專利名稱：一種超級(jí)馬氏體不銹鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵材料領(lǐng)域，特別涉及一種超級(jí)馬氏體不銹鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
超級(jí)馬氏體不銹鋼是在lCrl3、2Crl3等傳統(tǒng)馬氏體不銹鋼基礎(chǔ)上通過降低碳含量和增加鎳、鉬含量而發(fā)展起來的超低碳軟馬氏體不銹鋼。該類不銹鋼具有良好的淬透性、 優(yōu)良的室溫和低溫力學(xué)性能、腐蝕疲勞強(qiáng)度和動(dòng)靜態(tài)斷裂韌性，良好的鑄、鍛、焊和機(jī)加工等冷熱工藝性能，廣泛應(yīng)用于核電工程構(gòu)建、大型水輪機(jī)和高壓給水泵建造、石油開采等能源領(lǐng)域。該類鋼良好的性能不僅源于其改進(jìn)的化學(xué)成分，也在于其特殊的熱處理制度。固溶處理正火后為板條馬氏體組織，對(duì)其在以上溫度回火，部分馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)變而形成能夠在隨后冷卻至室溫過程中部分穩(wěn)定存在的奧氏體，最后得到板條馬氏體+彌散分布在馬氏體板條之間及內(nèi)部的逆變奧氏體。逆變奧氏體的存在雖然是該類不銹鋼具有良好塑韌性、疲勞性能及可焊性的關(guān)鍵，但同時(shí)大大降低了這類不銹鋼的強(qiáng)度。同時(shí)，盡管該類馬氏體不銹鋼碳含量較低，但回火過程中仍有Cr的碳化物在馬氏體板條邊界及內(nèi)部析出，造成析出物周圍Cr的貧化，破壞不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性能。近年來，氮作為奧氏體形成元素在奧氏體不銹鋼及雙相不銹鋼中得到了廣泛應(yīng)用，不僅提高不銹鋼的強(qiáng)度還顯著改善不銹鋼的耐蝕性能。也有專利及國(guó)內(nèi)的一些廠家采用氮合金化來提高超級(jí)馬氏體不銹鋼的強(qiáng)度和改善其耐蝕性，但由于氮在馬氏體不銹鋼中的溶解度極低，熱處理過程中N與Cr結(jié)合形成Cr的氮化物，同樣造成析出物周圍Cr的貧化，損害馬氏體不銹鋼的耐蝕性能。為此，有廠家采用微合金化元素Nb，V與N復(fù)合微合金化，旨在憑借微合金化元素Nb和V與C和N較Cr與C和N強(qiáng)的結(jié)合力，使得微合金化元素在熱處理過程中率先與鋼中C和N結(jié)合形成微合金化元素碳氮化物來提高強(qiáng)度，抑制Cr的碳氮化物的析出來改善不銹鋼的耐蝕性。然而，高氮含量往往會(huì)造成粗大微合金化元素碳氮化物的出現(xiàn)，同時(shí)由于微合金化元素V的碳氮化物的熱力學(xué)穩(wěn)定較低導(dǎo)致其在熱處理過程中容易粗化，不僅不能有效提高不銹鋼強(qiáng)度，還破壞塑韌性；另外，這些設(shè)計(jì)沒有考慮氮與微合金化元素之間的配比，添加的微合金化元素并不能完全抑制熱處理過程中Cr的氮化物的析出，因而不能有效改善不銹鋼的耐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種超級(jí)馬氏體不銹鋼及其制備方法。該方法通過控制鋼中C和N含量及添加微合金化元素Nb，Ti，制備出一種具有高強(qiáng)高韌、良好耐局部腐蝕性能的超級(jí)馬氏體不銹鋼材料。本發(fā)明的超級(jí)馬氏體不銹鋼，其化學(xué)組成按質(zhì)量百分比為C :(Γ0. 03%，N 0 0·03%, S<0.015%, P<0. 020%, Si<l%, Μη<1%, Cr :13 16%，Ni :4 6%，Mo :1 2%，Nb 0. 05 0. 15%, Ti 0. ΟΟΓΟ. 01%，余量為 Fe。本發(fā)明的超級(jí)馬氏體不銹鋼的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行(1)采用真空感應(yīng)爐熔煉得到滿足上述化學(xué)成分范圍要求的超級(jí)馬氏體不銹鋼鑄坯， 將馬氏體不銹鋼鑄坯經(jīng)1200°c熱鍛，再在1100°C 1200°c范圍內(nèi)熱軋；
(2)對(duì)熱軋后的超級(jí)馬氏體不銹鋼板進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度為 10500C 1100°C，處理時(shí)間為0. 固溶處理后進(jìn)行正火處理，空冷至室溫；
(3)利用箱式電阻爐將固溶態(tài)的超級(jí)馬氏體不銹鋼板在550°C 70(TC范圍回火2、h， 油冷至室溫，得到回火處理后的超級(jí)馬氏體不銹鋼。本發(fā)明一種超級(jí)馬氏體不銹鋼及其制備方法，通過控制鋼中C和N含量，同時(shí)添加一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的能與C和N形成較高熱力學(xué)穩(wěn)定性碳氮化物的微合金化元素Nb，Ti， 使其在熱處理過程中率先與鋼中殘余C和N結(jié)合形成彌散分布的納米級(jí)微合金化元素碳氮化物，不僅能有效提高超級(jí)馬氏體不銹鋼的強(qiáng)度，而且還能有效抑制由于Cr的碳氮化物析出而導(dǎo)致的析出物周圍Cr的貧化區(qū)的產(chǎn)生，從而改善超級(jí)馬氏體不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性能。 本發(fā)明超級(jí)馬氏體不銹鋼經(jīng)上述方案處理后，室溫的屈服強(qiáng)度在70(Γ1000ΜΙ^范圍，拉伸強(qiáng)度在90(Tl050MPa范圍，斷裂延伸率在17 21%范圍，在3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位在 9(T260mV范圍，具有高強(qiáng)高韌、良好耐局部腐蝕性能。
具體實(shí)施例方式下面將通過不同實(shí)施例來描述本發(fā)明。本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例中，可以再前述化學(xué)成分與制造方法范圍內(nèi)加以調(diào)整實(shí)施。實(shí)施例1
由真空感應(yīng)爐熔煉得到化學(xué)成分為C: 0. 008%, N: 0. 009%, S: 0. 007%, P: 0. 010%, Si: 0. 39%, Mn: 0.63%, Cr: 13.35%, Ni: 4. 35%, Mo: 1.08%, Nb: 0. 11%, Ti: 0.008%, 狗余量的超級(jí)馬氏體不銹鋼鑄坯。經(jīng)1200°C熱鍛，再在1200°C熱軋。在熱處理爐里對(duì)熱軋后的超級(jí)馬氏體不銹鋼板進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度為1100°C，處理時(shí)間為0. 5h，固溶處理后進(jìn)行正火處理，空冷至室溫，最后在箱式電阻爐中550°C回火池油冷后，其室溫的屈服強(qiáng)度為920MPa，拉伸強(qiáng)度為1030 MPa，延伸率為17. 22%，夏比V形缺口沖擊吸收功為 145J，在3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位為125mV ；經(jīng)700°C回火池油冷后，其室溫的屈服強(qiáng)度為700MPa，拉伸強(qiáng)度為900 MPa，延伸率為17. 44%，夏比V形缺口沖擊吸收功為150J，在 3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位為80mV ；經(jīng)600°C池回火后，能獲得最佳的綜合強(qiáng)韌性和耐蝕性，屈服強(qiáng)度為930MPa，拉伸強(qiáng)度為980 MPa，延伸率為19. 68%，夏比V形缺口沖擊吸收功為 160J，在3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位達(dá)90mV。實(shí)施例2
由真空感應(yīng)爐熔煉得到化學(xué)成分為C: 0. 016%, N: 0. 025%, S: 0. 012%, P: 0. 009%, Si: 0. 34%, Mn: 0. 78%, Cr: 14. 86%, Ni: 5. 35%, Mo: 1. 55%, Nb: 0. 080%, Ti: 0.0065%，！^e余量的超級(jí)馬氏體不銹鋼鑄坯。經(jīng)1200°C熱鍛，再在1150°C熱軋。在熱處理爐里對(duì)熱軋后的超級(jí)馬氏體不銹鋼板進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度為1050°C，處理時(shí)間為 0. 8h，固溶處理后進(jìn)行正火處理，后空冷至室溫，最后在箱式電阻爐中550°C回火4h油冷后，其室溫的屈服強(qiáng)度為940 MPa，拉伸強(qiáng)度為1040MPa，延伸率為18. 62%，夏比V形缺口沖擊吸收功為150J，在3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位為190mV ；經(jīng)700°C回火池油冷后，其室溫的屈服強(qiáng)度為720MPa，拉伸強(qiáng)度為920MPa，延伸率為17. 11%，夏比V形缺口沖擊吸收功為155J，在3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位為170mV ；經(jīng)600°C 2h回火后，能獲得最佳的綜合強(qiáng)韌性和耐蝕性，屈服強(qiáng)度為940MPa，拉伸強(qiáng)度為lOOOMPa，延伸率為19. 40%，夏比V形缺口沖擊吸收功為160J，在3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位為175mV。
實(shí)施例3
由真空感應(yīng)爐熔煉得到化學(xué)成分為C 0. 0 N: 0. 015%, S: 0. 004%, P: 0. 018%, Si: 0.68%, Mn: 0. 48%, Cr: 12. 91%, Ni: 5. 65%, Mo: 2. 05%, Nb: 0. 075%, Ti: 0.0043%，！^余量的超級(jí)馬氏體不銹鋼鑄坯。經(jīng)1200°C熱鍛，再在1100°C熱軋。在熱處理爐里對(duì)熱軋后的超級(jí)馬氏體不銹鋼板進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度為1050°C，處理時(shí)間為 lh，固溶處理后進(jìn)行正火處理，后空冷至室溫，最后在箱式電阻爐中575°C回火池油冷后， 其室溫的屈服強(qiáng)度為980MPa，拉伸強(qiáng)度為1030 MPa，延伸率為19. 65%，夏比V形缺口沖擊吸收功為165J，在3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位為240mV ；經(jīng)650°C回火池油冷后，其室溫的屈服強(qiáng)度為720MPa，拉伸強(qiáng)度為950 MPa，延伸率為21. 05%，夏比V形缺口沖擊吸收功為 190J，在3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位為250mV ；經(jīng)600°C 2h回火后，能獲得最佳的綜合強(qiáng)韌性和耐蝕性，屈服強(qiáng)度為960MPa，拉伸強(qiáng)度為1010 MPa，延伸率為19. 38%，夏比V形缺口沖擊吸收功為160J，在3. 5%NaCl鹽水中的點(diǎn)蝕電位達(dá)^OmV。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)馬氏體不銹鋼，其特征在于所述不銹鋼的化學(xué)組成按質(zhì)量百分比為C: 0 0. 03%, N :0 0· 03%, S<0. 015%, Ρ<0· 020%, Si<l%, Μη<1%, Cr :13 16%，Ni :4 6%，Mo 廣2%， Nb 0. 05 0. 15%, Ti :0. ΟΟΓΟ. 01%，余量為 Fe。
2.如權(quán)利要求1所述的超級(jí)馬氏體不銹鋼的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行(1)采用真空感應(yīng)爐熔煉得到滿足上述化學(xué)成分范圍要求的超級(jí)馬氏體不銹鋼鑄坯， 將馬氏體不銹鋼鑄坯在1200°C熱鍛，再在1100°C 1200°C范圍內(nèi)熱軋；(2)對(duì)熱軋后的超級(jí)馬氏體不銹鋼板進(jìn)行固溶處理，固溶處理溫度為 10500C 1100°C，處理時(shí)間為0. 固溶處理后進(jìn)行正火處理，空冷至室溫；(3)利用箱式電阻爐將正火處理后的固溶態(tài)的超級(jí)馬氏體不銹鋼板在550°C^700oC 范圍回火2 4h，油冷至室溫，得到回火處理后的超級(jí)馬氏體不銹鋼。
全文摘要
一種超級(jí)馬氏體不銹鋼及其制備方法，屬于鋼鐵材料領(lǐng)域。本發(fā)明的超級(jí)馬氏體不銹鋼，其化學(xué)組成按質(zhì)量百分比為C0~0.03%，N0~0.03%，S<0.015%，P<0.020%，Si<1%，Mn<1%，Cr13~16%，Ni4~6%，Mo1~2%，Nb0.05~0.15%，Ti0.001~0.01%，余量為Fe。按以下步驟制備采用真空感應(yīng)爐熔煉出滿足上述化學(xué)成分范圍要求鑄坯，經(jīng)1200℃熱鍛，1100℃~1200℃熱軋，再1050℃~1100℃固溶處理0.5~1h后進(jìn)行空冷正火處理，最后在550℃~700℃回火2~4h,油冷至室溫。本發(fā)明具有高強(qiáng)高韌、良好耐局部腐蝕性能。
文檔編號(hào)C22C38/50GK102534419SQ20121006458
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者劉春明, 王立軍, 馬小平 申請(qǐng)人:東北大學(xué)