一种超高强韧性超级马氏体不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及油管用第三代先进高强度钢领域，公开了一种超高强韧性超级马氏体不锈钢及其制备方法，该不锈钢化学成分质量百分比为：C：≤0.03％、Cr：12.5～13.5％、Ni：4.8～5.2％、Mo：0.65～0.75％、Mn：1.8～2.2％、Si：0.25～0.35、P：<0.01、S：<0.01、N：0.3～0.4％、V：0.05～0.07％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明专利技术在传统超级马氏体不锈钢的成分基础上，增添N、V和Mn元素，采用室温淬火‑配分工艺，最终获得抗拉强度≥1210MPa，断后延伸率≥33％，强塑积≥42GPa·％的超高强韧性超级马氏体不锈钢。且该制备方法简单易行，成本较低。

A super high strength and toughness super martensitic stainless steel and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种超高强韧性超级马氏体不锈钢及其制备方法
本专利技术涉及油管用第三代先进高强度钢领域，具体涉及一种超高强韧性超级马氏体不锈钢及其制备方法。
技术介绍
随着能源需求的大幅增加，我国油气勘探和开采不断向深井、超深井的油气田发展。由此所带来的一个突出问题是采用的油气管线用不锈钢必须满足深井、超深井下苛刻工况条件的使用性能需求。因此，研究开发具有超高强韧性能和优良耐腐蚀性能，同时具有良好成型性和焊接性能的深井、超深井用油气管线用新材料是非常重要的。超级马氏体不锈钢由于超低碳的原因，其耐腐蚀性能和焊接性能得到很大改善，近年来逐渐在油气输送管道领域中得到了很好的应用。为保证超级马氏体不锈钢能够在深井、超深井苛刻工况条件下得到应用，需在保证拥有良好成型性和焊接性的同时，还需提高其强韧性能。Q&P工艺是提高强韧性的有效热处理手段，该工艺由美国学者Speer教授在2003年首次提出，即基于对碳在马氏体与残余奥氏体混合组织中再分配规律的重新认识，通过淬火-配分工艺实现C元素从马氏体向残余奥氏体的扩散，在室温下得到一定体积分数的亚稳奥氏体，亚稳奥氏体在变形过程中发生TRIP效应，从而获得良好的强度和塑性配合。由于超级马氏体不锈钢含碳量极低，在进行淬火-配分热处理时，C的配分效果并不明显，即淬火-配分工艺并不适合传统超级马氏体不锈钢。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种超高强韧性超级马氏体不锈钢及其制备方法，本专利技术采用合理的化学成分设计，通过淬火-配分工艺制备超高强韧性钢种，解决了由于超级马氏体不锈钢含碳量极低，在进行淬火-配分热处理时，C的配分效果并不明显，即淬火-配分工艺并不适合传统超级马氏体不锈钢的缺陷。本专利技术采用的技术方案如下：一种超高强韧性超级马氏体不锈钢，以质量百分数计，其化学成分包括：C：≤0.03％，Cr：12.5％～13.5％，Ni：4.8％～5.2％，Mo：0.65％～0.75％，Mn：1.5％～2.5％，Si：0.25％～0.35，P：<0.01％，S：<0.01％，N：0.3％～0.4％，V：0.05％～0.07％，余量为铁和杂质。一种超高强韧性超级马氏体不锈钢的制备方法，包括如下过程：根据本专利技术超高强韧性超级马氏体不锈钢化学成分进行冶炼，得到坯件；对坯件进行淬火-配分热处理，得到所述超高强韧性超级马氏体不锈钢；进行淬火-配分热处理时，将坯件升温至1000～1100℃，保温300～600s，然后通过水淬降温至室温，然后加热至350～450℃并进行保温，保温时间为2～40min，之后再水淬至室温。优选的：对所述坯件先进行锻造和热轧，之后再进行淬火-配分热处理。优选的：锻造时，将坯料加热升温至1150～1200℃，保温60～90min后进行锻造。优选的：热轧时，将锻件升温至1200～1250℃，保温60～90min后，热轧至厚度为4～5mm的板材。与现有工艺相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术超高强韧性超级马氏体不锈钢，为保证超级马氏体不锈钢能够通过淬火-配分工艺提高其强韧性能，本专利技术超高强韧性超级马氏体不锈钢中添加有氮、钒、锰元素，以实现以氮代碳的配分作用，在配分温度的驱动力下，氮会从马氏体扩散到残余奥氏体中，以及马氏体/奥氏体边界处。边界处高含量的氮会导致逆变奥氏体的形成，从而强韧性提高。本专利技术的超高强韧性超级马氏体不锈钢中C：≤0.03％，其中碳含量仍维持在超低水平，因此本专利技术的超高强韧性超级马氏体不锈钢具有优异的焊接性。本专利技术超高强韧性超级马氏体不锈钢的加工方法，采用淬火-配分热处理工艺提高了高超高强韧性超级马氏体不锈钢的强韧性；进行淬火-配分热处理时，将坯件升温至1000～1100℃，保温300～600s，然后通过水淬降温至室温，此时组织为板条马氏体和残余奥氏体。然后加热至350～450℃并进行保温，保温时间为2～40min，由于氮在马氏体中的扩散速率大于在奥氏体中的扩散速率，所以在此温度下氮会在马氏体-奥氏体界面富集，为逆变奥氏体的形成提供了高的局部驱动力。最后水淬至室温，钢中组织为板条马氏体+残余奥氏体+逆变奥氏体。进一步的，对所述坯件先进行锻造和热轧，之后再进行淬火-配分热处理，本专利技术中的淬火-氮配分取代了传统碳配分工艺，使得Q&P工艺在超级马氏体不锈钢中得到了应用。附图说明图1为本专利技术淬火-配分热处理步骤工艺流程图。图2为本专利技术实施例1的EBSD组织照片。图3为本专利技术实施例2的EBSD组织照片。图4为本专利技术实施例3的EBSD组织照片。具体实施方式下面结合附图以及实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术的保护范围不受实施案例所限。本专利技术超高强韧性超级马氏体不锈钢以化学质量百分比计，其化学成分包括：C≤0.03％、Cr12.5％～13.5％、Ni4.8％～5.2％、Mo0.65％～0.75％、Mn1.5％～2.5％、Si0.25％～0.35、P<0.01％、S<0.01％、N0.3％～0.4％、V0.05％～0.07％，余量为铁和不可避免的杂质。本专利技术在传统超级马氏体不锈钢的成分基础上，添加N、V、Mn元素，并采用淬火-配分热处理工艺，实现氮元素的配分作用，使得钢中碳含量维持在超低水平。在保证超级马氏体不锈钢优异焊接性的同时，并显著提高强韧性能。进行淬火-配分热处理时：将本专利技术具有上述合金成分的合金材料升温至1000～1100℃，保温300～600s，然后通过水淬降温至室温，然后在350～450℃保温，保温时间为2～40min，最后水淬至室温。作为本专利技术优选的实施方案，对所述坯件先进行锻造和热轧，之后再进行淬火-配分热处理，具体的：根据本专利技术超高强韧性超级马氏体不锈钢化学成分进行冶炼，得到坯料；对冶炼完成后坯料随炉升温至1150～1200℃，保温60～90min后进行锻造，得到厚度为30～50mm的锻板；对锻板进行热轧，锻板升温至1200～1250℃，保温60～90min后多次轧制至厚度4～5mm。淬火-配分热处理后钢板具有如下组织：板条马氏体、残余奥氏体和薄膜状逆变奥氏体，以相对于全部组织的面积统计：板条马氏体含量为70～75％，残余奥氏体+逆变奥氏体含量为20～25％。得到的超高强韧性超级马氏体不锈钢的抗拉强度≥1210MPa，断后延伸率≥33％，强塑积≥42GPa·％。本专利技术控制C元素含量在≤0.03％，C元素在超级马氏体不锈钢中含量极低，极低的C含量使其焊接性能优异，耐蚀性能也得到很大改善。C元素是传统淬火-配分工艺中最重要的元素，但是超级马氏体不锈钢中C含量极低，进行淬火-配分处理后性能提升不明显。本专利技术控制Cr元素含量在12.5％～13.5％，Cr是不诱钢中最重要的合金元素，对耐烛性起着决定作用。使铁基固溶体的电极电位呈跳跃式地提高。在氧化性介质中，随铬含量增加，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高强韧性超级马氏体不锈钢，其特征在于，以质量百分数计，其化学成分包括：/nC：≤0.03％，Cr：12.5％～13.5％，Ni：4.8％～5.2％，Mo：0.65％～0.75％，Mn：1.5％～2.5％，Si：0.25％～0.35，P：<0.01％，S：<0.01％，N：0.3％～0.4％，V：0.05％～0.07％，余量为铁和杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种超高强韧性超级马氏体不锈钢，其特征在于，以质量百分数计，其化学成分包括：
C：≤0.03％，Cr：12.5％～13.5％，Ni：4.8％～5.2％，Mo：0.65％～0.75％，Mn：1.5％～2.5％，Si：0.25％～0.35，P：<0.01％，S：<0.01％，N：0.3％～0.4％，V：0.05％～0.07％，余量为铁和杂质。


2.一种超高强韧性超级马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
根据权利要求1所述的超高强韧性超级马氏体不锈钢的化学成分进行冶炼，得到坯件；
对坯件进行淬火-配分热处理，得到所述超高强韧性超级马氏体不锈钢；
进行淬火-配分热处理时，将坯件升温至1000～1100℃，保温...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹德宁，庞阳，吕香，李雨浓，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61