[发明专利]一种奥氏体不锈钢、细晶大规格棒材、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种奥氏体不锈钢。该不锈钢的化学成分按重量百分比为：C≤0.030％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤1.00％、Mn≤2.00％、N:0.14‑0.22％、Cr:17.50‑19.50％、Ni:9.50‑12.50％；余量为Fe及不可避免的其它杂质。本发明还公开了上述不锈钢制备得到的大规格棒材以及其制备方法及应用，直径不低于100mm的奥氏体不锈钢大规格棒材，具有良好的抗晶间腐蚀性能，抗拉强度不低于600MPa，晶粒度能达到6级甚至更细。本发明的奥氏体不锈钢大规格棒材可以用于对强度，韧性和耐腐蚀性能都有较高要求的航空航天领域，也可也可应用于石油、化工、能源和动力领域。

技术领域

本发明涉及金属材料领域，尤其涉及一种奥氏体不锈钢细晶大规格棒材及其制备方法。

背景技术

奥氏体不锈钢1913年在德国问世，在不锈钢中一直扮演着最重要的角色，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70％。早期的奥氏体不锈钢主要是18-8型Cr-Ni奥氏体不锈钢，即Cr在奥氏体不锈钢的含量约为18％，Ni的含量为8％的奥氏体不锈钢，简称18-8钢。其特点是碳含量小于0.1％，利用Cr、Ni配合获得单相奥氏体组织。由于它具有优良的耐腐蚀性，较好的力学性能和加工性能，因而广泛应用于航空航天、石油化工以及核电能源等领域。

由于冶炼水平有限，早期奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀能力差，工业界通过向不锈钢中加入Ti、Nb等元素，来提高不锈钢的耐晶间腐蚀能力。但含Ti、Nb的不锈钢焊接性能较差，焊接后会产生腐蚀等缺陷，同时给冶炼带来困难。因此上世纪七十年代，欧美开发了新的二次精炼方法AOD和VOD工艺，成功用于超低碳不锈钢生产，大大降低了不锈钢的含碳量，从根本上降低和阻止了Cr23C6的晶界析出，解决了奥氏体不锈钢晶间腐蚀。

虽然超低碳奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，但也存在抗拉强度低，晶粒易粗大、易混晶的缺陷，在大规格棒材生产过程中这些问题尤为突出，无法满足工业界，特别是航空航天领域里大尺寸结构部件的长寿命和高可靠性的要求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种可供制造奥氏体不锈钢细晶大规格棒材的奥氏体不锈钢。本发明还提供了该奥氏体不锈钢细晶大规格棒材。本发明还提供了该奥氏体不锈钢细晶大规格棒材的制备方法。另外，还提供了该该奥氏体不锈钢细晶大规格棒材的应用。

本发明的技术方案是，一种奥氏体不锈钢，所述不锈钢包括如下重量百分比的化学成分：C≤0.030％、S≤0.01％、P≤0.02％、Si≤1.00％、Mn≤2.00％、N:0.14-0.22％、Cr:17.50-19.50％、Ni:9.50-12.50％；余量为Fe及不可避免的其它杂质。

本发明是在18-8型奥氏体不锈钢304基础上增加Cr、Ni和N的含量，降低含碳量而发展起来的新钢种，它比1Cr18Ni9Ti等不锈钢具有更好的耐蚀性，且焊接性能良好，无晶间腐蚀倾向。与常规0Cr18Ni9、304L相比，本发明的室温拉伸强度更高，晶粒度更细。

本发明主要涉及碳(C)、铬(Cr)、镍(Ni)、硅(Si)、锰(Mn)、氮(N)、硫(S)、磷(P)等元素，它们对本发明的影响如下：

碳(C)是一种间隙固溶元素，可以显著提高钢的基体强度，它可以稳定奥氏体，抑制铁素体形成。但它在奥氏体和铁素体中的溶解度有限，过高的碳含量会降低钢的韧性，而且会导致热处理过程中析出M23C6型碳化物，降低钢的耐晶间腐蚀性能。因此本发明中碳含量控制在0.030％以下。

铬(Cr)是一种铁素体稳定化元素，它在不锈钢中主要提高耐腐蚀性和抗氧化性，研究表明钢中最少含有10.5％的Cr才能形成保护钢不受大气腐蚀的稳定的钝化膜。不锈钢的耐蚀性能随Cr的含量提高而增强。但过高的Cr含量会促进有害相生成，降低不锈钢的热加工性能，同时在冶炼时还容易导致金属偏析的发生，因此本发明的铬含量控制在17.50-19.50％。