一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢及其制造方法技术

一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢及其制造方法，属于材料科学技术领域中的不锈钢材料。该不锈钢成分重量百分数为：18.50≤Cr＜21.50，0.50≤Mo≤1.00，C≤0.030，0.55≤N＜0.65，1.00≤Ni≤2.50，17.00＜Mn≤21.00，0.20≤Si≤0.35，P≤0.010，S≤0.012，余量为Fe。其制造方法包括：采用电炉+氩氧脱碳炉外精炼+电渣重熔的方法制得铸锭，铸锭通过高温热处理炉加热并保温，铸锭保温结束出炉后立即经过径锻机锻造为中间坯，将中间坯进行水冷处理，将水冷处理后的中间坯经过径锻机二次锻造成为成品钢坯，锻后空冷。优点在于，具有更低的有害碳化物析出敏感性和较低的锻造变形抗力，同时还保证了良好的力学和耐蚀性能。

A kind of non magnetic stainless steel with low precipitation sensitivity and high performance and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢及其制造方法
本专利技术属于材料科学
中的不锈钢材料，特别是涉及一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢及其制造方法。
技术介绍
无磁不锈钢及其制造的无磁钻铤、旋转导向、无磁稳定器、无磁钻杆等是当今国内外陆地、海洋油气资源，尤其是非常规油气资源定向钻采过程所必须的重要材料和部件。根据美国石油学会API和国内相关材料行业和技术标准的要求，其相对磁导率应低于1.01，即良好的奥氏体稳定性，同时具有极高的强韧性和耐蚀性。无磁不锈钢部件可以为随钻测量(MWD)仪器提供磁屏蔽的环境，避免大地磁场对定向钻探过程的干扰，实现水平、侧向、定向钻进等方向钻井的精确性。同时，保证无磁钻铤部件长期稳定的服役寿命。与传统的Cr-Ni奥氏体不锈钢相比，无磁不锈钢采用Mn和N元素部分或者全部替代了价格昂贵的Ni元素作为奥氏体稳定化元素来确保奥氏体的稳定性。由于N元素显著的间隙强化作用，大幅度提升了无磁不锈钢基体的强度。另一方面，由于无磁不锈钢采用了先进的等温变形制备技术，使其基体获得了更为显著的变形强化效果，使其强度获得了进一步提升，室温抗拉强度达到了传统Cr-Ni奥氏体不锈钢的两倍以上。现有国内外生产无磁不锈钢过程中最大的问题是由于热加工过程中的析出敏感性而产生的碳氮化物析出相含量大、热变形抗力大、无磁不锈钢成品锻件耐蚀性能差等问题。与现有条件相比，本专利技术通过合理调整无磁不锈钢中Cr、C、N等元素的含量和热加工工艺参数，使本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢具有更低的有害碳化物析出敏感性和较低的锻造变形抗力，同时还保证了良好的力学和耐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢及其制造方法，通过研究Cr元素、C元素和N元素的含量对无磁不锈钢中Cr的碳氮化物析出行为特点的影响规律，合理降低了Cr元素、C元素和N元素的含量，并对冶炼和热加工工艺进行了优化，使其具有更宽的热加工窗口、良好的热塑性和较低的变形抗力，同时还保证了良好的力学和耐蚀性能。本专利技术的一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢的各元素重量百分比为：18.50≤Cr＜21.50，0.50≤Mo≤1.00，C≤0.030，0.55≤N＜0.65，1.00≤Ni≤2.50，17.00＜Mn≤21.00，0.20≤Si≤0.35，P≤0.010，S≤0.012，余量为Fe。本专利技术的一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢的制造方法，包含以下工艺步骤：(1)依据下列元素重量百分比熔炼钢水：18.50≤Cr＜21.50，0.50≤Mo≤1.00，C≤0.030，0.55≤N＜0.65，1.00≤Ni≤2.50，17.00＜Mn≤21.00，0.20≤Si≤0.35，P≤0.010，S≤0.012，余量为Fe；(2)采用电炉+氩氧脱碳炉外精炼+电渣重熔的方法制得铸锭；(3)铸锭通过高温热处理炉加热并保温；(4)铸锭保温结束出炉后立即经过径锻机锻造为中间坯；(5)将中间坯进行水冷处理；(6)将水冷处理后的中间坯经过径锻机二次锻造成为成品钢坯。(7)锻后空冷。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：进一步，步骤(3)中所述高温热处理炉加热和保温温度为1080℃～1120℃。进一步，步骤(4)中所述径锻机锻造的终锻温度为980℃～1000℃。进一步，步骤(5)中所述水冷处理后中间坯的表面温度为600℃～650℃。进一步，步骤(6)中所述径锻机二次锻造的温度为550℃～600℃，最小变形量为20％。本专利技术的有益效果是：通过研究Cr元素、C元素和N元素的含量对无磁不锈钢中Cr的碳氮化物析出行为特点的影响规律，合理调整了Cr元素、C元素和N元素的含量，并对冶炼和热加工工艺进行了优化，使其具有更低的有害碳化物析出敏感性和较低的锻造变形抗力，同时还保证了良好的力学和耐蚀性能。附图说明图1为Cr元素和C元素含量对本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢中Cr23C6有害相析出特征的影响示意图。图2为N元素含量和径锻机二次锻造变形温度对本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢终锻变形抗力的影响示意图。图3为Cr元素和N元素含量对本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢点蚀当量PREN值的影响示意图。图4为点蚀当量PREN值对本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢点蚀电位的影响示意图。图5为径锻机二次锻造变形温度和变形量对本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢室温屈服强度的影响示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1：Cr元素和C元素含量对本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢中Cr23C6有害相析出特征的影响无磁不锈钢中Cr23C6有害相析出的温度范围约为600℃至950℃。无磁不锈钢径锻机二次锻造的过程为温变形强化过程，该过程的变形温度范围与Cr23C6有害相析出的温度下限存在潜在的重叠区域，因此本专利技术将Cr23C6有害相析出的温度下限定义为安全温度，在此安全温度以下进行径锻机二次锻造，无磁不锈钢中不会产生Cr23C6有害相。为考察Cr元素和C元素含量对本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢中Cr23C6有害相析出特征的影响，制备了不同Cr元素和C元素含量的本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢样品H-1至H-25(表1)，经过同样的锻造变形和不同的时效处理过程后，利用金相统计分析方法对比了各样品中Cr23C6有害相析出特征的差异。表1本专利技术一种高强韧中氮无磁不锈钢样品H-1至H-25的化学成分(wt.％)金相观察结果表明：1)随着C元素含量的升高，Cr23C6有害相析出的安全温度从600℃以上逐渐降低至500℃左右(图1)，这表明在较高的C元素含量有助于Cr23C6有害相在更低的温度下产生。因此，C元素含量的提高对无磁不锈钢的温变形强化过程不利，容易导致在无磁不锈钢的温变形过程中出现较大的Cr23C6有害相析出倾向。2)Cr元素含量的提高也会促使Cr23C6有害相析出的安全温度逐渐降低，在C元素含量较高的情况下，降低的幅度更为明显(图1)。实施例2：N元素含量和径锻机二次锻造变形温度对本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢变形抗力的影响无磁不锈钢中Cr23C6有害相析出的温度范围约为600℃至950℃，因此在低于600℃甚至是低于500℃的温度下进行径锻机二次锻造可以有效避免Cr23C6有害相的析出。然而过低锻造温度将导致变形抗力的急剧上升，如果长期在较低的温度下进行锻造，将缩短径锻机的服役寿命。对于无磁不锈钢来说，影响其径锻机二次锻造变形抗力的主要因素是N元素含量和径锻机二次锻造变形温度。为考察N元素含量和径锻机二次锻造变形温度对本专利技术一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢变形抗力的影响，制备了不同N元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢，其特征在于，各元素重量百分比为：18.50≤Cr＜21.50，0.50≤Mo≤1.00，C≤0.030，0.55≤N＜0.65，1.00≤Ni≤2.50，17.00＜Mn≤21.00，0.20≤Si≤0.35，P≤0.010，S≤0.012，余量为Fe。/n

【技术特征摘要】
1.一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢，其特征在于，各元素重量百分比为：18.50≤Cr＜21.50，0.50≤Mo≤1.00，C≤0.030，0.55≤N＜0.65，1.00≤Ni≤2.50，17.00＜Mn≤21.00，0.20≤Si≤0.35，P≤0.010，S≤0.012，余量为Fe。


2.一种权利要求1所述的一种低析出敏感性高性能无磁不锈钢的制造方法，其特征在于，工艺步骤为：
(1)依据下列元素重量百分比熔炼钢水：18.50≤Cr＜21.50，0.50≤Mo≤1.00，C≤0.030，0.55≤N＜0.65，1.00≤Ni≤2.50，17.00＜Mn≤21.00，0.20≤Si≤0.35，P≤0.010，S≤0.012，余量为Fe；
(2)采用电炉+氩氧脱碳炉外精炼+电渣重熔的方法制得铸锭；
(3)铸锭通...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈华鹏，冯翰秋，陈海涛，郎宇平，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11