[发明专利]一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法

说明书

本发明涉及无缝不锈钢材料技术领域，具体公开一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法，不锈钢成分重量百分比为：C≤0.04％、Mn≤0.10％、Si≤0.10％、6.50％≤Ni≤8.50％、Al≤0.10％、11.50％≤Cr≤13.00％、2.00％≤Cu≤3.50％、0.30％≤Ti≤0.50％、S≤0.010％、P≤0.010％、H≤0.0003％、O≤0.0015％、N≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明提供的马氏体沉淀硬化不锈钢成分体系简单、制造成本低，强度、韧性性能优异，且横向性能和纵向性能一致，可广泛用于高压阀门、石油钻探、高效重载机械等领域，具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明涉及不锈钢材料技术领域，尤其涉及一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法。

背景技术

高强度不锈钢被广泛应用于航空、航天、海洋、核工业等领域，其中高强度马氏体沉淀硬化不锈钢应用最为广泛。马氏体沉淀硬化不锈钢，简称PH钢，是指碳含量低于0.1％，添加不同类型、数量的强化元素(一般为Cu、Al、Mo、W等)，通过沉淀硬化过程析出碳化物、氮化物和金属间化合物，从而获得较高的强度和韧性。

目前市场上普遍使用的马氏体沉淀硬化不锈钢是0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)，其化学元素质量百分配比为：C≤0.07％，Mn≤1.00％，Si≤1.00％，S≤0.03％，P≤0.035％，Ni3.00-5.00％，Cr 15.00-17.50％，Cu 3.00-5.00％，Nb 0.15-0.45％，其余为铁及其他不可避免的杂质。主要生产工艺为：电炉+炉外精炼(AOD)浇注电极棒Φ430→电渣重熔Φ590mm锭→锻造开坯→锻、轧制成材。17-4PH主要是依靠依靠Al、Nb等多种元素通过时效处理后获得较高的使用强度，但是，按照上述工艺制备的钢金相组织中存在较多的铁素体组织，横向和纵向机械性能差异较大，制备的钢强度仅可达到1000-1400MPa，强度较低，不能满足某些对强度要求较高的特殊环境的使用要求。因此，研发一种高强度、且横向和纵向机械性能一致的马氏体沉淀硬化不锈钢具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有马氏体沉淀硬化不锈钢存在的强度偏低，以及横向和纵向机械性能差异较大的问题，本发明提供一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的技术方案是：

一种高强度马氏体沉淀硬化不锈钢，其成分重量百分比为：C≤0.04％、Mn≤0.10％、Si≤0.10％、6.50％≤Ni≤8.50％、Al≤0.10％、11.50％≤Cr≤13.00％、2.00％≤Cu≤3.50％、0.30％≤Ti≤0.50％、S≤0.010％、P≤0.010％、H≤0.0003％、O≤0.0015％、N≤0.010％，余量为Fe及不可避免的杂质。

现对于现有技术，本发明提供的高强度马氏体沉淀硬化不锈钢，合金成分体系简单；通过加入Cr提高不锈钢的强度和耐腐蚀性，且将Cr含量控制在11.50-13.00％有利于降低不锈钢的横向和纵向的力学性差异；加入Ni元素与Cr协同，可有效增强Ni元素对不锈钢耐腐蚀性的提高作用；加入Cu元素，进一步提高不锈钢的强度，且保证了不锈钢强度提升的同时韧性不会下降；并通过加入Ti元素细化晶粒和均匀组织，同时，还可与Ni形成Ni₃Ti强化相，进一步提高不锈钢的强度和韧性；除此之外，将C、Si、Mn、P、S、H、O等杂质元素的含量控制在较低水平，提高钢的纯净度，也有利降低不锈钢横向和纵向力学性能差异，并有利于进一步提高钢的强度和韧性。

本发明仅加入适量的Cu、Ni、Cr、Ti元素，通过各组分相互配合协同，使得制备的不锈钢横向性能与纵向性能一致，达到均质钢的水平，且强度和韧性俱佳，同时，合金含量较少，显著降低了合金的成本，具有广阔的应用前景。

本发明中不锈钢的成分主要是基于一下思想进行设计：