CN113774270A - 一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法 - Google Patents

一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113774270A
CN113774270A CN202010520456.6A CN202010520456A CN113774270A CN 113774270 A CN113774270 A CN 113774270A CN 202010520456 A CN202010520456 A CN 202010520456A CN 113774270 A CN113774270 A CN 113774270A
Authority
CN
China
Prior art keywords
percent
less
equal
stainless steel
steel bar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010520456.6A
Other languages
English (en)
Inventor
徐锋
赵欣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baowu Special Metallurgy Co Ltd
Original Assignee
Baowu Special Metallurgy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baowu Special Metallurgy Co Ltd filed Critical Baowu Special Metallurgy Co Ltd
Priority to CN202010520456.6A priority Critical patent/CN113774270A/zh
Publication of CN113774270A publication Critical patent/CN113774270A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires
    • C21D8/065—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium

Abstract

本发明公开了一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法，该产品的化学成分按质量百分比为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.04％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％，余量为Fe及不可避免的其它杂质。本发明的制备方法，采用AOD精炼工艺炼钢，采用VAR炉重熔降低了气体杂质的含量，通过合金设计及优化元素配比降低了δ铁素体的含量，使得不锈钢棒材在力学性能不降低的情况下，拥有较好的韧性及热加工性能。

Description

一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法
技术领域
本发明涉及不锈钢材料领域，尤其涉及一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法，由于该不锈钢的强度高、韧性好、耐腐蚀，可应用于石油、化工、能源以及动力等领域。
背景技术
沉淀硬化不锈钢一般是通过加入硬化元素在时效热处理过程中析出微细的金属间化合物和某些少量碳化物以达到硬化效果，从而获得高强度、高韧性及高耐蚀性；马氏体沉淀硬化不锈钢是20世纪60年代后期问世的一类新型的不锈钢，它不仅具有优良的强度、韧性和耐腐蚀性，其加工性能和焊接性能也不错、热稳定性良好，热处理工艺简单，在国内外得到了广泛的应用和发展，是不锈钢系列中最有发展的钢种之一；马氏体沉淀硬化不锈钢(17-4PH不锈钢)通常是在马氏体状态下服役，其性能可以通过马氏体的形成与沉淀硬化机理中的一种或两种共同作用来获得，通过改变时效温度还可以在相当宽的范围内调整其机械性能；由于它采用马氏体相变和沉淀硬化机理，弥补了奥氏体钢强度较低及马氏体钢热处理至高强度后，抗腐蚀能力降低等不足；17-4PH不锈钢是国内外使用量最多的马氏体沉淀硬化不锈钢，它是在Cr17型不锈钢基础上，加入Cu、Nb等元素，通过固溶加时效热处理，在马氏体基体中析出弥散的富铜相产生沉淀硬化而使钢强化，该材料不仅有良好的耐腐蚀性，而且拥有良好的耐热性和力学性能，易焊接不需要预热和局部退火处理等优点，可以制造石油、化工等领域中既要求耐弱酸、碱、盐腐蚀又要求高强度的部件，如紧固件、轴类、汽轮机叶片、高压阀门和船舶的动力部件等。
虽然17-4PH不锈钢性能优良，但是传统的电炉冶炼和电炉+电渣冶炼方法获得的17-4PH不锈钢，其非金属夹杂含量和氢、氧等杂质气体含量较高，对材料的塑性和韧性都有不利影响；除此之外，由于17-4PH不锈钢化学成分组成的原因，该不锈钢的马氏体基体上会有10％左右的δ铁素体存在，这些δ铁素体塑性差，在加工过程中会被拉长，割裂基体组织的连续性，从而严重影响材料的热加工性能和力学性能；一些大规格的17-4PH不锈钢铸锭和坯料在放置过程中会开裂导致报废，避免此种情况则需要在冶炼和锻造完毕后进行复杂的长时间的热处理。
鉴于上述情况，亟待研发一种新的不锈钢的制备方法，在加工过程中无需复杂的长时间热处理，该方法制备出来的不锈钢在不影响力学性能的情况下，还具有高强度、高韧性以及良好的抗腐蚀性能和热加工性能，而且该不锈钢所含的非金属夹杂含量以及气体杂质较少，δ铁素体含量较低。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明目的是提供一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法，在大规格铸锭或坯料加工过程中无需复杂的长时间热处理，制备出来的不锈钢在不影响力学性能的情况下，还具有高强度、高韧性以及良好的抗腐蚀性能和热加工性能，而且该不锈钢所含的非金属夹杂含量以及气体杂质较少，δ铁素体含量较低。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材，包括按质量百分数计的如下元素：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.04％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％，余量为Fe及不可避免的其它杂质。
优选地，所述不可避免的其他杂质中，H≤0.0001％，O≤0.0006％，以重量百分数计。
优选地，所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的抗拉强度≥1070MPa，冲击功αku2≥70J，δ铁素体含量≤2％，晶粒度≥5级。
优选地，所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的屈服强度≥1080MPa，延伸率≥17％，面缩率≥70％。
一种如前述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，包括如下步骤：
S1，选择废钢、生铁为原料，将原料依次经过电炉初炼、AOD炉精炼以及LF炉精炼得到模铸钢水；
S2，将步骤S1中获得的模铸钢水经过模铸得到电极棒，将所述电极棒通过VAR炉重熔，获得不锈钢铸锭；
S3，将步骤S2中获得的不锈钢铸锭加热至1130～1270℃开坯得到中间锻坯；
S4，将步骤S3中得到的中间锻坯加热至1030～1170℃后进行锻造或轧制，得到不锈钢棒材；
S5，将步骤S4中得到的不锈钢棒材进行时效热处理。
优选地，所述步骤S1中，所述废钢原料经电炉初炼后获得的低磷钢水中P含量≤0.02％，Cr含量为13.00～15.00％，Ni含量为3.00～4.50％，Cu含量为2.50～3.50％。
优选地，所述低磷钢水经AOD炉精炼处理后的低碳低硫钢水中C含量≤0.03％，S含量≤0.01％。
优选地，所述低碳低硫钢水经LF炉精炼后得到的模铸钢水中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.50～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.10％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％。
优选地，所述步骤S2中，所述不锈钢铸锭中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.04％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％，余量为Fe及不可避免的其它杂质。
优选地，从所述电极棒到所述不锈钢棒材的总变形比≥4.0。
优选地，所述步骤S5中，所述时效热处理工艺为：将所述步骤S4中得到的不锈钢棒材加热至1010～1070℃，保温1～5h后水冷或油冷至室温；然后再加热至535～565℃，保温4～10h后空冷至室温，得到高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材。
优选地，所述步骤S1中，所述原料中五害元素的质量百分数分别控制在以下范围内：Sn≤0.01％，Sb≤0.01％，Pb≤0.01％,As≤0.02％,Bi≤0.01％。
本发明主要涉及碳(C)、铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、钼(Mo)、铌(Nb)、硅(Si)、锰(Mn)、硫(S)、磷(P)、氮(N)等元素，它们对本发明的影响如下：
碳(C)是一种间隙固溶元素，可以显著提高钢的基体强度，它可以稳定奥氏体，抑制δ铁素体形成；但它在奥氏体和铁素体中的溶解度有限，过高的碳含量会降低钢的韧性，而且会导致热处理过程中析出M23C6型碳化物，降低钢的耐晶间腐蚀性能；因此本发明中碳含量控制在0.03％以下。
铬(Cr)是一种铁素体稳定化元素，它在不锈钢中主要提高耐腐蚀性和抗氧化性，研究表明钢中最少含有10.5％的Cr才能形成保护钢不受大气腐蚀的稳定的钝化膜。不锈钢的耐蚀性能随Cr的含量提高而增强，但过高的Cr含量会促进有害相生成，降低不锈钢的热加工性能，同时在冶炼时还容易导致金属偏析的发生；因此本发明的铬含量控制在14.00～15.00％。
镍(Ni)是一种奥氏体稳定化元素，可以扩大奥氏体相区，从而保证不锈钢具有良好的塑性变形的特性。镍含量增加可以有效降低δ铁素体含量。镍能改善铬的氧化膜成分、结构和性能，从而提高不锈钢的耐腐蚀和耐氧化性，另外还可以显著降低不锈钢的冷加工硬化倾向；但过高的镍含量会导致生产成本上升；综合考虑，本发明的镍含量控制在4.00～5.50％。
铜(Cu)是不锈钢中主要的沉淀强化元素，通过固溶时效热处理，在马氏体基体中析出弥散的富铜相产生沉淀硬化而使钢强化。适当提高钢中铜含量可以降低钢中δ铁素体含量；铜也是较弱的奥氏体形成元素。在腐蚀环境中，含铜元素的钢在氧化层的保护下能形成铜的聚集层，它能有效的防止氧化铁继续腐蚀金属内部，阻止腐蚀扩散，故在马氏体时效不锈钢中加入铜，能提高钢在硫酸和盐酸中的耐蚀性，添加铜元素也能增强钢的耐应力腐蚀的能力，但过多的铜会在不锈钢热加工时引起铜脆；综合考虑，本发明的铜含量控制在3.00～4.00％。
钼(Mo)对马氏体不锈钢的强度、韧性及耐蚀性都有利。富钼析出物在时效初期析出时，不仅能起到强化作用，还能保持钢的韧性，对钢的强韧化起着重要的作用。钼的存在也可以阻碍析出相析出在原奥氏体晶界上，避免了沿晶断裂，提高钢的断裂韧性。在一些还原性的介质中，钼元素还能促进Cr的钝化作用。因此钼能提高铬镍不锈钢在一些还原性酸，如硫酸、盐酸、磷酸及一些有机酸中的耐蚀性，并能有效地抑制氯离子对钢的点腐蚀倾向，提高抗晶间腐蚀的能力。由于钼同镍一样，也是奥氏体形成元素，所以钼元素不能过量，过量添加会生成残留奥氏体；因此本发明的钼含量控制在0.10～0.50％。
铌(Nb)可以起到细化晶粒的作用，并能和钢中的碳、氮结合形成铌的碳化物和氮化物，减轻晶界处因碳、氮的析出导致的晶界贫铬，从而提高钢的耐蚀性。由于铌在钢中还能形成金属间相，有助于提高钢的强度特别是高温强度。但是钢中铌含量过高，将增加钢中的δ铁素体含量，降低钢的强度、塑韧性及耐蚀性；因此本发明的铌含量控制在0.45％以下。
硅(Si)主要是在熔炼期间作为脱氧剂使用，且可以强化基体、提高钢的耐腐蚀性和高温抗氧化性；但是硅含量过高会导致有害相析出，降低钢的热加工性能和韧性；因此本发明硅含量控制在0.80％以下。
锰(Mn)是是一种奥氏体稳定化元素，可以扩大奥氏体相区，它是良好的脱氧剂与脱硫剂，在工业用钢中通常都含有一定量的锰。在不锈钢中，锰能够代替部分镍来稳定奥氏体，降低生产成本，而且能提高钢中氮含量，保证钢的强度；但锰含量过高会大大降低钢的抗腐蚀性，尤其是抗点蚀和晶间腐蚀的能力；因此本发明锰含量控制在0.30～1.00％。
硫(S)在钢中是以FeS形式存在，会造成钢的热脆性。FeS熔点为1193℃，而Fe与FeS组成的共晶体，其熔点只有985℃。液态Fe与FeS可以无限互溶，但FeS在固态铁的溶解度很小，仅为0.015％～0.020％。所以当钢的硫含量超过0.020％时，钢水在冷却凝固过程中由于偏析，Fe-FeS以低熔点的共晶体呈网状分布于晶界处。钢的热加工温度在1150～1200℃，在此温度下晶界处共晶体已熔化，当钢受压后造成晶界的破裂，这就是钢的“热脆”性。钢中氧含量较高时，FeO与FeS形成的共晶体熔点更低，只有940℃，更加剧了钢的“热脆”现象；除此之外，硫还会明显地降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在金属焊缝中产生许多气孔和疏松，从而降低焊缝的强度。当硫含量超过0.06％时，显著恶化了钢的耐腐蚀性。因此本发明硫含量控制在0.01％以下。
磷(P)钢材中能全部溶于铁素体中，提高铁素体的强度和硬度。但在室温下却使钢的塑性和韧性急剧下降，产生低温脆性，这种现象称为冷脆。一般来说，磷是钢材中的有害元素，主要是析出脆性化合物Fe3P而使钢材的脆性增加，特别是在低温时更为显著。因此本发明磷含量控制在0.02％以下。
氮(N)的作用与碳(C)的作用相似，它在晶胞内以间隙原子形式存在，由于原子尺寸差别较大，更有利于钢的固溶强化。作为奥氏体稳定元素N对扩大及稳定奥氏体组织的作用是Ni的25倍左右，它在奥氏体中的固溶度含量远高于铁素体。通常在常规的不锈钢中会有少量铁素体存在，随着含碳量的降低，铁素体含量将会增加，导致不锈钢的强度，塑性以及韧性降低。N的加入能够抑制铁素体析出，弥补由于C含量降低而导致的强度和韧性的下降。但是过高的氮含量易导致热处理或焊接时有Cr2N的析出，从而影响不锈钢的力学性能，因此本发明的氮含量控制在0.04％以下。
本发明的有益效果为：
1.本发明的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法，是在17-4PH不锈钢的基础上降低了C、Cr的含量，增加Ni、N的含量，并添加了少量的Mo元素，采用超低碳炼钢，提高了不锈钢的抗腐蚀性能；
2.本发明的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法，通过合金设计，优化元素配比，大大降低了δ铁素体的含量，同时采用VAR炉(真空自耗电弧炉)重熔使得不锈钢的气体杂质特别是氢、氧的含量减少，使得该不锈钢棒材在保证力学性能情不降低的情况下，具有较好的韧性以及热加工性能；
3.本发明的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法，在大规格的铸锭或坯料在加工过程中，无需复杂的长时间热处理，从而提高了生产效率；
4.本发明的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法，生产出的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢抗拉强度不低于1070MPa，冲击功αku2≥70J，δ铁素体含量≤2％，晶粒度能达到5级甚至更细；
5.本发明的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法，生产出的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢应用到石油、化工、能源以及动力等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
本发明所提供的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材，包括按质量百分数计的如下元素：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.04％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％，余量为Fe及不可避免的其它杂质；不可避免的其他杂质中，H≤0.0001％，O≤0.0006％。
该高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的抗拉强度≥1070MPa，冲击功αku2≥70J，δ铁素体含量≤2％，晶粒度≥5级，屈服强度≥1080MPa，延伸率≥17％，面缩率≥70％。
上述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，具体包括如下步骤：
S1，选择废钢、生铁为原料，将原料依次经过电炉初炼、AOD炉精炼以及LF炉精炼得到模铸钢水；
其中，原料中五害元素的质量百分数分别控制在以下范围之内：Sn≤0.01％，Sb≤0.01％，Pb≤0.01％,As≤0.02％,Bi≤0.01％；
原料经电炉初炼后获得的低磷钢水中P含量≤0.02％，Cr含量为13.00～15.00％，Ni含量为3.00～4.50％，Cu含量为2.50～3.50％；低磷钢水兑入AOD炉精炼处理后的低碳低硫钢水中C含量≤0.03％，S含量≤0.01％；低碳低硫钢水经LF炉精炼后得到的模铸钢水中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.50～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.10％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％。
S2，将步骤S1中获得的模铸钢水经过模铸得到电极棒，将所述电极棒通过VAR炉冶炼，获得不锈钢铸锭；
不锈钢铸锭中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.04％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％，余量为Fe及不可避免的其它杂质。
S3，将步骤S2中获得的不锈钢铸锭加热至1150～1250℃开坯得到中间锻坯；
S4，将步骤S3中得到的中间锻坯加热至1050～1150℃后进行锻造或轧制，得到不锈钢棒材；
从步骤S2中的电极棒到步骤S4中的不锈钢棒材的总变形比≥4.0。
S5，将步骤S4中得到的不锈钢棒材进行时效热处理；
其中，时效热处理工艺为：将所述步骤S4中得到的不锈钢棒材加热至1010～1070℃，保温1～5h后水冷或油冷至室温；然后再加热至535～565℃，保温4～10h后空冷至室温，得到高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材；其中保温时间根据不锈钢棒材的直径选择。
实施例1
S1，选择五害元素较低(Sn≤0.01％，Sb≤0.01％，Pb≤0.01％,As≤0.02％,Bi≤0.01％)的废钢、生铁为，将原料经过电炉初炼后获得的低磷钢水中P含量≤0.02％，Cr含量为13.00～15.00％，Ni含量为3.00～4.50％，Cu含量为2.50～3.50％；低磷钢水兑入AOD炉进行脱碳处理，脱碳完毕后进行还原以及脱硫处理获得低碳低硫钢水，低碳低硫钢水中C含量≤0.03％，S含量≤0.01％；低碳低硫钢水经LF炉精炼后，调整钢水的化学成分得到的模铸钢水，模铸钢水中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.10％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％。
S2，将步骤S1中获得的模铸钢水浇铸到钢锭模中进行模铸得到电极棒，将电极棒送入VAR炉中进行真空自耗重熔冶炼，获得Φ610mm的不锈钢铸锭，不锈钢铸锭的化学成分参见表1；
S3，将步骤S2中获得的不锈钢铸锭加热至1200±20℃，保温24h，在4000吨快锻机上进行开坯锻造，获得350mm八角中间锻坯；
S4，将350mm八角中间锻坯加热至1150±20℃，保温3h，在1300吨径锻机上锻造，获得Φ150mm的大规格不锈钢棒材；
S5，将步骤S4中得到的不锈钢棒材进行时效热处理；
将Φ150mm的不锈钢棒材加热至1040±10℃，保温3h，油冷至室温，然后再加热至535～565℃，保温10h，空冷至室温，得到高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材；
该高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材上的化学成分参见表1；
在Φ150mm的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材上任选2组样品进行性能检测，结果参见表2。
实施例2
S1，选择五害元素较低(Sn≤0.01％，Sb≤0.01％，Pb≤0.01％,As≤0.02％,Bi≤0.01％)的废钢、生铁为原料，将原料经过电炉初炼后获得的低磷钢水中P含量≤0.02％，Cr含量为13.00～15.00％，Ni含量为3.00～4.50％，Cu含量为2.50～3.50％；低磷钢水兑入AOD炉进行脱碳处理，脱碳完毕后进行还原以及脱硫处理获得低碳低硫钢水，低碳低硫钢水中C含量≤0.03％，S含量≤0.01％；低碳低硫钢水经LF炉精炼后，调整钢水的化学成分得到的模铸钢水，模铸钢水中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.10％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％。
S2，将步骤S1中获得的模铸钢水浇铸到钢锭模中进行模铸得到电极棒，将电极棒送入VAR炉中进行真空自耗重熔冶炼，获得Φ810mm的不锈钢铸锭，不锈钢铸锭的化学成分参见表1；
S3，将步骤S2中获得的不锈钢铸锭加热至1150±20℃，保温8h，在2000吨快锻机上进行开坯锻造，获得140mm方中间锻坯；
S4，将140mm方中间锻坯加热至1050±20℃，保温3h，在轧机上轧制获得Φ70mm的不锈钢棒材；
S5，将步骤S4中得到的不锈钢棒材进行时效热处理；
将Φ70mm的不锈钢棒材加热至1038±15℃，保温2h，水冷至室温，然后再加热至535～565℃，保温8h，空冷至室温，得到高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材；
该高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材上的化学成分参见表1；
在Φ70mm的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材上任选2组样品进行性能检测，结果参见表2。
实施例3
S1，选择五害元素较低(Sn≤0.01％，Sb≤0.01％，Pb≤0.01％,As≤0.02％,Bi≤0.01％)的废钢、生铁为原料，将原料经过电炉初炼后获得的低磷钢水中P含量≤0.02％，Cr含量为13.00～15.00％，Ni含量为3.00～4.50％，Cu含量为2.50～3.50％；低磷钢水兑入AOD炉进行脱碳处理，脱碳完毕后进行还原以及脱硫处理获得低碳低硫钢水，低碳低硫钢水中C含量≤0.03％，S含量≤0.01％；低碳低硫钢水经LF炉精炼后，调整钢水的化学成分得到的模铸钢水，模铸钢水中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.10％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％。
S2，将步骤S1中获得的模铸钢水浇铸到钢锭模中进行模铸得到电极棒，将电极棒送入VAR炉中进行真空自耗重熔冶炼，获得Φ810mm的不锈钢铸锭，不锈钢铸锭的化学成分参见表1；
S3，将步骤S2中获得的不锈钢铸锭加热至1250±20℃，保温24h，在4000吨快锻机上进行开坯锻造，获得750mm方中间锻坯；
S4，将750mm方中间锻坯加热至1150±20℃，保温3h，在4000吨径锻机上锻造，获得Φ350mm的大规格不锈钢棒材；
S5，将步骤S4中得到的不锈钢棒材进行时效热处理；
将Φ350mm的不锈钢棒材加热至1040±15℃，保温3h，油冷至室温，然后再加热至535～565℃，保温10h，空冷至室温，得到高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材；
该高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材上的化学成分参见表1；
在Φ70mm的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材中任选2组样品进行性能检测，结果参见表2。
实施例4
S1，选择五害元素较低(Sn≤0.01％，Sb≤0.01％，Pb≤0.01％,As≤0.02％,Bi≤0.01％)的废钢、生铁为原料，将原料经过电炉初炼后获得的低磷钢水中P含量≤0.02％，Cr含量为13.00～15.00％，Ni含量为3.00～4.50％，Cu含量为2.50～3.50％；低磷钢水兑入AOD炉进行脱碳处理，脱碳完毕后进行还原以及脱硫处理获得低碳低硫钢水，低碳低硫钢水中C含量≤0.03％，S含量≤0.01％；低碳低硫钢水经LF炉精炼后，调整钢水的化学成分得到的模铸钢水，模铸钢水中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.10％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％。
S2，将步骤S1中获得的模铸钢水浇铸到钢锭模中进行模铸得到电极棒，将电极棒送入VAR炉中进行真空自耗重熔冶炼，获得Φ810mm的不锈钢铸锭，不锈钢铸锭的化学成分参见表1；
S3，将步骤S2中获得的不锈钢铸锭加热至1250±20℃，保温24h，在4000吨快锻机上进行开坯锻造，获得750mm方中间锻坯；
S4，将750mm方中间锻坯加热至1180±20℃，保温3h，在4000吨径锻机上锻造，获得Φ350mm的大规格不锈钢棒材；
S5，将步骤S4中得到的不锈钢棒材进行时效热处理；
将Φ350mm的不锈钢棒材加热至1040±15℃，保温3h，油冷至室温，然后再加热至535～565℃，保温10h，空冷至室温，得到高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材；
该高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材上的化学成分参见表1；
在Φ70mm的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材中任选2组样品进行性能检测，结果参见表2。
实施例5
S1，选择五害元素较低(Sn≤0.01％，Sb≤0.01％，Pb≤0.01％,As≤0.02％,Bi≤0.01％)的废钢、生铁为原料，将原料经过电炉初炼后获得的低磷钢水中P含量≤0.02％，Cr含量为13.00～15.00％，Ni含量为3.00～4.50％，Cu含量为2.50～3.50％；低磷钢水兑入AOD炉进行脱碳处理，脱碳完毕后进行还原以及脱硫处理获得低碳低硫钢水，低碳低硫钢水中C含量≤0.03％，S含量≤0.01％；低碳低硫钢水经LF炉精炼后，调整钢水的化学成分得到的模铸钢水，模铸钢水中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.10％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％。
S2，将步骤S1中获得的模铸钢水浇铸到钢锭模中进行模铸得到电极棒，将电极棒送入VAR炉中进行真空自耗重熔冶炼，获得Φ810mm的不锈钢铸锭，不锈钢铸锭的化学成分参见表1；
S3，将步骤S2中获得的不锈钢铸锭加热至1250±20℃，保温24h，在4000吨快锻机上进行开坯锻造，获得750mm方中间锻坯；
S4，将750mm方中间锻坯加热至1150±20℃，保温3h，在4000吨径锻机上锻造，获得Φ350mm的大规格不锈钢棒材；
S5，将步骤S4中得到的不锈钢棒材进行时效热处理；
将Φ350mm的不锈钢棒材加热至1040±15℃，保温3h，油冷至室温，然后再加热至535～565℃，保温10h，空冷至室温，得到高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材；
该高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材上的化学成分参见表1；
在Φ70mm的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材中任选2组样品进行性能检测，结果参见表2。
表1本发明实施例、对比例高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材(钢锭)以及17-4PH化学成分(质量百分比％)
Figure BDA0002531874020000121
Figure BDA0002531874020000131
表2本发明实施例中高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材以及17-4PH不锈钢的性能
Figure BDA0002531874020000132
如表1所示，实施例1～实施例3中的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的化学成分按质量百分比均在如下元素含量范围内：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.04％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％，余量为Fe及不可避免的其它杂质；其中H的含量均≤0.0001％，O的含量均≤0.0006％；本发明的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材与17-4PH不锈钢相比，在17-4PH不锈钢的基础上降低了C、Cr的含量，增加Ni的含量，并添加了少量的Mo元素，采用AOD超低碳炼钢，提高了不锈钢的抗腐蚀性能。
如表2所示，实施例1～实施例3中的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的抗拉强度≥1070MPa，冲击功αku2≥70J，δ铁素体含量≤2％，晶粒度≥5级，屈服强度≥1080MPa，延伸率≥17％，面缩率≥70％。本发明的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材与17-4PH不锈钢相比，大大降低了δ铁素体的含量，气体杂质特别是氢、氧的含量较少，该不锈钢棒材在力学性能情不降低的情况下，同时具有较好的韧性以及热加工性能。
因此，本发明的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法，生产出的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢因其优异的耐腐蚀性能和力学性能，可以应用到对强度、韧性以及耐腐蚀性能都有较高要求的石油、化工、能源以及动力等领域。
综上所述，上述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材，其特征在于，包括按质量百分数计的如下元素：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.04％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％，余量为Fe及不可避免的其它杂质。
2.如权利要求1所述的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材，其特征在于，所述不可避免的其他杂质中，H≤0.0001％，O≤0.0006％，以重量百分数计。
3.如权利要求2所述的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材，其特征在于，所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的抗拉强度≥1070MPa，冲击功αku2≥70J，δ铁素体含量≤2％，晶粒度≥5级。
4.如权利要求2所述的高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材，其特征在于，所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的屈服强度≥1080MPa，延伸率≥17％，面缩率≥70％。
5.一种如权利要求1～4任一项所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，选择废钢、生铁为原料，将原料依次经过电炉初炼、AOD炉精炼以及LF炉精炼得到模铸钢水；
S2，将步骤S1中获得的模铸钢水经过模铸得到电极棒，将所述电极棒通过VAR炉重熔，获得不锈钢铸锭；
S3，将步骤S2中获得的不锈钢铸锭加热至1130～1270℃开坯得到中间锻坯；
S4，将步骤S3中得到的中间锻坯加热至1030～1170℃后进行锻造或轧制，得到不锈钢棒材；
S5，将步骤S4中得到的不锈钢棒材进行时效热处理。
6.如权利要求5所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述废钢原料经电炉初炼后获得的低磷钢水中P含量≤0.02％，Cr含量为13.00～15.00％，Ni含量为3.00～4.50％，Cu含量为2.50～3.50％。
7.如权利要求6所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，所述低磷钢水经AOD炉精炼处理后的低碳低硫钢水中C含量≤0.03％，S含量≤0.01％。
8.如权利要求7所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，所述低碳低硫钢水经LF炉精炼后得到的模铸钢水中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.50～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.10％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％。
9.如权利要求5所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述不锈钢铸锭中的各元素的质量百分数分别为：C≤0.03％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤0.80％、Mn:0.30～1.00％、Cr:14.00～15.50％、Ni:4.00～5.50％、Cu:3.00～4.00％、Mo:0.10～0.50％、Nb≤0.45％、N≤0.04％、Ti≤0.10％、Al≤0.10％，余量为Fe及不可避免的其它杂质。
10.如权利要求5所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，从所述电极棒到所述不锈钢棒材的总变形比≥4.0。
11.如权利要求5所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述时效热处理工艺为：将所述步骤S4中得到的不锈钢棒材加热至1010～1070℃，保温1～5h后水冷或油冷至室温；然后再加热至535～565℃，保温4～10h后空冷至室温，得到高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材。
12.如权利要求5所述高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述原料中五害元素的质量百分数分别控制在以下范围内：Sn≤0.01％，Sb≤0.01％，Pb≤0.01％,As≤0.02％,Bi≤0.01％。
CN202010520456.6A 2020-06-10 2020-06-10 一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法 Pending CN113774270A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010520456.6A CN113774270A (zh) 2020-06-10 2020-06-10 一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010520456.6A CN113774270A (zh) 2020-06-10 2020-06-10 一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113774270A true CN113774270A (zh) 2021-12-10

Family

ID=78834916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010520456.6A Pending CN113774270A (zh) 2020-06-10 2020-06-10 一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113774270A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114432333A (zh) * 2022-02-28 2022-05-06 南京医科大学 MiR-503簇海绵在制备用于治疗2型糖尿病药物中的应用
CN114892106A (zh) * 2022-05-07 2022-08-12 兰州兰石集团有限公司铸锻分公司 压裂泵阀箱用马氏体沉淀硬化不锈钢及压裂泵阀箱的短流程生产方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101538686A (zh) * 2008-03-21 2009-09-23 宝山钢铁股份有限公司 一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢及其制造方法
CN102492894A (zh) * 2011-12-30 2012-06-13 重庆材料研究院 高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢及其钢结构材料制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101538686A (zh) * 2008-03-21 2009-09-23 宝山钢铁股份有限公司 一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢及其制造方法
CN102492894A (zh) * 2011-12-30 2012-06-13 重庆材料研究院 高尺寸稳定性耐腐蚀马氏体钢及其钢结构材料制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114432333A (zh) * 2022-02-28 2022-05-06 南京医科大学 MiR-503簇海绵在制备用于治疗2型糖尿病药物中的应用
CN114892106A (zh) * 2022-05-07 2022-08-12 兰州兰石集团有限公司铸锻分公司 压裂泵阀箱用马氏体沉淀硬化不锈钢及压裂泵阀箱的短流程生产方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106661705B (zh) 渗碳合金钢及其制备方法和应用
CN103526131B (zh) 一种高强度不锈钢咖啡壶材料及其制备方法
CN102453843B (zh) 一种铁素体耐热钢
CN110423950B (zh) 一种Fe-Mn-Al-C系中锰低温钢及其制备方法
CN113862558B (zh) 一种屈服强度700MPa级低成本高韧性高强调质钢及其制造方法
JP5659758B2 (ja) 優れた生産性と溶接性を兼ね備えた、ＰＷＨＴ後の落重特性に優れたＴＭＣＰ−Ｔｅｍｐｅｒ型高強度厚鋼板の製造方法
CN111500928B (zh) 一种低温高韧高温高强及高淬透性热模钢及制备技术
CN102041450A (zh) 一种铁素体耐热钢及其制造方法
CN104152818A (zh) 一种双相不锈钢及其制备方法
CN112877611A (zh) 一种奥氏体不锈钢、细晶大规格棒材、其制备方法及应用
US20220090243A1 (en) Hot-work die steel with high toughness at low temperatures and high strength at high temperatures and high hardenability and preparation method thereof
CN103540859B (zh) 一种高耐热不锈钢咖啡壶材料及其制备方法
CN113737091A (zh) 一种低磁高强度耐蚀紧固件用钢以及紧固件
CN101565798B (zh) 一种铁素体系耐热钢及其制造方法
CN114411043A (zh) 一种大型热锻热作模具钢的制备方法
CN113774270A (zh) 一种高强度高韧性沉淀硬化不锈钢棒材及其制备方法
CN113897541B (zh) 一种高铬耐磨钢球及其铸造工艺
CN114134431B (zh) 一种方坯连铸连轧2000Mpa级高强高韧高淬透性弹簧钢及其制造方法
RU2653954C2 (ru) Способ производства толстолистового проката для изготовления электросварных газонефтепроводных труб большого диаметра категории прочности х42-х56, стойких против индуцированного водородом растрескивания в h2s -содержащих средах
CN113774269A (zh) 一种结构件用超高强度不锈钢棒材及其制备方法
CN111218616B (zh) 一种耐低温高韧性的高强度低合金圆钢及其制备方法
CN115852237A (zh) 一种奥氏体不锈钢棒材及其制备方法
CN109881123B (zh) 一种1000Mpa级高强度亚稳态奥氏体-马氏体不锈钢
CN113528941A (zh) 一种含氮马氏体不锈轴承钢及其制备方法
JP2021038439A (ja) フェライト系ステンレス棒鋼、自動車燃料系部品および自動車燃料系部材

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211210