[發明專利]極低脆性轉變溫度的中鉻無鉬鐵素體不銹鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 201611062773.8
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106399833B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 高飛;于福曉;張向軍;李成剛;曹光明;劉振宇
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/42;C22C38/48;C22C38/50;C21D8/02;C21D1/26
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，特別涉及一種極低脆性轉變溫度的中鉻無鉬鐵素體不銹鋼及其制備方法。

背景技術

鐵素體不銹鋼是指具有體心立方晶體結構，在高溫和室溫均具有完全鐵素體或以鐵素體為主體結構，其Cr含量大于10.5%的一系列鐵基合金，為了賦予此類合金一些特定性能，還常加入適量的Mo、Ni、Al、Cu、Nb、Ti或Nb+Ti 等元素。按鋼中的Cr 含量可分為低鉻、中鉻和高鉻鐵素體不銹鋼三類。按鋼中的合金元素構成可分為Fe-Cr系鐵素體不銹鋼和Fe-Cr-Mo系鐵素體不銹鋼兩類。

鐵素體不銹鋼除具有良好的不銹性和耐全面腐蝕性能外，其耐氯化物應力腐蝕、耐點蝕和耐縫隙腐蝕等性能優良。與鉻鎳奧氏體不銹鋼相比，鐵素體不銹鋼不含鎳或僅含少量鎳，因而是一類無鎳和節鎳不銹鋼。鐵素體不銹鋼強度高，冷加工硬化傾向低，導熱系數為奧氏體不銹鋼的130～150%，線膨脹系數僅為奧氏體不銹鋼的60～70%，且具有磁性。正是由于鐵素體不銹鋼具有這些獨特的優勢，在家用電器、廚房用具、交通運輸、建筑裝飾、海水淡化、石油精煉、制堿工業、核能及艦船等民用和工業領域有著廣闊的應用前景。

但是自1912年鐵素體不銹鋼問世以來，與鉻鎳奧氏體不銹鋼相比，產量比較低且用途受到諸多限制，這與鐵素體不銹鋼，特別是含鉻量大于16%時存在脆性轉變溫度尚需改善這一不足和缺點密切相關。這一不足和缺點突出表現在，一方面，與鉻鎳奧氏體不銹鋼相比，鐵素體不銹鋼的脆性轉變溫度高。這與鐵素體不銹鋼的晶體結構及較高Cr含量存在一定聯系。與面心立方金屬相比，體心立方鐵素體不銹鋼中滑移面原子排列密度小，滑移面面間距小，面與面之間結合力強；滑移方向數目少，滑移方向上原子密度小，在這些方向上原子間距大，位錯的柏氏矢量大；Cr原子抑制某些滑移系的開動。這均導致滑移阻力增加，變形協調性降低，利于尖銳裂紋的萌生和擴展，最終造成脆性破壞并降低脆性轉變溫度。并且，這種惡化效果在低溫狀態下表現尤為明顯。另一方面，鐵素體不銹鋼的脆性轉變溫度對鋼板厚度非常敏感，即存在厚度效應。也就是說，鋼板越厚，脆性轉變溫度越高。例如，對于普通中鉻鐵素體不銹鋼439在厚度達到5～6mm時，其相應的脆性轉變溫度就達到室溫及以上；而在厚度達到8mm時，脆性轉變溫度要遠高于室溫，如圖1所示。這一厚度效應與材料在沖擊過程中不同厚度尺寸樣品缺口尖端所處的應力狀態相關。在沖擊過程中，當厚度較薄時，缺口尖端處，在垂直于板厚方向基本可以自由變形，應力狀態大體為兩向拉伸的平面應力狀態；當厚度增加時，缺口尖端處，在垂直于板厚方向的變形受到約束，應力狀態為三向應力狀態；另外，受到約束的塑性變形將促使脆性轉變的發生。因此，當鋼板厚度增加，脆性轉變溫度增加。這種特殊表現正嚴重制約著鐵素體不銹鋼的應用，尤其是在極寒環境下，且進一步限制了鐵素體不銹鋼作為結構材料時的應用厚度，直接應用厚度應限制在不超過6mm。