一種淬透性較好的不鏽鋼及其生產方法與流程
2023-04-28 12:59:01 3
本發明涉及不鏽鋼鍛件
技術領域：
，具體的是一種淬透性較好的不鏽鋼及其生產方法。
背景技術：
：奧氏體不鏽鋼由於在高溫和極低溫度下都具有良好的塑韌性、冷熱加工性能和耐局部腐蝕性能而被廣泛用於石油、化工、宇航和能源等領域，尤其是在核電領域，奧氏體不鏽鋼是各類壓水堆核島內關鍵部件的主要材質，由於鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續性，使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整，可保證零件具有良好的力學性能與長的使用壽命，因此各類奧氏體不鏽鋼鍛件在核電站的建設中起到至關重要的作用。目前採用的材料主要為奧氏體不鏽鋼(SUS304L、SUS316L等)，此類材料具有強度高、耐腐蝕性好的特點。此類材料在進行鍛件加工時，需要進行多次鍛打和熱處理，對鍛件的性能產生一定影響，經常出現未進行鍛造加工前材料的機械性能完全滿足標準要求，但是進行鍛打和熱處理後，機械性能容易接近標準要求的下限，尤其是抗拉強度，往往偏低甚至是超標，造成鍛件重新熱處理甚至報廢，如何解決奧氏體不鏽鋼鍛件加工後抗拉強度接近下限的問題是本領域技術人員需要解決的技術問題。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種不鏽鋼及其生產方法，該不鏽鋼鍛件製造成本低、機械性能優異，尤其是抗拉強度高。本發明的技術方案是，在SUS316L的基礎上進行改進，控制可以提高不鏽鋼強度的C、Si、Mn、Mo、Cr元素的含量，將其調整至標準要求含量的上限，增加少量可以提高不鏽鋼強度的Ti元素，一種淬透性較好的不鏽鋼的成分重量百分比為：C：0.02％～0.03％；Si：0.75％～1.0％；Mn：1.5％～2.0％；P≤0.020％；S≤0.010％；Ni：12.00～15.10％；Cr：17.00～19.00％；Mo：2.50～3.00％；N：0.15～0.22％；Ti：0.05～0.15％；B：0.05-0.15％；餘量為鐵。確定上述化學成分的理由如下：碳：碳元素通過固溶強化可以增加合金的低溫強度，起強化作用；碳含量的控制範圍，處於碳在鐵素體中的溶解度以下或接近於鐵素體中碳的溶解度，因此將碳含量的優選控制在上限，為0.02％～0.03％。鎳：鎳為強的奧氏體形成元素，增加鎳含量有助於提高奧氏體組織的穩定性，能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性；鎳對酸鹼有較高的耐腐蝕能力，但鎳為貴重金屬原料，含量過高會導致材料價格高，此外高的鎳含量不利於材料低溫強度的提高，因此優選為13％～15％。鉻：鉻為鐵素體形成元素，能顯著提高強度、耐腐蝕性，但同時降低塑性和韌性；但鉻含量過高，會導致奧氏體中鐵素體含量增加，因此鉻元素的含量優選控制在上限，為17.00～19.00％。鉬：鉬為鐵素體形成元素，奧氏體不鏽鋼中添加鉬可以提高奧氏體不鏽鋼的耐點蝕性能，通過固溶強化可以提高其強度，將鉬含量優選控制在上限，為2.50％～3.00％。氮：氮作為強奧氏體形成元素，一方面通過固溶強化可以明顯提高奧氏體不鏽鋼的高溫強度，另一方面氮與鈦相互作用，可以更明顯的改善材料高溫強度；但氮含量過高，會導致大量的氮化物析出，又會降低材料的室溫韌性和耐腐蝕性能，因此優選為0.15％～0.22％。錳：增加錳含量可以提高鋼的強度，增加奧氏體不鏽鋼中氮元素的固溶度，但錳含量過高，會導致奧氏體不鏽鋼中產生馬氏體，因此將錳含量優選控制在上限為1.5％～2.0％。鈦：在鋼軋制的升溫過程中，鈦與氮、碳的結合形成彌散的小顆粒，對奧氏體晶界起固定作用，阻礙奧氏體晶界的遷移，有效阻止奧氏體晶粒粗化，而在降溫過程中鈦與氮、碳的化合物在奧氏體向鐵素體轉變之前析出，成為鐵素體的形 核質點，使鐵素體的晶粒細化，顯著提高不鏽鋼的強度；且鈦元素的含量在0.05％～0.15％之間時，對γ晶粒尺寸的影響最為顯著，因此將鈦含量優選為0.05％～0.15％。矽：矽可以顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度，作為鉻當量的形成元素，和鉬、鉻等結合，可以提高鋼的抗腐蝕性和抗氧化性，因此將矽含量控制在上限為0.75～1.0％。加入硼的作用：鋼的淬透性可以成倍的提高。硫、磷：合金冶煉過程中的雜質元素。本發明的不鏽鋼將可以提高不鏽鋼強度的C、Si、Mn、Mo、Cr元素的含量，將其調整至標準要求含量的上限，可以有效提高不鏽鋼的強度，增加少量的Ti元素，通過Ti與N、C元素的相互作用，形成TiN、TiC，可以有效阻止奧氏體晶粒粗化，細化鐵素體晶粒，顯著提高不鏽鋼機械性能。一種上述不鏽鋼的生產工件的方法，包括如下步驟：A.先按上述相應的配比通過真空爐熔煉獲得試樣鋼錠；B.將冶煉好的鑄坯鋼錠加熱到1250-1280℃，進行多火次粗鍛，保溫1.5-2.5小時後出爐即鍛，終鍛溫度不低於1100℃；多次鍛造可以細化晶粒，提高工件性能；C.將粗鍛得到的工件及時進行退火，溫度1100-1150℃，並根據厚度設定保溫時間；D.對退火後的工件進行精鍛，採用溫鍛加工，得到終鍛成品；E.將終鍛成品進行固溶熱處理，加熱到1150-1190℃，保溫後強制水冷。進一步，所述步驟B中，終鍛溫度範圍1100～1250℃，總鍛造比≥4，每火次變形量≥30％。進一步，步驟D中，溫鍛加工的溫度範圍為850～900℃，可以有效細化晶粒。本發明的不鏽鋼生產方法工序簡單，易於控制，經過多次熱鍛和溫鍛相結合，可以有效細化晶粒，顯著提高工件性能。具體實施方式實施例本實施例生產了3批次的不鏽鋼，將各元素成分按照配比加入真空冶煉爐，並根據冶煉過程中脫碳情況適當配加石墨，按相應的配比通過50kg真空爐熔煉獲得試樣鋼錠；將冶煉好的鑄坯，切去冒口，加熱到1250℃，保溫2小時後出爐即鍛，終鍛溫度不低於1100℃進行多次鍛造，總鍛造比≥4，每火次變形量≥30％；粗鍛完成後，對工件及時進行退火，溫度1100-1150℃；對退火後的工件進行精鍛，採用溫鍛加工，得到終鍛成品；將終鍛成品進行固溶熱處理，加熱到1150-1190℃，保溫後強制水冷。以同樣的加工工藝製備了SUS316L的奧式體不鏽鋼鍛件，用於進行對比。表1實施例及對對比例標準成分(％)表2實施例及對比例力學性能項目抗拉強度/MPa屈服強度/MPa伸長率/％硬度/HRB實施例一52521046186實施例二51520544185實施例三52020845185SUS316L指標值≥480≥177≥40≤187對比例48519046183將得到的不鏽鋼鍛件取樣進行分析，得到的化學成分參見表1，對樣品進行機械性能測試，通過提高成分中C、Si、Mn、Mo、Cr等元素的含量，且加入少量的Ti元素，可以有效阻止奧氏體晶粒粗化，經過多次熱鍛和溫鍛相結合，可以有效細化晶粒，顯著提高工件機械性能，具體結果參見表2。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬於本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍中。當前第1頁1 2 3