[发明专利]一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢

说明书

技术领域

本发明属于不锈钢技术领域，特别涉及一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢，耐应力腐蚀性能优异。

背景技术

控氮奥氏体不锈钢是在普通Cr-Ni型不锈钢基础上，通过降低钢中的碳含量并采用氮合金化发展起来的核结构材料，即解决了中高碳型奥氏体不锈钢由于碳含量较高引起的晶间腐蚀性能差的问题，又解决了超低碳型奥氏体不锈钢由于碳含量低引起的强度度低的问题，还解决了稳定化型奥氏体不锈钢由于TiN等夹杂引起的表面质量差的问题。控氮奥氏体不锈钢由于具有良好的力学性能、耐晶间腐蚀腐蚀性能、焊接性能和冷热加工性能，在核反应堆中得到了广泛的应用。但是由于控氮奥氏体不锈钢耐应力腐蚀性能较低，特别是在核反应堆服役过程中经过长时间的低温敏化和辐照损伤，材料的耐应力腐蚀性能降低，限制了核反应堆的使用寿命，其使用寿命一般只有40年。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢，避免了已有的控氮奥氏体不锈钢由于低温敏化而导致的材料耐应力腐蚀性能降低的问题。

本发明的控氮奥氏体不锈钢的成分重量百分数为：0.01≤C≤0.04，0.06≤N≤0.16，

0.001≤Si≤0.080，Mn≤2.0，0.001≤P≤0.015，S≤0.005，17.0≤Cr≤25.0，8.0≤Ni≤25.0，Mo≤3.5，余量为Fe。

合金中还含有其它残余元素和改善热加工性能的元素，如O、Ca、Ti、Nb、La、Ce、Al、Zr、V、Mg、Cu、Co、B等。

本发明的有益效果是：通过降低钢中的晶界偏析元素Si、P、S和控制晶界活性元素C、N的含量，抑制Si、P、S等元素在奥氏体晶界偏聚，使得上述控氮奥氏体不锈钢在具有良好的晶间腐蚀性能、力学性能和焊接性能的基础上，同时具有优良的耐应力腐蚀性能。

1)0.01≤C≤0.04

C通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。但是在奥氏体不锈钢中由于C可与钢中的Cr形成高Cr的Cr₂₃C₆型碳化物，从而导致局部贫Cr，使钢的耐腐蚀性能特别是耐晶间腐蚀性能下降。因此为了防止耐晶间腐蚀性能降低，C元素的含量应不大于0.04；过低的C会导致钢的耐应力腐蚀性能恶化，其含量应不低于0.01。

2)0.001≤Si≤0.080

Si元素在常规铬镍奥氏体不锈钢中一般作为脱氧元素添加。Si元素在经过长时间的低温敏化和辐照之后会在晶界偏聚，从而降低钢的耐应力腐蚀性能性能，因此钢中的Si元素控制在不大于0.080为宜；同时过低的Si含量要求会导致钢的成本升高，其含量应不低于0.001。

3)0.001≤P≤0.015

P在奥氏体不锈钢中一般为杂质元素，在奥氏体中的溶解度非常低，经过长时间的低温敏化和辐照之后会在晶界偏聚，从而降低钢的耐应力腐蚀性能性能，因此钢中的P元素控制在不大于0.015为宜；同时P在奥氏体不锈钢的熔炼过程中很难去除，过低的P含量要求会导致钢的成本升高，其含量应不低于0.001。

4)S≤0.005

S在奥氏体不锈钢中一般为杂质元素，过高的S含量会恶化钢的热加工性能和耐腐蚀性能；特别是经过长时间的低温敏化和辐照后，S在晶界偏聚，严重降低钢的耐应力腐蚀性能，因此钢中的S元素应控制在不大于0.005为宜。

5)17.0≤Cr≤25.0

Cr是提高不锈钢耐腐蚀性的主要元素。过低的Cr含量会导致钢的耐腐蚀性不足；过高的Cr含量会形成过多的铁素体和导致金属间相的析出，从而恶化钢的力学性能、耐腐蚀性能、热加工性能和焊接性能。因此钢中的Cr含量控制在17.0～25.0之间为宜。

6)8.0≤Ni≤25.0

Ni在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体的主要元素，同时也能提高钢的塑韧性和耐腐蚀性能；但是由于金属镍昂贵，在不锈钢中大量加入会极大的提高原材料的成本。因此Ni含量控制在8.0～25.0之间为宜。

7)Mo≤3.5

Mo提高不锈钢耐腐蚀性能的能力是Cr的3.3倍，Mo的存在极大地提高了奥氏体不锈钢的各种耐蚀性能；但是Mo含量过高容易在凝固时生成低熔点相，降低钢的热加工性能和焊接性能；同时金属钼价格昂贵，在不锈钢中大量加入会极大的提高原材料的成本。因此Mo元素含量控制在不大于3.5为宜。

8)0.06≤N≤0.16