[发明专利]一种基于异质结构多类型强化奥氏体不锈钢及制造方法

说明书

一种基于异质结构多类型强化奥氏体不锈钢及制造方法，其特征在于，化学成分的质量百分比含量为：C0.05％，Si0.50％，Mn1.3％，Cr：14～16％，Ni：7～9％，Mo：1～3％，Cu1.4％，S0.01％，P0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。本发明涉及的奥氏体不锈钢的马氏体转变温度在如下范围：‑60℃M_s40℃。本发明涉及的高强奥氏体不锈钢通过细化晶粒和增加位错等缺陷稳定奥氏体。与现有奥氏体不锈钢相比，所需要的合金含量更少，具有较好的经济效率。通过基于异质结构的多类型强化方式(包括细晶强化，第二相强化，析出强化，固溶强化，不均匀变形强化)，只牺牲少量加工硬化能力，使所述的奥氏体在达到125钢级(862MPa)的同时仍能保持超过20％的均匀延伸率。

技术领域

本发明属于高强塑性合金生产领域，涉及一种基于异质结构多类型强化奥氏体不锈钢及制造方法。

背景技术

不锈钢因为其在腐蚀性环境中具有的较高的化学稳定性和高温下具有良好的抗氧化能力而被广泛的运用在纺织工业、造纸工业、家用器具、服装工业、核工业、交通车辆、建筑工业、电子工业、炼油工业、能源工业等等。而在一些环境运用时会受到外加载荷，故要求不锈钢还要具有一定的强度，如油气管材在服役环境中受到管柱自重和底层气体压力所带来的轴向和周向带的拉应力。因此，在这些需求环境中，高强度的马氏体不锈钢逐渐崭露头角。但是马氏体不锈钢面临塑性差的缺点，通常在马氏体不锈钢屈服强度达到125钢级时，其延伸率是要小于20％，且大多数都是非均匀延伸率。与之相对应的是奥氏体不锈钢，虽然奥氏体不锈钢具有较好的塑性，但是其屈服强度通常只有200～300MPa。这种单一相均质合金强度和塑性通常是站在相互排斥的对立面上。

在近十年研究中，异质结构设计概念被提出并成功应用于强化和韧化各种合金系统。异质结构是指在材料内部形成不同力学属性的区域，即软域和硬域。在变形期间，软域和硬域之间变形是不均匀的，软域会优先发生塑性变形，导致位错在域界面附近软域内积累，从而在软域内产生背应力。这样会提供额外的加工硬化能力。因此，基于这种异质结构，在不同分区采用不同类型的强化方式，这会大大减少由于单一强化方式带来的对加工硬化率的影响，使得合金在达到高屈服强度的同时仍然具有较好的均匀延伸率。

合金含量最高的马氏体不锈钢为15Cr-6Ni型马氏体不锈钢。而合金含量最低的奥氏体不锈钢为17Cr-7Ni型301不锈钢。从化学成分上在马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢之间存在一个合金空挡。在这个合金空挡中的不锈钢组织主要是马氏体和大量的残余奥氏体。残余奥氏体由于合金体系导致具有较低的化学稳定性，同时由于这部分大量的残余奥氏体中存在的残余应力导致具有较低的机械稳定性。应力诱导马氏体相变会过早导致材料的屈服以及很快的应变诱导马氏体相变会导致材料具有较低的延伸率。因此在这个合金空挡中的不锈钢通常的力学性能都很差。

利用现在异质结构的设计理念，提出多类型强化，合理利用这部分合金空挡的不锈钢制备高强韧的奥氏体不锈钢，目前国内外还没有相关的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种屈服强度达到125刚级(ISO 11960)，均匀延伸率超过20％的高强度高韧性奥氏体不锈钢及制造方法。该高强度奥氏体不锈钢为一种异质结构多类型强化的奥氏体不锈钢。大量耐蚀性元素Cr和Ni的存在使得其具有的良好耐蚀性，同时由于奥氏体结构带来的较好的抗氢致开裂能力。所述的高强度高韧性奥氏体不锈钢能填补高强度高强韧的不锈钢领域，特别适用于油气管材的选用。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于异质结构多类型强化奥氏体不锈钢，其特征在于，化学成分的质量百分比含量为：C0.05％，Si0.50％，Mn1.3％，Cr：14～16％，Ni：7～9％，Mo：1～3％，Cu1.4％，S0.01％，P0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。