CN112410517B - 一种消除奥氏体不锈钢中δ铁素体的方法 - Google Patents

一种消除奥氏体不锈钢中δ铁素体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除奥氏体不锈钢中δ铁素体的方法，属于奥氏体不锈钢技术领域。本发明通过控制Cr‑Ni‑Mn系奥氏体不锈钢中奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡以及采用完全奥氏体区域的等温处理方法，可达到有效消除δ铁素体的目的。首先，Cr‑Ni‑Mn系奥氏体不锈钢的化学成分应控制在

Description

一种消除奥氏体不锈钢中δ铁素体的方法
技术领域
本发明涉及奥氏体不锈钢技术领域，具体涉及一种消除奥氏体不锈钢中δ铁素体的方法。
背景技术
Cr-Ni-Mn系奥氏体不锈钢由于其优良的室温和中高温力学性能、耐腐蚀性能、成形性能以及焊接工艺性能，被广泛应用于核电站的关键部件。随着先进核电技术的不断发展，对奥氏体不锈钢的力学性能要求越来越高，尤其随着四代核能技术的发展，苛刻的服役温度、辐照剂量、腐蚀介质等对奥氏体不锈钢的强韧性、持久蠕变性能、抗辐照性能等提出了更高的要求。因此，基于奥氏体不锈钢的微观组织控制以提高性能是国内外关注的重点。
实际工业生产中，Cr-Ni-Mn系奥氏体不锈钢在凝固过程中易出现由于包晶反应或凝固偏析而残留至室温的δ铁素体，尤其在厚大的铸坯中δ铁素体的形成数量更多。δ铁素体通常以胞状或岛状形成存在，会降低材料的强度和冲击韧性。在高温服役环境下，δ铁素体作为软化相会降低持久强度；同时高温长期服役过程中δ铁素体易分解为σ、χ等脆性相，极大地损伤合金的强韧性、降低临界裂纹尺寸，直接影响到反应堆的服役寿命。因此，消除Cr-Ni-Mn系奥氏体不锈钢中的δ铁素体以提高性能，是亟需解决的重要问题。
发明内容
针对实际生产过程中Cr-Ni-Mn系奥氏体不锈钢铸坯不可避免出现δ铁素体的问题，本发明的目的在于提供一种消除奥氏体不锈钢中δ铁素体的方法，通过控制合金成分配比和采用完全奥氏体区域的等温处理方法，可实现δ铁素体含量小于1％的铸坯制备。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种消除奥氏体不锈钢中δ铁素体的方法，该方法通过控制Cr-Ni-Mn系奥氏体不锈钢中奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡以及采用完全奥氏体区域的等温处理方法，能够有效消除δ铁素体。
通过公式(1)控制奥氏体不锈钢中奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡；
Figure BDA0002783984270000021
公式(1)中，各元素符号表示奥氏体不锈钢中相应元素的重量百分比。
将铸坯加热至1200±30℃的完全奥氏体区域等温处理8～20h，铸坯的预热时间按1分钟/每毫米厚度进行。
所述消除奥氏体不锈钢中铁素体的方法，具体包括如下步骤：
(1)设计奥氏体不锈钢化学成分并熔炼制备铸坯；通过设计化学成分实现奥氏体不锈钢中奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡；
(2)对所制备的铸坯采用完全奥氏体区域的等温处理方法。
该方法能够实现铸坯中的δ铁素体含量小于1％(面积分数)。
本发明的设计思想是：
在Cr-Ni-Mn系奥氏体体不锈钢中，C、N、Ni、Mn是奥氏体稳定元素，而Cr、Si、Mo、Nb是铁素体稳定元素。其中，各元素促进奥氏体形成或铁素体形成的能力不同，奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡决定了平衡状态下的相组成。因此，本发明通过控制奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡，保证Cr-Ni-Mn系奥氏体不锈钢在平衡状态下为单一的奥氏体组织。
而在实际生产过程中，平衡状态的组织无法获得，铸坯在凝固过程中会存在元素的微观偏析和宏观偏析，易产生由于包晶反应或凝固末期铁素体形成元素偏析而形成的δ铁素体。所以需要促进元素扩散来消除铸坯中的微观偏析和宏观偏析，以接近平衡态组织。然而，采用的处理温度过低，元素扩散速率慢而无法消除δ铁素体；过高的处理温度容易使合金重新发生包晶反应，造成δ铁素体含量的升高。因此，本发明对铸坯采用完全奥氏体区域的等温处理方法，可达到有效消除δ铁素体的目的。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明通过控制Cr-Ni-Mn系奥氏体体不锈钢成分配比和采用完全奥氏体区域的等温处理方法，有效地消除了铸坯中的有害δ铁素体，避免其对强韧性和高温性能的影响。
2、本发明的应用为高性能锻件、板材、管件等产品的制备提供优质铸坯，提升了奥氏体不锈钢产品的强韧性和高温性能，以满足先进核电技术对材料性能的苛刻要求，有助于解决国产核电用奥氏体不锈钢力学性能低于进口材料的难题。
3、本发明的应用解决了我国实际生产过程中Cr-Ni-Mn系奥氏体不锈钢中δ铁素体含量难以控制的问题，为核电用高性能奥氏体不锈钢的国产化奠定基础。
附图说明
图1为实施例1中铸坯铸态组织及等温处理对组织的影响；其中：(a)为铸态组织；(b)为完全奥氏体区域的等温处理制度对铁素体含量的影响规律；(c)为消除铁素体后的金相组织。
图2为实施例2中铸坯铸态组织及消除铁素体后的金相组织；其中：(a)为铸态组织；(b)为消除铁素体后的金相组织。
图3为实施例3中铸坯铸态组织及消除铁素体后的金相组织；其中：(a)为铸态组织；(b)为消除铁素体后的金相组织。
具体实施方式
下面结合附图1和实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1:
Cr-Ni-Mn奥氏体不锈钢化学成分的重量百分比为：C：0.04％；N：0.062％；Si：0.41％；Mn：1.65％；Cr：17.55％；Ni：12.04％；Mo：2.54％；Fe余量。采用精炼设备保证钢液的化学成分满足成分控制要求，然后浇铸成180mm厚的铸坯，在冷却后的铸坯上取全厚度样品，样品尺寸为100mm×100mm×180mm。
利用公式(1)计算奥氏体/铁素体稳定元素含量的相对含量：
Figure BDA0002783984270000041
参照GB/T 13305-2008《不锈钢中α-相面积含量金相测试法》统计铸坯中的铁素体含量，铸坯心部的铁素体含量最高，可达8％，典型金相组织如图1(a)所示。
对铸坯进行完全奥氏体区域的等温处理，处理温度和保温时间对铁素体含量的影响规律如图1(b)所示。可见，较低的处理温度(≤1150℃)无法有效消除铁素体；而在合适的处理温度(1200℃和1230℃)保温8小时以上，可使铸坯中的铁素体含量控制在小于1％。1230℃处理16小时后的典型金相组织如图1(c)所示，铸坯中不含δ铁素体。
实施例2:
根据本发明设计的Cr-Ni-Mn奥氏体不锈钢化学成分的重量百分比为：C：0.039％；N：0.075％；Si：0.38％；Mn：1.46％；Cr：17.57％；Ni：12.04％；Mo：2.55％；Fe余量。采用精炼设备保证钢液的化学成分满足成分控制要求，然后浇铸成180mm厚的铸坯，在冷却后的铸坯上取全厚度样品，样品尺寸为100mm×100mm×180mm。
计算奥氏体/铁素体稳定元素含量的相对含量：
Figure BDA0002783984270000042
参照GB/T 13305-2008《不锈钢中α-相面积含量金相测试法》统计铸坯中的铁素体含量，铸坯心部的铁素体含量最高，可达5.5％，典型金相组织如图2(a)所示。
对铸坯进行完全奥氏体区域的等温处理，经1200℃处理14小时后的典型金相组织如图2(b)所示，铸坯中不含δ铁素体。
实施例3:
根据本发明设计的Cr-Ni-Mn奥氏体不锈钢化学成分的重量百分比为：C：0.019％；N：0.13％；Si：0.45％；Mn：1.47％；Cr：16.26％；Ni：12.4％；Mo：2.55％；Fe余量。采用精炼设备保证钢液的化学成分满足成分控制要求，然后浇铸成100mm厚的铸坯，在冷却后的铸坯上取全厚度样品，样品尺寸为100mm×100mm×100mm。
计算奥氏体/铁素体稳定元素含量的相对含量：
Figure BDA0002783984270000051
参照GB/T 13305-2008《不锈钢中α-相面积含量金相测试法》统计铸坯中的铁素体含量，铸坯心部的铁素体含量最高，可达3％，典型金相组织如图3(a)所示。
对铸坯进行完全奥氏体区域的等温处理，经1200℃处理8小时后的典型金相组织如图3(b)所示，铸坯中不含δ铁素体。

Claims (1)

1.一种消除奥氏体不锈钢中δ铁素体的方法，其特征在于：该方法通过控制Cr-Ni-Mn系奥氏体不锈钢中奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡以及采用完全奥氏体区域的等温处理方法，能够有效消除δ铁素体；该方法包括如下步骤：
(1)设计奥氏体不锈钢化学成分并熔炼制备铸坯；通过设计化学成分实现奥氏体不锈钢中奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡；通过公式(1)控制奥氏体不锈钢中奥氏体/铁素体稳定元素含量的平衡；
Figure FDA0003525067980000011
公式(1)中，各元素符号表示奥氏体不锈钢中相应元素的重量百分比；
(2)对所制备的铸坯采用完全奥氏体区域的等温处理方法，具体为：将铸坯加热至1200±30℃的完全奥氏体区域等温处理8～20h，铸坯的预热时间按1分钟/每毫米厚度进行；
该方法能够实现铸坯中不含δ铁素体。
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CN114130935B (zh) * 2021-11-29 2024-02-20 沈阳科金特种材料有限公司 一种核电及军工用奥氏体不锈钢铁素体含量的控制方法
CN114959214A (zh) * 2022-05-19 2022-08-30 中国科学院金属研究所 一种含铌奥氏体不锈钢的均质化处理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5867852A (ja) * 1981-10-19 1983-04-22 Mitsubishi Steel Mfg Co Ltd 耐食高張力鋳鋼
JPS5947360A (ja) * 1982-09-09 1984-03-17 Daido Steel Co Ltd オ−ステナイト系ステンレス鋼
AT377785B (de) * 1983-06-28 1985-04-25 Ver Edelstahlwerke Ag Chromhaeltige legierung
KR20020040438A (ko) * 2000-11-24 2002-05-30 이구택 저 니켈 함유 오스테나이트계 스테인레스 후강판 제조 방법
CN103789708B (zh) * 2014-02-10 2016-08-17 浙江大隆合金钢有限公司 13Cr9Mo2Co1NiVNbNB超级马氏体耐热钢及其生产方法
CN105839022B (zh) * 2016-03-31 2021-04-09 宝钢德盛不锈钢有限公司 一种高硬度无磁无镍不锈钢及其制造方法
CN109355592B (zh) * 2018-11-27 2021-01-08 浦项(张家港)不锈钢股份有限公司 一种无磁316l不锈钢及其生产方法

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