[發明專利]一種高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法

有效

• 申請號: 202110476133.6
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113231648B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 邱國興;李小明;白沖;韋旭立;賀蕓;李林波
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/64;B22F9/04;C22C32/00;C22C33/02;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開一種高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法，該高強度奧氏體不銹鋼包括奧氏體不銹鋼基體和彌散分布于奧氏體不銹鋼基體中的微米氮化物、亞微米氧化物和納米氧化物；其中，微米氮化物為TiN，亞微米氧化物為Al₂O₃，納米氧化物為Y?Al?O。制備時，將混合粉末A進行激光熔化成型；再進行組織性能調控；其中，混合粉末A為微米氮化物和粉末B通過球磨混合得到；粉末B為亞微米氧化物和粉末C通過球磨得到；粉末C為納米氧化物和奧氏體鋼粉通過球磨得到；納米氧化物為納米Y₂O₃和納米Al粉通過球磨固溶得到。本發明利用氧化物冶金技術和彌散強化理論向鋼中引入不同尺寸的多種粒子對奧氏體不銹鋼進行強化，工藝和產品重現性好，潔凈度相同、組織和性能易于控制。

技術領域

本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，具體涉及一種高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法。

背景技術

一回路主管道是核島內七大關鍵設備之一，被稱為核電站的“主動脈”，屬于核一級部件。主管道連接反應堆壓力容器、蒸汽發生器和反應堆冷卻機泵，從而使這幾個設備組成一條閉式的回路。它的主要功能是輸送含有放射性物質的壓力水和保持壓力邊界的完整性，防止放射性物質外泄。主管道在高溫高壓的工況下要運行幾十年，服役環境苛刻，制造技術要求高。

福島事故后，人們對核電的安全更為重視。核電的安全離不開高強度結構材料的開發。目前，國際上蒸汽發生器傳熱管材料是用奧氏體不銹鋼制造，主要有304、304L、304N、316、和316L。國外核電站運行經驗表明，以傳熱管的失效是影響核電站安全運行的主要因素之一。因此，提高傳熱管材料的力學性能及其制造工藝也就成了當前亟需解決的問題。

向鋼中引入尺寸細小的高熔點氧化物可對位錯和亞晶界進行釘扎，阻礙位錯運動，抑制晶粒長大，從而強化材料；由于氧化物的熔點較高，引入的氧化物在接近材料熔點的溫度下也不會重新固溶到基體中，使得材料在高溫下仍有良好的強度。

上世紀七十年代，新日鐵公司技術員利用TiN粒子的釘扎作用改善焊接熱影響區的韌性。TiN屬于耐高溫粒子，能在1400℃保持穩定。在焊接區的冷卻階段，TiN粒子通過釘扎奧氏體晶界，有效阻止HAZ奧氏體晶粒長大，提高其韌性。但該工藝中的TiN在煉鋼過程中生成，尺寸和數量均不可控。除此之外，世界各國科學家也相繼通過機械合金化+燒結的方式向鋼中引入納米級SiO₂、Al₂O₃、MgO、TiO₂、ZrO₂及Y₂O₃等高熔點氧化物來提高合金的力學性能。由于上述工藝的固有缺陷，工藝和產品重現性差，很難制備出潔凈度相同、組織和性能相同的鋼來。不同尺寸和不同種類的粒子對鋼組織和力學性能的影響不同，而這種影響表現在材料的性能上必是協同作用的結果。目前，強化粒子的應用均是針對單一種類和單一尺度的粒子，強化效果一般。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種高強度奧氏體不銹鋼及其制備方法，本發明利用氧化物冶金技術和彌散強化理論向鋼中引入不同尺寸的多種粒子對奧氏體不銹鋼進行強化，工藝和產品重現性好，潔凈度相同、組織和性能易于控制。

本發明采用的技術方案如下：

一種高強度奧氏體不銹鋼，包括奧氏體不銹鋼基體和彌散分布于奧氏體不銹鋼基體中的微米氮化物、亞微米氧化物和納米氧化物；

其中，微米氮化物為TiN，亞微米氧化物為Al₂O₃，納米氧化物為Y-Al-O。

優選的，所述高強度奧氏體不銹鋼中，微米粒子的質量含量為0.005％～0.01％，粒子尺寸為0.5～1.0μm，數量為10¹⁴～10¹⁵個/m³；