[发明专利]一种低碳含氮高强韧马氏体不锈钢及其热处理方法

说明书

本发明属于钢铁材料的技术领域，特别是一种低碳含氮高强韧马氏体不锈钢及其热处理方法，主要用于制造高强耐蚀铸件或锻件。热处理方法包括淬火步骤和回火步骤，淬火温度为900～1080℃，冷却方式为空冷或油冷，淬火终冷至马氏体相变结束点以下；回火温度≤450℃，回火后空冷至室温。按质量分数计，马氏体不锈钢的成分为：C≤0.08％；Cr 12～14.5％；Ni 3.5～6.0％；Si 0.2～0.8％；Mn≤1.0％；N 0.008～0.05％；Mo 0.3～0.9％；Al≤0.03％；Ti≤0.02％；O≤0.008％；H≤0.0003％；Fe:余量。本发明添加一定含量N替代C起到强化马氏体作用，同时综合调控C+N≤0.12％，充分利用马氏体相变强化的基础上，控制马氏体过饱和度，从而达到不依赖高温回火处理提升材料塑韧性的目标，保证材料在获得高强度的同时兼顾良好的塑性和韧性。

技术领域

本发明属于钢铁材料的技术领域，特别是一种低碳含氮高强韧马氏体不锈钢及其热处理方法，主要用于制造高强耐蚀铸件或锻件。

背景技术

高强高韧马氏体不锈钢在重大工程领域有着广泛的应用需求。当前最常见的高强马氏体不锈钢是以PH17-4、PH15-5等为代表的沉淀强化型马氏体不锈钢，该类型马氏体不锈钢一般在淬火后需要进行480℃以上温度的时效处理，以析出金属间化合物强化相，提高材料的屈服强度。但需要指出的是，该类型高强高韧马氏体不锈钢的冶炼和热处理工艺较为复杂，制造成本比较高，且在制造大型铸锻件时较难在获得高强度的同时保证良好的韧性；同时，该类型高强韧马氏体不锈钢的屈强比(屈服强度与抗拉强度之比，R_p0.2/R_m)较高，材料加工硬化能力有限，影响了服役安全性。

除沉淀强化型马氏体不锈钢外，还存在一类以0Cr13Ni4-6Mo为代表的非沉淀强化型马氏体不锈钢，通过降低碳含量、增加镍含量有效提升了材料的塑性和韧性，被广泛应用在铸件(例如：水轮机转轮铸件)和锻件(例如：泵阀)领域，并形成了国内外标准。GB/T 6967包含了5种此类马氏体不锈钢(ZG06Cr13Ni4Mo、ZG06Cr13Ni5Mo、ZG06Cr16Ni5Mo、ZG04Cr13Ni4Mo、ZG04Cr13Ni5Mo)，其成分范围为C:≤0.06％；Cr:11.5～17％；Ni:3.5～6.0％；Si:≤0.8％；Mn:≤1.0％；Mo:0.4～1.0％；Cu≤0.5％；V≤0.05％；W≤0.1％。但当前无论是相关标准，还是公开文献报道，这类马氏体不锈钢的屈服强度一般在～600MPa，抗拉强度在～800MPa，延伸率～20％，0℃Akv冲击功～150J，不能满足一些对材料强度要求更高的应用需求；当其屈服强度≥830MPa、抗拉强度≥900MPa时，延伸率仅能达到～12％，面缩～35％，室温Akv冲击功≥35J，不能满足高塑性和高韧性要求，且屈强比较高。

发明专利ZL200310104844.2(公开号CN 1528937A)公开了在0Cr13Ni4Mo系列材料基础上进行成分和热处理工艺优化而得到高屈强比高强韧性马氏体不锈钢及其生产方法。其权利要求保护材料成分范围为C:≤0.06％；Cr:11～16.5％；Ni:3.5～6.0％；Si:＜1％；Mn:≤2.0％；Mo:0.5～2％；Fe:余量；并将以下元素定义为杂质元素，控制范围如下Al≤0.15％；O≤0.01％；N＜0.03％；H≤0.0005％；S≤0.020％；P≤0.025％。为达到高屈强比和高强韧性目的，发明人要求上述成分范围材料的回火温度不低于450℃。上述现有技术虽然提高了材料的强度，但当材料的屈服强度高于800MPa时，材料的室温Akv冲击功不超过150J，且材料的抗拉强度最高不超过1120MPa，同时材料的屈强比较高。

发明内容

本发明的目的主要是提供一种低碳含氮高强韧马氏体不锈钢及其热处理方法，针对高强、高韧、耐蚀、高可靠性的应用需求，在0Cr13Ni4Mo系列材料的基础上，通过优化合金配比和设计新热处理工艺，实现材料同时具有高强度、高塑性、优异的室温和低温冲击韧性，同时屈强比控制在合理范围内。

本发明采用的技术方案：