[发明专利]一种高强度耐晶间腐蚀孪生诱发塑性奥氏体不锈钢

说明书

一种高强度耐晶间腐蚀孪生诱发塑性奥氏体不锈钢，化学成分按重量百分比为：C≤0.02％、Si：1.00％～3.00％、Mn：22.00％～28.00％、P≤0.015％、S≤0.010％、Ni：2.00％～4.00％、Cr：16.00％～20.00％，N：0.4％～0.8％，余量为Fe和不可避免的杂质。经1050℃～1150℃固溶处理后，在不小于5％的冷变形下即可产生明显的TWIP效应，抗拉强度850～950MPa，屈服强度450～550MPa，延伸率≥50％，按GB/T4338 E法试验，无敏化态晶间腐蚀裂纹。优点在于，有助于解决TWIP不锈钢耐蚀性不足与常用300系不锈钢强度不足的问题；固溶处理后，能够同时获得高强度与高耐蚀性。

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢技术领域，特别涉及一种高强度耐晶间腐蚀孪生诱发塑性奥氏体不锈钢。

背景技术

孪生诱发塑性，即TWIP效应，是指应变诱发形变孪晶，切割细化晶粒，从而引起Hall-Petch效应，不仅能提高强度，同时也促使应变向较低的区域转移，发生均匀、颈缩延伸，提高塑性。TWIP钢是钢铁材料的一次重大突破，可以同时获得较高的强度与塑性，强塑积一般在50GPa.％以上，在航空、航天、汽车工业、石油化工等领域具有非常大的应用价值。

TWIP钢的强化来源于TWIP效应，而TWIP效应发生与否，主要取决于层错能(SFE)，普遍认为，SFE在20～40mJ/m²范围，孪生成为塑性变形的主要机制。Mn元素是控制层错能的关键因素，因此TWIP钢中一般含较高含量的Mn，例如典型的Fe-Mn-C与Fe-Mn-Si-Al系TWIP钢。由于Mn元素对提高耐蚀性能的作用不大，早期的TWIP钢并不耐腐蚀，近年来，研究人员引入耐蚀元素Cr，以及抗点蚀元素N，开发出Fe-Mn-Cr-C-N系TWIP不锈钢，见表1。可以发现，现有TWIP不锈钢Cr含量最高达到20％，耐均匀腐蚀能力得到提高，但C含量普遍0.15％，不锈钢C含量超过0.03％，容易发生敏化态晶间腐蚀，现有的Fe-Mn-Cr-C-N系TWIP不锈钢的耐晶间腐蚀能力普遍不足。

表1典型TWIP不锈钢的成分与性能

降低C含量是提高耐蚀性的有效途径，但由表1的数据也要以看出，Fe-Mn-Cr-C-N钢中，C含量下降后，强度也随之明显降低。另外C含量大幅度下降后，钢的Ni当量下降，奥氏体的稳定性变差，对酸性环境下的抗晶间腐蚀性能不利。

石油化工等腐蚀性服役环境下，用量最大的是300系不锈钢，如304、316，酸性环境下，通过采用超低碳的304L、316L。由于C含量小于0.03％，超低碳的奥氏体不锈钢强度不高，无法作为承力结构件使用。现有的含Cr-TWIP不锈钢虽然强度高，但耐晶间腐蚀性能不足，也难以应用到酸性环境，目前耐蚀承力件多采用成本高的耐蚀合金。由此可见现有技术钢种无法同时实现高强度、耐晶间腐蚀蚀性能与成本可控，本发明在现有技术钢种的基础上设计一种新材料，与304L耐蚀性相当，与TWIP不锈钢强度相当，实现高强度与耐晶间腐蚀的匹配，且成本可控，作为石化领域耐蚀承力结构件的候选材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度耐晶间腐蚀孪生诱发塑性奥氏体不锈钢，即具有高强度和耐晶间腐蚀的孪生诱发塑性Fe-Mn-Cr-Ni-Si-N系奥氏体不锈钢，成分见表2。在普通TWIP不锈钢的基础上，将C含量降低到超低C水平，降低敏化态晶间腐蚀敏感性；添加Ni元素稳定奥氏体相，提高钝化膜的稳定性；添加Si元素，提高氧化环境下抗晶间腐蚀性能；调控N、Mn含量，匹配Ni当量与层错能，获得单相奥氏体组织与TWIP效应。本发明钢种固溶处理后，在不小于5％冷变形作用下即可产生TWIP效应，提高强度，能够同时具有TWIP不锈钢的强度水平与304L不锈钢的耐腐蚀性能，为石油化工领域提供一种具有高强度、耐腐蚀，且成本可控的不锈钢材料。

表2本发明TWIP不锈钢化学成分(wt.％)