一种高氮低钼超级奥氏体不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高氮低钼超级奥氏体不锈钢及其制备方法，属于不锈钢材料技术领域。本发明专利技术根据钢种成分特征、制备难度和服役性能要求等，匹配了成套冶炼、铸造、均质化、热加工和热处理工艺；能够解决精确增氮的同时保证较高的纯净度，铸造过程(凝固过程)显著减轻了元素偏析与析出，均质化过程实现了组织和成分均匀化、避免了晶粒过度长大，热加工过程具有良好热塑性、避免了热加工裂纹，热处理后具有适宜晶粒度以及良好匹配的耐腐蚀性能和力学性能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种高氮低钼超级奥氏体不锈钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及不锈钢材料
，尤其涉及一种高氮低钼超级奥氏体不锈钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]超级奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性能和综合力学性能，在节能环保、石油化工和海洋工程等领域具有广阔应用前景。近年来，随着高端装备服役环境的日益苛刻，对更高性能的超级奥氏体不锈钢的需求更加迫切。超级奥氏体不锈钢的特点之一是合金元素含量(Cr、Mo、N等)很高，相应的原料成本也很高。然而，高含量的合金元素赋予超级奥氏体不锈钢优异性能的同时，也带来了诸多制备难题。传统冶炼过程，添加氮化合金增氮会引入大量杂质，导致钢中夹杂物数量较多、尺寸较大，不仅降低了钢的耐蚀性，还增加了热加工开裂风险。凝固过程元素偏析和析出严重、均质化过程晶粒易长大、高温氧化严重、热加工过程析出敏感性强，均显著降低了钢的成材率。热处理阶段，由于该类钢的析出敏感性较强，既保证析出相充分回溶、又保证晶粒度适宜、耐蚀性和力学性能良好匹配的难度很大。
[0003]综上，亟需开发成本和制备难度较低、性能更为优异的新型超级奥氏体不锈钢以及与之配套的冶炼、铸造、热加工和热处理等成套制备方法，从而满足高端装备制造业对更高性能超级奥氏体不锈钢的迫切需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高氮低钼超级奥氏体不锈钢及其制备方法，该超级奥氏体不锈钢具有相对较低的原料成本、较好的组织稳定性、优异的耐腐蚀性能和突出的综合力学性能。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种高氮低钼超级奥氏体不锈钢，按照质量百分比计，化学成分为：C：≤0.02％、Si：0.5～0.9％、Mn：5.0～8.0％、P：≤0.03％、S：≤0.002％、Cr：23.5～27.5％、Ni：15.5～17.5％、Mo：5.0～6.0％、Cu：0.6～0.9％、N：0.75～1.2％、Co：≤1.5％、Nb：0.04～0.08％、RE：0.008～0.05％、B：0.001～0.006％、Al≤0.02％、O≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质，其中，RE为Ce、La和Y中的一种或多种；
[0007]所述高氮低钼超级奥氏体不锈钢的制备方法包括以下步骤：
[0008]将所述化学成分对应的制备原料进行加压冶炼，得到不锈钢熔体；
[0009]将所述不锈钢熔体依次进行加压浇铸和水冷模铸，得到不锈钢铸锭；
[0010]将所述不锈钢铸锭进行分类分级均质化，得到均质化铸锭；
[0011]将所述均质化铸锭进行热加工，将所得工件进行热处理，得到所述高氮低钼超级奥氏体不锈钢。
[0012]优选的，按照质量百分比计，化学成分为：C：≤0.012％、Si：0.7～0.9％、Mn：6.5～7.5％、P：≤0.02％、S：≤0.001％、Cr：24.5～26.5％、Ni：15.5～16.5％、Mo：5.0～6.0％、
Cu：0.6～0.9％、N：0.8～1.1％、Co：0.7～1.3％、Nb：0.04～0.06％、RE：0.025～0.05％、B：0.001～0.002％、Al≤0.01％、O≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质，其中，RE为Ce、La和Y中一种或多种。
[0013]本专利技术提供了上述技术方案所述高氮低钼超级奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将所述化学成分对应的制备原料进行加压冶炼，得到不锈钢熔体；
[0015]将所述不锈钢熔体依次进行加压浇铸和水冷模铸，得到不锈钢铸锭；
[0016]将所述不锈钢铸锭进行分类分级均质化，得到均质化铸锭；
[0017]将所述均质化铸锭进行热加工，将所得工件进行热处理，得到所述高氮低钼超级奥氏体不锈钢。
[0018]优选的，所述加压冶炼的方式为加压气相渗氮，所述加压冶炼的温度为1510～1560℃，冶炼压力为0.32～1.75MPa，冶炼时间为10～16min。
[0019]优选的，所述加压浇铸的浇铸过热度为40～60℃，浇铸压力为0.6～2.0MPa；所述水冷模铸时，当T3≥900℃时，控制锭模中冷却水流量为1000～1200L/min，当T3<900℃时，控制锭模中冷却水流量≤800L/min；
[0020]T3由安装在锭模侧壁距离内壁d1和d2处的热电偶测量得到，且d1<d2；T3的计算公式为：
[0021][0022]其中，T
a
为d1处测得的温度，℃；T
b
为d2处测得的温度，℃。
[0023]优选的，所述分类分级均质化包括以下步骤：
[0024]在所述不锈钢铸锭表面涂刷抗高温氧化涂料后，将所得钢锭升温至一次预热温度500～600℃，保温0.5h以上，以300～350℃/h的速率升温至二次预热温度1180～1220℃；保温0.5h以上，以150～200℃/h的速率升温至均质化温度，根据钢种成分进行分类均质化处理；
[0025]在所述分类均质化处理的步骤中，通过常数k将超级奥氏体不锈钢分为3类，k值计算公式为：
[0026][0027]其中，W代表对应化学元素的质量百分含量；
[0028]根据0.76≤k<0.92、0.92≤k<1.08和1.08≤k≤1.26将超级奥氏体不锈钢分为3类，记作I类钢、II类钢和III类钢；
[0029]当所述超级奥氏体不锈钢为I类钢时，所述分类均质化处理的步骤包括：
[0030]在一级均质化温度1280～1290℃，保温2.4～3.1min/mm后，将所得铸锭随炉降温至二级均质化温度1210～1220℃，保温时间为3.1～3.9min/mm；
[0031]当所述超级奥氏体不锈钢为II类钢时，所述分类均质化处理包括：
[0032]在一级均质化温度1240～1250℃，保温0.6～0.9min/mm后，将所得铸锭随炉降温至二级均质化温度1200～1210℃，保温时间为3.9～5.1min/mm；
[0033]当所述超级奥氏体不锈钢为III类钢时，所述分类均质化处理的条件包括：均质化温度为1200～1220℃，保温时间为4.5～6.0min/mm。
[0034]优选的，所述热加工的步骤中，将所述均质化铸锭随炉升温至预热温度500～600℃，热透后以400～450℃/h的速率升温至驻炉温度1210～1250℃保温后，进行热加工；
[0035]根据钢种成分选取热加工温度区间：
[0036]I类钢：热加工温度区间为950～1180℃；
[0037]II类钢：热加工温度区间为970～1190℃；
[0038]III类钢：热加工温度区间为1000～1200℃。
[0039]优选的，所述热加工的方式为锻造或热轧；所述锻造的开锻锻造比为1.2～1.5，总锻造比为3～12；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高氮低钼超级奥氏体不锈钢，其特征在于，按照质量百分比计，化学成分为：C：≤0.02％、Si：0.5～0.9％、Mn：5.0～8.0％、P：≤0.03％、S：≤0.002％、Cr：23.5～27.5％、Ni：15.5～17.5％、Mo：5.0～6.0％、Cu：0.6～0.9％、N：0.75～1.2％、Co：≤1.5％、Nb：0.04～0.08％、RE：0.008～0.05％、B：0.001～0.006％、Al≤0.02％、O≤0.003％，余量为Fe及不可避免的杂质，其中，RE为Ce、La和Y中的一种或多种；所述高氮低钼超级奥氏体不锈钢的制备方法包括以下步骤：将所述化学成分对应的制备原料进行加压冶炼，得到不锈钢熔体；将所述不锈钢熔体依次进行加压浇铸和水冷模铸，得到不锈钢铸锭；将所述不锈钢铸锭进行分类分级均质化，得到均质化铸锭；将所述均质化铸锭进行热加工，将所得工件进行热处理，得到所述高氮低钼超级奥氏体不锈钢。2.根据权利要求1所述的高氮低钼超级奥氏体不锈钢，其特征在于，按照质量百分比计，化学成分为：C：≤0.012％、Si：0.7～0.9％、Mn：6.5～7.5％、P：≤0.02％、S：≤0.001％、Cr：24.5～26.5％、Ni：15.5～16.5％、Mo：5.0～6.0％、Cu：0.6～0.9％、N：0.8～1.1％、Co：0.7～1.3％、Nb：0.04～0.06％、RE：0.025～0.05％、B：0.001～0.002％、Al≤0.01％、O≤0.002％，余量为Fe及不可避免的杂质，其中，RE为Ce、La和Y中一种或多种。3.权利要求1或2所述高氮低钼超级奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述化学成分对应的制备原料进行加压冶炼，得到不锈钢熔体；将所述不锈钢熔体依次进行加压浇铸和水冷模铸，得到不锈钢铸锭；将所述不锈钢铸锭进行分类分级均质化，得到均质化铸锭；将所述均质化铸锭进行热加工，将所得工件进行热处理，得到所述高氮低钼超级奥氏体不锈钢。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述加压冶炼的方式为加压气相渗氮，所述加压冶炼的温度为1510～1560℃，冶炼压力为0.32～1.75MPa，冶炼时间为10～16min。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述加压浇铸的浇铸过热度为40～60℃，浇铸压力为0.6～2.0MPa；所述水冷模铸时，当T3≥900℃时，控制锭模中冷却水流量为1000～1200L/min，当T3<900℃时，控制锭模中冷却水流量≤800L/min；T3由安装在锭模侧壁距离内壁d1和d2处的热电偶测量得到，且d1<d2；T3的计算公式为：其中，T
a
为d1处测得的温度，℃；T
b
为d2处测得的温度，℃。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述分类分级均质化包括以下步骤：在所述不锈钢铸锭表面涂刷抗高温氧化涂料后，将所得钢锭升温至一次预热温度500～600℃，保温0.5h以...

【专利技术属性】
技术研发人员：张树才，李花兵，钱书文，姜周华，禹江涛，冯浩，朱红春，杨新宇，
申请(专利权)人：辽宁省沈抚改革创新示范区东大工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：