[发明专利]一种低碳节镍型高强高韧耐蚀无磁奥氏体不锈钢

说明书

技术领域本发明涉及金属材料，特别涉及一种低碳节镍型高强高韧耐蚀无磁奥氏体不锈钢。

背景技术通常的不锈钢是指在某种环境条件下具有一定抗腐蚀破坏能力的铁基金属结构材料。Cr是获得耐腐蚀性的基本元素，除Cr外，常用的合金元素还有Ni、Mo、Mn、Ti、Nb、Cu、N等。不同的成分设计可以获得不同的组织和性能，从而能够满足不同用途的需要。以用量最广的奥氏体不锈钢看来，由于具有一定的强度、良好的韧塑性、弱磁性，以及优异的冷热成型性能，在各种工业领域得到了广泛的应用。世界奥氏体不锈钢的产量和用量一直约占不锈钢总产量及用量的70％。奥氏体不锈钢从18Cr-8Ni开始，不断发展演变，形成Cr-Ni(即300系)、Cr-Mn-Ni(即200系)和高Cr高Ni(或高Mo)等系列。300系是在18Cr-8Ni的基础上直接演变的，含有约18％的Cr、8％～15％的Ni、约0.1％的C，少量的Mn、Si或Mo及其它微量元素。在300系的基础上，通过提高Mn含量、降低Ni含量，适当添加(或提高)N含量，得到200系，但其Ni含量普遍仍在3～8％之间。在不考虑资源节约的条件下，保持高Cr含量，继续提高Ni含量，至20～26％，提高Mo含量，至7～8％，适当提高N含量，得到超级奥氏体不锈钢系列。

新合金主要是在Cr-Mn-Ni系奥氏体不锈钢的基础上，通过提高Mn、N含量，大幅度降低C、Ni含量，同时充分利用微合金化手段，添加微量的Cu、Nb 和V等元素，以油气勘探及开采领域的特殊用途为立脚点进行开发研究并获得成功。

目前全球性能源紧缺的问题已日益突出，特别是油气价格的飞涨极大的推动了油气勘探及开采市场的发展，使得油气井下装备的需求大幅增加，特别是过去那些开采难度极高的超深、超斜及高含H₂S、CO₂和盐等高腐蚀性介质的油气井也竞相成为世界石油大亨的角逐战场，对井下用材的要求更是显著提高，不仅愈发强调强度、韧塑性、耐蚀性及无磁性的综合，而且更加关注经济性(成本)。并且，随着技术的不断发展，这样的要求还在不断提高。国内外较为成功的油气勘探及开采专用无磁钢有N1310(中国)、15- 和15- (美国)和Datalloy 2^TM(美国)等，能够满足油气勘探及开采的某些应用需求，但上述合金仍然存在不足，主要表现在合金强韧性、耐蚀性仍有提高的余地，成本仍有降低可能。而新合金在这些方面都有明显改进。

发明内容本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种低碳节镍型高强高韧耐蚀无磁奥氏体不锈钢。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低碳节镍型高强高韧耐蚀无磁奥氏体不锈钢，其特征在于由下列重量百分比的组分制成：C≤0.03、Si≤0.8、Mn：15～22、Ni≤2.0、Cr：15～22、N：0.4～0.8、Mo1.0～4.0、Cu≤0.5、Nb≤0.5、V≤0.5、S≤0.025、P≤0.03、余量为Fe。

其中，Si、Ni、Cu、Nb、V为严格控制的有益微量元素，应达到Si≤0.8、Ni≤2.0、Cu≤0.5、Nb≤0.5、V≤0.5的要求。C、S、P为不可避免带入的杂质，但 应达到C≤0.03、S≤0.025、P≤0.03。

本发明的不锈钢具有全新的化学成分，主要适用于制作在油气勘探及开采领域中使用的各种无磁钻铤、稳定器、随钻测量机构外壳等部件。同样，以优异的性能在硝酸、醋酸、盐雾和潮湿等环境具有推广应用潜力，与传统不锈钢相比有显著的经济和性能优越性。

合金的化学成分经过精心设计，既显著提高不锈钢的强度，又能保证获得高的韧塑性、耐蚀性及低的无磁性。

(1)相对高的Cr含量是获得耐腐蚀性的基础，也是提高强度和抗氧化性的保证。少量的Ni有助于加强上述作用。

(2)相对高的Mn含量主要是为了提高Ni当量，以获得稳定的奥氏体结构；同时也有利于提高N的溶解度。

(3)低C含量的设计以及加入微量的Nb，是为确保优异耐腐蚀性能，尤其是抗晶间腐蚀能力。

(4)高N含量的设计不仅显著提高不锈钢的强度，同时不降低其韧塑性，而且大大有利于不锈钢的耐腐蚀性。

(5)为了进一步获得高的耐腐蚀性，在合金中加入适量的Mo和Cu，特别是Mo对于改善点蚀和耐缝隙腐蚀有显著作用。

(6)其它微量元素起到辅助强韧化作用。

室温力学性能

合金的室温力学性能见表1。

表1合金的室温力学性能