一种海洋环境下高组织稳定性不锈钢及其制造方法技术

一种海洋环境下高组织稳定性不锈钢及其制造方法，该钢的化学成分重量百分比为：C：0.001～0.03％，Si：0.20～0.60％，Mn：8.5～9.5％，Cr：18.0～18.5％，Ni：3.0～5.5％，N：0.25～0.35％，Cu：1.20～1.80％，Mo：1.5～2.0％，W：1.5～2.0％，Ti：0.05～0.15％，Nb：0.01～0.15％，V：0.01～0.15％，B：0.0015～0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质；且上述元素同时需满足如下关系：(Cr+Mo+0.7W+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.25Cu+0.5Mn)≤1.30，且M

【技术实现步骤摘要】
一种海洋环境下高组织稳定性不锈钢及其制造方法


[0001]本专利技术涉及海洋环境下使用的不锈钢及其制造方法，具体涉及一种海洋环境下高组织稳定性不锈钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]奥氏体不锈钢具有面心立方结构，理论上，完全退火态的奥氏体不锈钢具有单相奥氏体组织。但实际上，由于焊接加工等，在奥氏体不锈钢热影响区常常会析出碳化物，碳化物的析出导致局部区域贫铬，导致材料耐蚀性降低。为了避免碳化物析出对耐蚀性的不利影响，需要控制奥氏体不锈钢中的碳含量在0.03％以下，标准牌号SUS304L和SUS316L等就是在常规的SUS304和SUS316的基础上进一步控制C含量在0.03％以下，获得更高焊接性能。换句话说，确保焊接过程中组织保持一定的稳定性，不析出碳化物等。
[0003]奥氏体不锈钢另一个影响组织稳定性的因素是马氏体相变。冷加工或者变形过程中马氏体相的产生。研究显示，SUS316L、SUS304、S20100等应用最广泛的奥氏体不锈钢，其奥氏体相是亚稳态的。在温度或者应力、应变或者多个因素的复合作用下，这些奥氏体相会快速转变为马氏体相，包括密排六方的hcp马氏体相或者体心立方BCC结构的α
’
马氏体相。研究显示马氏体相变对腐蚀具有不利影响。
[0004]耐蚀性是不锈钢的主要功能。其通过Cr形成钝化层，且钝化层具有自修复的能力，从而赋予不锈钢耐腐蚀的能力。研究显示，Cr、Mo、N是提高耐蚀性的主要元素，Mn以及S、O等夹杂物对耐蚀性存在不利影响，Si、Cu等元素提高材料在酸性环境下的耐蚀性等。实际上，零部件的加工或者变形，或者在承载条件下工作是，常规的奥氏体不锈钢304或者316系列会不可避免的发生马氏体相变，相变的发生导致组织不再是单纯的奥氏体相，而是奥氏体相+少量马氏体两相结构，从而对耐蚀性也产生影响。两相的耐蚀性如果不均衡，将导致耐蚀性较弱的一相优先产生腐蚀并快速扩张，导致材料耐蚀性下降。
[0005]腐蚀发生形式中，70％为点蚀。尤其是在存在Cl离子的环境下，如海洋环境或者近海的潮湿大气环境中，Cl离子含量高，加速腐蚀的进行。评价材料耐点蚀性能，常用的经验公式为耐点蚀当量公式PREN＝Cr+3.3Mo+0.7W+16N，PREN值越高、材料耐点蚀的性能越好。比如SUS304的点蚀当量为18，SUS316L的点蚀当量为24，因此316具有更高的耐蚀性。
[0006]实际上，除了和元素相关，析出物和夹杂物也是影响耐蚀性的又一重要因素。不锈钢中常见MnS、NiS、TiS等硫化物；Cr
x
C
y
，CrN和Cr2N等碳化物和氮化物如果存在，对耐蚀性也产生不利影响。
[0007]杨卓越等人的研究《304奥氏体不锈钢热诱发马氏体相变研究》(《材料热处理学报》，29卷第1期第98
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101页)显示，成分体系为Fe
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0.055C
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0.58Si
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18.0Cr
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8.2Ni
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1.07Mn的SUS304不锈钢，其完全退火态为全奥氏体组织，经过液氮(
‑
196℃)冷却30min后，材料发生热诱发α
′
马氏体相变，并伴随有hcp结构ε马氏体的形成。对相结构的解析显示，此时材料中磁性的马氏体相比例接近1/3，材料从无磁演变为导磁材料。该研究进一步证明了304等奥氏体不锈钢中的奥氏体相是亚稳定的，在低温的时候将发生马氏体相变。对于材料的磁性
研究发现，18Cr
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8Ni的304冷加工变形30％时，硬度可以升高至HV 350以上，但磁性相含量达到8％；16Cr
‑
12Ni的316冷加工变形30％时，磁性相含量达到3％。材料逐渐由无磁变为导磁，即磁性仪可以检测到逐渐增加的磁性相含量。
[0008]为避免马氏体相变或者降低马氏体相变的发生，满足形变无磁或者稳定耐蚀性的要求，已出现一些相关专利或者研究，主要沿着两个不同的方向发展(1)提高Ni含量，增加奥氏体稳定性；(2)通过Mn、N合金化，增加奥氏体稳定性。标准牌号S30500中添加了更多的镍，提高奥氏体相稳定性，延迟马氏体相变发生。但添加12
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14％的Ni将导致材料成本升高20％以上，限制了材料的推广和应用。日本金属工业公司专门开发了一种电子行业用无磁不锈钢NAS NM15M，其典型成分为C 0.040/0.090，Mn 14.00/15.00，P≤0.045，S≤0.045，Ni 4.00/4.60，Cr 16.50/17.50，N 0.30/0.35。NAS NM15M奥氏体稳定性极高，M
d30/50
温度低于
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150℃，即使冷轧压下50％以上，仍保持没有磁性的优良特性。Ni、Mn、Cu、C、N等降低M
d30/50
温度，同时形成和稳定奥氏体相，是提高奥氏体稳定性的常用方式。
[0009]中国专利技术专利CN90107850.6公开了一种单相奥氏体无磁不锈钢，其化学成份为(重量％)：C≤0.08％，Si≤1.5％，Mn 1.0～2.0％，Cr 13.2～14.95％，Ni 12.0～13.9％，Cu 2.5～3.5％，P≤0.025％，S≤0.015％，Re 0.005～0.05％，其余为Fe。加工变形20％～80％后，仍为单相奥氏体组织，而且导磁率性能稳定，适用于制作电器设备零部件。欧洲专利技术专利EP593158提出了一种含Cu含N的Cr
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Ni
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Mn奥氏体不锈钢，其中含16.5
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17.5％Cr，6.4
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8.0％Mn，2.50
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5.0％Ni，2.0
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3.0％Cu，不大于0.15％C，不大于0.2％N，不大于1％Si，该合金的冷加工硬化低于201，耐蚀性则接近430。
[0010]本专利技术提供一种兼具高强度和优良耐蚀性的高组织稳定性不锈钢，可广泛应用于海洋环境。通过控制Cr、Ni当量比，确保组织中无残余铁素体相，室温获得全奥氏体组织；M
d30/50
温度低于
‑
100℃，在加工变形30％或者切削加工后也保持奥氏体单相组织，单相组织使材料保持无磁特性的同时，避免少量马氏体相出现对耐蚀性产生的不利影响；通过氮合金化，材料获得≥420MPa的屈服强度，比常规SUS316L系列高60％，有利于高强减薄；通过Mo、W、N合金化提高材料耐蚀性特别是耐海水腐蚀特性；通过B微合金化，提高钢液纯净度，添加Ti、Nb、V，形成少量细小弥散的TiN、TiC、NbN、NbC等，在析出强化的同时，避免含Cr碳化物出现降低耐蚀性，尤其是避免材料焊接过程中热影响区析出有害碳化铬。材料点蚀当量PREN≥30.0，点蚀点位达到530mV以上，优于SUS304和SUS316L的315mV和405mV，模拟海水腐蚀环境下腐蚀失重速率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋环境下高组织稳定性不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.001～0.03％，Si：0.20～0.60％，Mn：8.5～9.5％，Cr：18.0～18.5％，Ni：3.0～5.5％，N：0.25～0.35％，Cu：1.20～1.80％，Mo：1.5～2.0％，W：1.5～2.0％，Ti：0.05～0.15％，Nb：0.01～0.15％，V：0.01～0.15％，B：0.0015～0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质；且上述元素同时需满足如下关系：M
d30/50
＝580
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23Ni
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520C
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300N
‑
2Si
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16Mn
‑
26Cu
‑
10Mo≤
‑
100℃。2.根据权利要求1所述的海洋环境下高组织稳定性不锈钢，其特征在于，其化学成分满足(Cr+Mo+0.7W+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.25Cu+0.5Mn)≤1.30，室温为全奥氏体组织。3.根据权利要求1或2所述的海洋环境下高组织稳定性不锈钢，其特征在于，其化学成分还需满足如下关系：PREN＝Cr+3.3Mo+1.65W+30N
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0.5Mn≥30.0。4.根据权利要求1
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3所述的海洋环境下高组织稳定性不锈钢，其特征在于，其化学成分还需满足如下关系：氮的溶解度0.021
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(C...

【专利技术属性】
技术研发人员：付登登，范丽君，
申请(专利权)人：上海落日新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：