一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢及其制备方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202311793116.0 | 申请日 | 2023-12-25 | 公开(公告)号 | CN117737612A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 天长市乾瑞新材料科技有限公司; | 发明人 | 翁海青; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种耐 腐蚀 强韧性奥氏体不锈 钢 及其制备方法。以 质量 百分比计，所述耐腐蚀强韧性奥氏体 不锈钢 包含以下组分：Cr：16.9～21.0％、Mo：3.8～4.75％、Si：0.27～0.50％、Ni：9.5～11.15％、N：0.28～0.52％、Mg：0.16～0.35％、Ti：0.04～0.15％、Zr：0.05～0.12％、C：0.008～0.015％、Mn：8.5～11％、Cu：0.05～0.32％、P：0～0.01％、S：0～0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明提供的耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，不仅 耐腐蚀性 强，而且强度和韧性高，加工性能优异。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，其特征在于，以质量百分比计，包含以下组分：Cr： |
||||||
| 说明书全文 | 一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢及其制备方法技术领域背景技术[0002] 随着工业的发展，不锈钢的应用更加广泛，尤其是随着船舶的大型化、专业化发展，使得船舶行业对不锈钢的强度提出了更高的要求，同时随着海水污染的加剧，不锈钢服役环境日益恶劣，不锈钢面临着极大的挑战，传统不锈钢在强度、抗腐蚀性能方面已经很难达到当下在工程应用中的标准。 [0003] 奥氏体不锈钢作为常见的不锈钢类型，指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，其含有高镍含量以及铬、钼等元素，是促进形成稳定的奥氏体相的主要原因。奥氏体不锈钢具有良好的综合性能，可以耐多种介质腐蚀，并且此类的不锈钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和优异的耐氧化性或还原性介质腐蚀，其在电力设施中具有良好的适用性，并且在某些设备中具有难以替代或不可替代的特性。 [0004] 但是，现有的奥氏体不锈钢却也存在一定的缺陷。奥氏体不锈钢的耐高浓度氯化物腐蚀的性能有限，在部分特殊的高氯化物浓度环境下使用时，如在船舶行业、电力行业使用时常会出现腐蚀损伤，产生设备故障的问题。 发明内容[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢及其制备方法，该奥氏体不锈钢不仅耐腐蚀性强，而且强度和韧性高，加工性能优异。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案： [0007] 本发明第一方面提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：16.9～21.0％、Mo：3.8～4.75％、Si：0.27～0.50％、Ni：9.5～11.15％、N：0.28～0.52％、Mg：0.16～0.35％、Ti：0.04～0.15％、Zr：0.05～0.12％、C：0.008～ 0.015％、Mn：8.5～11％、Cu：0.05～0.32％、P：0～0.01％、S：0～0.01％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0008] 本发明中，向奥氏体不锈钢中加入了Mg、Ti和Zr，其中Mg元素可以与过量的硅形成硅化镁细晶颗粒，改善了不锈钢基体中过剩硅的固溶分布，减少了金属间化合物的形成；同时高硬度的硅化镁细晶颗粒硅化镁可以产生钉扎效应，有利于提高不锈钢的强度和韧性。Ti和Zr的加入，可以优先于Cr与C结合形成TiC和ZrC，抑制碳化铬的形成，改善了不锈钢耐晶间腐蚀的性能，并提高了不锈钢的力学性能。其次，在热处理的过程中，不锈钢基体中的Zr会发生晶格畸变，改变材料的晶格常数，材料的组织细化明显，并产生微裂纹，提高了不锈钢的强度和韧性。再次，Zr、Ti的复合加入还可以增加不锈钢中析出相的含量，改善析出相的尺寸和分布，因而能够在不锈钢中得到相对均匀的奥氏体组织，有利于提高不锈钢的强度和韧性。 [0009] 进一步地，所述耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢中，0.35％≤Mg+Ti+Zr≤0.55％，例如可以为0.35％、0.36％、0.37％、0.38％、0.39％、0.40％、0.41％、0.42％、0.43％、0.44％、0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％、0.50％、0.51％、0.52％、0.53％、0.54％、0.55％等。 [0010] 锰为强烈形成奥氏体的元素，其可以促使钢的组织由珠光体逐渐转化成马氏体，再转变成奥氏体；但高含量的锰会降低不锈钢的耐腐蚀性能；因此，本发明控制锰的含量为8.5％～11％，保证了不锈钢中奥氏体的相含量在92％以上，从而使不锈钢具备高韧性和塑性等机械性能。 [0011] 氮也是强烈形成奥氏体的元素，其可以固溶于不锈钢基体中，提高不锈钢的耐腐蚀性能。同时Mn、N的添加可部分代替Ni元素，减小不锈钢基体中Ni元素的添加量，从而可以降低成本。但是N元素添加量过高，超出N的固溶度，在铸造加工时，易使不锈钢铸坯中出现气孔等不良，因此本发明中控制N元素的含量为0.28％～0.52％。 [0012] 钼的加入能使钢的晶粒细化，并使不锈钢表面发生钝化，因此可以提高不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，特别是对含氯离子的介质以及有机酸的耐蚀能力。但过量的钼会导致成本提高，因此控制钼的添加量为3.8～4.75％。 [0014] 进一步地，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：18.1～20.0％、Mo：3.8～4.25％、Si：0.32～0.45％、Ni：10.1～11.05％、N：0.36～0.49％、Mg：0.22～0.35％、Ti：0.11～0.15％、Zr：0.08～0.12％、C：0.010～0.015％、Mn：9.5～10.5％、Cu：0.09～0.18％、P：0～ 0.005％、S：0～0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0016] 进一步地，所述耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢中，4.20％≤Si+Mo+Cu≤5.35％，例如Si+Mo+Cu的含量可以为4.2％、4.3％、4.4％、4.5％、4.6％、4.7％、4.8％、4.9％、5.0％、5.1％、5.2％、5.3％、5.35％等。 [0017] 本发明中，通过控制Si+Mo+Cu的含量在4.4％～5.25％之间，可以使不锈钢具备较好的抗酸腐蚀及氯离子腐蚀的能力，且不影响不锈钢的力学性能和加工性能。 [0018] 进一步地，Mg/Si＝0.6～0.82，例如Mg/Si可以为0.6、0.62、0.64、0.65、0.66、0.68、0.70、0.72、0.74、0.75、0.76、0.78、0.80、0.82等。 [0019] 本发明第二方面还提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤： [0021] S2.将步骤S1得到的钢液进行连铸，得到铸坯； [0022] S3.对步骤S2得到的铸坯依次进行预热、成型和渗氮热处理，即得到所述耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢。 [0023] 进一步地，步骤S1中，还包括对所述钢液进行炉外精炼处理：将钢液升温至1650～1660℃，按照钢液重量的0.05～0.10％，向熔化炉中加入精炼剂，并使用99.999％的氩气进行精炼，精炼时间为15～30分钟。 [0024] 进一步地，采用氩气持续将所述精炼剂吹入钢液中，所述吹入的时间为10～20分钟；精炼结束后，将钢水静置2～4小时后，进行扒渣处理。 [0025] 进一步地，步骤S2中，所述浇铸的温度为1550～1650℃。 [0026] 进一步地，步骤S3中，所述预热的温度为700～780℃，预热的保温时间为10～25min。 [0027] 进一步地，步骤S3中，所述渗氮热处理在氨基气氛下进行，并依次包括一次退火、二次退火和恒温热处理；所述一次退火的温度为850～900℃，退火时间为30～55s；所述二次退火的温度为1000～1050℃，退火时间为80～110s；所述恒温热处理的温度为1250～1280℃，热处理时间为30～50min。 [0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： [0029] 本发明提供的奥氏体不锈钢中，含有一定量的Mg、Ti和Zr，有助于在不锈钢基体中形成均匀的奥氏体组织，提高了奥氏体不锈钢的强度和韧性；另外，可以抑制不锈钢基体中碳化铬的形成，改善了不锈钢耐晶间腐蚀的性能，也有利于提高不锈钢的力学性能。 具体实施方式[0030] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。 [0031] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。 [0032] 实施例1 [0033] 本实施例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：18.5％、Mo：3.95％、Si：0.42％、Ni：10.8％、N：0.45％、Mg：0.32％、Ti：0.05％、Zr：0.10％、C：0.012％、Mn：9.8％、Cu：0.14％、P：0.004％、S：0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0034] 上述的耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢通过以下所述的方法制备得到，具体包括以下步骤： [0035] S1.选取纯铁、金属铬、金属镍、金属锰、金属钼、金属锆、金属钛、金属镁、金属铜、铁硅、铁碳块作为原料，并按照上述的配方进行配料；然后将配方量的原料投入熔化炉中，将熔化炉升温至1600～1650℃，进行熔炼，得到钢液；接着，将钢液升温至1650～1660℃，按照钢液重量的0.10％，通过99.999％的高纯氩气向熔化炉中持续吹入精炼剂进行精炼，精炼20分钟；精炼结束后，将钢水静置2小时后，进行扒渣处理。 [0036] S2.将步骤S1得到的钢液在1550～1650℃下进行连铸，得到铸坯； [0037] S3.对步骤S2得到的铸坯先在750～780℃下进行预热处理，预热的保温时间为20min；接着在氨基气氛下进行渗氮热处理，氨基气氛由体积百分数为10％的H2和90％的N2组成，压力为50MPa；热处理具体包括一次退火、二次退火和恒温热处理；其中，一次退火的温度为880～900℃，退火时间为50s；二次退火的温度为1020～1050℃，退火时间为100s；恒温热处理的温度为1250～1280℃，热处理时间为50min。 [0038] 实施例2 [0039] 本实施例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：18.0％、Mo：3.8％、Si：0.3％、Ni：11.1％、N：0.38％、Mg：0.2％、Ti：0.15％、Zr：0.08％、C：0.008％、Mn：9.4％、Cu：0.10％、P：0.008％、S：0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0040] 实施例3 [0041] 本实施例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：19.5％、Mo：4.25％、Si：0.32％、Ni：10.25％、N：0.47％、Mg：0.26％、Ti：0.08％、Zr：0.12％、C：0.01％、Mn：10.5％、Cu：0.27％、P：0.007％、S：0.006％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0042] 实施例4 [0043] 本实施例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：20.5％、Mo：4.7％、Si：0.29％、Ni：9.65％、N：0.32％、Mg：0.18％、Ti：0.12％、Zr：0.06％、C：0.015％、Mn：9.0％、Cu：0.2％、P：0.004％、S：0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0044] 实施例5 [0045] 本实施例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：17.6％、Mo：4.5％、Si：0.5％、Ni：10.55％、N：0.52％、Mg：0.35％、Ti：0.11％、Zr：0.05％、C：0.008％、Mn：10.9％、Cu：0.3％、P：0.002％、S：0.008％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0046] 实施例6 [0047] 本实施例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：18.8％、Mo：4.12％、Si：0.38％、Ni：10.0％、N：0.30％、Mg：0.24％、Ti：0.14％、Zr：0.09％、C：0.012％、Mn：8.8％、Cu：0.24％、P：0.008％、S：0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0048] 对比例1 [0049] 本对比例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：18.5％、Mo：3.95％、Si：0.42％、Ni：10.8％、N：0.45％、C：0.012％、Mn：9.8％、Cu：0.14％、P：0.004％、S：0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0050] 对比例2 [0051] 本对比例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：18.5％、Mo：3.95％、Si：0.42％、Ni：10.8％、N：0.45％、Mg：0.05％、Ti：0.05％、Zr：0.10％、C：0.012％、Mn：9.8％、Cu：0.14％、P：0.004％、S：0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0052] 对比例3 [0053] 本对比例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：18.5％、Mo：3.95％、Si：0.42％、Ni：10.8％、N：0.45％、Mg：0.32％、Ti：0.05％、C：0.012％、Mn：9.8％、Cu：0.14％、P：0.004％、S：0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0054] 对比例4 [0055] 本对比例提供了一种耐腐蚀强韧性奥氏体不锈钢，以质量百分比计，包含以下组分：Cr：18.5％、Mo：4.0、Si：0.65％、Ni：10.8％、N：0.45％、Mg：0.20％、Ti：0.05％、Zr：0.10％、C：0.015％、Mn：9.8％、Cu：0.02％、P：0.004％、S：0.004％，余量为Fe及不可避免的杂质。 [0056] 实施例1～6、对比例1～4的奥氏体不锈钢的配方如表1‑2所示。 [0057] 表1实施例1～6的奥氏体不锈钢的配方(wt％) [0058] 组分 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6Cr 18.5 18.0 19.5 20.5 17.6 18.8 Mo 3.95 3.80 4.25 4.70 4.50 4.12 Si 0.42 0.30 0.32 0.29 0.50 0.38 Ni 10.8 11.10 10.25 9.65 10.55 10.00 N 0.45 0.38 0.47 0.32 0.52 0.30 Mg 0.32 0.20 0.26 0.18 0.35 0.24 Ti 0.05 0.15 0.08 0.12 0.11 0.14 Zr 0.10 0.08 0.12 0.06 0.05 0.09 C 0.012 0.008 0.01 0.015 0.008 0.012 Mn 9.8 9.4 10.5 9.0 10.9 8.8 Cu 0.14 0.10 0.27 0.20 0.30 0.24 P 0.004 0.008 0.007 0.004 0.002 0.008 S 0.004 0.004 0.006 0.005 0.008 0.003 [0059] 表2对比例1～4的奥氏体不锈钢的配方(wt％) [0060] [0061] [0062] 性能测试 [0063] 1.力学性能测试 [0065] 表3实施例1～6以及对比例1～4的力学性能测试结果 [0066] [0067] 请参见表3，实施例1～6的奥氏体不锈钢，在常温(25℃)下的抗拉强度均超过了545MPa，屈服强度均超过了250MPa，延伸率均超过了44％，表现了较高的抗拉强度、屈服强度和延伸率，这表明本发明的奥氏体不锈钢的强度和韧性高，具有优异的力学性能。 [0068] 实施例1与对比例1和3相比，在抗拉强度、屈服强度和延伸率上具有显著的提升，这表明通过在不锈钢基体中加入一定含量的Mg、Ti、Zr，有利于提高奥氏体不锈钢的强度和韧性；实施例1与对比例2相比表明，Mg、Ti、Zr的添加量需要控制在0.35％～0.55％的范围内，若低于这一添加范围，则对于奥氏体不锈钢的强度和韧性提升效果不明显。 [0069] 实施例1与对比例4相比，添加了较多含量的Si(0.65％)，以及较少的Cu(0.02％)，其Mg/Si较低，为0.3。从结果上看，抗拉强度、屈服强度和延伸率均相对实施例1有显著的下降。其原因可能是：由于添加了较多量的硅，而镁硅比较低，导致过量的硅无法与镁反应生成硅化镁；从而不锈钢基体中过量的硅会促使大量的金属间相的析出，不仅会使材料的加工和韧性劣化，而且对强度也产生了不利的影响。 [0070] 2.耐腐蚀性能测试 [0071] 按照GB/T 4334.6‑2000规定的方法，分别测试实施例1、对比例1～4的试样在5％硫酸中的腐蚀失重率；按照GB/T 17899‑1999规定的方法，分别测试实施例1、对比例1～4的试样在3.5％氯化钠溶液中的点蚀情况，以304不锈钢为对照组。所得结果如表4所示。 [0072] 表4实施例1以及对比例1～4的耐腐蚀测试结果 [0073] [0074] 请参见表4，实施例1的奥氏体不锈钢在5％沸腾硫酸中的腐蚀失重率显著低于对比例1‑4，也远远低于304不锈钢，这表明本发明的奥氏体不锈钢耐全面酸腐蚀的性能优异。 [0075] 另外，实施例1的奥氏体不锈钢在3.5％的氯化钠溶液中的点蚀电位显著高于对比例1‑4，也远远高于304不锈钢，这表明本发明的奥氏体不锈钢耐氯离子点蚀性能优异。 [0076] 综上，本发明提供的奥氏体不锈钢，不仅耐腐蚀性强，而且强度和韧性高，加工性能优异，有望用于船舶、电力设备等对强韧性、耐腐蚀要求高的领域。 [0077] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈