一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢，其特征在于，其中的化学成分的重量百分比为：C≤0.01％，Si≤0.1％，Cr17

【技术实现步骤摘要】
一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钢铁冶金
，更具体的说是涉及一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]具有优良的机械性能的低合金钢及碳钢是常用的结构材料，但在海洋环境中会生锈，需要频繁的进行防腐蚀处理，而耐腐蚀性能好的不锈钢一般为高合金钢并含有大量的战略性元素镍，价格高昂，高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢是绿色环保、资源节约型产品。
[0003]加压冶金是一种制备高氮钢的有效方法，且国外已有国家采用加压冶金的方法商业化生产这种高氮钢。由于加压设备复杂，生产成本高，并存在一定的安全隐患，受生产设备的制约，国内还无法实现工业化生产。但在常压下，氮在钢液凝固过程中容易导致氮偏析、氮气逸出及形成气孔等问题，严重制约了高氮钢品种开发和应用。
[0004]国内高校及科研院所关注的多为高氮钢的冶炼工艺，但高氮钢的冶炼、热轧及轧后热处理整个工艺流程的一体化性能调控研究相对薄弱。我国海工钢按强度一般分为235
‑
305MPa的一般强度钢、315
‑
400MPa的高强度钢、410
‑
685MPa的超高强度钢等，并规定高强度钢的屈强比低于0.85为低屈强比，低屈强比钢材的均匀延伸率较高，当钢材受到外界的猛烈冲击时，会发生较大程度的塑性变形，从而吸收和储存能量，使其不至于因局部超载变形而发生忽然断裂，极大地提高了钢材使用的安全性。但在现有技术中，钢材的屈强比会随着强度的升高而不断上升。/>[0005]因此，如何在钢材制备过程中降低所需压力，同时在增大钢材强度时，降低屈强比是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种无需加压设备的高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢及其制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢，其中的化学成分的重量百分比为：C≤0.01％，Si≤0.1％，Cr 17
‑
19％，Mn 14
‑
16％，Mo 1
‑
1.5％，Ti≤0.05％，N 0.45
‑
0.6％，P≤0.01％，S≤0.01％，O≤0.02％，其余为铁及微量杂质。
[0009]优选的，其中的化学成分的重量百分比为：C 0.005
‑
0.01％，Si 0.05
‑
0.1％，Cr 17
‑
19％，Mn 14
‑
16％，Mo 1
‑
1.5％，Ti 0.005
‑
0.05％，N 0.45
‑
0.6％，P 0.005
‑
0.01％，S 0.005
‑
0.01％，O 0.01
‑
0.02％，其余为铁。
[0010]有益效果：本专利技术以氮代镍，降低成本，氮在钢中可以有效提高材料强度和耐腐蚀性能，而不降低材料塑性，同时氮与钼在耐腐蚀方面有协同作用；钛可以增加材料中氮的溶解度，与氮形成细小的氮化钛析出相，使材料晶粒细小，组织更均匀。
[0011]一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)原料称量：计算并称量原料工业纯铁、低碳铬铁、电解锰、钼铁、氮化铬、氮化锰、铝和钛的重量，备用；
[0013](2)铸锭制备及重熔冶炼：将上述原料熔融、浇铸并冷却制成铸锭，再将所述铸锭在氮气保护下进行电渣重熔冶炼，得到电渣锭；
[0014](3)固溶及锻造处理：将所述电渣锭在1000℃～1050℃下固溶处理20h～24h后水冷，然后进行锻造处理，且锻造过程中开锻温度不低于1050℃，终锻温度不低于900℃，锻造结束后空气冷却至常温，得到方坯；
[0015](4)热轧及轧后处理：将所述方坯放到加热炉中，在1050℃下保温2h后，在0.5h内升温至1100℃，并在1000
‑
1050℃下开始热轧，终轧温度为890
‑
930℃，轧后空冷或水冷至常温，得到所述海工用高氮钢。
[0016]有益效果：按照本专利技术生产的海工用高氮钢拉伸强度达到500MPa以上，属于海工钢中的超高强度钢，屈强比小于0.85并且热处理后屈强比达到了0.56，耐腐蚀性能优于价格更高的316L钢。
[0017]优选的，步骤(1)中所述计算包括利用公式
①
确定配料的氮含量，所述公式
①
为：
[0018][％N]1＝[％N]‑
(0.2
‑
0.4)；
[0019]其中，
[0020]所述[％N]1表示铸锭的目标氮质量百分数；
[0021]所述[％N]表示高氮钢计算氮质量百分数。
[0022]有益效果：本专利技术提供的高氮钢在由液相凝固为固相过程中会经过一个溶氮量特别低的铁素体相区，在钢液凝固时会有氮逸出，加入过量的氮化合金，并配合快速冷却浇铸，可以使钢液快速通过铁素体相区，使氮在钢中处于过饱和状态，增加铸锭中的氮含量。
[0023]优选的，步骤(2)中所述铸锭包括以下步骤：
[0024]将工业纯铁、低碳铬铁、1/2
‑
2/3重量的电解锰和钼铁放入真空度为17Pa的感应炉坩埚内全部熔化后，充入氮气置换空气，并利用氮气将钢液搅拌均匀，然后向炉内分批2
‑
3次加入剩余电解锰，加热保温至全部熔化，再依次分批3
‑
6次加入氮化铬、氮化锰和铝，然后进行脱氧，最后加入钛，继续加热保温直至全部熔化，取样并进行快速浇铸、冷却，得到铸锭。
[0025]有益效果：钢液中的氧为表面活性元素，能抑制钢液中氮的溶解，氧含量过高，钢中氧化物夹杂增多，会降低材料性能。本专利技术感应炉抽真空至17Pa以及炉内充氮气置换空气，均为减少反应炉内氧气，为钢液脱氧做准备。冶炼后期分批加入的电解锰，起到轻脱氧的目的。冶炼后期加入铝，对钢液进一步脱氧。钢液中加入的钛，一部分进入到钢液中与氮结合，另一部分与氧结合，对钢液进行了深脱氧。采用此脱氧条件可以将氧对材料的负面影响降到最低。
[0026]优选的，所述感应炉坩埚内熔化温度为1550
‑
1560℃。
[0027]优选的，所述充入氮气后感应炉坩埚内压力为80000Pa。
[0028]优选的，步骤(2)中所述浇铸温度为1530
‑
1560℃。
[0029]有益效果：钢的常规浇铸温度为1580
‑
1630℃，而原料均熔化完后，铁水中含有铬、锰、氮等元素，可以降低钢液的凝固点，虽然工业纯铁的熔点为1535℃，钢液的凝固点要低
于该温度值，因此，本专利技术调整浇筑温度为1530
‑
1560℃。本专利技术中降低常规操作中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢，其特征在于，其中的化学成分的重量百分比为：C≤0.01％，Si≤0.1％，Cr 17
‑
19％，Mn 14
‑
16％，Mo1
‑
1.5％，Ti≤0.05％，N 0.45
‑
0.6％，P≤0.01％，S≤0.01％，O≤0.02％，其余为铁。2.根据权利要求1所述的一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢，其特征在于，其中的化学成分的重量百分比为：C 0.005
‑
0.01％，Si 0.05
‑
0.1％，Cr 17
‑
19％，Mn 14
‑
16％，Mo 1
‑
1.5％，Ti 0.005
‑
0.05％，N 0.45
‑
0.6％，P0.005
‑
0.01％，S 0.005
‑
0.01％，O 0.01
‑
0.02％，其余为铁。3.根据权利要求1所述的一种高强度低屈强比高耐蚀海工用高氮钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)原料称量：计算并称量原料工业纯铁、低碳铬铁、电解锰、钼铁、氮化铬、氮化锰、铝和钛的重量，备用；(2)铸锭制备及重熔冶炼：将上述原料熔融、浇铸并冷却制成铸锭，再将所述铸锭在氮气保护下进行电渣重熔冶炼，得到电渣锭；(3)固溶及锻造处理：将所述电渣锭在1000℃～1050℃下固溶处理20h～24h后水冷，然后进行锻造处理，且锻造过程中开锻温度不低于1050℃，终锻温度不低于900℃，锻造结束后空气冷却至常温，得到方坯；(4)热轧及轧后处理：将所述方坯放到加热炉中，在1050℃下保温2h后，在0.5h内升温至1100℃，并在1000
‑
1100℃下开始热轧，终轧温度为890
‑
930℃，轧后空冷或水冷至常温，得到所述海工用高氮钢。4.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉猛，王书桓，赵定国，张存帅，薛月凯，李皓，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：