[发明专利]一种超高强高耐蚀高氮奥氏体不锈钢的制备方法

说明书

本发明涉及不锈钢领域，尤其涉及一种超高强高耐蚀高氮奥氏体不锈钢的制备方法。首先利用加压感应炉冶炼高氮奥氏体不锈钢，经氮气环境下电渣重熔、热锻、热轧和固溶热处理后，进行冷轧或冷拔变形，冷轧或冷拔的截面变形量大于50％，之后在500～650℃时效保温0.01～2h，空冷至室温。Cr与N的质量比满足Cr/N＝15～25。本发明通过冷变形引入合适的缺陷，调控高氮奥氏体不锈钢中Cr₂N的析出行为，在消除冷变形缺陷和第二相析出导致不锈钢耐蚀性降低的同时，通过缺陷与第二相复合强化大幅提高其力学强度，本发明成果对扩展高氮奥氏体不锈钢在医疗等生产领域的应用具有重要的意义。

技术领域：

本发明涉及不锈钢领域，尤其涉及一种超高强高耐蚀高氮(CrN系)奥氏体不锈钢的制备方法。

背景技术：

奥氏体不锈钢无铁磁性，而且具有高强度和塑性，以及优良的耐蚀性能，在各行各业获得了广泛的应用。高氮奥氏体不锈钢具有良好的奥氏体稳定性、综合力学能、相比传统奥氏体不锈钢更优异的生物相容性，在骨科、介入等植入器械中有广阔的应用前景。氮的合金化使高氮奥氏体不锈钢在不降低塑性的同时，强度达到传统不锈钢的两倍；并且其固溶态耐点蚀能力也可以达到传统不锈钢的两倍。

为了提高强度，奥氏体不锈钢往往在冷变形状态使用。然而，大量研究发现，大变形后奥氏体不锈钢，包括高氮奥氏体不锈钢，耐点蚀能力大幅降低，甚至会失去再钝化能力。同时，但经过形变强化后，高氮奥氏体不锈钢的强度仍然低于马氏体时效钢等超高强度钢。因此，需要开发一种新的制备方法，使高氮奥氏体不锈钢进一步强化的同时仍然具有优异的耐点蚀能力。

第二相强化是钢铁材料中一种重要的强化方式。通过在钢中引入大量细小而弥散的第二相，可使材料的强度大幅度的提升。在高氮奥氏体不锈钢中，时效处理后氮化铬(Cr₂N)为易析出相。大量研究认为，Cr₂N是一种公认的敏化相，容易在晶界处大量析出，严重恶化不锈钢的韧性和耐蚀性。通过时效处理调控高氮钢中Cr₂N析出，并未发现明显强化效果。目前，尚未见报道实现Cr₂N进一步强化大变形高氮奥氏体钢；同时尚未有证据显示调控Cr₂N析出可以使奥氏体不锈钢保持优异的耐蚀性。

中国发明专利申请公开号CN 102212660 B公布了一种无Ni高氮奥氏体不锈钢的强化退火方法。但是仅针对成分范围很窄特定成分、特定变形量的无Ni高氮奥氏体不锈钢，提出了一种强化方法。根据已有的研究结果，这种方法处理后不锈钢的耐蚀性会严重降低，甚至丧失钝化能力。然而，高强不锈钢只有同时具有优异耐蚀性，才具有实际的应用价值。不锈钢性能在高强和高耐蚀之间的矛盾至今未能解决。

发明内容

为了得到超高强度和优良耐蚀性能的高氮奥氏体不锈钢，本发明的目的在于提供一种超高强高耐蚀高氮奥氏体不锈钢的制备方法，通过对大变形高氮不锈钢进行低温时效热处理，调控大变形后变形带中纳米尺寸Cr₂N析出相的析出，使材料具有优异的强度和耐蚀性能。

本发明的技术方案是：

一种超高强高耐蚀高氮奥氏体不锈钢的制备方法，首先利用加压感应炉或加压电渣重熔炉冶炼高氮奥氏体不锈钢，其化学成分为：18～23wt.％Cr，5～25wt.％Mn，0～5wt.％Ni，1～3wt.％Mo，0.8～1.4wt.％N，余量为Fe；经热锻、热轧和固溶热处理后，进行冷轧或冷拔变形，冷轧或冷拔的截面变形量大于50％，之后在500～650℃时效保温0.01～2.0h，水冷至室温。

所述的超高强高耐蚀高氮奥氏体不锈钢的制备方法，冷轧或冷拔的截面变形量大于60％，热处理工艺为560～610℃保温0.1～1h，水冷至室温。

所述的超高强高耐蚀高氮奥氏体不锈钢的制备方法，Cr与N的质量比满足Cr/N＝15～25。

所述的超高强高耐蚀高氮奥氏体不锈钢的制备方法，优选的，N 0.9～1.2wt.％，Ni0～2wt.％。