[发明专利]一种超级马氏体不锈钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，特别涉及一种超级马氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术

超级马氏体不锈钢是在1Cr13、2Cr13等传统马氏体不锈钢基础上通过降低碳含量和增加镍、钼含量而发展起来的超低碳软马氏体不锈钢。该类不锈钢具有良好的淬透性、优良的室温和低温力学性能、腐蚀疲劳强度和动静态断裂韧性，良好的铸、锻、焊和机加工等冷热工艺性能，广泛应用于核电工程构建、大型水轮机和高压给水泵建造、石油开采等能源领域。该类钢良好的性能不仅源于其改进的化学成分，也在于其特殊的热处理制度。固溶处理正火后为板条马氏体组织，对其在A_c1以上温度回火，部分马氏体发生逆转变而形成能够在随后冷却至室温过程中部分稳定存在的奥氏体，最后得到板条马氏体+弥散分布在马氏体板条之间及内部的逆变奥氏体。逆变奥氏体的存在虽然是该类不锈钢具有良好塑韧性、疲劳性能及可焊性的关键，但同时大大降低了这类不锈钢的强度。同时，尽管该类马氏体不锈钢碳含量较低，但回火过程中仍有Cr的碳化物在马氏体板条边界及内部析出，造成析出物周围Cr的贫化，破坏不锈钢的抗点蚀性能。

近年来，氮作为奥氏体形成元素在奥氏体不锈钢及双相不锈钢中得到了广泛应用，不仅提高不锈钢的强度还显著改善不锈钢的耐蚀性能。也有专利及国内的一些厂家采用氮合金化来提高超级马氏体不锈钢的强度和改善其耐蚀性，但由于氮在马氏体不锈钢中的溶解度极低，热处理过程中N与Cr结合形成Cr的氮化物，同样造成析出物周围Cr的贫化，损害马氏体不锈钢的耐蚀性能。为此，有厂家采用微合金化元素Nb, V与N复合微合金化，旨在凭借微合金化元素Nb和V与C和N较Cr与C和N强的结合力，使得微合金化元素在热处理过程中率先与钢中C和N结合形成微合金化元素碳氮化物来提高强度，抑制Cr的碳氮化物的析出来改善不锈钢的耐蚀性。然而，高氮含量往往会造成粗大微合金化元素碳氮化物的出现，同时由于微合金化元素V的碳氮化物的热力学稳定较低导致其在热处理过程中容易粗化，不仅不能有效提高不锈钢强度，还破坏塑韧性；另外，这些设计没有考虑氮与微合金化元素之间的配比，添加的微合金化元素并不能完全抑制热处理过程中Cr的氮化物的析出，因而不能有效改善不锈钢的耐蚀性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种超级马氏体不锈钢及其制备方法。该方法通过控制钢中C和N含量及添加微合金化元素Nb, Ti，制备出一种具有高强高韧、良好耐局部腐蚀性能的超级马氏体不锈钢材料。

本发明的超级马氏体不锈钢，其化学组成按质量百分比为：C：0~0.03%，N：0~0.03%，S<0.015%，P<0.020%，Si<1%， Mn<1%，Cr：13~16%，Ni：4~6%，Mo：1~2%，Nb：0.05~0.15%，Ti：0.001~0.01%，余量为Fe。

本发明的超级马氏体不锈钢的制备方法，按照以下步骤进行：

(1) 采用真空感应炉熔炼得到满足上述化学成分范围要求的超级马氏体不锈钢铸坯，将马氏体不锈钢铸坯经1200℃热锻，再在1100℃~1200℃范围内热轧；

(2) 对热轧后的超级马氏体不锈钢板进行固溶处理，固溶处理温度为1050℃~1100℃，处理时间为0.5~1h，固溶处理后进行正火处理，空冷至室温；

(3) 利用箱式电阻炉将固溶态的超级马氏体不锈钢板在550℃~700℃范围回火2~4h, 油冷至室温，得到回火处理后的超级马氏体不锈钢。

本发明一种超级马氏体不锈钢及其制备方法，通过控制钢中C和N含量，同时添加一定质量分数的能与C和N形成较高热力学稳定性碳氮化物的微合金化元素Nb, Ti，使其在热处理过程中率先与钢中残余C和N结合形成弥散分布的纳米级微合金化元素碳氮化物，不仅能有效提高超级马氏体不锈钢的强度，而且还能有效抑制由于Cr的碳氮化物析出而导致的析出物周围Cr的贫化区的产生，从而改善超级马氏体不锈钢的耐点蚀性能。本发明超级马氏体不锈钢经上述方案处理后，室温的屈服强度在700~1000MPa范围，拉伸强度在900~1050MPa范围，断裂延伸率在17~21%范围，在3.5%NaCl盐水中的点蚀电位在90~260mV范围，具有高强高韧、良好耐局部腐蚀性能。

具体实施方式

下面将通过不同实施例来描述本发明。本发明不局限于这些实施例中，可以再前述化学成分与制造方法范围内加以调整实施。

实施例1