[发明专利]一种耐点蚀多组元沉淀硬化不锈钢及其热处理工艺

说明书

本发明提供一种耐点蚀的多组元沉淀硬化不锈钢及热处理方法，其抗Cl^‑点蚀性能以及时效硬度显著优于相同条件下制备的商业化17‑4PH沉淀硬化不锈钢。抗点蚀机制来源于Cr³⁺离子并复合其它合金元素离子Mo⁴⁺、Mo⁶⁺、Al³⁺、Ti⁴⁺、Co³⁺等形成复杂的表面钝化膜充当屏障。时效硬化机制来源于铁素体基体上弥散分布的富Al、Ti纳米第二相。因此，该沉淀硬化不锈钢成分中必须添加的合金元素及含量为Cr：16.5～20％、Mo：3.0～6.0％、Al：1.5～5.5％、Ti：2.5～6.5％、Ni：2.0～3.5％、Co：2.0～3.5％，可选择添加Mn：2.0～3.5％、Cu：2.0～3.5％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。优化的热处理工艺为1120～1180℃窄温度区间进行高温固溶处理后水冷，时效温度为490～550℃。

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，具体涉及一种具有高耐点蚀性能的多组元沉淀硬化不锈钢及其热处理工艺。

背景技术

常用不锈钢主要包括奥氏体型不锈钢，铁素体型不锈钢，双相不锈钢以及沉淀硬化不锈钢等。其中，沉淀硬化不锈钢通过纳米析出硬化具有优异的综合强韧性和可媲美奥氏体不锈钢的耐蚀性，在超高强度耐蚀材料领域获得广泛关注，典型成分主要有17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)等。但是，已报道不锈钢在海水腐蚀环境下的耐Cl^-点蚀性能均不理想。这主要是因为常用不锈钢表面形成的具有优异抗蚀性富Cr钝化膜在含Cl^-介质腐蚀环境中极易发生凹坑点状腐蚀，对钝化膜的结构和抗蚀性造成严重破坏，称为点腐蚀。也有文献报道不锈钢中添加Mo有利于提升其表面钝化膜的抗点蚀性能，但Mo元素添加过多，会产生严重偏析并导致组织中σ相析出增多，反而对耐蚀性产生不利影响。

近年来，中国发明专利201710621690.6公开了一类含大量合金元素的多组元沉淀硬化不锈钢。该钢种在Fe-Cr主要成分基础上添加Ni、Cu、Mn、Al、Ti、Co、Mo等大量复杂合金元素，合金经直接时效后可获得良好的耐硫酸腐蚀性能和较高的沉淀硬化硬度，可作为恶劣煤化工工况高硬度耐磨不锈钢应用。但是，该钢种合金元素含量较多，成分复杂，合金元素对其第二相时效析出的强化机制并不清楚，其性能优化特别是耐海水(Cl^-)腐蚀抗点蚀性能仍亟待提升，适用于该钢种的高温固溶等热处理制度尚待完善与明确。可见，兼具高强度及优异耐点蚀性能的多组元成分沉淀硬化不锈钢成分及其性能优化的热处理技术仍亟待完善。

发明内容

本发明提供一种耐点蚀的多组元沉淀硬化不锈钢成分以及提高其耐点蚀性能的优化热处理方法。本发明所述沉淀硬化不锈钢的析出强化硬度和在含Cl-介质腐蚀环境中的抗点蚀性能明显高于相同条件下制备的商业化17-4PH沉淀硬化不锈钢。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种耐点蚀多组元沉淀硬化不锈钢的成分，其特征在于：所述不锈钢必须添加以下合金元素，其质量百分含量为：Cr：16.5～20％、Mo：3.0～6.0％、Al：1.5～5.5％、Ti：2.5～6.5％、Ni：2.0～3.5％、Co：2.0～3.5％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。

优选的，所述不锈钢的成分中也可选择添加：Mn：2.0～3.5％，Cu：2.0～3.5％。

一种耐点蚀多组元沉淀硬化不锈钢及其热处理工艺，其特征在于：所述不锈钢热处理后且具有优异的耐Cl^-腐蚀的抗点蚀性能，其抗点蚀机制来源于高含量Cr元素以Cr³⁺离子并复合其它合金元素离子Mo⁴⁺、Mo⁶⁺、Al³⁺、Ti⁴⁺、Co³⁺等形成复杂的表面钝化膜充当屏障，阻止了阳离子通过钝化膜向外溶解，降低点蚀坑的形成速度。