一种高强耐蚀海洋工程不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及不锈钢技术领域，具体涉及一种高强耐蚀海洋工程不锈钢及其制备方法，所述高强耐蚀海洋工程不锈钢，质量百分比计包括以下元素成分：Mn 14.0～19.0％、Si≤0.45％、Cr 16.0～21.0％、Ni 3.0～4.0％、Mo 2.5～3.5％、N 0.5～1.0％、V 0.1～0.3％、Y 0.1～0.2％、La 0.1～0.4％、C≤0.04％、S≤0.01％、P≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明专利技术通过对不锈钢合金成分以及制备过程进行优化，在降低不锈钢成本的前提下提高材料的耐海水腐蚀性能以及相关力学性能。及相关力学性能。及相关力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强耐蚀海洋工程不锈钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及不锈钢
，具体涉及一种高强耐蚀海洋工程不锈钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新形势下科技的进步，海洋开发力度正在不断加大，对海洋环境下新材料的开发提出了新的要求。随着经济的快速发展和整体技术水平的不断提高，对海洋资源的开发利用以及对世界海运安全的维护等任务也越来越重要。为了完成这些任务，就需要提高海洋设施、海洋装备、舰船等的水平。这些装备和设施需要在海洋环境下长期稳定的工作。然而现有的传统不锈钢存在着成本高、耐腐蚀能力不够等问题，海洋环境对这些装备与设施的腐蚀问题成为了制约其正常工作与运行的关键。
[0003]目前，海洋工程用耐腐蚀金属材料主要有两大类：一是传统的不锈钢材料(例如316L、304不锈钢)等，这类材料成本相对较低，但耐海洋环境腐蚀性能一般，结构寿命较低；二是钛合金、哈氏合金、B10等耐腐蚀贵重金属材料，此类材料虽然耐腐蚀性能较好，但部分依赖进口，价格昂贵，使用成本过高，影响了其应用。在此背景下，针对海洋环境工况条件，开发一种适合于海洋工程环境的低成本、高性能、绿色环保型的高强耐蚀型不锈钢是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提供一种高强耐蚀海洋工程不锈钢及其制备方法。通过对不锈钢合金成分以及制备过程进行优化，在降低不锈钢成本的前提下提高材料的耐海水腐蚀性能以及相关力学性能。
[0005]一种高强耐蚀海洋工程不锈钢，质量百分比计包括以下元素成分：Mn14.0～19.0％、Si≤0.45％、Cr 16.0～21.0％、Ni 3.0～4.0％、Mo 2.5～3.5％、N 0.5～1.0％、V 0.1～0.3％、Y 0.1～0.2％、La 0.1～0.4％、C≤0.04％、S≤0.01％、P≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0006]进一步地，所述高强耐蚀海洋工程不锈钢为奥氏体不锈钢。
[0007]进一步地，质量百分比计包括以下元素成分：Mn 18.2％、Si≤0.45％、Cr 19.5％、Ni 3.0％、Mo 3.5％、N 0.87％、V 0.3％、Y 0.15％、La 0.35％、C≤0.04％、S≤0.01％、P≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
[0008]本专利技术高强耐蚀海洋工程不锈钢中：
[0009]Mn：锰是奥氏体形成元素，具有稳定奥氏体组织的作用，同时氮元素在钢中的溶解度很低，而锰的加入则能够提高氮在钢中的溶解度，锰元素还可以和钢液中的硫杂质形成硫化锰，消除钢中残余硫的有害作用，但是过多的非金属夹杂物硫化锰的产生会在一定程度上影响钢的强度和抗腐蚀性能，钢基体与Mn S交界处钝化膜薄弱，腐蚀优先从界面处发生，最终造成零部件的失效。同时在海洋环境下使用的材料，还会由Mn S非金属夹杂物和海
洋微生物产生腐蚀；因此本专利技术限定锰在高强耐蚀海洋工程不锈钢中的含量为14.0
‑
19.0％。
[0010]Si：在不锈钢中添加硅元素可以有效脱除钢中的氧杂质，提高材料的抗氧化性能，但是硅是铁素体形成元素，添加量过多会影响材料奥氏体结构的形成，因此，本专利技术限定硅含量≤0.45％。
[0011]Cr：奥氏体不锈钢中的主要元素，主要起提高不锈钢耐腐蚀性能的作用；
[0012]Ni：能够促进奥氏体形成，稳定奥氏体组织，但是价格昂贵，本专利技术通过添加适量氮元素，起到替代镍元素的作用，在保证奥氏体组织稳定的前提下，降低镍的添加量，节约成本。
[0013]Mo：可以提高不锈钢的耐腐蚀能力，与不添加钼的不锈钢相比，含钼不锈钢的耐腐蚀性能更佳，但是钼是铁素体形成元素，添加量过多会影响不锈钢中奥氏体组织的形成，因此本专利技术限定钼含量为2.5
‑
3.5％。
[0014]N：能够稳定奥氏体组织，部分代替奥氏体不锈钢镍的使用，可以延缓碳化物析出，提高耐晶间腐蚀性，但是氮在不锈钢中溶解度不高，添加量过多将导致氮元素析出，而本专利技术中通过控制锰元素的添加量使不锈钢中氮的添加量可提高至0.5
‑
1.0％。
[0015]V：钒的添加可以细化钢的组织和晶粒，使不锈钢强度高，韧性大，耐磨性好，更适于工业应用，同时钒元素是强的氮化物形成元素，与氮的结合力强形成的氮化钒在奥氏体不锈钢中的溶解度极高，因此钒的加入能够进一步提升氮元素在钢中的溶解度。
[0016]Y：和La相互配合起到强化晶界、细化晶粒的作用，和锰元素和镍元素相互配合可有效提高钢中氮的含量；此外Y元素的半径较大，溶入奥氏体不锈钢中能够产生较大的晶格畸变，使得界面能降低，阻碍晶粒长大，这也改善了奥氏体不锈钢的显微硬度，从而得到高性能、绿色环保型的高强耐蚀海洋工程不锈钢。
[0017]La：和Y相互配合起到强化晶界、细化晶粒的作用，和锰元素和镍元素相互配合可有效提高钢中氮的含量；此外La元素的半径较大，溶入奥氏体不锈钢中能够产生较大的晶格畸变，使得界面能降低，阻碍晶粒长大，这也改善了奥氏体不锈钢的显微硬度，从而得到高性能、绿色环保型的高强耐蚀海洋工程不锈钢。
[0018]C：非原料添加，由制备过程或者原料引入，在奥氏体不锈钢中可稳定并扩大奥氏体区，但是碳含量过高会影响钢的塑性，并降低不锈钢的耐腐蚀性，加之本专利技术中已经添加了锰、氮、稀土、镍等形成并稳定奥氏体组织的元素，碳的加入对本专利技术奥氏体组织的形成影响程度不大，因此，为保证不锈钢耐腐蚀性能本专利技术限定碳≤0.04％。
[0019]S、P：非原料添加，作为杂质元素，由制备过程或者原料引入，硫会引起钢的“热脆”，磷会引起钢的“冷脆”；因此要限定二者的含量不能过高。
[0020]本专利技术通过加入稀土元素，使得高强耐蚀海洋工程不锈钢的凝固速度的增加，使高强耐蚀海洋工程不锈钢定向凝固组织的一次枝晶间距和二次枝晶间距逐渐变小。同时，加入的稀土元素使得过冷度变大，高强耐蚀海洋工程不锈钢的一次枝晶间距和二次枝晶间距也明显减小，得到细小的枝晶状组织。稀土元素的加入改变了高强耐蚀海洋工程不锈钢夹杂物的形貌和类型。在浇铸前加入一定量的稀土元素进行变质处理，使C和N的金属间化合物均匀化，分布在晶粒内部。由于稀土元素在奥氏体不锈钢中形成微小的质点，在凝固过程中形核功减小，形核率得到提高，促使非自发形核，使得钢的晶粒细化，晶粒越细小，晶界
面积就越大，组织更加细密、均匀，因此提高了奥氏体不锈钢的显微硬度值。
[0021]本专利技术通过加入稀土元素和适量的锰和镍元素，有效提高钢中的氮含量，同时在冶炼环境采用独特的合金元素添加手段，以达到提高钢的耐海水腐蚀性和控制钢磁性的目的。
[0022]本专利技术的技术方案之二，上述高强耐蚀海洋工程不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
[0023](1)铁原料经熔炼至30～80％转化为铁水(即熔化率30～80％)后加入钼原料、钒原料，继续熔炼至全部原料熔融，得到熔融液a；
[0024](2)镍原料加入至熔融本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强耐蚀海洋工程不锈钢，其特征在于，质量百分比计包括以下元素成分：Mn 14.0～19.0％、Si≤0.45％、Cr 16.0～21.0％、Ni 3.0～4.0％、Mo 2.5～3.5％、N 0.5～1.0％、V 0.1～0.3％、Y 0.1～0.2％、La 0.1～0.4％、C≤0.04％、S≤0.01％、P≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高强耐蚀海洋工程不锈钢，其特征在于，所述高强耐蚀海洋工程不锈钢为奥氏体不锈钢。3.根据权利要求1所述的高强耐蚀海洋工程不锈钢，其特征在于，质量百分比计包括以下元素成分：Mn 18.2％、Si≤0.45％、Cr 19.5％、Ni 3.0％、Mo 3.5％、N 0.87％、V 0.3％、Y 0.15％、La 0.35％、C≤0.04％、S≤0.01％、P≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。4.一种根据权利要求1
‑
3任一项所述的高强耐蚀海洋工程不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)铁原料经熔炼至30～80％转化为铁水后加入钼原料、钒原料，继续熔炼至全部原料熔融，得到熔融液a；(2)镍原料加入至熔融液a中熔炼得熔融液b；(3)氮化铬铁加入至熔融液b中熔炼得到熔融液c；(4)锰原料、硅原料依次加入熔融液c中熔炼得到熔融液d；(5)熔融液d转移至底部含有钇原料和镧原料的钢包中变质处理后空冷浇铸得到所述高强耐蚀海洋工程不锈钢。5.根据权利要求4所述的高强耐蚀海洋工程不...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪运，
申请(专利权)人：赵洪运，
类型：发明
国别省市：