CN109811252A

CN109811252A - 一种高强度马氏体不锈钢及其制造工艺

Info

Publication number: CN109811252A
Application number: CN201811574434.7A
Authority: CN
Inventors: 翟海平; 刘晓; 王庆; 翟素萍; 翟华平; 李花兵; 刘福斌; 都祥元; 赵酿; 孟钊
Original assignee: JIANGSU XIHU SPECIAL STEEL CO Ltd
Current assignee: Jiangsu Xinghuo Special Steel Group Co.,Ltd.
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2019-05-28
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: CN109811252B

Abstract

本发明公开了一种高强度马氏体不锈钢，包括以下重量百分比组分：C≤0.1%、S≤0.02%、P≤0.02%、Si 0.1‑0.5%、Mn 0.6‑0.9%、Cr 18.0‑20.0%、Ni 1.5‑2.5%、Mo 0.5‑1.5%、Cu 0.1‑0.5%、V 0.01‑0.05%、Nb 0.01‑0.05%、Ti 0.01‑0.05%、Ba 0.001‑0.1%、N 0.1‑0.15%、稀土元素RE 0.001‑0.1%，余量为Fe,其制造工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、轧后热处理步骤;该不锈钢合金具有高强度和较好的耐腐蚀性，加工性能良好易成形,并且具备良好的高温环境下耐CO2及氯化物腐蚀的性能。

Description

一种高强度马氏体不锈钢及其制造工艺

技术领域

本发明属于不锈钢合金技术领域，具体涉及一种高强度马氏体不锈钢合金及其制造工艺。

背景技术

随着我国航空航天工业、石油化工、及海洋资源开发的迅猛发展，这些行业增加了对具有高强高韧性和高耐蚀性能等综合性能优良的高性能不锈钢的需求。而高强度的马氏体沉淀硬化不锈钢以其优异的强韧性及优良的耐蚀性及焊接性能成为航空航天、海洋、石油化工等承力和耐高温高蚀部件的首选材料。

众所周知，马氏体沉淀硬化型不锈钢是一种加入钼、钨、钛、铌和铜等强化元素构成的不锈钢，这些元素能够形成一系列金属间化合物，如Fe2Mo、Fe2Ti和Fe2Nb等，在400～650°范围时效时，在马氏体基体上析出这些金属间化合物，产生沉淀硬化，从而提高钢的力学性能，其强度可高达1100-1300MP的耐压强度。但是，马氏体沉淀硬化不锈钢在实际生产中常常出现许多困难，如强度不理想，抗晶间腐蚀性能差以及冷加工成型性能差等缺点，难以满足大生产中对合金材料高强度及耐腐蚀性良好的要求。

发明内容

本发明主要提供了一种高强度马氏体不锈钢合金及其制造工艺，该不锈钢合金具有高强度和较好的耐腐蚀性，并且加工性能良好，易成形。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种高强度马氏体不锈钢合金，其包括以下重量百分比组分：C≤0.1％、

S≤0.02％、P≤0.02％、Si 0.1-0.5％、Mn 0.6-0.9％、Cr 18.0-20.0％、Ni 1.5-2.5％、Mo 0.5-1.5％、Cu 0.1-0.5％、V 0.01-0.05％、Nb 0.01-0.05％、Ti 0.01-0.05％、Ba 0.001-0.1％、 N 0.1-0.15％、稀土元素RE 0.001-0.1％，余量为Fe。

优选的，所述稀土元素为镧和铈元素中的一种两种。

优选的，所述稀土元素为镧和铈元素中的一种或两种与钇、镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。

优选的，镧和铈元素中任意一种元素的质量占稀土元素总量≤51％，且镧和铈元素的质量总和占稀土元素总量≥99.7％。

上述高强度马氏体不锈钢合金的制造方法，包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、轧后热处理。

优选的，所述冶炼具体为:采用真空感应炉、真空感应炉与电渣重熔、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃。

优选的，所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度1000-1250℃，开坯始锻温度1050-1200℃，终锻温度900-1050℃，锻后固溶处理为1050℃加热1-2h后，水冷。

优选的，进行热轧时，坯料加热温度为1000-1250℃，开轧温度为1050-1200℃，终轧温度为900-1050℃，轧后固溶处理为1050℃加热1-2h后，水冷。

优选的，轧后热处理具体为:钢锻造或热轧后热处理，淬火温度900-1050℃，保温时间 0.5-4h，水冷；回火温度500-650℃，保温时间1-5h，空冷至室温。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果:

本发明采用多元素复合强化及选择性强化理论，全面优化并设计合金成分，一方面通过稀土、钼、钒、铌、钡和氮元素的合理添加来实现合金固溶强化效果的最优化；同时，稀土和钡元素还能细化晶粒，减少S、P等杂质元素和碳化物在晶界的偏聚，达到细晶强化的效果；另一方面，加入的铌、钒、钛和铜等合金元素还能起到沉淀析出强化和位错强化的效果，提高本发明不锈钢的高温强度。同时，严格控制碳、铬和钼的含量以控不锈钢晶界碳化物的形态，以此来提高不锈钢的晶界强度和韧性。

此外，本发明的另一特点是加入稀土元素镧、铈与碱土金属钡元素相结合，它们能固溶于钢中，富集在晶界，起到复合微合金化作用，能显著提高马氏体不锈钢的强度、改善钢的韧性及改善加工性能；另外，它们还能提高富Cr钝化膜的稳定性，提高马氏体不锈钢的耐腐蚀性。

另外，本发明同时以氮代镍，适当调整Cr、Ni、Si、Mn、Mo等合金元素，尤其是大幅降低了镍元素含量，与稀土及钡元素相配合，提高了钢的强度和耐腐蚀性能。

本发明加工性能良好，易成形,并且具备良好的高温环境下耐CO2及氯化物腐蚀的性能。

上述合金成分的设计及开发与热处理工艺相结合，本发明马氏体不锈钢得到室温组织以马氏体和铁素体为主，并含有残余奥氏体的复合组织，组织均匀细小、结构致密，表面质量和平直度良好。具有优良的力学性能和耐腐蚀性能，室温抗拉强度可高达1295MPa，横向冲击韧性可达237J。已经达到甚至超过多种马氏体沉淀硬化不锈钢的水平，如15-5PH和17-4PH 等钢种。但本发明元素含量少，尤其是镍和钼含量，在强度高和耐蚀性能优良的同时节省了原料，降低了成本，且冶炼工艺简单，不需要超低碳冶炼工艺，另外热处理工艺简单，只需常规的淬火和回火即可。能完全满足海洋、航空和石油化工行业对高性能用钢的要求。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。

实施例1-10:

实施例1-10中高强度马氏体不锈钢合金的成分见表1所示：

不锈钢合金的具体制造方法如下：

(1)冶炼：真空感应炉、真空感应炉与电渣重熔、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃；

(2)铸锭或铸锭开坯：采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度1000-1250℃，开坯始锻温度1050-1200℃，终锻温度900-1050℃，锻后固溶处理为1050℃加热1-2h后，水冷。

(3)热轧：坯料加热温度为1000-1250℃，开轧温度为1050-1200℃，终轧温度为900-1050℃，轧后固溶处理为1050℃加热1-2h后，水冷。

(4)轧后热处理：钢锻造或热轧后热处理，淬火温度900-1050℃，保温时间0.5-4h，水冷；回火温度500-650℃，保温时间1-5h，空冷至室温。

本发明不锈钢合金的力学性能和腐蚀试验等试样均直接从热轧并固溶处理后的板材上取样，其板材的热处理工艺均为淬火980℃×1h水冷+回火570℃×1h空冷。

性能测定:对实施例1-10所述不锈钢的机械性能、耐腐蚀性进行试验，具体结果参见表 2-4所示。

实施例只是为了便于理解本发明的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制，凡是未脱离本发明技术方案的内容或依据本发明的技术实质对以上方案所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明保护范围之内。

Claims

1.一种高强度马氏体不锈钢，其特征在于：包括以下重量百分比组分： C≤0.1%、S≤0.02%、P≤0.02%、Si 0.1-0.5%、Mn 0.6-0.9%、Cr 18.0-20.0%、Ni 1.5-2.5%、Mo 0.5-1.5%、Cu 0.1-0.5%、V 0.01-0.05%、Nb 0.01-0.05%、Ti 0.01-0.05%、Ba 0.001-0.1%、N 0.1-0.15%、稀土元素RE 0.001-0.1%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的高强度马氏体不锈钢，其特征在于：所述稀土元素为镧和铈中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的高强度马氏体不锈钢，其特征在于：所述稀土元素为镧和铈中的一种或两种与钇、镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。

4.根据权利要求3所述的高强度马氏体不锈钢，其特征在于：镧和铈元素中任意一种元素的质量占稀土元素总量≤51%，且镧和铈元素的质量总和占稀土元素总量≥99.7%。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的高强度马氏体不锈钢，其特征在于：其制造工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、轧后热处理步骤。

6.根据权利要求5所述的高强度马氏体不锈钢，其特征在于：所述的冶炼步骤具体为:采用真空感应炉、真空感应炉与电渣重熔、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃。

7.根据权利要求5所述的高强度马氏体不锈钢，其特征在于：所述铸锭或铸锭开坯步骤采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度1000-1250℃，开坯始锻温度1050-1200℃，终锻温度900-1050℃，锻后固溶处理为1050℃加热1-2h后，水冷。

8.根据权利要求5所述的高强度马氏体不锈钢，其特征在于：进行热轧时，坯料加热温度为1000-1250℃，开轧温度为1050-1200℃，终轧温度为900-1050℃，轧后固溶处理为1050℃加热1-2h后，水冷。

9.根据权利要求5所述的高强度马氏体不锈钢，其特征在于：轧后热处理步骤具体为:钢锻造或热轧后热处理，淬火温度900-1050℃，保温时间0.5-4h，水冷；回火温度500-650℃，保温时间1-5h，空冷至室温。