一种超高纯316L不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超高纯316L不锈钢及其制备方法，超高纯316L不锈钢包括以下质量百分数的原材料：C≤0.01％，Si≤0.3％，Mn≤0.50％，Ni14~15％，Cr16.5~18％，Mo2.5~3％，Nb≤0.01％，Fe余量；固体元素杂质组分P≤0.02％，S≤0.005％，Cu≤0.05％，Al≤0.005％，Ca≤0.005％，Ti≤0.01％，Se≤0.005％；气体元素杂质组分O≤8ppm，N≤50ppm，H≤1.6ppm；粗系夹杂物含量为零，细系夹杂物A+B+C+D+DS之和小于0.5；杂质金相中α相为0，δ相小于0.2%。根据需求选取钢锭模并清洗固定，选取原材料混合后经VIM熔炼成钢液，将钢液浇筑至钢锭模中；将浇筑后的钢锭模进行VAR处理，获得能用于气体输送的高纯316L钢铸锭。的高纯316L钢铸锭。的高纯316L钢铸锭。

【技术实现步骤摘要】
一种超高纯316L不锈钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种新材料
，特别是关于一种超高纯316L不锈钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]随半导体器件复杂性的持续增加和线宽的持续减小，电气行业对气体输送系统中组件的洁净性提出了更高的要求。适当设计的高纯度气体过滤器装配件对气流中的均匀成分是透明的，即除去颗粒污染而不影响进气纯度。为了实现这一目标，用于容纳过滤器装置的装配件通常采用光滑、清洁和电抛光的316L不锈钢制成。
[0003]“光滑和清洁”是一个相对的术语，需要更明确的定义。只有在性能限制对于过滤器装配件是明确和可测量的时，才会制定规范要求。例如，湿度贡献和表面粗糙度是比较明确的。然而，这些标准是基于最佳可用仪器的灵敏度所限制的测量结果。为了满足这些标准，通常指定“最佳”原材料来制造组件。只有当材料最终符合预期的规范要求，并且过滤器装配件制造商了解哪些材料特性起作用时，选择最佳材料的逻辑才能成立。目前用于制造半导体气体过滤器装配件的所有原材料中，316L不锈钢具有优良的力学性能，化学稳定性，特别适用于应用在这些高纯度装配件中。
[0004]尽管316L不锈钢是一种已被大量研究并广泛应用的合金。其良好的耐腐蚀性是经过仔细配方主要合金元素（Fe、Ni、Cr、Mn和Mo）以及关键痕量成分（C、Nb和Si）控制的结果。但是在高纯气体过滤器装配件上应用，对其的洁净度有了更高的要求。应用于气体过滤器上的钢材需要通过进一步加工，即轧制、拉伸、加工或焊接，制成复杂的形状，且长期受到气体冲刷腐蚀，任何夹杂与缺陷都极易导致材料在这种复杂环境下的提前失效。因此，针对电子行业气体输送及纯化领域，需要制备一种超高纯316L不锈钢。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种超高纯316L不锈钢及其制备方法，该超高纯316L不锈钢可用在电子行业等领域，具有优良的力学性能及耐蚀性，可以保障纯化器的气路长期可靠服役。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种超高纯316L不锈钢，该不锈钢包括以下质量百分数的原材料：C≤0.01％，Si≤0.3％，Mn≤0.50％，Ni14~15％，Cr16.5~18％，Mo2.5~3％，Nb≤0.01％，Fe余量；该不锈钢中的固体元素杂质组分P≤0.02％，S≤0.005％，Cu≤0.05％，Al≤0.005％，Ca≤0.005％，Ti≤0.01％，Se≤0.005％；气体元素杂质组分O≤8ppm，N≤50ppm，H≤1.6ppm；该不锈钢中粗系夹杂物含量为零，细系夹杂物A+B+C+D+DS之和小于0.5；杂质金相中α相为0，δ相小于0.2%。
[0007]进一步，屈服强度≥515MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥20%，硬度210~300HB，断面收缩率≥40%。
[0008]一种用于制备上述超高纯316L不锈钢的方法，其采用VIM+ VAR的双真空二次精炼
工艺，包括：根据需求选取钢锭模，将钢锭模清洗后固定，并选取原材料：C≤0.01％，Si≤0.3％，Mn≤0.50％，Ni14~15％，Cr16.5~18％，Mo2.5~3％，Nb≤0.01％，Fe粉末余量；将原材料混合后经VIM熔炼成钢液，将钢液浇筑至钢锭模中；将浇筑后的钢锭模进行VAR处理，以获得能用于气体输送的高纯316L钢铸锭。
[0009]进一步，钢锭模清洗，包括：将钢锭模依次经酒精和水进行冲洗，并用氮气吹扫钢锭模的内壁，完成钢锭模的清洗。
[0010]进一步，将原材料混合后经VIM熔炼成钢液，包括：将混合后的原材料加入感应炉内，依次经机械泵和扩散泵抽真空至感应炉内压力小于0.3 hPa后，开启感应炉，并以20~100 kW功率低温烘烤进一步排气，直至感应炉内压力低于0.1 hPa；采用200~900kW功率进行熔化，熔化温度为1000~1400℃，经1~6h后物料全部熔清，此时继续搅拌10~60min同时启动高真空分子泵；静置钢液，持续监测钢液温度与感应炉内气压逐步降低功率，以100~500kW继续精炼30~120min；精炼结束后进行取样检测，判定是否需要向钢液中补加原材料，以使钢液中各成分满足要求。
[0011]进一步，判定是否需要向钢液中补加原材料，包括：若某种原材料成分没有达到预先设定的要求，则向钢液中补加对应成分；补加时需保证新物料加入重熔功率为100~600kW，温度高于1200℃，重熔至补加成分熔清后再持续搅拌10~60min，直至钢液中各成分满足要求。
[0012]进一步，将钢液浇筑至钢锭模中，包括：将钢液温度控制在1000~1400℃，保持气压低于0.1 hPa，将钢液浇筑至钢锭模中。
[0013]进一步，将浇筑后的钢锭模进行VAR处理，包括：对VAR炉膛进行检漏，依次通过机械泵和分子泵抽真空至气压低于0.1 hPa后，对炉膛进行检漏；漏率满足要求后送电开始熔炼，起弧时间为2~8min，之后钢料进入稳定的熔炼期，此时向炉内持续通入氩气吹扫维持炉内气压为0.1~0.8kPa，加强钢液的冷却与杂质排出，之后进入补缩期；熔炼结束后关闭进出气路，在氩气保护下冷却1~6h出炉，获得高纯316L钢铸锭。
[0014]进一步，对炉膛进行检漏，包括：在装料前，采用真空计与计时器对炉膛进行测漏，漏率小于8 mbar
·
L/s时满足要求。
[0015]进一步，VAR处理采用电压电流双控制，包括：起弧电流为1~6kA，电压为10~30V；稳定熔炼期电流为4~8kA，电压为20~45V；补缩期电流从稳定熔炼期的值逐步降低至0.2~1kA，电压为5~25V。
[0016]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本专利技术的超高纯316L不锈钢，具有极高的纯度：其固体元素杂质组分P≤0.02％，S≤0.005％，Cu≤0.05％，Al≤0.005％，Ca≤0.005％，Ti≤0.01％，Se≤0.005％。气体元素杂质组分O≤8ppm，N≤50ppm，H≤1.6ppm。超高纯316L不锈钢中不含粗系夹杂物，细系夹杂
物A+B+C+D+DS之和小于0.5。杂质金相中α相为0，δ相小于0.2%；因而其具有良好的力学性能，其屈服强度≥515MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥20%，硬度210~300HB，断面收缩率≥40%，具有良好的力学性能。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例中制备超高纯316L不锈钢的方法流程图；图2是本专利技术最佳实施例中的SEM图。
具体实施方式
[0018]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高纯316L不锈钢，其特征在于，该不锈钢包括以下质量百分数的原材料：C≤0.01％，Si≤0.3％，Mn≤0.50％，Ni14~15％，Cr16.5~18％，Mo2.5~3％，Nb≤0.01％，Fe余量；该不锈钢中的固体元素杂质组分P≤0.02％，S≤0.005％，Cu≤0.05％，Al≤0.005％，Ca≤0.005％，Ti≤0.01％，Se≤0.005％；气体元素杂质组分O≤8ppm，N≤50ppm，H≤1.6ppm；该不锈钢中粗系夹杂物含量为零，细系夹杂物A+B+C+D+DS之和小于0.5；杂质金相中α相为0，δ相小于0.2%。2.如权利要求1所述超高纯316L不锈钢，其特征在于，屈服强度≥515MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥20%，硬度210~300HB，断面收缩率≥40%。3.一种用于制备如权利要求1所述超高纯316L不锈钢的方法，其特征在于，采用VIM+ VAR的双真空二次精炼工艺，包括：根据需求选取钢锭模，将钢锭模清洗后固定，并选取原材料：C≤0.01％，Si≤0.3％，Mn≤0.50％，Ni14~15％，Cr16.5~18％，Mo2.5~3％，Nb≤0.01％，Fe粉末余量；将原材料混合后经VIM熔炼成钢液，将钢液浇筑至钢锭模中；将浇筑后的钢锭模进行VAR处理，以获得能用于气体输送的高纯316L钢铸锭。4.如权利要求3所述制备超高纯316L不锈钢的方法，其特征在于，钢锭模清洗，包括：将钢锭模依次经酒精和水进行冲洗，并用氮气吹扫钢锭模的内壁，完成钢锭模的清洗。5.如权利要求3所述制备超高纯316L不锈钢的方法，其特征在于，将原材料混合后经VIM熔炼成钢液，包括：将混合后的原材料加入感应炉内，依次经机械泵和扩散泵抽真空至感应炉内压力小于0.3 hPa后，开启感应炉，并以20~100 kW功率低温烘烤进一步排气，直至感应炉内压力低于0.1 hPa；采用200~900kW功率进行熔化，熔化温度为1000~1400℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿德占，
申请(专利权)人：中科艾尔北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：