一种阶梯组织奥氏体不锈钢、无缝管及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及不锈钢及其制造领域，尤其涉及一种阶梯组织奥氏体不锈钢、无缝管及其制备方法，所述奥氏体不锈钢包含：C≤0.020%，19.0%≤Cr≤20.0%，9.5%≤Ni≤11.0%，0.10%≤N≤0.14%，其余成分为满足ASME SA213M

【技术实现步骤摘要】
一种阶梯组织奥氏体不锈钢、无缝管及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及不锈钢及其制造领域，尤其涉及一种阶梯组织奥氏体不锈钢、无缝管及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铅铋共晶（LBE）由于沸点高，熔点低，化学反应性低以及中子适度性差等，被作为第四代快速反应堆的候选冷却剂和加速器驱动系统中的散裂靶材。LBE应用的一个主要缺点是它与结构材料的相容性问题，即液态金属脆化和液态金属腐蚀。在低于450℃的含静态氧的LBE中奥氏体钢比铁素体或马氏体钢具有更好的抗氧化性。但是，普通的奥氏体不锈钢耐腐蚀性能差，强度较低。因此，急需具有强度高、耐蚀性良好的奥氏体材料。
[0003]TP304N奥氏体不锈钢由于C元素含量低以及添加了N元素，可以提高不锈钢的强度和耐蚀性。然而，含氮不锈钢在凝固时，固溶度会减小，导致在冶炼过程中铬的碳化物和氮化物会沿晶界析出，造成晶界贫铬，因而使得腐蚀性变差。在实际生产中，通过固溶处理（即将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，从而得到过饱和固溶体的热处理工艺）可以使碳、氮化物固溶到基体中，使组织为阶梯组织，可减少铬化物的析出，从而保证材料耐蚀性。但是，目前尚未有精确控制奥氏体无缝管内部形成阶梯组织的专利报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服现有技术中的奥氏体不锈钢难以精确控制内部阶梯组织的形成的缺陷，提供了一种阶梯组织奥氏体不锈钢、无缝管及其制备方法和应用，实现了TP304N奥氏体无缝管具有阶梯组织的要求，从而可以高效率地制备出满足LBE使用要求的各种规格的结构材料。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种阶梯组织奥氏体不锈钢，按照重量百分比计，所述奥氏体不锈钢包含：C≤0.020%，19.0%≤Cr≤20.0%，9.5%≤Ni≤11.0%，0.10%≤N≤0.14%，其余成分为满足ASME SA213M
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TP304N标准要求的原料，所述奥氏体不锈钢内部含有阶梯状晶粒组织。
[0006]本专利技术中的奥氏体不锈钢通过控制碳以及氮的含量，能够为奥氏体不锈钢形成具有良好耐蚀性能的阶梯状晶粒组织提供便利。其中本专利技术将奥氏体不锈钢中的碳含量降低到小于0.020%，这种调整能够有效的提升本专利技术奥氏体不锈钢的耐腐蚀效果。但是，固溶碳含量的降低使得奥氏体不锈钢的强度也随之大大降低，因此本专利技术还在奥氏体不锈钢中加入了一定量的氮元素以克服低碳含量所带来的奥氏体不锈钢的缺陷。
[0007]在奥氏体不锈钢中氮原子以及碳原子均以间隙原子的形式固溶强化奥氏体，但氮元素能够加强钢的金属键而碳元素则加强原子间的共价键，由于氮原子占据间隙位置时电子云密度比碳高，因此氮比碳更能稳定奥氏体，氮元素可以导致滑移平面和变形孪晶的增加，从而阻止位错运动和孪晶扩展，极大地增加奥氏体不锈钢的形变硬化率和强度，从而提
升了低碳奥氏体不锈钢的力学性能。此外，氮元素还能够非常强烈地形成稳定奥氏体并且能够扩大奥氏体相区，因而能够进一步有效提高奥氏体的耐腐蚀性能，特别是对于耐局部腐蚀，例如晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。
[0008]本专利技术中将氮元素的添加量严格控制在0.10%≤N≤0.14%范围内，其原因在于氮元素的低含量添加无法对本专利技术中的奥氏体不锈钢起到良好的耐腐蚀效果以及力学补偿效果，通过日常试验经验得知，在添加量大于等于0.10%之后即可得到既有良好耐腐蚀效果又有良好力学效果的目的。但是，氮含量也不能无限制的提升，其原因在于，在日常的实验中研究人员发现，在0.10%≤N≤0.14%这个范围内，氮元素能够全部以固溶的形式存在晶界内，而当氮元素大于0.14%之后，一部分的铬的氮化物会沿晶界脆性析出，导致无法形成具有阶梯组织的晶粒。
[0009]因此，本专利技术通过同时大幅降低碳含量以及掺杂氮元素，能够精准控制奥氏体不锈钢中阶梯组织的形成，从而使得本专利技术中的奥氏体不锈钢的耐腐蚀效果大大提升，使其能够对LBE具有更高的耐腐蚀效果。同时还能够有效提升奥氏体不锈钢的力学强度。
[0010]作为优选，按照重量百分比计，所述奥氏体不锈钢包含C≤0.020，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.03，S≤0.01，19.0≤Cr≤20.0，9.5≤Ni≤11.0，0.10≤N≤0.14，余量为Fe以及不可避免杂质。
[0011]一种阶梯组织奥氏体无缝管的制备方法，包括以下步骤：（S.1）采用电弧炉对上述奥氏体不锈钢进行炉外精炼以及电渣重熔，然后热锻成型制得圆钢；（S.2）将步骤（S.1）中的圆钢进行热挤压处理，得到冷轧用的荒管；（S.3）将荒管冷轧成要求规格的管材，在每道次冷轧后对管材进行中间热处理和酸洗；（S.4）在1040~1060℃的温度范围内对所有规格的管材进行最终热处理。
[0012]本专利技术中的奥氏体无缝管除了原料配比对阶梯组织的形成具有的影响之外，在制备过程中的热处理也对阶梯组织的形成具有较大的影响。本专利技术严格控制了最终热处理的温度，将其温度限定在1040~1060℃的范围内，在此温度范围内，阶梯组织能够稳定的形成，当温度高于此范围后，晶粒中的析出相便会形成析出，导致热处理过程中沿晶界析出铬的碳化物和氮化物，造成晶界贫铬，腐蚀性变差的问题。
[0013]作为优选，所述步骤（S.1）中在热锻成型过程中锻压比不小于4.0。
[0014]本专利技术中在热锻成型过程中将锻压比限定在不小于4.0的范围内，其能够使得内部的元素分布更加均匀，尤其对于氮元素的分布，使得氮化物能够更容易形成弥散的细小强化相，从而提升了不锈钢材料的耐腐蚀性能以及力学性能。当锻压小于4.0之后，其中各元素的分布则会出现分散不均匀的现象，导致其耐腐蚀性能以及力学性能均会出现不同程度的下降。
[0015]作为优选，所述步骤（S.2）中热挤压处理时挤压温度在1130~1250℃，挤压比为12~18，热挤压处理后还需对所得到的荒管进行精整处理。
[0016]本专利技术中的在热挤压过程中的挤压温度为1130~1250℃，高于圆钢的再结晶温度，因此在此温度下，圆钢的变形抗力大幅降低更加容易塑形。同时，在经过挤压比为12~18的挤压处理后，晶粒破碎严重，晶粒细化充分。当温度下降时，此时则会在其内部再结晶，重新
形成的晶粒结构可以通过位错滑移细晶化、孪晶细化以及动态再结晶等过程将原本内部尺寸较大的晶粒进行细化，从而形成小尺寸的晶粒，有效提升了奥氏体不锈钢的力学以及防腐蚀效果。当挤压比小于12以后，管材内部的晶粒的尺寸均匀性则会大幅下降，同时平均晶粒尺寸也会增加，导致材料力学性能的下降。而当挤压比大于18以后虽然晶粒尺寸会下降，但是较大的应力作用还会在不锈钢内部出现细微的裂纹组织，也会影响其整理效果，同时在挤压比大于18的条件下，还会有一部分的析出相的生成，不利于最后形成稳定均一的阶梯组织。
[0017]作为优选，所述步骤（S.2）在进行热挤压处理时，首先将管坯预加热至800~850℃，预热1~2小时，然后再加热至挤压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阶梯组织奥氏体不锈钢，其特征在于，按照重量百分比计，所述奥氏体不锈钢包含：C≤0.020%，19.0%≤Cr≤20.0%，9.5%≤Ni≤11.0%，0.10%≤N≤0.14%，其余成分为满足ASME SA213M
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TP304N标准要求的原料，所述奥氏体不锈钢内部含有阶梯状晶粒组织。2.根据权利要求1所述的一种阶梯组织奥氏体不锈钢，其特征在于，按照重量百分比计，所述奥氏体不锈钢包含C≤0.020，Si≤1.00，Mn≤2.00，P≤0.03，S≤0.01，19.0≤Cr≤20.0，9.5≤Ni≤11.0，0.10≤N≤0.14，余量为Fe以及不可避免杂质。3.一种阶梯组织奥氏体无缝管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（S.1）采用电弧炉对权利要求1或2中的奥氏体不锈钢进行炉外精炼以及电渣重熔，然后热锻成型制得圆钢；（S.2）将步骤（S.1）中的圆钢进行热挤压处理，得到冷轧用的荒管；（S.3）将荒管冷轧成要求规格的管材，在每道次冷轧后对管材进行中间热处理和酸洗；（S.4）在1040~1060℃的温度范围内对所有规格的管材进行最终热处理。4.根据权利要求3所述的一种阶梯组织奥...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦兴文，丁文炎，王坤，梁希，杜雷，
申请(专利权)人：浙江久立特材科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：