CN113862583A

CN113862583A - 一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢

Info

Publication number: CN113862583A
Application number: CN202111112309.6A
Authority: CN
Inventors: 方明; 陈锦崇
Original assignee: Wenzhou Ruiyin Stainless Steel Manufacturing Co ltd
Current assignee: Wenzhou Ruiyin Stainless Steel Manufacturing Co ltd
Priority date: 2021-09-18
Filing date: 2021-09-18
Publication date: 2021-12-31

Abstract

本申请涉及一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢，属于奥氏体领域。其包括主要组分以及次要组分，所述主要组分包括：碳(C、镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、铜(Cu)、氮(N)、锰(Mn)、硅(Si)；所述次要组成包括：钒(V)、铊(Ti)、钪(Sc)、铝(Al)、锡(Sn)、铂(Pt)、磷(P)、硫(S)；其余为铁(Fe)以及杂质；其中，wt%Ni/wt%Mo≥2.2，PREN=(wt%Cr)+3.3×(wt%Mo)+37×(wt%N)+4.5×(wt%Mo)(wt%N)≥52。本申请具有更佳的耐腐蚀和耐低温性能，具有更优异的韧性和强度，不易发生脆断或变形，在工业领域中应用范围更广。

Description

一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢领域，尤其是涉及一种高强度耐腐蚀的奥氏体。

背景技术

奥氏体不锈钢是一种性能十分优秀的不锈钢材料，广泛应用于精密机械、医疗器械、仪器仪表、建筑桥梁工程等工业领域。

奥氏体组织是由奥氏体单晶体形成的团状组织，其含有的高镍含量以及铬、钼等元素，是促进形成稳定的奥氏体相的主要原因，但是，目前的奥氏体不锈钢在低温环境或酸性环境中的力学强度性能上仍不够理想，在耐腐蚀或耐低温要求较高的工业领域中，其应用受到一定的限制，因此，有待进一步改善。

发明内容

为了进一步提高奥氏体不锈钢的强度性能，本申请提供一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢。

第一方面，本申请提供一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢，采用如下的技术方案：一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢，包括主要组分以及次要组分，按重量百分比计，所述主要组分包括：碳(C)：≤0.02％、镍(Ni)：13.5～16.0％、铬(Cr)：15.5～21.0％、钼(Mo)：6.00～7.00％、铜(Cu)：0.50～0.80％、氮(N)：0.18～0.35％、锰(Mn)：0.35～2.00％、硅(Si)：0.15～0.5％；

所述次要组成包括：钒(V)：0.17～0.25％、铊(Ti)：0.060～0.12％、钪(Sc)：0.050～0.10％、铝(Al)：0.045～0.080％、锡(Sn)：0.028～0.060％、铂(Pt)：0.06～0.15％、磷(P)：≤0.030％、硫(S)：≤0.010％；其余为铁(Fe)以及杂质；其中，wt％Ni/wt％Mo≥2.2，PREN＝(wt％Cr)+3.3×(wt％Mo)+37×(wt％N)+4.5×(wt％Mo)(wt％N)≥52。

通过采用上述技术方案，将Ni、Cr、Mo、Cu、Mn等组分以特定的含量配比，同时在次要组分中加入V、Ti、Sc、Al、Sn、Pt，使奥氏体不锈钢在低温下不易脆断，具有优异的力学强度性能，并且在酸性环境下也不易受腐蚀而降低强度，适用范围更广。

在奥氏体不锈钢受到塑性形变的过程中，奥氏体不锈钢的组织结构演变对材料性能能够起到决定性作用。通过各金属元素的相互配合，使金相的组织结构趋于稳定，晶粒尺寸更加细化，有效地阻碍了位错的滑移，使得位移阻力有更明显的增加，即使在低温环境下也能够体现出更好的强度韧性，此外，在V、Ti、Sc、Al、Sn、Pt与奥氏体主要组分金属的配合下，使奥氏体不锈钢能够在酸性环境具有非常高的抗点蚀和缝隙腐蚀能力，晶体结构不易受到破坏而降低材料强度，使得奥氏体不锈钢在恶劣酸性环境中不易发生过量变形或断裂等情况。

优选的，0.32％≤wt％V+wt％Ti+wt％Sc≤0.36％。

通过采用上述技术方案，将V、Ti、Sc三者的总投加量控制在一定的范围内，能够进一步使奥氏体不锈钢结构改善，使组织中的晶粒尺寸细化程度适宜，从而使奥氏体不锈钢的塑形性能提高，具有更好的屈服强度性能。

优选的，0.17％≤wt％Pt+wt％Sn+wt％Al≤0.23％。

通过采用上述技术方案，将Al、Sn、Pt三者的总投加量控制在一定的范围内，能够更好地配合V、Ti、Sc发挥其对奥氏体不锈钢其他金属元素的配合改性效果，使奥氏不锈钢不仅组织结构更加密实，并且在耐酸腐蚀性能上有更加明显的提升效果。

优选的，按重量百分比计，Ni的含量为13.5～15.0％，Mn的含量为1.8～2.00％。

通过采用上述技术方案，Mn作为一种较为廉价的金属原料配合其他金属相互作用，使得Ni即使在较低含量下，奥氏体不锈钢的强度性能也在较佳的幅度中，降低了奥氏体不锈钢的造价，既有较好的经济价值。

第二方面，本申请提供一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：雾化制粉，按照不锈钢原料配料，将原料通过粉末冶金雾化制粉，经筛分后获得粒度为80μm以下的合金粉末；

步骤二：生胚压制，将合金粉末以300～400Mpa的压力压制成型，获得生胚；

步骤三：烧结，将生胚在可控氨基气氛中以1430±50℃的烧结温度进行烧结，并在温度升至高温烧结段时加压保温烧结2～4h，获得烧结胚；

步骤四：固溶强化，将烧结胚在1050±50℃中进行固溶化热处理，保温5～8h后再快速冷却硬化，获得高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢。

通过采用上述技术方案，使各金属元素的配比可控且分布均匀，有利于使组织中更好地形成奥氏体，并通过可控氨基气氛加压烧结以及固溶化热处理，使奥氏体不锈钢中进行渗氮表面致密化，从而制作出性能更佳的高强度耐腐蚀奥氏体不锈钢。

优选的，所述可控氨基气氛的气体，按体积百分比计，由15～20％的H²和余量的N²组成。

通过采用上述技术方案，使奥氏体不锈钢表面能够更好地形成单相氮过饱和硬化渗层，从而使奥氏体不锈钢表面更致密，具有良好的强度以及耐腐性能。

优选的，所述步骤四的固溶化热处理后以高于2℃/s的速度快速冷却。

通过采用上述技术方案，使奥氏体不锈钢在溶处理后，其形成的碳化物以及各种合金元素来不及析出，从而形成纯度更高的奥氏体组织，提高了奥氏体不锈钢的强度韧性以及耐腐蚀性能。

优选的，所述步骤三的气体加压压力为35～45MPa。

通过采用上述技术方案，使烧结阶段时各合金元素能够更好地接触而形成奥氏体组织，有利于使奥氏体不锈钢具有更佳的性能。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过将V、Ti、Sc、Al、Sn、Pt作为奥氏体不锈钢的次要组成金属元素，使奥氏体不锈钢的组织结构得到优化改善，细化了晶体尺寸，使奥氏体不锈钢在低温或酸性环境下仍能够体现出优异的韧性强度，不易发生脆断或变形，具有更广的适用范围；

2.通过将各金属元素的配比控制在一定的范围内，使奥氏体不锈钢的Ni含量即使在降低的范围内，仍能够展示出优异的奥氏体材料特性，降低了奥氏体不锈钢的造价，具有较好的经济价值。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例

实施例1

一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢，成分见详见表1，其制备方法包括以下步骤：

步骤一：雾化制粉，按照表1-1的不锈钢原料组成配比进行配料，将原料通过粉末冶金真空雾化制粉，经过筛分后获得颗粒80μm以下的合金粉末；

步骤二：生胚压制，将步骤一获得的合金粉末以300Mpa的压力压制成型，获得生胚；

步骤三：烧结，将步骤二的生胚在可控氨基气氛中以1430±50℃的烧结温度进行烧结，氨基气氛的气体由体积百分数为20％的H²和余量为N²组成，在温度升至1380℃以上后氨基气氛加压至35Mpa并保温烧结4h，获得烧结胚；

步骤四：固溶强化，将烧结胚在1050±50℃中进行固溶化热处理，保温5h后再以高于2℃/s的速度快速冷却硬化至300℃以下，获得高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢。

实施例2

一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢，成分见详见表1-1，其制备方法包括以下步骤：

步骤一：雾化制粉，按照表1的不锈钢原料组成配比进行配料，将原料通过粉末冶金真空雾化制粉，经过筛分后获得颗粒80μm以下的合金粉末；

步骤二：生胚压制，将步骤一获得的合金粉末以400Mpa的压力压制成型，获得生胚；

步骤三：烧结，将步骤二的生胚在可控氨基气氛中以1430±50℃的烧结温度进行烧结，氨基气氛的气体由体积百分数为15％的H²和余量为N²组成，在温度升至1380℃以上后氨基气氛加压至45Mpa并保温烧结2h，获得烧结胚；

步骤四：固溶强化，将烧结胚在1050±50℃中进行固溶化热处理，保温8h后再以高于2℃/s的速度快速冷却硬化至300℃以下，获得高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢。

实施例3～7

与实施例1的不同之处在于，实施例3～7的不锈钢原料组成配比不同，详见表1-1。

表1-1.实施例1～7的成分，余量为铁和杂质(wt％)

对比例

与实施例1的不同之处在于，对比例1～5的成分见详见表1-2。

表1-2.对比例1～5的成分，余量为铁和杂质(wt％)

性能检测试验

对各实施例以及对比例制成的试样在常温下(25℃)、高温下(5℃)以及浸酸处理后的抗拉强度(Rm MPa)、屈服强度(RP0.2MPa)以及延伸率(As％)，浸酸为5wt％盐酸溶液，浸酸时间为1周，各实施例和对比例的检测结果详见表2。

表2.性能检测结果

由表2的性能检测结果可知，实施例1～6的强度相比对比例1～5的强度和塑性明显要高，并且在低温和酸环境中的强度损失较低，可见，将各原料以特定的配比制得的奥氏体不锈钢具有优良的耐低温以及耐腐蚀性能，其稳定性更好，适用于恶劣的环境中。

其中，在浸酸处理前后的检测结果上对比，实施例1与对比例4～5相比的强度提升幅度最为明显，说明在奥氏体不锈钢的次要组分中以特定的比例添加钒、铊、钪、铝、锡、铂成分，是使得本申请的奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性能的关键所在。

除此之外，在各项屈服强度的检测结果对比，实施例3、5、6的屈服强度比实施例1的屈服强度稍高，说明将钒、铊、钪三者的含量控制在一定的范围内，对奥氏体不锈钢的抗形变性有更佳的提升效果。而实施例4～6之间的检测结果对比，在钒、铊、钪三者总含量在0.32～0.36wt％的前提下将铝、锡、铂三者总含量控制在0.17～0.23wt％，对奥氏体不锈钢的强度以及耐腐蚀性能均有更大提升幅度效果。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢，其特征在于，包括主要组分以及次要组分，按重量百分比计，

所述主要组分包括：碳(C)：≤0.02%、镍(Ni)：13.5～16.0%、铬(Cr)：15.5～21.0%、钼(Mo)：6.00～7.00%、铜(Cu)：0.50～0.80%、氮(N)：0.18～0.35%、锰(Mn)：0.35～2.00%、硅(Si)：0.15～0.5%；

所述次要组成包括：钒(V)：0.17～0.25%、铊(Ti)：0.060～0.12%、钪(Sc)：0.050～0.10%、铝(Al)：0.045～0.080%、锡(Sn)：0.028～0.060%、铂(Pt)：0.06～0.15%、磷(P)：≤0.030%、硫(S)：≤0.010%；其余为铁(Fe)以及杂质；其中， wt%Ni / wt%Mo ≥2.2，

PREN=(wt%Cr)+3.3×(wt%Mo)+37×(wt%N)+4.5×(wt%Mo)(wt%N)≥52。

2.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢，其特征在于，0.32%≤wt%V + wt%Ti + wt%Sc ≤0.36%。

3.根据权利要求2所述的一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢，其特征在于，0.17%≤wt%Pt + wt%Sn + wt%Al ≤0.23%。

4.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢，其特征在于，按重量百分比计，Ni的含量为13.5～15.0%，Mn的含量为1.8～2.00%。

5.一种权利要求1-4任一所述一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述可控氨基气氛的气体，按体积百分比计，由15～20%的H²和余量的N²组成。

7.根据权利要求5所述的一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述步骤四的固溶化热处理后以高于2℃/s的速度快速冷却。

8.根据权利要求5所述的一种高强度耐腐蚀的奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述步骤三的气体加压压力为35～45MPa。