[發(fā)明專利]一種稀土型0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏體沉淀硬化不銹鋼及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410717711.0
• 申請(qǐng)日: 2014-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN104328353B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向花紅;王俊;周樂軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 什邡新工金屬材料有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/48
• 分類號(hào): C22C38/48;C22C33/04;C21D8/00
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所51221
• 代理人: 熊曉果,劉雪蓮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉻不銹鋼，特別涉及一種0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏體沉淀硬化不銹鋼及其制備方法，屬于合金鋼領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來我國技術(shù)裝備不斷提高，對(duì)于不銹特種鋼材的應(yīng)用和需求越來越大，但是一些特殊工業(yè)領(lǐng)域因?yàn)閷?duì)鋼材的綜合性能要求極高，典型的單相不銹鋼難以滿足其需求。典型的0Cr18Ni9型奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性能和壓力加工性能，但不具有馬氏體鉻不銹鋼的高強(qiáng)度。

典型的0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼是一種高強(qiáng)度沉淀硬化型馬氏體不銹鋼，經(jīng)特殊處理后耐蝕性優(yōu)良，且保持超高的強(qiáng)度和良好的塑性加工能力，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽輪機(jī)葉片、食品工業(yè)和海上平臺(tái)等領(lǐng)域。但是，由于為了穩(wěn)定材料金相組織，改善材料加工性能和耐蝕性所添加的Cu元素經(jīng)過時(shí)效處理后，析出ε-Cu離子相，彌散分布在材料的晶粒內(nèi)部和晶界處，時(shí)效相變應(yīng)力成為裂紋應(yīng)力源加劇了材料的脆斷敏感性。為此，一種具有優(yōu)良耐腐蝕性能及加工性能的0Cr17Ni4Cu4Nb馬氏體沉淀硬化不銹鋼的開發(fā)越來越被人們所關(guān)注。

近年來，隨著稀土元素逐漸被用于高品質(zhì)合金鋼領(lǐng)域，稀土元素對(duì)提高鋼材冶金質(zhì)量和產(chǎn)品力學(xué)性能的作用明顯，但在稀土加入方式上，若加入方式不當(dāng)，容易造成稀土元素因鋼液二次氧化燒損，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性難以控制，難以達(dá)到稀土元素提高力學(xué)性能、使非金屬夾雜物變性和改善產(chǎn)品內(nèi)部金相組織的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼脆斷敏感性較高的技術(shù)難點(diǎn)，提供一種稀土型0Cr17Ni4Cu4Nb特種鋼材。同時(shí)，本發(fā)明還針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)加入稀土，容易造成二次氧化燒損的問題，提供一種加入稀土制備本發(fā)明稀土型0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼的制備工藝。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種0Cr17Ni4Cu4Nb合金鋼材，它的化學(xué)成份(wt％)為：C≤0.07，Si≤1.00，Mn≤1.00， P≤0.035，S≤0.03，Ni 3.00-5.00，Cr 15.5-17.5，Cu 3.00-5.00，Nb 0.15-0.45，Re 0.05～0.25，余量為Fe。

本發(fā)明的稀土型0Cr17Ni4Cu4Nb合金鋼材中含有微量稀土元素，不僅能夠凈化合金鋼母液，而且能細(xì)化鋼的凝固組織，改變非金屬夾雜物的性質(zhì)、形態(tài)以及分布，從而提高鋼的各項(xiàng)性能。

傳統(tǒng)工藝認(rèn)為對(duì)于不銹鋼而言，碳(C)是一種有害元素，因?yàn)樵诓讳P和耐蝕用途中的一些條件下，例如焊接熱影響區(qū)或650-850℃加熱，C與鋼中的Cr形成高Cr的碳化物Cr₂₃C₆，該種碳化物常出現(xiàn)在晶界處，使得碳化物周圍組織出現(xiàn)貧Cr現(xiàn)象，直接導(dǎo)致鋼的耐腐蝕性能，特別是耐晶間腐蝕性能急劇下降。因此在成份設(shè)計(jì)時(shí)，始終把降低C含量作為衡量其耐蝕性能好壞的中的重要指標(biāo)，但C含量控制過低，會(huì)影響單一奧氏體組織穩(wěn)定性及增加冶煉工藝成本。

本發(fā)明的稀土型合金鋼中稀土元素能增加碳的溶解度，抑制Cr₂₃C₆型為主的富Cr相的析出，細(xì)化富Cr相，使得富Cr相的腐蝕過程和電化學(xué)過程特性顯著得到改善。同時(shí)，稀土是表面活性元素，富集于晶界的稀土Re元素可細(xì)化晶粒、改變晶界狀態(tài)、使晶界位錯(cuò)可動(dòng)性增加的作用，使得位錯(cuò)從一個(gè)晶?；频搅硪粋€(gè)晶粒變得更加容易，降低了晶內(nèi)的位錯(cuò)密度，改善了鋼的塑形和韌性。同時(shí)，稀土Re元素在本合金鋼中有凈化作用和微合金化作用，它不僅能夠脫硫、除氣，而且通過Re元素的硫氧化物改變了鋼中氧化物和硫化物形態(tài)、大小及分布，對(duì)鋼的性能產(chǎn)生了非常有利的影響。成份設(shè)計(jì)時(shí)，本發(fā)明稀土元素目標(biāo)值按Re 0.15％進(jìn)行控制，通過爐外精煉末期加入，并且在電渣重熔時(shí)通過稀土渣系進(jìn)行成份調(diào)節(jié)和控制。

進(jìn)一步，本發(fā)明的技術(shù)方案還分別以鉻當(dāng)量(Cr_eq)和鎳當(dāng)量(Ni_eq)為基礎(chǔ)對(duì)0Cr17Ni4Cu4Nb鋼中C、Cr、Ni、Cu元素進(jìn)行微調(diào)，優(yōu)化成份設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制Cr_eq、Ni_eq，使得Cr_eq≤16.5％，Ni_eq≥7.5％，進(jìn)而控制鋼中δ鐵素體含量。通過在精煉過程和二次精煉過程中添加稀土元素提高鋼水純凈度、細(xì)化凝固組織、改變夾雜物性質(zhì)、形態(tài)和分布，從而提高鋼種的各項(xiàng)性能。

在鋼種成份設(shè)計(jì)時(shí)，按下列公式作為依據(jù)，對(duì)Cr、Ni當(dāng)量及馬氏體轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行計(jì)算：