[发明专利]一种阶梯组织奥氏体不锈钢、无缝管及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及不锈钢及其制造领域，尤其涉及一种阶梯组织奥氏体不锈钢、无缝管及其制备方法，所述奥氏体不锈钢包含：C≤0.020%，19.0%≤Cr≤20.0%，9.5%≤Ni≤11.0%，0.10%≤N≤0.14%，其余成分为满足ASME SA213M‑TP304N标准要求的原料，所述奥氏体不锈钢内部含有阶梯状晶粒组织。本发明通过同时大幅降低碳含量以及添加氮元素，同时控制中间热处理以及最终热处理的温度参数，能够精准控制奥氏体不锈钢中阶梯组织的形成，从而使得本发明中的奥氏体不锈钢的耐腐蚀效果大大提升，使其能够对LBE具有更高的耐腐蚀效果，从而能够在核反应堆结构材料中用于制备耐LBE腐蚀的无缝管。

技术领域

本发明涉及不锈钢及其制造领域，尤其涉及一种阶梯组织奥氏体不锈钢、无缝管及其制备方法和应用。

背景技术

铅铋共晶（LBE）由于沸点高，熔点低，化学反应性低以及中子适度性差等，被作为第四代快速反应堆的候选冷却剂和加速器驱动系统中的散裂靶材。LBE应用的一个主要缺点是它与结构材料的相容性问题，即液态金属脆化和液态金属腐蚀。在低于450℃的含静态氧的LBE中奥氏体钢比铁素体或马氏体钢具有更好的抗氧化性。但是，普通的奥氏体不锈钢耐腐蚀性能差，强度较低。因此，急需具有强度高、耐蚀性良好的奥氏体材料。

TP304N奥氏体不锈钢由于C元素含量低以及添加了N元素，可以提高不锈钢的强度和耐蚀性。然而，含氮不锈钢在凝固时，固溶度会减小，导致在冶炼过程中铬的碳化物和氮化物会沿晶界析出，造成晶界贫铬，因而使得腐蚀性变差。在实际生产中，通过固溶处理（即将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，从而得到过饱和固溶体的热处理工艺）可以使碳、氮化物固溶到基体中，使组织为阶梯组织，可减少铬化物的析出，从而保证材料耐蚀性。但是，目前尚未有精确控制奥氏体无缝管内部形成阶梯组织的专利报道。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的奥氏体不锈钢难以精确控制内部阶梯组织的形成的缺陷，提供了一种阶梯组织奥氏体不锈钢、无缝管及其制备方法和应用，实现了TP304N奥氏体无缝管具有阶梯组织的要求，从而可以高效率地制备出满足LBE使用要求的各种规格的结构材料。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种阶梯组织奥氏体不锈钢，按照重量百分比计，所述奥氏体不锈钢为：C≤0.020%，19.0%≤Cr≤20.0%，9.5%≤Ni≤11.0%，0.10%≤N≤0.14%，其余为满足ASMESA213M-TP304N标准要求的成分，所述奥氏体不锈钢内部含有阶梯状晶粒组织。

本发明中的奥氏体不锈钢通过控制碳以及氮的含量，能够为奥氏体不锈钢形成具有良好耐蚀性能的阶梯状晶粒组织提供便利。其中本发明将奥氏体不锈钢中的碳含量降低到小于0.020%，这种调整能够有效的提升本发明奥氏体不锈钢的耐腐蚀效果。但是，固溶碳含量的降低使得奥氏体不锈钢的强度也随之大大降低，因此本发明还在奥氏体不锈钢中加入了一定量的氮元素以克服低碳含量所带来的奥氏体不锈钢的缺陷。

在奥氏体不锈钢中氮原子以及碳原子均以间隙原子的形式固溶强化奥氏体，但氮元素能够加强钢的金属键而碳元素则加强原子间的共价键，由于氮原子占据间隙位置时电子云密度比碳高，因此氮比碳更能稳定奥氏体，氮元素可以导致滑移平面和变形孪晶的增加，从而阻止位错运动和孪晶扩展，极大地增加奥氏体不锈钢的形变硬化率和强度，从而提升了低碳奥氏体不锈钢的力学性能。此外，氮元素还能够非常强烈地形成稳定奥氏体并且能够扩大奥氏体相区，因而能够进一步有效提高奥氏体的耐腐蚀性能，特别是对于耐局部腐蚀，例如晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。