[发明专利]一种耐空泡腐蚀双相不锈钢

说明书

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，特指一种铁素体-奥氏体耐空泡腐蚀双相不锈钢，适用于制作空泡腐蚀条件下的各种构件，并有效提高构件的使用寿命。

背景技术

空泡腐蚀是发生在水轮机、螺旋桨、水泵等流体设备上的腐蚀行为，是由靠近叶片表面的水中的压力差造成的，当局部压力降到水蒸气压以下时，液体中产生空泡或者蒸汽泡，当压力又升到水蒸气压以上时，蒸汽泡突然破灭，向金属表面发出一个冲击波，最终导致构件内金属疲劳，形成裂纹并引起表层材料剥落；船舶上大量使用的叶轮以及螺旋桨目前大多采用铜合金材料，其最大问题是耐空泡腐蚀性能差，寿命短，需要经常更换；尽管铜合金材料不断更新，但是其耐空泡腐蚀性能提高不大，高速螺旋桨的累积寿命仅200-300小时，不能满足需要。因此研究新型材料以提高螺旋桨、水泵等的耐空泡腐蚀能力，延长寿命具有重要意义。

前人对耐空泡腐蚀用的钢材进行了一些研究，文献[1]( 陈刚, 赵玉涛. 铁基块体非晶合金的空泡腐蚀研究,稀有金属材料与工程 2008,37(S4):745-748)分析了Fe74Al4Ga2P12B4Si4铁基块体非晶合金的空蚀过程。分别采用处于晶态和非晶态的铁基块体合金,在自来水中进行超声空化实验,确定了材料特性对空蚀过程的影响。主要是提出了铁基块体非晶合金的耐空蚀机理，超声空化效应下5小时失重超过了10mg，因为非晶合金的特性，不适用于螺旋桨等产品构件制造。美国斯图迪公司的R．迈农等人发明的专利ZL 96193879.X给出了一种抗空泡腐蚀钢，其所述的合金含有，以重量百分比表示，10-40Cr的碳化物形成体，5-15Mn，3.5-7Si，1.8-4.8Ni，0.15-3.5C和B，0-0.3N，其余为Fe。

本发明专利在ZL 96193879.X基础上，根据双相不锈钢中第二相能阻碍裂纹扩展的原理以及奥氏体在水流或者固体颗粒冲击时会发生马氏体转变能吸收部分能量的原理，降低碳元素含量，进一步优化Cr的范围，改变Mn和Ni含量并添加稀土，设计一种铁素体体积百分含量为35-50％铁素体-奥氏体双相耐空泡腐蚀不锈钢，达到提高材料耐空泡腐蚀能力，延长使用寿命的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐空泡腐蚀的铁素体-奥氏体双相不锈钢。

本发明具体技术方案为，一种铁素体-奥氏体耐空泡腐蚀双相不锈钢，其特征在于：Cr 21-24%，Ni 5-6.8%，Mn 1.5-3%，Mo 3-5%，Si 0.2-1%，C 0.01-0.025%，稀土Ce或者Y 0.02-0.1%, 余量为Fe，铁素体体积百分含量为35-50％，S和P的含量控制在0.03％以下。

通过良好的平衡组合元素Cr、Mo、Ni、Mn、Y（Ce）实现这些元素在奥氏体和铁素体中的分配，其中添加稀土Y或者Ce的作用除了传统的细化晶粒作用，在本发明中主要是与硫形成球形硫化物，改善硫化物形态，改善其性能；另外一个作用稳定铁素体比例并保证双相不锈钢的性能，因为空泡腐蚀环境下双相不锈钢性能的降低主要是由于σ相等脆硬金属间相的形成，而金属间化合物尤其是Cr、Mo的化合物又会降低铁素体的稳定性，而稀土在形核过程及凝固过程中能与金属形成球形化合物并能阻碍脆硬相的形成，因此适量的Y或者Ce元素能提高该材料的抗空泡腐蚀性能及铁素体稳定性。此处Y或者Ce 的含量为0.02-0.1%；而碳元素降低是由于碳（C）在铁素体和奥氏体中溶解度有限，有限的溶解度意味着碳化铬析出的危险，因此碳的含量不能超过0.025wt%。

镍（Ni）是奥氏体形成元素，适量的镍还可以获得所需含量的铁素体。可以改善金属在还原介质中的耐蚀性和耐空泡腐蚀性能以及在流动的含泥沙的水中的耐磨蚀性能，为了获得35-50％的铁素体体积百分比和所需的性能，材料中镍含量应在4.0~6.0wt％之间。

锰（Mn）是比较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈的稳定奥氏体的作用，同时是有效的脱氧和脱硫剂。锰还可以提高材料强度，含量要求控制在1.5-3wt%。其他元素范围的选择理由如下：铬（Cr）铬是铁素体稳定化元素，能提高大多数类型腐蚀的耐受能力，要求Cr含量保持尽可能高以改善抗腐蚀性能，但是，铬含量过高，将显著增加淬火、回火条件下的稳定铁素体含量，降低材料的硬度和抗拉强度，也易引起金属间化合物的析出危险，同时为了保持Cr元素在铁素体和奥氏体中的分配，要求其含量在21-24wt%。