一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢及其制造方法。所述马氏体沉淀硬化不锈钢的化学成分包含：Ｃ≤０．０５ｗｔ％、Ｃｒ：１３．５０～１５．５０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５～４．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０～５．０ｗｔ％、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５～０．４０ｗｔ％、Ｎ：０．０１０～０．０４０ｗｔ％、Ｖ：０．０５０～０．１５ｗｔ％、Ｓｉ≤０．８０ｗｔ％、Ｍｎ≤１．００ｗｔ％、Ｐ≤０．０２５ｗｔ％、Ｓ≤０．０１０ｗｔ％，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质。结合电炉＋ＡＯＤ精炼＋真空自耗工艺冶炼，使得本发明专利技术的不锈钢具有高强度、良好塑性及良好的耐腐蚀性能等特点，满足高压阀门、石油钻探、高效重载机械等高强度部件对材料性能的要求。

Martensitic precipitation hardening stainless steel for structural member and manufacturing method thereof

The invention provides a martensitic precipitation hardening stainless steel for structural parts and a method for manufacturing the same. The chemical composition of Martensite Precipitation Hardening Stainless steel body includes: C, Cr:13.50 = 0.05wt% ~ 15.50wt%, Cu:2.5 ~ 4.0wt%, Ni:3.0 ~ 5.0wt%, Nb + Ta:0.15 ~ 0.40wt%, N:0.010 ~ 0.040wt%, V:0.050 ~ 0.15wt%, Si = 0.80wt%, Mn = 1.00wt%, P = 0.025wt%, S = 0.010wt%, Fe and inevitable impurities allowance the. Combining with the EAF + AOD + refining vacuum consumable smelting process, the invention of stainless steel with high strength, good plasticity and excellent corrosion resistance and other characteristics, to meet the requirements of high strength parts, high pressure valve, oil drilling, heavy machinery etc. on the properties of materials.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及不锈钢材料，具体地说，本专利技术涉及马氏体不锈钢，更具体地说，本 专利技术涉及一种用于工程材料的马氏体沉淀硬化不锈钢。
技术介绍
马氏体不锈钢是可以通过热处理对其性能进行调整的不锈钢。根据钢中合金元素 的差别，可将马氏体不锈钢分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢，马氏体铬镍不 锈钢又可分为普通马氏体铬镍不锈钢、马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢。 马氏体沉淀硬化不锈钢具有高强度、良好韧性及优良的耐腐蚀性等特点，该类钢被广 泛用于高强度锻件、具有良好耐腐蚀性要求的高压系统阀门部件、高效重载机械部件 等领域。我国目前普遍使用的马氏体沉淀硬化不锈钢是0Crl7Ni4Cu4Nb，其化学成分见表 1。这种钢采用的是低C、高Cr且含Cu，其强度、韧性、耐蚀性比一般马氏体不锈钢 好，但工艺性能相对差一些，主要是由于该钢中含有5 10%的S-铁素体(高温下形 成的铁素体)，S-铁素体的存在会影响钢的热塑性，降低钢的强度并恶化钢的横向韧 性，同时也降低钢的耐腐蚀性能。表l我国现有马氏体沉淀硬化不锈钢的化学成分(wt%)<table>table see original document page 3</column></row><table>上述的马氏体沉淀硬化不锈钢0Crl7Ni4Cu4Nb的制造工艺是采用电炉+炉外精炼 (AOD)冶炼，浇注f510mm电极棒，电渣重熔成# 660mm电渣锭，锻造成材或开 坯，再轧制成材，锻造最大规格《# 300mm。此钢在生产过程中容易出现以下问题1) 由于该钢中存在5-铁素体，在热加工时，奥氏体与5-铁素体变形不一致，容易使表面 出现开裂，为防止出现开裂，锻造时必须采用小变形量、多火次锻造(加热一锻造一 回炉再加热，循环一次称为一个火次)；2)该钢对加热温度和保温时间比较敏感。如果加热温度过高或在高温段保温时间过长，很容易使S-铁素体含量增加，不仅影响锻 造性能，同时也影响钢材的横向性能，即降低横向延伸率、断面收縮率、冲击韧性等。经检索，有以下一些国内外专利文献涉及此类钢种，其化学成分见表2。表2 —些专利文献中涉及的马氏体沉淀硬化不锈钢的化学成分(wt%)<table>table see original document page 4</column></row><table>US 20050126662涉及的钢种是一种超低碳马氏体沉淀硬化不锈钢，它是依靠A1、 Ti、Cu、W、Mo等多种元素复合时效强化；中国申请专利公开号为CN1121962和CN1528937 公开的钢种也都属于沉淀硬化型不锈钢，它们是靠Mo、 Al、 Ti等析出强化。这些公开 的钢种中均加入了贵金属Mo，增加了原材料成本，且Ni含量偏高，易扩大钢的奥氏 体相区。为了解决以上问题，本专利技术者进行了化学成分配比及冶炼工艺的研究，设计出了 一种具有高强度、良好塑性的结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢，从而完成了本专利技术。本专利技术的一个目的在于提供一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢。 本专利技术的另一个目的在于提供这种马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法。
技术实现思路
本专利技术的第一个方面提供一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢，该马氏体沉淀硬 化不锈钢的化学成分包含C《0.05wt%、 Cr: 13.50 15.50wt%、 Cu: 2.5~4.0wt%、 Ni: 3.0 5.0wt%、 Nb+Ta: 0.15 0.40wt%、 N: 0.010~0.040wt%、 V: 0.050~0.15wto/o、 Si 《0.80wt%、 Mn《1.00wt%、 P《0.025wt%、 S《0.010wt%，余量为Fe和不可避免的杂 质。下面，对本专利技术的结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢的化学成分作用作详细叙述。 C:碳是奥氏体形成元素。在马氏体不锈钢中，随着碳含量的增加，钢的强度和 硬度随之提高，但也伴随着耐蚀性下降、韧性降低、焊接困难等不利影响，因为过高 含量的碳容易与钢中的Cr形成Cr23C6，降低钢的耐蚀性能。因此，在沉淀硬化不锈钢中，碳含量一般不超过0.10wtM，本专利技术不锈钢中碳含量控制为《0.05wtn/。。N: N与C的作用类似，可以提高钢的强度，但对耐蚀性不产生影响，在某些情 况下还可以提高耐蚀性。 一般马氏体铬镍不锈钢中N的添加量在0.04wtn/。以下，因为 N属于奥氏体形成元素，为了保持马氏体组织，因此要考虑奥氏体形成元素与铁素体 形成元素的配比，如果N含量控制过低则起不到强化作用。本专利技术的N含量一般控制 在0.010~0.040wt%。Ni:镍在马氏体铬镍不锈钢中含量不能过高，因为镍元素有扩大奥氏体相区和降 低Ms (马氏体形成温度)的作用，如果Ni含量过高，容易使钢成为单相奥氏体而丧 失淬火能力。Ni的另一个重要作用是降低钢中的S-铁素体含量，有利于提高钢的韧性， 特别是横向韧性，而且还可以改善钢在还原介质中的耐蚀性能。因此，本专利技术不锈钢 的Ni含量应控制在3.00 5.00wty。之内为宜。Cr: Cr是铁素体形成元素。在马氏体不锈钢中，Cr含量高，钢中铁素体含量增加， 本专利技术钢中的Cr含量低于0Crl7Ni4Cu4Nb钢种，使钢中铁素体含量降低，有利于获得 纵、横向性能差别小的高性能钢。另一方面，为保证马氏体沉淀硬化不锈钢的耐蚀性 能，Cr含量应不低于12wt%。所以本专利技术控制Cr含量在13.50 15.50wte/。之间。Cu : Cu是一种奥氏体形成元素。在一般铬镍不锈钢中，Cu可以改善钢在还原介 质中的耐蚀性，在马氏体沉淀硬化不锈钢中，Cu元素在时效过程中，会形成一种细小、 弥散分布的特殊金属间相，这种金属间相能使钢的强度增加，但韧性并不降低，但Cu 的过多加入，将使钢的热加工性能变得相对困难。所以本专利技术不锈钢的Cu含量最好 为2.5-4.0 wt%。Nb+Ta、 V: Nb、 V都是强碳化物形成元素。在钢中与碳形成MC类型的碳化物， 弥散分布在马氏体基体上，使钢的强度提高，V在钢中还有细化晶粒的作用。由于V、 Nb都是铁素体形成元素，所以在本专利技术中V、 Nb都要控制在一定的范围内，Nb+Ta 含量控制在0.15-0.40 wt%、 V含量控制在0.05-0.15wt%。Si、 Mn、 P、 S: Si、 Mn在普通的马氏体不锈钢中， 一般都控制在《1.00wtn/。，在 此范围内变化，对马氏体不锈钢的组织没有明显影响，但在钢中加入一定量的Si、 Mn 可以起到脱氧作用。另外，Mn和S的亲和力强，能形成MnS，有利于钢中去S。考 虑到Si、 Mn的作用，本专利技术一般控制Si《0.80wt%、 Mn《1.00wt%。 S、 P对于一般 用途的钢来说，属于杂质元素，含量越低越好，S含量过高将降低钢的热塑性及横向 性能。根据本专利技术设计成分的特点，就是要获得纵、横向性能差别小、工艺性能好的 钢，所以S、P含量必须要低控制，普通马氏体不锈钢控制P《0.035wt%、S《0.020wt%，但本专利技术不锈钢控制P《0.025wt%、 S《0.010wt%。本专利技术的第二个方面提供一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢的制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢，其特征在于，所述马氏体沉淀硬化不锈钢的化学成分包含：Ｃ≤０．０５ｗｔ％、Ｃｒ：１３．５０～１５．５０ｗｔ％、Ｃｕ：２．５～４．０ｗｔ％、Ｎｉ：３．０～５．０ｗｔ％、Ｎｂ＋Ｔａ：０．１５～０．４０ｗｔ％、Ｎ：０．０１０～０．０４０ｗｔ％、Ｖ：０．０５０～０．１５ｗｔ％、Ｓｉ≤０．８０ｗｔ％、Ｍｎ≤１．００ｗｔ％、Ｐ≤０．０２５ｗｔ％、Ｓ≤０．０１０ｗｔ％，余量为Ｆｅ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1、一种结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢，其特征在于，所述马氏体沉淀硬化不锈钢的化学成分包含C≤0.05wt％、Cr13.50～15.50wt％、Cu2.5～4.0wt％、Ni3.0～5.0wt％、Nb+Ta0.15～0.40wt％、N0.010～0.040wt％、V0.050～0.15wt％、Si≤0.80wt％、Mn≤1.00wt％、P≤0.025wt％、S≤0.010wt％，余量为Fe和不可避免的杂质。2、 权利要求1所述的结构件用马氏体沉淀硬化不锈钢的制造方法，包括冶炼、退 火、加热、锻造、再退火工序，其特征在于，所述冶炼采用电炉、AOD精炼及真空自 耗工艺。3、 根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在所述AOD精炼过程中，在 预还原渣料和还原渣料中加入Al锭或Ti-Te合金，吹氧后终点C控制在0.02wtn/。，并 在AOD炉出钢前加入Nb-Te合金。4、 根据权利要求2所述的制造方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，姚长贵，罗辉，张杉，陈杰，孟宪玲，廖洪军，周琼艳，黄诺诚，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]