一種高鉻奧氏體不鏽鋼的製作方法
2023-10-10 15:21:59 4
本發明屬於不鏽鋼
技術領域：
，特別涉及一種高鉻奧氏體不鏽鋼，性能優異。
背景技術：
：奧氏體不鏽鋼由於具有良好的力學性能、耐腐蝕性能和冷熱加工性能，得到了廣泛的應用。為了適應現代工業發展中耐苛刻介質腐蝕的需求，在304、316等不鏽鋼基礎上提高鋼中的鉬含量，發展了高性能奧氏體不鏽鋼，比如含4.5％Mo的317LM和904L，含有6％Mo的Al-6X，隨後出現了含有8Mo的高性能奧氏體不鏽鋼。由於鉬含量高，已有的高性能奧氏體不鏽鋼的組織熱穩定性欠佳，鑄坯中因偏析含有低熔點相，在熱加工和焊接過程中容易析出金屬間相，導致其熱加工性能和焊接性能降低。隨後，發展了含氮的6Mo(比如254SMO和AL-6XN)和7Mo(比如654SMO)超級奧氏體不鏽鋼，雖然其鑄錠偏析和熱加工析出傾向較不含氮的8Mo高性能奧氏體不鏽鋼有所減輕，但還不能完全避免上述問題。而且Mo是一種非常昂貴的元素，導致合金成本升高，限制了上述高性能奧氏體不鏽鋼和超級奧氏體不鏽鋼的應用。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種高鉻奧氏體不鏽鋼，避免了已有的高性能奧氏體不鏽鋼和超級奧氏體不鏽鋼由於形成低熔點第二相導致材料熱加工性能偏低的問題，同時提高了材料的力學性能和耐腐蝕性能。本發明的高性能奧氏體不鏽鋼的成分重量百分數為：C≤0.035，Si≤1.0，3.0≤Mn≤6.5，P≤0.035，S≤0.030，28.0≤Cr≤31.5，18.0≤Ni≤25.0，3.0≤Mo≤6.0，0.01≤Cu≤3.0，0.60≤N≤0.90，餘量為Fe。合金中還含有其它殘餘元素和改善熱加工性能的元素，如O、Ca、Ti、Nb、B、La、Ce、Al、Zr、V、Mg等。在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進：進一步，控制上述高鉻奧氏體不鏽鋼的合金元素，使得耐點腐蝕指數[PittingResistanceEquivalentNumber,PREN＝Cr(wt.％)+3.3×Mo(wt.％)+30×N(wt.％)]不小於68。進一步，控制上述高鉻奧氏體不鏽鋼的Cu合金元素，其含量在1.2～3.0之間。本發明的有益效果是：通過提高合金元素Cr的含量，限制合金元素Mo的含量，抑制低熔點相在鑄錠的奧氏體柱狀晶晶界形成，使得上述高鉻奧氏體不鏽鋼具有良好的熱加性能；通過添加適量的合金元素Mn，獲得超過0.6的高氮含量，使得上述高鉻奧氏體不鏽鋼具有較高的力學性能；通過提高Cr、N元素的含量，獲得不小於68的PREN值，發揮Cr、Mo、N等合金元素的協同作用，使得上述高性能奧氏體不鏽鋼具有優異的耐局部腐蝕性能；通過添加適量的Cu合金元素，使得上述高性能奧氏體不鏽鋼具有優異的耐均勻腐蝕性能。1)C≤0.035C在奧氏體不鏽鋼中是強烈形成並穩定奧氏體的元素，通過固溶強化可顯著提高奧氏體不鏽鋼的強度。但是在奧氏體不鏽鋼中由於C可與鋼中的Cr形成高Cr的Cr23C6型碳化物，從而導致局部貧Cr，使鋼的耐腐蝕性能特別是耐晶間腐蝕性能下降。因此為了防止晶間腐蝕性能降低，C元素的含量應不大於0.035。2)Si≤1.0Si元素在常規鉻鎳奧氏體不鏽鋼中一般作為脫氧元素添加。Si元素會促進鋼中的鐵素體和金屬間相(比如σ相)形成，從而影響鋼的性能。因此鋼中的Si元素控制在不大於1.0為宜。3)3.0≤Mn≤6.5Mn是提高鋼中的氮固溶度的主要元素之一，因此為了獲得高的氮含量，應添加一定量的Mn；同時，Mn和S結合形成MnS，改善鋼的熱加工性能；但是過高的Mn會對鋼的耐蝕性能造成損害。因此鋼中的Mn元素控制在3.0～6.5為宜。4)P≤0.035，S≤0.030P、S等雜質元素在奧氏體中的溶解度低，隨著凝固的進行在鋼液中逐漸富集，最後偏聚在奧氏體柱狀晶晶界，降低奧氏體不鏽鋼晶界的結合力，在熱加工過程中容易開裂，降低鑄錠的熱加工性能。因此奧氏體不鏽鋼中的P、S含量應該儘量的低，鋼中的P、S元素分別控制在不大於0.035和0.030為宜。5)28.0≤Cr≤31.5Cr是提高不鏽鋼耐腐蝕性的主要元素，因此為了提高耐腐蝕性，應儘量提高Cr含量；同時，在高Mo奧氏體不鏽鋼中，較高的Cr含量可降低凝固偏析，抑制低熔點第二相的形成，提高鑄錠的熱加工性能；但是Cr在奧氏體不鏽鋼中是強烈形成並穩定鐵素體的元素，過高的Cr含量會形成過多的鐵素體，導致熱加工性能惡化。因此鋼中的Cr含量控制在28.0～31.5之間為宜。6)18.0≤Ni≤25.0Ni在奧氏體不鏽鋼中是強烈形成並穩定奧氏體的主要元素，同時也能提高鋼在還原性腐蝕介質中的耐均勻腐蝕性能；但是由於金屬鎳昂貴，在不鏽鋼中大量加入會極大的提高原材料的成本。因此Ni含量控制在18.0～25.0之間為宜。7)3.0≤Mo≤6.0Mo元素提高不鏽鋼耐腐蝕性能的能力是Cr元素的3.3倍，Mo元素的存在極大地提高奧氏體不鏽鋼的各種耐蝕性能；但是Mo含量過高容易在凝固時生成低熔點相，降低鋼的熱加工性能；同時金屬鉬價格昂貴，在不鏽鋼中大量加入會極大的提高原材料的成本。因此Mo元素含量控制在3.0～6.0之間為宜。8)0.60≤N≤0.90N元素是奧氏體不鏽鋼的有益合金元素。適量的氮的加入，在不明顯降低材料的塑性和韌性的情況下可以大大提高奧氏體不鏽鋼的強度，同時氮還可以強烈提高奧氏體不鏽鋼的耐腐蝕性能，其有益作用是Cr的30倍。但是過高的氮含量降低鋼的衝擊韌性。因此氮含量控制在0.60～0.90為宜。9)0.01≤Cu≤3.00Cu在奧氏體不鏽鋼中是奧氏體形成元素，Cu元素還可以降低奧氏體不鏽鋼的加工硬化速率，過高的Cu元素烈惡化奧氏體不鏽鋼的熱加工性能。因此鋼中的Cu元素含量控制在0.01～3.0為宜。進一步，為了獲得良好的耐硫酸腐蝕性能，Cu元素含量控制在1.2～3.0之間。10)耐點腐蝕指數Cr、Mo和N元素對奧氏體不鏽鋼的耐局部腐蝕性能的影響可以用耐點蝕指數來表徵。耐點蝕指數越高，奧氏體不鏽鋼具有越高的耐局部腐蝕性能。控制Cr(wt.％)+3.3×Mo(wt.％)+30×N(wt.％)]≥68，高鉻奧氏體不鏽鋼可以獲得良好的耐局部腐蝕性能。附圖說明圖1為4#鑄錠(29.6Cr-5.2Mo)和13#鑄錠(24.3Cr-7.4Mo)的熱加工性能曲線圖。圖2為4#鑄錠(29.6Cr-5.2Mo)的高倍組織圖。圖3為13#鑄錠(24.3Cr-7.4Mo)的高倍組織圖。圖4為Cr、Mo含量對高鉻奧氏體不鏽鋼鑄錠在1250℃時的熱加工性能的影響圖。圖5為發明例1#、2#的鍛造開坯後的形貌圖。圖6為對比例11#、13#的鍛造開坯後的形貌圖。圖7為氮含量對高鉻奧氏體不鏽鋼板材力學性能的影響圖。圖8為耐點蝕指數對高鉻奧氏體不鏽鋼板材耐局部腐蝕性能的影響圖。圖9為合金元素Cu含量對高鉻奧氏體不鏽鋼板材耐均勻腐蝕性能的影響圖。具體實施方式以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。採用感應爐熔煉了13爐鋼，化學成分見表1，其中對比例13#的成分符合7Mo超級奧氏體不鏽鋼654SMO的要求。凝固組織和熱加工性能試樣在鑄錠上取樣，採用Gleeble3800熱力加工試驗機測定了鑄錠拉伸試樣在1100-1300℃溫度區間的斷面收縮率，用其來表徵材料的熱加工性能，斷面收縮率越高，鑄錠的熱加工性能越好。鑄錠在1260℃加熱後鍛造開坯，然後熱軋成12mm厚板材(若鍛造開裂,熱軋前採用機加工去除板坯表面缺陷)，熱軋板材經1150℃-1250℃保溫30分鐘後水冷。力學性能和耐腐蝕性能試樣在固溶熱處理後的板材上取樣，測定了板材的室溫屈服強度和-40℃衝擊韌性，用來表徵材料的力學性能，屈服強度和衝擊韌性值越高，板材的力學性能越好；測定了板材在6％FeCl3+1％HCl中的臨界縫隙腐蝕溫度，用來表徵材料的耐局部腐蝕性能，臨界縫隙腐蝕溫度越高，板材的耐局部腐蝕性能越好；測定了板材在80℃的50％硫酸中的均勻腐蝕速率，用來表徵材料的耐均勻腐蝕性能，腐蝕速率越低，耐均勻腐蝕性能越好。表1實施例高鉻奧氏體不鏽鋼的化學成分爐號CSiMnPSCrNiMoCuNFePREN備註10.0220.174.30.0220.00428.418.74.40.270.63餘61.8發明例20.0130.185.20.0120.00528.719.45.60.480.72餘68.8發明例30.0180.196.10.0280.00629.323.65.80.890.78餘71.8發明例40.0190.24.30.0170.00929.624.85.21.240.69餘67.5發明例50.0170.44.60.0170.00429.722.75.71.770.65餘68.0發明例60.0220.534.40.0260.00230.323.95.82.360.87餘75.5發明例70.0120.253.50.0090.00430.824.33.72.920.74餘65.2發明例80.0150.211.80.0070.00726.722.14.30.150.47餘55.0對比例90.0250.331.70.0110.00328.321.36.60.160.56餘67.9對比例100.0260.424.40.0170.00231.220.16.90.230.83餘78.9對比例110.0310.296.90.0210.00332.421.92.83.470.97餘70.7對比例120.0160.775.20.0110.00431.718.24.70.171.02餘77.8對比例130.0180.234.50.0130.00324.322.57.40.490.51餘64.0對比例實施例1高鉻奧氏體不鏽鋼的凝固組織和熱加工性能附圖1示出了4#鑄錠(29.6Cr-5.2Mo)和13#鑄錠(24.3Cr-7.4Mo)的熱加工性能曲線。在1100～1250℃熱加工溫度區間內，4#鑄錠的熱加工性能較13#鑄錠高；4#鑄錠的熱加工性能在1250℃明顯下降，其斷面收縮率為8％，遠低於4#鑄錠的35％。結果表明，過高的Mo含量和過低的Cr含量對高鉻奧氏體不鏽鋼鑄錠的高溫區熱加工性能有不利影響。附圖2和圖3分別示出了4#鑄錠(29.6Cr-5.2Mo)和13#鑄錠(24.3Cr-7.4Mo)的高倍組織。可見，13#鑄錠(24.3Cr-7.4Mo)由於鉻低鉬高，其偏析程度明顯高於4#鑄錠。附圖4示出了Cr、Mo含量對鑄錠在1250℃時的斷面收縮率的影響，可見當Cr含量在28.0～31.5之間，Mo含量不大於6.0時，鑄錠具有較好的熱加工性能。鍛造開坯後，發明例1#～7#的板坯表面沒有明顯的鍛造開裂缺陷，而對比例8#～13#的板坯表面均出現了較為嚴重的鍛造開裂缺陷。附圖5和圖6分別示出了發明例1#、2#鑄錠和對比例11#、13#鑄錠鍛造後的形貌，可見發明例的鑄錠熱加工性能較對比例要好得多。實施例2高鉻奧氏體不鏽鋼的力學性能附圖7示出了N對高鉻奧氏體不鏽鋼的力學性能，可見，隨著氮的升高，高鉻奧氏體不鏽鋼的強度增加。當N含量達到0.6以上時,板材的屈服強度可以達到600MPa以上。在N含量高於0.9以上時，其-40℃的衝擊韌性值低於27J，已無實際工程應用價值。氮含量控制在0.60～0.90之間，高鉻奧氏體不鏽鋼可獲得良好的力學性能。實施例3高鉻奧氏體不鏽鋼的耐局部腐蝕性能圖8示出了高鉻奧氏體不鏽鋼的臨界縫隙腐蝕溫度和耐點腐蝕指數PREN值的關係，可見隨著高鉻奧氏體不鏽鋼的PREN值的增加，臨界耐縫隙腐蝕體不鏽鋼升高，表明其耐局部腐蝕性能提高。當PREN值大於68時，其臨界縫隙腐蝕溫度達到60℃及以上，已高於現有的7Mo超級奧氏體不鏽鋼654SMO。實施例4高鉻奧氏體不鏽鋼的耐均勻腐蝕性能圖9示出了高鉻奧氏體不鏽鋼在80℃的50％硫酸中的均勻腐蝕速率和Cu合金元素含量的關係，可見隨著高鉻奧氏體不鏽鋼中Cu含量的增加，均勻腐蝕速率降低，表明其耐均勻腐蝕性能提高。其Cu含量高於1.2時，其均勻腐蝕速率低於0.1mm/年，具有良好的耐硫酸腐蝕性能。以上所述僅為本發明的所有實施例的一部分，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3