[发明专利]一种综合性能良好的马氏体不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料的生产领域，涉及一种金属材料的生产方法，尤其涉及一种综合性能良好的马氏体不锈钢及其制造方法。

背景技术

随着石油、天然气、煤等不可再生资源的不断消耗，世界各国越来越多地把目光投向利用绿色能源，水电即是其中的一种。水电系统中的水轮机转轮、转轮下环、阀门系统、其他耐磨件都要使用不锈钢材料，这些设备、零件需要在大水压、水和泥沙的冲蚀、深水空蚀等恶劣环境中工作，因此水电用钢应当有较高的强度、硬度，较高的冲击韧性，还应具有良好的耐蚀性。开发出具有良好综合性能的水电用钢可以延长水电系统运转周期、减少维修成本，从而提高水电系统的工作效率和经济效益。

最初人们在传统的马氏体不锈钢基础上降低碳含量、增加镍含量，提高了材料的延展性、韧性和耐蚀性，因而开发出了低碳马氏体不锈钢，目前水电工程领域应用较多的有用传统铸造法生产的低碳马氏体不锈钢ZG06Cr13Ni4Mo、ZG06Cr16Ni5Mo，为了获得高强度，材料中都加入了较高的碳含量，这在一定程度会降低耐腐蚀性能、降低韧性。

随后，中国专利，专利公开号CN101104909A，专利名称“00Cr13Ni5Mo超低碳马氏体不锈钢及其生产方法”，公开了一种00Cr13Ni5Mo的铸造低碳马氏体不锈钢，这种不锈钢通过冶炼、钢锭浇注、钢锭退火、锻轧成坯料、坯料正火+回火成材，其制造工艺复杂、生产成本相对较高。

中国专利，专利公开号CN1528937A，专利名称“高屈强比高强韧性铸造马氏体不锈钢及其生产方法”，公开了一种高屈强比、高强韧性的铸造马氏体不锈钢和生产方法，这种不锈钢通过对铸件直接进行热处理后成材，对铸锭直接进行热处理成材可以简化生产工艺，节约生产成本，但是模铸过程中的成分、组织不均匀性却难以消除，使材料的综合性能下降。

中国专利，专利公开号CN1352319A，专利名称“具有高机械强度和抗腐蚀的马氏体不锈钢”，公开的马氏体不锈钢在低碳马氏体不锈钢0Cr13Ni4Mo、0Cr16Ni5Mo的基础上还添加了铜、铌、钨、氮和钒，对铸锭直接进行热处理得到成品钢。由于加入了铜、铌、钨等贵金属元素，使材料的制造成本明显提高；铌的加入使材料的脆性增加，使冲击韧性明显下降；而钨的加入使材料的高温强度明显的提高，加工难度显著增加。

日本专利，专利号JP 11343519公开了一种化学成分(重量，％)为C≤0.05、Si≤1.0、Mn≤5.0、Cr：10.0～15.0、Ni：3.0-0.5×Mn～8.0-0.5×Mn、Mo：0.1～3.0、Al≤0.1、Ti≤0.1的低碳马氏体不锈钢，这种钢具有强度高、耐蚀性好、焊接性能优等特点，但是由于这种钢和其他众多的石油用管材料一样更加注重材料在使用环境中要承受的压力、硫化氢腐蚀、应力腐蚀以及在制管过程中的焊接性能，与水电用钢相比无论是从成分设计与制造工艺都存在不同的侧重点。

因此迫切需要一种钢，既能提高钢的强度，又能减低生产成本，且综合性能优良，可以满足水电用钢的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合性能良好的马氏体不锈钢及其制造方法，通过加入了钒和氮元素，使钢的组织均匀细小，强度更高、韧性更好，也有利于提高耐蚀性；在生产过程中，用热轧后空冷替代传统的缓冷+正火工艺，生产工艺简单、易于控制，因而具有综合性能优良、生产成本低、工艺易于控制等特点，可以较好地满足水电用钢的需要。

本发明的目的是这样实现的：一种综合性能良好的马氏体不锈钢，化学元素及其质量百分比为：

C≤0.05％，      Si≤1.0％，       Mn≤1.0％，     P≤0.040％，

S≤0.015％，     Cr＝15.0～17.0％，Ni＝4.0～6.5％，Mo＝0.80～1.50％，

N：0.02～0.06％，V≤0.15％，

其它为不可避免的杂质和余量Fe。

碳：不高于0.05％。这是因为钢中含碳量提高，钢的强度和硬度上升，韧性下降。而且碳与铬反应形成化合物，碳含量越高形成铬的碳化物的量越大，铬的碳化物的形成会在钢中形成贫铬区，使钢的耐蚀性下降。要避免形成这些化合物，一方面可以降低碳含量，另一方面可以加入钒，使碳优先和钒形成化合物。

硅：硅主要是作为脱氧剂加入到钢中的，同时硅也是一种合金元素，起着固溶强化作用，在提高抗高温氧化性能方面也有明显的作用。但是，钢中硅含量过高时会引起延展性变差，因此从提高马氏体不锈钢的可加工性考虑，其含量应该不大于1.0％。