[发明专利]一种结构件用超高强度不锈钢棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种结构件用超高强度不锈钢棒材及其制备方法，包括按质量百分数计的如下元素：C≤0.045％、S≤0.005％、P≤0.01％、Si≤0.10％、Mn≤0.10％、Cr:12.25～13.25％、Ni:7.50～8.50％、Mo:2.00～2.50％、Al:0.90～1.35％、N≤0.005％、Ti≤0.01％，Cu≤0.20％，Nb≤0.20％，余量为Fe及不可避免的其它杂质。本发明的制备方法，通过合金设计及优化元素配比降低了δ铁素体的含量，采用VAR炉重熔降低了气体杂质的含量，使得制备出来的不锈钢棒材在具有超高强度的情况下，还拥有良好的塑性、断裂韧性以及热加工性能。

技术领域

本发明涉及不锈钢材料领域，尤其涉及一种结构件用超高强度不锈钢棒材及其制备方法，由于该不锈钢的强度高、韧性好、耐腐蚀，可应用于石油、化工、能源以及动力等领域。

背景技术

随着近几十年的重工业的迅猛发展，部分承力结构件对材料耐腐蚀性能的要求越来越高，采用高强度不锈钢制作某些重要零部件已成为主要发展趋势，这使得高性能不锈钢材料成为承力结构件达到高性能、长寿命与高可靠性的重要物质与技术基础；据统计显示，这些高性能不锈钢，几乎都是沉淀硬化型不锈钢；而沉淀硬化型不锈钢也因其高强度、耐腐蚀性，广泛应用于重工业领域的一些关键承力结构如大梁、大应力接头、高应力紧固件等，除此之外，在医疗、石油及天然气、能源、汽车、手工工具、消费品领域对这种高性能不锈钢等也有很高的需求量。

沉淀硬化不锈钢一般是通过加入硬化元素在时效热处理过程中析出微细的金属间化合物和某些少量碳化物以达到硬化效果，从而获得高强度、高韧性及高耐蚀性；其中，马氏体沉淀硬化不锈钢(17-4PH不锈钢)通常是在马氏体状态下服役，其性能可以通过马氏体的形成与沉淀硬化机理中的一种或两种共同作用来获得，通过改变时效温度还可以在相当宽的范围内调整其机械性能；由于它采用马氏体相变和沉淀硬化机理，弥补了奥氏体钢强度较低及马氏体钢热处理至高强度后，抗腐蚀能力降低等不足；虽然17-4PH不锈钢性能优良，但是传统的电炉冶炼和电炉+电渣冶炼方法获得的17-4PH不锈钢，其非金属夹杂含量和氢、氧等杂质气体含量较高，对材料的塑性和韧性都有不利影响；另外由于17-4PH不锈钢化学成分组成的原因，该不锈钢的马氏体基体上会有10％左右的δ铁素体存在，这些δ铁素体塑性差，在加工过程中会被拉长，割裂基体组织的连续性，从而严重影响材料的热加工性能和力学性。

鉴于上述情况，亟待研发一种新的不锈钢制备方法，使得制备出来的不锈钢在具有超高强度的情况下，还拥有良好的塑性、断裂韧性以及热加工性能，而且该不锈钢所含的非金属夹杂含量以及气体杂质较少，δ铁素体含量较低。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明目的是提供一种结构件用超高强度不锈钢棒材及其制备方法，该方法制备出来的不锈钢在具有超高强度的情况下，还拥有良好的塑性、断裂韧性以及热加工性能，而且该不锈钢所含的非金属夹杂含量以及气体杂质较少，δ铁素体含量较低。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种结构件用超高强度不锈钢棒材，包括按质量百分数计的如下元素：C≤0.045％、S≤0.005％、P≤0.01％、Si≤0.10％、Mn≤0.10％、Cr:12.25～13.25％、Ni:7.50～8.50％、Mo:2.00～2.50％、Al:0.90～1.35％、N≤0.005％、Ti≤0.01％，Cu≤0.20％，Nb≤0.20％，余量为Fe及不可避免的其它杂质。

优选地，所述不可避免的其他杂质中，H≤0.0001％，O≤0.0006％，以重量百分数计。

优选地，所述结构件用超高强度不锈钢棒材的抗拉强度≥1415MPa，断裂韧性K_IC≥100MPa·m^1/2，δ铁素体含量≤2％，晶粒度≥5级。

优选地，所述结构件用超高强度不锈钢棒材的屈服强度≥1380MPa，延伸率≥11％，面缩率≥60％。