一种含铜锆高强度高耐蚀不锈钢及其制备方法技术

一种含铜锆高强度高耐蚀不锈钢及其制备方法，合金元素含量为：C≤0.08，Ni＝11.0～15.0，Cr＝18.0～20.0，Mo＝3.0～4.0，Zr≤0.60，Cu＝0.2～0.8，Mn≤2.0，Si≤1.0，P≤0.035，S≤0.030，其中7.59×(C‑0.01)≤Zr≤7.59×C，余量为Fe。合金冶炼后，经热变形开坯和冷变形，使得ZrC得以充分破碎、弥散分布，通过高温固溶处理获得粗大奥氏体晶粒。通氢条件下80℃含5×10

A High Strength and Corrosion Resistant Stainless Steel Containing Copper and Zirconium and Its Preparation Method

A high strength and corrosion resistant stainless steel containing copper and zirconium and its preparation method are described. The content of alloying elements is C < 0.08, Ni = 11.0-15.0, Cr = 18.0-20.0, Mo = 3.0-4.0, Zr < 0.60, Cu = 0.2-0.8, Mn < 2.0, Si < 1.0, P < 0.035, S < 0, of which 7.59 * (C_0.01) = Zr < 7.59 * C, and the remainder is Fe. After alloy smelting, ZrC is fully fragmented and dispersed by hot deformation and cold deformation. Coarse austenite grains are obtained by solution treatment at high temperature. Hydrogen permeation condition: 80 containing 5 10

【技术实现步骤摘要】
一种含铜锆高强度高耐蚀不锈钢及其制备方法
本专利技术属于奥氏体不锈钢领域，涉及高耐蚀性奥氏体不锈钢的成分设计和加工、热处理的方法，可广泛用于能源、电力、化工领域和日常生活。技术背景不锈钢因具有优良的力学和耐腐蚀性能，广泛应用于能源、电力、化工等领域。奥氏体不锈钢因其具备良好的力学性能、可加工性能、耐蚀性能以及耐中子辐照性能，在核电工业中被广泛应用。压水堆一回路主管道、堆内构件、驱动机构、主泵以及泵轴等关键设备的主要材料都采用304L、316LN型奥氏体不锈钢作为结构材料。这些材料长期在高温高压及辐照等苛刻的水化学环境中服役，不仅要保证结构的完整性，还须抵抗各类特殊工质的冲刷和腐蚀，以减少磨损和腐蚀产物在堆芯与堆芯外辐射场的活化。压水堆核电站一回路主管道是核电站正常、非正常、事故和试验工况下防止核反应裂变产物外泄至安全壳的重要屏障。因此，核电主管道要能够耐高温、耐高压以及耐腐蚀。早期核电站的部分主管道选用了低合金钢管，并在管内堆焊不锈钢；后来的核电主管道普遍采用18-8型奥氏体不锈钢，并不断优化成分和生产工艺，形成如下几种情况：(1)稳定化的奥氏体不锈钢：在18-8型不锈钢中加入钛(Ti)或铌(Nb)提高耐晶间腐蚀性能，但其焊接性能不好且造成夹杂物过多影响弯管的加工；(2)标准304和316奥氏体不锈钢：304不锈钢在18-8型奥氏体不锈钢基础上降低碳含量，316钢又加入了2％的钼(Mo)，但它们在480～820℃之间长期停留仍有“敏化”的倾向；(3)低碳304L和316L奥氏体不锈钢：在原来的钢种上继续降低碳含量，获得了优异的耐晶间腐蚀、焊接性能和加工性能，但最大的问题是强度不足。第2代压水堆核电站的一回路主管道采用的是铸造双相不锈钢，在奥氏体基体中增加少量的铁素体(12％～20％)，不仅提高了材料的强度和抗热裂性，还能够抑制应力腐蚀的发生。但铁素体含量不能超过20％，否则会发生较严重的热老化现象。第3代压水堆AP1000核电站的一回路主管道采用整体锻造的316LN奥氏体不锈钢，属于超低碳控氮奥氏体不锈钢，是在316L的基础上加入氮元素，既能够提高材料的强度，同时仍保持较高的塑韧性水平。堆内构件是指压力容器内除燃料组件及相关部件外的全部结构部件，其部件繁多、结构复杂、精度要求高，且需要承受高温高压、中子辐照、冷却剂腐蚀等考验。因此，反应堆内构件材料的选材原则一般为：强度适当高、塑韧性好、能抗冲击和抗疲劳；中子吸收界面和中子俘获截面以及感生放射性小；抗辐照、耐腐蚀并与冷却剂相容性好；热膨胀系数小；良好的焊接和机加工工艺性能。第2代压水堆核电站的堆内主体结构材料一般是奥氏体不锈钢，如304L、304LN、321、347、310，螺栓类材料为316LN、321H不锈钢，某些特殊件采用了马氏体不锈钢，如压紧弹簧的1Cr13。第3代压水堆AP1000核电站，其功率更大、寿命更长，对堆内构件的成分和性能要求更严。其主体结构材料选用锻造的F304和F304H奥氏体不锈钢，压紧弹簧采用改进型的403马氏体不锈钢。核电站的通风净化设备主要用于送、排风系统中，可根据不同使用工况安装不同类型的空气过滤单元。用于实现空气净化，特别适用于受污染或有害气体的送、排风系统，能有效地保护系统工作人员安全和周围环境的卫生。核电厂的通风净化装置多数是用奥氏体不锈钢制造的。奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能、较好的抗辐照性能。但核电站大多建在沿海地区，海水空气湿度大，盐分含量高，而氯离子是不锈钢腐蚀的主要诱因之一。为了保证核电厂通风净化系统的安全，提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性尤为重要。钠冷快堆是六种第四代核电备选堆型之一，是我国核能三步发展规划的第二步，也是我国核能闭式循环的重要一环。钠冷快堆与压水堆相比，具有温度更高(500℃以上)、辐照剂量更高等特点。对堆芯组件结构材料，如不锈钢包壳管提出了更高的要求。钠冷快堆蒸汽发生器、热交换器等管路也需要大量的高性能的奥氏体不锈钢管，如316Ti、316H等。可见，核电站常用的奥氏体不锈钢有304(0Cr18Ni9)、304L(00Cr19Ni10)、和316L(00Cr17Ni14Mo2)。304不锈钢是一种通用性的不锈钢，它广泛用于制作要求良好综合性能(耐腐蚀和成型性)的设备和机件。304不锈钢具有优良的耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。304L不锈钢是含碳量比较低的304不锈钢的变种，用于需要焊接的场合。较低的含碳量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境产生晶间腐蚀。因此304L不锈钢的抗晶间腐蚀的能力优于304不锈钢。316L不锈钢又称钛钢，添加Mo(2～3％)，可以提高钝化膜的稳定性。316L不锈钢具有优秀的耐点蚀性和耐晶间腐蚀性，还具有良好的耐氯化物侵蚀的性能，在海洋环境或侵蚀性工业大气中的抗腐蚀能力大大地优于304不锈钢和304L不锈钢。从抗腐蚀性能上来说316L不锈钢>304L不锈钢>304不锈钢，超低碳不锈钢又优于同钢号的普通不锈钢。加Ti、Mo或固溶处理是预防不锈钢点蚀的主要方法。在一般情况下，不锈钢材料具有良好的的耐腐蚀性，在核电站厂房结构、众多的系统设备中，不锈钢有着十分广泛的应用，从核岛内部的大型容器、管道，到各种阀门、仪表管线，以及各种设备的部件等，不锈钢有着令人满意的耐蚀性能。不锈钢耐腐蚀机理是在其表面Cr等元素与空气中的氧生成了一层极薄的、致密的、粘着性好的钝化膜，作为一道保护屏障，将腐蚀介质与基体隔离开；虽然处于钝化膜保护的金属仍有一定的反应能力，但钝化膜有着良好的自我修复功能。然而核电站管道、设备等不锈钢材质所处环境复杂，在一些条件下难以保证钝化膜的完好，如遭受高浓度氯离子侵蚀等，则会引起腐蚀发生。核电站设备运行工况、环境复杂，在某些特殊情况下，不锈钢材料不但不能有效的抵抗腐蚀，而且还会出现诸如点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、等现象，这些局部腐蚀不易发觉，但随着腐蚀的发展，对设备影响却是致命的。国外核电站已有多起不锈钢腐蚀案例发生，损失惨重。核电站常见的不锈钢腐蚀特性如下：(1)点蚀：是金属表面相对集中在一个很小部位的局部腐蚀。在真正的点蚀前，不锈钢表面的保护性氧化层中先形成直径几个微米的微型凹陷，这种微型凹陷的迅猛增加是造成不锈钢大规模腐蚀的原因。不锈钢经过表面的酸洗钝化后，形成CrO3或Cr2O3氧化膜，使得不锈钢发挥最大的耐腐蚀性，有效阻挡了腐蚀性介质的侵蚀和破坏。核电厂不锈钢设备发生腐蚀的情况一般是点蚀，发生点蚀的部位一般出现在缝隙、划伤表面等钝化膜被破坏的表面。若不锈钢表面潮湿且含有氯离子，则可以在局部形成强酸溶解钝化膜，破坏稳定的钝化状态，导致大面积的腐蚀。不锈钢在一般的空气或淡水环境中发生腐蚀，表面会形成一层致密的氧化膜，使钢铁腐蚀过程受到抑制。但在海洋环境下，空气氯离子含量较高，而氯离子很容易置换氧化膜中的氧破坏氧化膜，这就使在一定浓度的氯离子环境下很难建立稳定的钝态。随着氯离子在设备上的积累，氯离子的浓度会越来越高，对不锈钢的腐蚀性会越来越大。(2)晶间腐蚀：是金属腐蚀的一种常见的局部腐蚀，腐蚀从金属表面开始，沿着金属晶粒间的分界面向晶粒内部扩展，使晶粒间的结合力大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含铜锆高强度高耐蚀不锈钢，其特征在于：不锈钢各元素的质量百分比为：C≤0.08，Ni＝11.0～15.0，Cr＝18.0～20.0，Mo＝3.0～4.0，Zr≤0.60，Cu＝0.2～0.8，Mn≤2.0，Si≤1.0，P≤0.035，S≤0.030，其中7.59×(C‑0.01)≤Zr≤7.59×C，余量为Fe。

【技术特征摘要】
1.一种含铜锆高强度高耐蚀不锈钢，其特征在于：不锈钢各元素的质量百分比为：C≤0.08，Ni＝11.0～15.0，Cr＝18.0～20.0，Mo＝3.0～4.0，Zr≤0.60，Cu＝0.2～0.8，Mn≤2.0，Si≤1.0，P≤0.035，S≤0.030，其中7.59×(C-0.01)≤Zr≤7.59×C，余量为Fe。2.如权利要求1所述的含铜锆高强度高耐蚀不锈钢的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)不锈钢的冶炼与铸造根据不锈钢各元素的质量百分比，选取电工纯铁、金属铬片、金属镍板、金属钼、不锈钢废料、纯铜板、锆铁或金属锆、石墨块为原料，经电弧熔炼或者感应熔炼后，浇铸成合金铸锭；熔炼时熔池温度保持1700℃±20℃；浇注前钢液镇静5～10分钟，钢水在1550℃±50℃，真空或氩气保护浇铸，铸造成方锭或圆锭；(2)铸锭热变形开坯加工管、棒、线、型材和冷冲零件，铸锭采用热锻、孔型轧制或万能轧制开坯；板材采用平辊轧机热轧开坯；锻造方案为铸坯加热到1250℃±10℃，保温3～5小时后出炉锻造，始锻温度为1150℃±20℃，终锻温度≥1000℃，锻造比≥2.0，延伸比≥2.0，总比≥4.0；热锻后的坯料再进行斜轧穿孔，获得管材坯料；热轧方案为铸坯加热到1280℃±10℃，保温3～5小时后出炉轧制，热轧始锻温度为1180℃±20℃，终轧温度≥950℃，孔型轧制或万能轧制开坯的断面收缩率应≥60％；板材热轧总下量≥60％。(3)冷变形管、棒...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗丰华，赵忠新，李益民，周伟，申珍珍，周海铭，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43