[发明专利]一种大截面奥氏体不锈钢厚板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢及其制备方法，特别涉及一种大截面奥氏体不锈钢板材及其制造方法。该大截面奥氏体不锈钢具有良好的强度和塑韧性，可以用于能源、化工机械、压力容器等领域。 

背景技术

18-8系列奥氏体不锈钢由于具有优良的力学性能、耐腐蚀性能、成型性能和良好的组织稳定性而广泛用于能源、化工等领域。随着压力容器的大型化要求，对不锈钢的厚度和强度提出了更高的要求，此外在采用超厚板材制作设备时，由于板材截面面积过大，造成变形抗力过大，导致无法进行冷压成型时，就需要采用热压成型。对于奥氏体不锈钢板材热压后，需要进行二次固溶热处理，而二次热处理会降低材料的强度，这就从另一方面对材料的强度提出了更高的要求。 

大截面奥氏体不锈钢板材采用浇铸模铸锭，经过锻造成大截面锻坯作为热轧原料来生产板材，该生产方式可生产大截面、单重大的奥氏体不锈钢板材。奥氏体不锈钢的一个典型特点是变形抗力较大，且随着温度的降低而急剧增大，这就造成奥氏体模铸锭的锻造一般需要多火次锻造，且后续火次的压缩比会越来越小。锻造火次增多的一个显著结果就是锻坯中奥氏体晶粒组织变大，从而最终影响产品的力学性能，甚至探伤性能。因此通过采用大型模铸锭来生产大截面板材的一个难点是如何获得细的晶粒组织。 

对于采用模铸锭生产奥氏体不锈钢厚板的通用工艺为：加热至1150～1250℃保温，保温时间根据模铸锭的厚度来定，保温后进行锻造，锻造过程中若变形抗力过大，然后进行第二火或更多火次加热锻造，直至锻至要求尺寸。奥氏体不锈钢锻坯经过热轧后需要进行固溶热处理，传统的钢板固溶热处理是将炉温加热至700～900℃，然后将钢板放入固溶热处理炉中快速升温至1030～1150℃，保温1～2min/mm后水冷。 

专利200710093859.1公开了一种奥氏体不锈钢黑皮锻件锻后热处理工艺，该热处理工艺是将大截面、大吨位的奥氏体不锈钢终锻温度控制在850℃以上，锻造后直接进炉，然后快速加热到1000～1100℃，保温1～4小时，然后冷却。这样的固溶热处理工艺有利于保证 材料组织的晶粒度和力学性能，且节约能源。该专利针对的是大型锻件，所述工艺需要在特定的生产线才能执行，即需要锻造机和热处理炉在同一区域布置，在组织生产时难度较大，不具有推广性。 

JP58144420A公开了一种大型奥氏体不锈钢锻件的制造方法，该制造方法主要为大型锻件的热处理方法，其前提是认为大型锻件经过锻造后组织中不存在过多的碳氮化合物，因此选择在900～1080℃下进行固溶热处理，冷却到850℃后进行水冷，从来得到细晶粒组织。 

JP62080221A公开了一种大截面奥氏体不锈钢锻件的成分和制造方法，该成分设计是在常规304、316奥氏体不锈钢的基础上，增加了0.05～0.30％Nb和0.05～0.30％V中的一种或两种元素，通过控制锻造时的加热温度、控制锻坯不同温度对应不同的压下率，得到了一种细晶粒组织的大型奥氏体锻造板材，相应的提高了无损探伤合格率，通过该专利获得的锻造件晶粒度为2.8～4.2级。由于该产品形态为锻件，相对于热轧板材，该产品的晶粒度仍然较为粗大。 

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种奥氏体不锈钢晶粒比较细小、强度较高、且塑韧性较好的大截面奥氏体不锈钢厚板的制造方法，该奥氏体不锈钢适用于对强度要求较高或者需要二次固溶热处理加工的压力容器、化工机械等行业用钢。 

本发明的技术方案是，一种大截面奥氏体不锈钢厚板，在普通304L奥氏体不锈钢基础上，添加0.05～0.20％的Nb，添加0.05～0.09％的N，高温铁素体δ含量为2～6％。 

Nb在奥氏体不锈钢中有固溶强化作用，少量Nb的添加就可抑制奥氏体不锈钢的再结晶速度，还可以提高奥氏体不锈钢的再结晶温度，0.1％Nb加入到奥氏体不锈钢中就可以明显提高其再结晶温度和降低再结晶速度，再结晶温度的提高和结晶速度的降低就可降低模铸锭在锻造、热轧过程中加热时晶粒的长大速度，从而有利于获得细晶粒组织。但是Nb含量加入过大，除了会增加材料的变形抗力，还会明显增加材料成本，因此将Nb含量控制在0.05～0.20％； 

氮在奥氏体不锈钢中除了固溶强化外，还可以抑制碳化物的析出和细化晶粒，但是氮含量过高，又会增加材料的变形抗力，且会有氮化物析出倾向，因此将N含量控制在0.05～0.09％；