可显著提高钢的强度、硬度、塑性和韧性；但是C含量过高容易导致钢的耐腐蚀性能下降，增加钢的冷脆性和实效敏感性，因此，本发明的不锈钢圆棒的原料钢中C含量控制在0.03%以下，既保证不锈钢圆棒具有高强度、硬度、塑性和韧性，又不影响不锈钢圆棒的耐腐蚀性。
Si（硅）作为还原剂和脱氧剂，能够提高不锈钢的抗拉强度，Si与Mo或Cr等结合，有提高钢的耐腐蚀性能和抗氧化性能的作用；但是，Si含量增加会降低钢的韧性、塑性以及焊接性能，因此本发明的不锈钢圆棒的原料钢中Si含量控制在2.0%以下，保证不锈钢圆棒具有足够的抗拉强度、耐腐蚀性能以及抗氧化性能。
一般情况下，S（硫）元素、P（磷）元素是不锈钢中的有害元素，S降低不锈钢的延展性、韧性、焊接性能以及耐腐蚀性能，一般要求钢中S含量小于0.055%；P增加不锈钢的冷脆性，使得焊接性能变坏，塑性降低，一般要求钢中P含量小于0.045%；因此本发明的不锈钢圆棒的原料钢中S含量控制在0.02%以下，P含量控制在0.03%以下。
Mn（锰）是良好的脱氧剂和脱硫剂，其与Fe形成固溶体，能提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时Mn又是碳化物形成元素，起到提高钢的强度的作用；Mn含量较高时，会导致钢的耐腐蚀和抗氧化性能降低，因此，本发明的不锈钢圆棒的原料钢中Mn含量控制在2.0%以下。
Cr（铬）是主要铁素体形成元素，Cr与氧结合能生成耐腐蚀的Cr2O3钝化膜，是钢保持耐蚀性的基本元素之一，Cr含量增加可提高钢的钝化膜修复能力，改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力，在大气环境中，Cr含量在12%以上的铁-铬合金就可自钝化，在氧化性介质中Cr含量在17%以上就可钝化；本发明的不锈钢圆棒的原料钢中Cr的含量为21.2-23.5%，Cr含量增加，则Cr2O3钝化膜中的Cr含量也增加，使得钝化膜的化学稳定性增强；较高含量的Cr使得不锈钢圆棒具有高的耐点蚀、耐缝隙腐蚀及耐应力腐蚀性能，应用于海洋工程设备中，可以比普通的不锈钢材料更好地抵御海水的侵蚀，延长设备的使用寿命。
Ni（镍）是主要奥氏体形成元素，能够减缓不锈钢在海洋环境中的腐蚀现象，在提高钢的强度的同时，对钢的韧性、塑性及其他工艺性能的损害较小；由于Ni是较为稀缺的资源，本发明的不锈钢圆棒的原料钢中Ni的含量为4.7-5.0%，在控制制造成本的前提下，使得不锈钢圆棒具有高强度和耐腐蚀性能。
Mo（钼）是碳化物形成元素，在不锈钢中加入Mo后形成的碳化物极其稳定，能够耐氧化性酸介质腐蚀，耐点蚀及耐晶间腐蚀性能好；Mo还能提高钢的硬度和强度，但是，随着Mo含量的增多，会导致钢的韧性下降，还会使制造成本增加，因此，本发明的不锈钢圆棒的原料钢中Mo含量为2.6-3.0%。
N（氮）是强奥氏体形成元素，N元素加入不锈钢中，在不影响钢的塑性和韧性的情况下提高钢的强度，并可部分代替不锈钢中的Ni，使得生产成本降低；但是其对不锈钢的时效开裂影响较大，因此本发明的不锈钢圆棒的原料钢中N含量为0.1-0.16%。
本发明还提供一种制备上述海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：备料，按要求准备原材料，即合金边角料，确保原材料中无油、无危险杂质；
步骤S2：电炉融化，将准备好的原材料投入电炉中进行融化；
步骤S3：精炼，将融化后的钢水倒入精炼炉中，精炼炉温度为1700-1750℃，2小时后投入含Ni、Cr、Mn的材料并搅拌均匀，之后利用AOD精炼法对钢水进行精炼，同时除去钢水中的渣滓；对精炼后的钢水进行取样检测，根据检测结果对钢水的成分进行调整；
AOD精炼法指的是：向精炼炉中的钢水中吹入氧气的同时，吹入惰性气体，以使钢水中的C含量降低至很低的水平。优选地，本发明使用的惰性气体为氩气。
步骤S4：浇注，调整精炼炉温度为1600-1620℃，将成分调整后的钢水倒入模具中，大于12小时后取出；
步骤S5：打磨，对取出的钢材表面进行清理打磨，确保表面干净无杂质；
步骤S6：锻造，打磨后的钢材进炉时，控制锻造炉温度低于700℃，钢材进炉后将锻造炉加热至1150-1180℃，并保温2.5小时；开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃；
步骤S7： 回火，将锻造后的不锈钢圆棒置于煤炭炉中进行回火，回火时间大于60分钟；
步骤S8：切割，切除不锈钢圆棒两端的不平整部分；
步骤S9：检验，对不锈钢圆棒的产品质量进行检验，确保圆棒表面无缺陷、质量符合要求。
采用上述制备方法制备的不锈钢圆棒，具有高强度、高韧性、高耐磨性和优异的耐腐蚀性能，应用于海洋工程设备中，可使设备有效抵御海水侵蚀，延长设备的使用寿命，降低维护成本。
本发明实施例1的一种海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒，其原料钢各组分的重量百分比分别为：C：0.02%，Si：1.0%，S：0.004%，P：0.02%，Mn：1.0%，Cr：21.2%，Ni：4.7%，Mo：2.6%， N：0.12%，余量为Fe和不可避免的杂质。由于过度降低C含量、S含量、P含量会导致精炼成本增加，因此，本发明实施例1的不锈钢圆棒的原料钢中C含量优选为0.02%，S含量优选为0.004%、P含量优选为0.02%；本发明实施例1在保证不锈钢圆棒具备足够的强度及耐腐蚀性能的情况下，对制造成本进行控制，将Cr含量优选设定为21.2%，Ni含量优选设定为4.7%，Mo含量优选设定为2.6%。
综上所述，本发明提供一种海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒及其制备方法，所制得的不锈钢圆棒具有高强度和优异的耐腐蚀性能，用于海洋设备中，可延长设备的使用寿命，降低维护成本。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒，其特征在于：其原料钢由Fe、C、Si、S、P、Mn、Cr、Ni、Mo、N组成，各组分的重量百分比分别为：C：≤0.03%，Si：≤2.0%，S：≤0.02%，P：≤0.03%，Mn：≤2.0%，Cr：21.2-23.5%，Ni：4.7-5.0%，Mo：2.6-3.0%， N：0.1-0.16%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒，其特征在于：各组分的重量百分比分别为：C：0.02%，Si：1.0%，S：0.004%，P：0.02%，Mn：1.0%，Cr：21.2%，Ni：4.7%，Mo：2.6%， N：0.12%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.一种制备如权利要求1所述的海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：备料，按要求准备原材料，即合金边角料，确保原材料中无油、无危险杂质；
步骤S2：电炉融化，将准备好的原材料投入电炉中进行融化；
步骤S3：精炼，将融化后的钢水倒入精炼炉中，精炼炉温度为1700-1750℃，2小时后投入含Ni、Cr、Mn的材料并搅拌均匀，之后利用AOD精炼法对钢水进行精炼，同时除去钢水中的渣滓；对精炼后的钢水进行取样检测，根据检测结果对钢水的成分进行调整；
步骤S4：浇注，调整精炼炉温度为1600-1620℃，将成分调整后的钢水倒入模具中，大于12小时后取出；
步骤S5：打磨，对取出的钢材表面进行清理打磨，确保表面干净无杂质；
步骤S6：锻造，打磨后的钢材进炉时，控制锻造炉温度低于700℃，钢材进炉后将锻造炉加热至1150-1180℃，并保温2.5小时；开锻温度≥1150℃，终锻温度≥980℃；
步骤S7： 回火，将锻造后的不锈钢圆棒置于煤炭炉中进行回火，回火时间大于60分钟；
步骤S8：切割，切除不锈钢圆棒两端的不平整部分；
步骤S9：检验，对不锈钢圆棒的产品质量进行检验，确保圆棒表面无缺陷、质量符合要求。
4.如权利要求3所述的海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的AOD精炼法指的是：向精炼炉中的钢水中吹入氧气的同时，吹入惰性气体，以使钢水中的C含量降低至很低的水平。
5.如权利要求4所述的海洋工程用高强度耐腐蚀不锈钢圆棒的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。
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