一种含马氏体、铁素体和奥氏体的三相不锈钢制造技术

本发明专利技术公开了一种含马氏体、铁素体和奥氏体的新型三相不锈钢及其制备方法，属于不锈钢合金材料制备领域。所述三相不锈钢中各成分及其质量百分数为：C≤0.03%、Si≤0.4%、Mn≤0.8%、P≤0.03%、S≤0.02%、Cr：16~18%、Ni：5~7%、Mo：0.5~1.5%、剩余部分为Fe和不可避免的杂质；其制造方法包括配料、熔炼、精炼、浇注及热处理等步骤。本发明专利技术所得不锈钢组织中同时存在马氏体、铁素体及奥氏体这三种相，使其同时具备优异的力学性能及优良的耐蚀性能，可作为深井深海石油开采和原油、天然气输送设备的制备材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种含马氏体、铁素体和奥氏体的三相不锈钢


[0001]本专利技术属于不锈钢合金材料制备领域，具体涉及一种含马氏体、铁素体和奥氏体的新型三相不锈钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国工业化发展取得了一定成果，人民生活水平日益提高，但因此对石油和天然气等能源的需求量急剧增长，油气开采不得不向环境恶劣的区域延伸，导致深井下的工况条件更为恶劣，对所用材料的性能要求也越来越高。因此，研究开发出一种具有优异力学性能、优良耐蚀性能及良好成型性能的新型油气开采和输送设备材料至关重要。
[0003]传统马氏体不锈钢虽然具备良好的力学性能和耐蚀性能，但因其延展性不足、冷加工成型困难，加之可焊性差，使用范围受到了极大的限制。为了克服上述不足，有必要在传统马氏体不锈钢的基础上通过降低C含量、增加Ni、Mo含量，开发出耐蚀性能和力学性能优异、同时还具备优良成型性和焊接性的新钢种。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种含马氏体、铁素体和奥氏体的三相不锈钢及其制备方法，其在马氏体不锈钢的基础上通过提高Cr、Ni含量并采用合理化的成分设计，及对淬火-回火工艺的优化，制备出高强高韧、耐蚀性能良好的新型三相不锈钢材料。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含马氏体、铁素体和奥氏体的三相不锈钢，按质量百分数之和为100%计，所述三相不锈钢中含有的各成分及其质量百分数为：C≤0.03%，Si≤0.4%，Mn≤0.8%，P≤0.03%，S≤0.02%，Cr：16~18%，Ni：5~7%，Mo：0.5~1.5%，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。
[0006]本专利技术中各元素成分的使用机理如下：C：是一种奥氏体形成元素，可通过固溶强化明显提高不锈钢的强度，但过高会形成富Cr碳化物，降低不锈钢的耐蚀性能，所以本专利技术限定C含量≤0.03%。
[0007]Si：在不锈钢中可起脱氧的作用，但过多时易促进σ等有害相的析出，降低不锈钢的耐蚀性和延展性，所以本专利技术限定Si含量≤0.4%。
[0008]Mn：是奥氏体形成元素，能降低不锈钢的临界淬火速度，还可部分替代镍，降低成本；但锰过多时会降低不锈钢的耐蚀性和韧性，所以本专利技术限定Mn含量≤0.8%。
[0009]P：能显著降低钢的冲击韧性，易导致钢管发生冷脆，是一种严重恶化不锈钢性能的元素，所以本专利技术限定P含量≤0.03%。
[0010]S：会降低不锈钢抗氢脆裂纹的能力，易形成硫化物降低不锈钢的力学性能和耐蚀性能，所以本专利技术限定S含量≤0.02%。
[0011]Cr：是不锈钢中最主要的合金元素，随着Cr含量的增加，马氏体不锈钢在氧化性腐蚀介质中的耐蚀能力相应增加，但过量时易促进大量δ铁素体生成，损害钢的韧性和应力腐蚀抗性，所以本专利技术限定Cr含量为16~18%。
[0012]Ni：是重要的奥氏体形成元素，在超级马氏体中能促进钢的马氏体转变，抑制δ铁素体的形成、增加回火处理后逆变奥氏体含量，但过量时将使马氏体不锈钢成为单相奥氏体不锈钢而失去淬火能力，所以本专利技术限定Ni含量为5~7%。
[0013]Mo：是一种铁素体形成元素，能提高马氏体不锈钢的淬透性和回火稳定性，减少回火时马氏体的分解，增加强度而不降低韧性；适量的Mo能同时改善马氏体不锈钢的耐蚀性和强度，所以本专利技术限定Mo含量为0.5~1.5%。
[0014]上述含马氏体、铁素体和奥氏体的三相不锈钢的制备方法，包括以下步骤：1）配料：按上述成分比例称取所需的316L、工业纯铁、钼铁、金属铬、金属锰和金属镍，并对称取的材料进行除油、除气、除锈以及干燥处理；2）熔炼：先将部分316L加入输出功率为100～110 kW的中频感应炉的坩埚中，待其形成熔池后再依次加入剩余316L、工业纯铁、钼铁、金属铬、金属锰及金属镍，熔炼至材料完全熔化；3）精炼：为更好脱氧，待熔液温度达到1600-1610℃时，分批加入脱氧剂进行精炼，精炼后再加入造渣剂，待熔渣上浮后进行扒渣处理；4）浇注：将冶炼完成的熔液浇入700℃的熔模模壳中，待其冷却成型后进行震动清砂处理；5）热处理：对成型的不锈钢先后进行淬火处理和回火处理，即得成品。
[0015]进一步地，步骤3）中所述脱氧剂分1-3批加入，其总添加量为熔液总质量的0.2%；所述造渣剂的添加量为熔液总质量的0.3%。
[0016]进一步地，步骤5）所述淬火处理是以10 ℃ / min的速率升温至1100 ℃，保温时间2 h，然后水冷至室温。所述回火处理是以10 ℃ / min的速率升温至600~700 ℃，保温时间2 h，然后空冷至室温。
[0017]本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术新型三相不锈钢是在马氏体不锈钢的基础上通过提高Cr含量并合理设计Cr、Ni的含量比，及进行适当的热处理工艺，使其具备合理的三相比例，从而在保持高力学性能的同时改善耐蚀性能。
[0018]（2）本专利技术不锈钢在热处理后室温组织中形成以马氏体为主，同时存在一定量铁素体和逆变奥氏体的三相组织，高位错密度的细小回火马氏体基体保证了高强度；一定量的铁素体有利于提高冲击韧性；而作为软质相的奥氏体弥散分布于马氏体板条间，对材料具有明显的韧化作用；此外，奥氏体相还优先于析出相附近贫Cr区形核、长大，可促进Cr元素扩散到贫Cr区，降低点蚀敏感性，进一步提高耐蚀性能。
[0019]（3）相比于传统马氏体不锈钢，经过马氏体、铁素体及逆变奥氏体三种相的协同作用，使本专利技术所得新型不锈钢具有更加优良的耐蚀性能，同时仍保持优异的力学性能，更能满足石油化工、核电工程及大型水轮机等工况恶劣对材料力学性能和耐蚀性能要求较高的行业。
附图说明
[0020]图1为实施例1所得不锈钢的金相组织。
[0021]图2为实施例2所得不锈钢的金相组织。
[0022]图3为实施例3所得不锈钢的金相组织。
[0023]图4为实施例及对比例所得不锈钢的XRD图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0025]1）配料：按表1所示合金成分比例称取所需的316L、工业纯铁、钼铁、金属铬、金属锰和金属镍，并对称取的材料进行除油、除气、除锈以及干燥处理；2）熔炼：先将部分316L加入输出功率为100～110 kW的中频感应炉的坩埚中，待其形成熔池后再依次加入剩余316L、工业纯铁、钼铁、金属铬、金属锰及金属镍，熔炼至材料完全熔化；3）精炼：为更好脱氧，待熔液温度达到1600℃时，分2批加入脱氧剂进行精炼，精炼后再加入造渣剂，待熔渣上浮后进行扒渣处理；其中，脱氧剂的总添加量为熔液总质量的0.2%；造渣剂的添加量为熔液总质量的0.3%；4）浇注：将冶炼完成的熔液浇入700℃的熔模模壳中，待其冷却成型后进行震动清砂处理；5）热处理：按表2所示热处理参数对成型的不锈钢进行淬火处理+回火处理，即得成品。
[0026]表1 实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含马氏体、铁素体和奥氏体的三相不锈钢，其特征在于：按质量百分数之和为100%计，所述三相不锈钢中含有的各成分及其质量百分数为：C≤0.03%，Si≤0.4%，Mn≤0.8%，P≤0.03%，S≤0.02%，Cr：16~18%，Ni：5~7%，Mo：0.5~1.5%，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述的含马氏体、铁素体和奥氏体的三相不锈钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）配料：按成分比例称取所需的316L、工业纯铁、钼铁、金属铬、金属锰和金属镍，并对称取的材料进行除油、除气、除锈以及干燥处理；2）熔炼：先将部分316L熔炼形成熔池后，再依次加入剩余316L、工业纯铁、钼铁、金属铬、金属锰及金属镍，熔炼至材料完全熔化；3）精炼：待熔液温度达到1600-1610℃时，分批加入脱氧剂进行精炼，精炼后再加入造渣剂，待熔渣上浮后进行扒渣处理；4）...

【专利技术属性】
技术研发人员：向红亮，陈增辉，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：