一种无磁高强高韧不锈钢、其制造方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种无磁高强高韧不锈钢、其制造方法及应用。该不锈钢的化学成分重量百分比为：Ｃ≤０．０４；Ｓｉ：０．３５－０．６５；Ｍｎ：１７．００－２２．００；Ｃｒ：１３．００－１７．００；Ｍｏ：０．３０－０．５０；Ｎｉ：０．１５－０．４５；Ｎ：０．３０－０．８０；Ｐ≤０．０３；Ｓ≤０．００５；其余为Ｆｅ和不可避免杂质。本发明专利技术钢采用低碳高铬含量设计，提高了不锈钢的耐锈蚀和抗腐蚀性能；同时降低了镍含量，用锰和氮代替，降低了生产成本。本发明专利技术钢采用ＥＡＦ＋ＡＯＤ＋ＬＦ法冶炼，锻造过程分两个温度阶段，采用不同的变形量处理，该方法应用简便、具有良好的效果。本发明专利技术还提供了该不锈钢在石油钻具上的应用。

Non-magnetic high strength and toughness stainless steel, manufacturing method and application thereof

The invention provides a non-magnetic high strength and high toughness stainless steel, a manufacturing method and an application thereof. The chemical composition of the stainless steel as the weight percentage: C = 0.04; Si:0.350.65; Mn:17.0022.00; Cr:13.0017.00; Mo:0.300.50; Ni:0.150.45; N:0.300.80; P = 0.03; S = 0.005; the remaining Fe and inevitable impurities. The steel of the invention adopts the design of low carbon and high chromium content, thereby improving the corrosion resistance and corrosion resistance of the stainless steel; simultaneously reducing the content of the nickel; replacing the manganese and nitrogen; and reducing the production cost. The invention adopts EAFAODLF steel smelting, forging process is divided into two stages with different deformation temperature, the processing, the method is simple and has a good effect. The invention also provides the application of the stainless steel in the oil drilling tool.

【技术实现步骤摘要】
一种无磁高强高韧不锈钢、其制造方法及应用駄领域本专利技术涉及一种不锈钢，具体涉及一种无磁高强高韧性不锈钢及该不锈钢的制造方法。 背景駄近来，钻具用钢一般要求无磁性钢，以避免钻具工作时产生的磁性对仪器、仪表造成 影响，而用于钻具的合金结构钢均是有磁材料。因此，国内外的石油钻具、钻铤以及许多 零部件(如加重杆、稳定器，钻杆、工具连接件等等)逐渐开始采用具有一定抗锈蚀、耐 腐蚀能力、低磁导率的高强度、高韧性以及良好塑性配合的奥氏体不锈钢。以往国内外石油钻具用钢存在较为严重的质量问题，如强度较低，韧塑性较低。普通石油钻具的夏氏冲击功一般在30-80J之内，延伸率在13-28%，面缩在35-60%。代表钢种 有用于普通石油钻具领域的4145H、 4140H、 4130等。其化学成分见表l，机械性能见表2。 以上钢种的含&量仅在1%左右，而碳含量较高，这影响了钢的抗锈蚀和耐腐蚀性能。表1化学成分(wt%)<table>table see original document page 3</column></row><table>表2 力学性能<table>table see original document page 3</column></row><table>在这些高强度奥氏体不锈钢中，Cr-Mn-Ni系奥氏体不锈钢部分钢种具有高强度、无磁 性，代表钢种有1Crl8Mn8Ni5N (202)、 0Crl8Mn8M5N (204)、 2Crl7Mnl5Ni2N 、 2Crl5Mnl5Ni2N和0Cr20Mn8Ni6Mo2N (216)等，但是这类钢的Ni含量一般超过5%。近来， Ni价格快速增长以及价格的剧烈波动使得很多石油设备公司均不采用此类钢，各主要石油 设备研究机构和原材料公司纷纷将研究重点投向更加节约Ni的高Mn、高Cr以及高N的 无磁高强度、高韧性奥氏体不,辩冈，如2Crl7Mnl5Ni2N、 2Crl5Mnl5Ni2N等。虽然这磐冈 种在一定程度上减少了 Ni的用量，但是还有进一步节约用Ni的条件，而且这类材料碳含 量较高， 一般在0.2%左右，舰材料的抗腐蚀能力不利。Cr-Mn-N无磁高强度不锈钢奧氏体型不锈钢具有较高的强度，硬度和韧、塑性，同时 具有良好的耐磨性能、耐锈蚀性能、 一定的抗晶间腐蚀性能。此类钢是在Cr-Mn(Cr-Mn-Ni) 钢基础上不断改良和创新而发展起来的一类新钢种。锰和氮是奥氏体形成元素，该类钢是 用高锰、铬和氮代替大量镍材料，或者用高锰、高氮完全取代镍。但是大气下冶炼往往难 以达到高的氮含量，高的锰含量也对冶炼过程钢液的温度控制、磷的控制造成很大困难。专利文献JP 62109952A和JP 62109951A公开的钢的化学成分中碳含量设计为 0.10-0.50，仍然偏高；JP 62109952A中公开的镍含量设计为0.01-3.00， JP 62109951A中公 开的镍含量设计为0.01-6.00， 二专利文献中镍的含量均较高，不利于节省成本。在钢的制造方法方面，虽然高氮奥氏体不锈钢的优良性能毋庸置疑，但它的制备却是 一个长期的改进过程。因为在大气压下、1600。C左右时，氮在纯铁液中的溶解度仅为0.045%。 近些年来国外一些专家已经开发出的制备方法有热等静压熔炼法，加压感应炉法，高压下 等离子熔炼法，加压电渣重熔法等等。用以上方法成功试制出一些高氮奥氏体不锈钢，如 象欧洲使用氮压可达4.2Mpa的20t加压电渣炉设备冶炼方法已经达到实用化。我国也特别 重视这种节镍型高氮钢，1956年开始已先后仿制出1Crl7Mn6Ni5N、 1Crl8Mnl4Mo2N等 高锰、高氮钢。近几年，东北大学、中科院等单位在高氮节镍不锈钢冶炼、组织性能和加 工工艺方面开展了一定的研究工作。但是，由于需要加压处理，这种制造方法对设备的要 求很高，生产成本也较高。因此，本专利技术的目的在于提供一种无磁性、高强度、高韧性以及具有良好耐锈蚀、抗 腐蚀能力的低镍含量不锈钢。本专利技术的目的还在于提供一种操作简便、成本较低的制造该 不锈钢的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供一种无磁高强高韧不锈钢，其特征在于，其化学成分的重量百分比为-C^0.04; Si: 0.35-0.65; Mn: 17.00-22.00; Cr: 13.00-17.00; Mo: 0.30-0.50; Ni: 0.15-0.45; N: 0.30-0.80; P￡0.03; S^0.005。余量为Fe和不可避免的杂质。碳、氮、锰、镍、钼属于奥氏体形成元素，而铬是铁素体形成元素。如果在钢中同时 存在多种元素，则钢的最终组织将以这些元素的共同作用来决定。以上不锈钢的化学成分设计原理如下碳、铬劍氐的碳含量对材料抗晶间腐蚀性能有利。200系列以及相关专利文献所涉及到的Cr-Mn-N系奥氏体不锈钢与本专利技术钢相比，碳含量均较高。当不锈钢被敏化处理，会 造成因局部贫Cr而导致晶间腐蚀严重。较低的碳含量不仅提高了不锈钢的耐锈蚀能力，而 且可以有效改善钢材的晶间腐蚀现象；铬具有特别高的钝化倾向，在不锈钢中能显著改善 钢的抗腐蚀能力。本专利技术设计小于0.04%的<:含量以及13.0 17.0%的0含量，确保了钢 耐锈蚀性能和耐腐蚀性能。钼少量Mo的加入除了能够起到强化效果，弥补C含量低带来的材料强度下降，而 且Mo也是奥氏体形成元素，可以稳定奥氏体组织，保持材料的低的磁导率。氮、锰、镍在高铬的情况下，为了保证得到磁导率低的奥氏体钢，需要添加足够量 的奥氏体形成元素。镍是形成奥氏体的主要元素，既可以使高强钢具有良好的韧性，又可 以改善钢的工艺性能和抗腐蚀性能。但考虑到镍资源紧缺，价格昂贵，所以降低了镍含量， 使镍含量保持在0.15-0.45%。钢中保留一定的含量的Ni，可以起到合金强化效果，且对钢 的塑性、韧性改善起到一定积极作用；同时，尽量提高Mn、 N的含量以弥补Ni量降低的 不足。Mn、 N以及Ni都是奥氏体稳定元素，锰和氮是最佳的代替镍的元素，为了获得稳 定的奥氏体钢，添加氮尤其有效。N的主要作用是可大量或者全部取代资源短缺的Ni、又 可以起到固溶强化、提高钢的耐腐蚀性能的作用；同时提高Mn含量也可以增加N在钢中 的溶解度。本专利技术钢中氮的含量设计为0.3-0.8%，锰的含量设计为17-22%。硫、磷S、 P等残余元素X寸钢综合性能有不良影响，故应控制其含量尽量低。除此之 外，S、 P等杂质元素往往在晶界存在，在晶内较少。这种差异是晶间腐蚀发生的另一重要 因素，本专利技术钢的S含量控制在0.005%以下，P在0.030%以下，有利于减小材料的晶间腐 蚀倾向。本专利技术还提供了一种J^不锈钢的制造方法，该方法按以下步骤进行(l)EAF电炉冶炼选用低磷原料，吹氧助熔；出钢温度控制在1590-165(TC;(2) AOD冶炼兑粗钢水；氧化期吹氮气，同时吹氧脱碳，还原期钢液升温到1650-1780。C;(3) LF成分温度调整进入LF炉，进行成分微调，浇注温度控制在1450-155(TC;(4) 加热快锻保温温度在540-560°C，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无磁高强高韧不锈钢，其特征在于，其化学成分的重量百分比为：Ｃ≤０．０４；Ｓｉ：０．３５－０．６５；Ｍｎ：１７．００－２２．００；Ｃｒ：１３．００－１７．００；Ｍｏ：０．３０－０．５０；Ｎｉ：０．１５－０．４５；Ｎ：０．３０－０．８０；Ｐ≤０．０３；Ｓ≤０．００５；余量为Ｆｅ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1、一种无磁高强高韧不锈钢，其特征在于，其化学成分的重量百分比为C≤0.04；Si0.35-0.65；Mn17.00-22.00；Cr13.00-17.00；Mo0.30-0.50；Ni0.15-0.45；N0.30-0.80；P≤0.03；S≤0.005；余量为Fe和不可避免的杂质。2、 一种如权利要求1所述不锈钢的制造方法，包括冶炼和鹏，其特征在于，所述方法按以下步骤进行(1) EAF电炉冶炼选用低磷原料，吹氧助熔；出钢温度控制在1590-165(TC;(2) AOD冶炼兑粗钢水；氧化期吹氮气，同时吹氧脱碳，还原期钢液升温到 1650-178(TC;(3) LF成分温度调整进入LF炉，进行成分微调，浇注温度控制在1450-1550。C;(4) 加热快锻保温温度在540-560°C，加热温度在1220-1240。C;精锻的保温7鹏 在540-560°C ，加热^S在1090-1110°C;(5) 锻造精锻的开锻温度为92...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖洪军，姚长贵，赵钧良，王敏，罗辉，孟宪玲，张杉，顾雄，
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]