[发明专利]一种海洋环境下高组织稳定性不锈钢及其制造方法

说明书

一种海洋环境下高组织稳定性不锈钢及其制造方法，该钢的化学成分重量百分比为：C：0.001～0.03％，Si：0.20～0.60％，Mn：8.5～9.5％，Cr：18.0～18.5％，Ni：3.0～5.5％，N：0.25～0.35％，Cu：1.20～1.80％，Mo：1.5～2.0％，W：1.5～2.0％，Ti：0.05～0.15％，Nb：0.01～0.15％，V：0.01～0.15％，B：0.0015～0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质；且上述元素同时需满足如下关系：(Cr+Mo+0.7W+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.25Cu+0.5Mn)≤1.30，且M_d30/50≤‑100℃；PREN≥30.0，0.021×(Cr+0.9Mn)‑0.204≥N，且(Ti+0.5Nb+0.5V)/C≥5.0。材料适用于电子、通讯设备等要求组织稳定，保持高强度、无磁和高耐蚀的领域，尤其是沿海等环境。

技术领域

本发明涉及海洋环境下使用的不锈钢及其制造方法，具体涉及一种海洋环境下高组织稳定性不锈钢及其制造方法。

背景技术

奥氏体不锈钢具有面心立方结构，理论上，完全退火态的奥氏体不锈钢具有单相奥氏体组织。但实际上，由于焊接加工等，在奥氏体不锈钢热影响区常常会析出碳化物，碳化物的析出导致局部区域贫铬，导致材料耐蚀性降低。为了避免碳化物析出对耐蚀性的不利影响，需要控制奥氏体不锈钢中的碳含量在0.03％以下，标准牌号SUS304L和SUS316L等就是在常规的SUS304和SUS316的基础上进一步控制C含量在0.03％以下，获得更高焊接性能。换句话说，确保焊接过程中组织保持一定的稳定性，不析出碳化物等。

奥氏体不锈钢另一个影响组织稳定性的因素是马氏体相变。冷加工或者变形过程中马氏体相的产生。研究显示，SUS316L、SUS304、S20100等应用最广泛的奥氏体不锈钢，其奥氏体相是亚稳态的。在温度或者应力、应变或者多个因素的复合作用下，这些奥氏体相会快速转变为马氏体相，包括密排六方的hcp马氏体相或者体心立方BCC结构的α’马氏体相。研究显示马氏体相变对腐蚀具有不利影响。

耐蚀性是不锈钢的主要功能。其通过Cr形成钝化层，且钝化层具有自修复的能力，从而赋予不锈钢耐腐蚀的能力。研究显示，Cr、Mo、N是提高耐蚀性的主要元素，Mn以及S、O等夹杂物对耐蚀性存在不利影响，Si、Cu等元素提高材料在酸性环境下的耐蚀性等。实际上，零部件的加工或者变形，或者在承载条件下工作是，常规的奥氏体不锈钢304或者316系列会不可避免的发生马氏体相变，相变的发生导致组织不再是单纯的奥氏体相，而是奥氏体相+少量马氏体两相结构，从而对耐蚀性也产生影响。两相的耐蚀性如果不均衡，将导致耐蚀性较弱的一相优先产生腐蚀并快速扩张，导致材料耐蚀性下降。

腐蚀发生形式中，70％为点蚀。尤其是在存在Cl离子的环境下，如海洋环境或者近海的潮湿大气环境中，Cl离子含量高，加速腐蚀的进行。评价材料耐点蚀性能，常用的经验公式为耐点蚀当量公式PREN＝Cr+3.3Mo+0.7W+16N，PREN值越高、材料耐点蚀的性能越好。比如SUS304的点蚀当量为18，SUS316L的点蚀当量为24，因此316具有更高的耐蚀性。

实际上，除了和元素相关，析出物和夹杂物也是影响耐蚀性的又一重要因素。不锈钢中常见MnS、NiS、TiS等硫化物；Cr_xC_y，CrN和Cr₂N等碳化物和氮化物如果存在，对耐蚀性也产生不利影响。