[发明专利]一种超级奥氏体不锈钢凝固组织σ相变性的方法

说明书

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种超级奥氏体不锈钢凝固组织σ相变性的方法。该方法通过在钢中加入微量的稀土元素，控制钢水的降温速度或定向凝固的抽拉速度，在奥氏体不锈钢凝固末期，促进钢液中铁素体提前析出，减少残余液相中Mo和Cr的含量以避免σ相的析出，得到第二相由σ相转变为铁素体相的超级奥氏体不锈钢。本发明的有益效果是：本发明的方法是通过在超级奥氏体不锈钢中加入定量稀土元素后，钢凝固组织细化，钢中第二相由σ相转变为铁素体相，晶界硬度由301HV降低为255HV，改善了超级奥氏体不锈钢的热加工性。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种利用稀土变性超级奥氏体不锈钢的超级奥氏体不锈钢凝固组织σ相变性的方法。

背景技术

超级奥氏体不锈钢(简称SASS: Super Austenitic Stainless Steel，下同)是一种超低碳、合金元素高达50%的奥氏体不锈钢，耐点蚀指数(PREN: Pitting ResistanceEquivalent Number)≥40。由于钼含量显著高于常规不锈钢，也称之为高钼不锈钢，如含6wt%Mo的254SMO和7wt%Mo的654SMO。钼可以增加钝化膜的稳定性，使超级奥氏体不锈钢具有更好的耐蚀性，特别是耐点蚀、耐缝隙腐蚀和耐应力腐蚀，可以应用于含卤离子、高温苛刻腐蚀环境中，如海水淡化、垃圾焚烧、烟气脱硫、石油化工和造纸等。

超级奥氏体不锈钢由于较高的合金元素含量凝固过程极易析出第二相，主要为金属间化合物（σ相，χ相，Laves相等）、氮化物，它们对超级奥氏体不锈钢的性能具有重要的影响。σ是其中危害最大的析出相，名义化学成分是(FeNi) x (CrMo)y），因此钢中Cr、Mo元素含量越高σ越易形成。奥氏体不锈钢中σ相具有硬度高和析出量大的特点，平衡析出时析出量体系分数可以达到20%水平，因此危害性最大，极大地恶化了热加工性和抗腐蚀性能，也是导致热加工中心开裂的主要原因。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种工艺简单，能够大幅度减少奥氏体不锈钢凝固组织中σ相比例，并且明显细化凝固组织晶粒的奥氏体不锈钢稀土微合金化的超级奥氏体不锈钢凝固组织σ相变性的方法。

本发明的技术方案是：一种超级奥氏体不锈钢凝固组织σ相变性的方法，其特征在于，该方法通过在钢中加入微量的稀土元素，通过控制钢水的降温速度或定向凝固的抽拉速度，在奥氏体不锈钢凝固末期，促进钢液中铁素体提前析出，减少残余液相中Mo和Cr的含量以避免σ相的析出，得到第二相由σ相转变为铁素体相的超级奥氏体不锈钢。

进一步，该方法的具体步骤为：

首先，将超级奥氏体不锈钢熔化后，加入微量的稀土元素搅拌均匀；

其次，控制降温速度为不大于5℃/min将钢水炉内缓慢冷却，以获得等轴晶组织，得到等轴晶晶界第二相由σ相转变为铁素体相的超级奥氏体不锈钢。

进一步，该方法的具体步骤还可为：

首先，将超级奥氏体不锈钢熔化后，加入微量的稀土元素搅拌均匀；

其次，钢水铸成钢锭，并制备定向凝固样品，在区域熔炼定向凝固炉中在温度为1500℃熔化钢样，并以不大于65μm/s的抽拉速度，得到稳定生长的柱状枝晶组织，得到柱状晶晶界第二相由σ相转变为铁素体相的超级奥氏体不锈钢。

进一步，所述稀土元素的加入量为0.02wt%-0.077wt%。

进一步，所述中稀土元素为Ce。

进一步，所述超级奥氏体不锈钢为铬含量为20wt％，镍含量为18wt％，钼含量为6wt%、且含有NCuMnSi。

进一步，所述稀土元素加入方式为采用还原铁粉包裹稀土元素压块，稀土元素纯度为99.99%。

进一步，所述方法得到的超级奥氏体不锈钢的中晶界的平均硬度值为255HV。