一種深海低溫工程用高強度不鏽鋼及其製造方法與流程

2023-12-12 14:39:22 3

本發明屬於不鏽鋼技術領域，特別是提供了一種深海低溫工程用高強度不鏽鋼及其製造方法，適用於深海鑽採或打撈設備的結構件與緊固件等。

背景技術：
深海蘊藏著豐富的油氣資源、礦產資源和生物資源，是各國爭奪經濟制高點的重要戰略目標。很多國家都把控制和佔有這些資源的措施列入國家發展計劃，以期搶得「藍色公土」的佔有權。由於深海環境複雜苛刻(低溫、高溫—熱液區、高壓、極端微生物腐蝕等)，因而對服役材料的綜合力學性能與耐腐蝕性能提出了更高要求。目前相比於國外發達國家，我國海洋資源開發技術、科學研究長期以來處於相對落後水平，在國際深海資源爭奪戰中已失去先機，其中最大的技術瓶頸即為深海裝備配套材料的研發問題，以深海油氣鑽採為例，目前國內螺杆鑽具壽命僅為80小時，鑽鋌壽命僅為200-500h，震擊器震擊次數僅為100次。同時，深海打撈工具如磨銑類打撈工具，其平均使用壽命更僅為6h，所選用材料在強度、低溫韌性、耐蝕性等方面均暴露了嚴重問題，這已顯著制約了國家在深海資源的開發與利用。因而急需研製一種適用於深海低溫工況下使用的承力材料，以提升國家在深海資源開採的綜合競爭力。

技術實現要素：
本發明的目的為通過合金成分、冶煉方式以及配套的熱處理工藝設計，製造出一種適用於深海低溫工程用的高強度不鏽鋼材料，以解決目前國內深海鑽採或打撈設備結構件與緊固件的選材瓶頸問題。本發明鋼的化學成分按重量百分比為：C：＜0.05％、Cr：12.2～13％、Ni：8.0～8.5％、Mo：2.1～2.5％、Al：＜0.3％、N：＜0.0015％、Si：＜0.1％、Mn：＜0.01％、P：＜0.005％、S：＜0.001％餘量為Fe及不可避免的雜質。基於上述合金成分配比，經熱處理後，發明鋼具備了優異的強韌性匹配以及優良的耐鹽霧腐蝕性能：在室溫抗拉強度達到1200MPa，屈服強度達到1100MPa，延伸率超過19％，斷面收縮率超過70％的前提下，發明鋼的室溫夏比V型衝擊功達到250J以上，-100℃衝擊功仍保持在210J以上。同時，根據《GBT10125-2012人造氣氛腐蝕試驗-鹽霧試驗》的檢測方法，發明鋼的耐鹽霧年腐蝕率也控制在0.1mm/a以下，達到了金屬材料耐蝕性Ⅲ級(耐蝕)標準。本發明各元素的作用及配比依據如下：碳：碳作為間隙固溶原子，雖可以提高鋼的基體強度，但在強度升高的同時會損害鋼的塑韌性與焊接性。此外，鋼中碳元素的存在會導致基體在時效過程中析出Cr23C6等碳化物，顯著降低鋼的耐海水腐蝕性能。綜合考慮，本發明鋼的碳控制在0.05％以內。氮：氮與碳的作用類似，一方面作為間隙固溶原子，提高強度的同時會損害鋼的塑韌性與焊接性。另一方面，由於本發明鋼中含有鋁等氮化物形成元素，其會與氮高溫形成AlN夾雜物，顯著降低鋼的塑韌性，特別是低溫衝擊韌性。此外，AlN也可形成點蝕源，降低鋼的耐點蝕性能。因而本發明鋼的氮含量要求控制在0.0015％以...