[發明專利]一種低碳含氮高強韌馬氏體不銹鋼及其熱處理方法

在審

• 申請號: 202211524123.6
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN115927800A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王培;陳響軍;朱覺順;蔣中華;李殿中;李依依
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C21D1/18
• 分類號: C21D1/18;C21D1/25;C22C38/00;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/44;C22C38/50
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于鋼鐵材料的技術領域，特別是一種低碳含氮高強韌馬氏體不銹鋼及其熱處理方法，主要用于制造高強耐蝕鑄件或鍛件。熱處理方法包括淬火步驟和回火步驟，淬火溫度為900～1080℃，冷卻方式為空冷或油冷，淬火終冷至馬氏體相變結束點以下；回火溫度≤450℃，回火后空冷至室溫。按質量分數計，馬氏體不銹鋼的成分為：C≤0.08％；Cr?12～14.5％；Ni?3.5～6.0％；Si?0.2～0.8％；Mn≤1.0％；N?0.008～0.05％；Mo?0.3～0.9％；Al≤0.03％；Ti≤0.02％；O≤0.008％；H≤0.0003％；Fe:余量。本發明添加一定含量N替代C起到強化馬氏體作用，同時綜合調控C+N≤0.12％，充分利用馬氏體相變強化的基礎上，控制馬氏體過飽和度，從而達到不依賴高溫回火處理提升材料塑韌性的目標，保證材料在獲得高強度的同時兼顧良好的塑性和韌性。

技術領域

本發明屬于鋼鐵材料的技術領域，特別是一種低碳含氮高強韌馬氏體不銹鋼及其熱處理方法，主要用于制造高強耐蝕鑄件或鍛件。

背景技術

高強高韌馬氏體不銹鋼在重大工程領域有著廣泛的應用需求。當前最常見的高強馬氏體不銹鋼是以PH17-4、PH15-5等為代表的沉淀強化型馬氏體不銹鋼，該類型馬氏體不銹鋼一般在淬火后需要進行480℃以上溫度的時效處理，以析出金屬間化合物強化相，提高材料的屈服強度。但需要指出的是，該類型高強高韌馬氏體不銹鋼的冶煉和熱處理工藝較為復雜，制造成本比較高，且在制造大型鑄鍛件時較難在獲得高強度的同時保證良好的韌性；同時，該類型高強韌馬氏體不銹鋼的屈強比(屈服強度與抗拉強度之比，R_p0.2/R_m)較高，材料加工硬化能力有限，影響了服役安全性。

除沉淀強化型馬氏體不銹鋼外，還存在一類以0Cr13Ni4-6Mo為代表的非沉淀強化型馬氏體不銹鋼，通過降低碳含量、增加鎳含量有效提升了材料的塑性和韌性，被廣泛應用在鑄件(例如：水輪機轉輪鑄件)和鍛件(例如：泵閥)領域，并形成了國內外標準。GB/T?6967包含了5種此類馬氏體不銹鋼(ZG06Cr13Ni4Mo、ZG06Cr13Ni5Mo、ZG06Cr16Ni5Mo、ZG04Cr13Ni4Mo、ZG04Cr13Ni5Mo)，其成分范圍為C:≤0.06％；Cr:11.5～17％；Ni:3.5～6.0％；Si:≤0.8％；Mn:≤1.0％；Mo:0.4～1.0％；Cu≤0.5％；V≤0.05％；W≤0.1％。但當前無論是相關標準，還是公開文獻報道，這類馬氏體不銹鋼的屈服強度一般在～600MPa，抗拉強度在～800MPa，延伸率～20％，0℃Akv沖擊功～150J，不能滿足一些對材料強度要求更高的應用需求；當其屈服強度≥830MPa、抗拉強度≥900MPa時，延伸率僅能達到～12％，面縮～35％，室溫Akv沖擊功≥35J，不能滿足高塑性和高韌性要求，且屈強比較高。

發明專利ZL200310104844.2(公開號CN?1528937A)公開了在0Cr13Ni4Mo系列材料基礎上進行成分和熱處理工藝優化而得到高屈強比高強韌性馬氏體不銹鋼及其生產方法。其權利要求保護材料成分范圍為C:≤0.06％；Cr:11～16.5％；Ni:3.5～6.0％；Si:＜1％；Mn:≤2.0％；Mo:0.5～2％；Fe:余量；并將以下元素定義為雜質元素，控制范圍如下Al≤0.15％；O≤0.01％；N＜0.03％；H≤0.0005％；S≤0.020％；P≤0.025％。為達到高屈強比和高強韌性目的，發明人要求上述成分范圍材料的回火溫度不低于450℃。上述現有技術雖然提高了材料的強度，但當材料的屈服強度高于800MPa時，材料的室溫Akv沖擊功不超過150J，且材料的抗拉強度最高不超過1120MPa，同時材料的屈強比較高。

發明內容

本發明的目的主要是提供一種低碳含氮高強韌馬氏體不銹鋼及其熱處理方法，針對高強、高韌、耐蝕、高可靠性的應用需求，在0Cr13Ni4Mo系列材料的基礎上，通過優化合金配比和設計新熱處理工藝，實現材料同時具有高強度、高塑性、優異的室溫和低溫沖擊韌性，同時屈強比控制在合理范圍內。

本發明采用的技術方案：