專利名稱：耐海水腐蝕低磁鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的是合金鋼的制造領(lǐng)域。特別是適用于制造耐海水腐蝕用的低磁不銹鋼。
背景技術(shù)：
耐蝕合金鋼是目前廣泛使用在石油、化工、造船、建筑、機械等領(lǐng)域的主要材料之一，特別是服役在海洋環(huán)境下的石油開采、船舶建造、航空儀表等特殊要求下，還要具備有強度高、耐蝕性好和低磁性能的耐蝕低磁鋼材料。
在現(xiàn)有技術(shù)中，耐蝕低磁鋼的組織普遍是采用以奧氏體為基的不銹鋼。例如，傳統(tǒng)的低磁鋼為Mn-Al系，該類鋼雖然成本較低廉，但是該鋼的缺點在于其加工性能、焊接工藝和耐蝕性均較差，基本不能滿足耐蝕低磁鋼的使用要求。另外Cr-Mn-Ni-N的200系奧氏體不銹鋼，該鋼是采用Mn、N替代Ni的生產(chǎn)技術(shù)，并且也比較經(jīng)濟，而且還具有一定的低磁性能，但是這種低磁性能不能滿足使用要求，其相對磁導率μr一般均大于1.02，尤其在冷變形狀態(tài)下性能更差，而且該鋼的耐腐蝕性能也不理想。再有就是高牌號的Cr-Ni系奧氏體不銹鋼，例如904L等耐蝕低磁不銹鋼，雖然該類低磁性和耐海水腐蝕性均比較優(yōu)良，但是高牌號奧氏體不銹鋼的制造成本偏高，而且使用性能和強度較低。還有美國Armoco公司介紹了一種Nitronic 50鋼，由于該鋼是采取Nb、V元素作為奧氏體不銹鋼雙穩(wěn)定化的設(shè)計原理，雖然具備優(yōu)良的綜合性能，但是由于C含量較高必須采用Nb、V雙元素穩(wěn)定，其制造成本過高，不夠經(jīng)濟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種成分設(shè)計合理，制造成本低的，而且低磁性能、耐海水腐蝕性能和綜合力學性能好的耐海水腐蝕低磁鋼。
由本發(fā)明目的所提出的耐海水腐蝕低磁鋼，其設(shè)計原理是以現(xiàn)有技術(shù)中的耐蝕低磁鋼為基礎(chǔ)，通過對本發(fā)明材料成份中的關(guān)鍵元素進行了重新設(shè)計與調(diào)整，我們在降低該材料制造成本的同時還仍然保持著該耐海水腐蝕低磁鋼最佳的綜合性能。根據(jù)上述對該材料的使用要求，我們所提出綜合力學性能好的耐海水腐蝕低磁鋼，其特征在于該材料成分的元素組成重量％為C≤0.04％；N 0.2～0.5％；Cr 21～23％；Ni 12～14％；Mo 2.0～3.5％；Mn 4～6％；Nb 0.05～0.25％；S≤0.03％；P≤0.035％；其余為Fe和微量的雜質(zhì)。在本發(fā)明合金成分的設(shè)計中，我們考慮到為提高該材料的強度和避免發(fā)生該材料晶間腐蝕，我們將成分中的C設(shè)計含量限定為C≤0.04％。在本發(fā)明合金的成分設(shè)計中加入21～23％的Cr，其主要目的是為提高材料的耐蝕性，特別是為了提高材料的耐點腐蝕和縫隙腐蝕的能力。在本發(fā)明合金成分中加入12～14％的Ni元素，其作用是有助于保持奧氏體的穩(wěn)定性，并且還可以提高材料的塑、韌性和提高該材料的綜合力學性能。Mo元素主要是與Cr結(jié)合后有利于提高本發(fā)明材料的耐蝕性能。另外在本發(fā)明合金材料成分中的設(shè)計特點，是當該成分中加入N元素后，由于N的原子半徑小，在面心立方晶體中占據(jù)在八面體間隙位置，因而使本發(fā)明合金在不降低材料的塑、韌性的同時還提高了本發(fā)明合金材料的綜合強度。另外，N元素在本發(fā)明材料中與其它合金元素結(jié)合后還有提高該材料的耐點腐蝕和縫隙腐蝕的能力。特別是在本發(fā)明成分中加入了N元素后，N可以通過延緩Cr23C6的形核和生長來改變Cr在碳化物中的活性，和提高鈍化膜的鈍性等機理，促進材料的耐晶間腐蝕性能，從而減少了穩(wěn)定化元素的含量，因此在本發(fā)明的成分設(shè)計中添加少量的Nb，其目的是取替成分中的V元素。由于在本發(fā)明的成分設(shè)計中沒有了V元素，因而避免了V與N所形成VN化合物而引起該合金鋼的塑性下降。另外，Mn元素的作用主要是促進N元素在鋼中的溶解度，擴大并穩(wěn)定奧氏體相。
本發(fā)明耐海水腐蝕低磁鋼材料的制備工藝與現(xiàn)有技術(shù)相同，本發(fā)明是采用工業(yè)用鉻鐵、鉬鐵、電解錳、鈮鐵、金屬鎳和廢鉻鎳不銹鋼為冶煉原材料，煉鋼是采用電爐+AOD精煉的冶煉工藝，然后經(jīng)過連鑄或模鑄工藝，900-1150℃進行鍛造或軋制，將鋼錠于1050-1150℃的溫度下進行固溶處理。
采用本發(fā)明耐海水腐蝕低磁鋼材料與技現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下特點1、強度高、塑韌性好。屈服強度Rp0.2≥460MPa，抗拉強度Rm≥800MPa。延伸率A≥40％，-40℃沖擊功Akv≥110J。比普通200系不銹鋼強度高50-100MPa，比高牌號Cr-Ni奧氏體不銹鋼如904L強度高200MPa。
2、磁導率低，磁性能穩(wěn)定。固溶處理狀態(tài)下相對磁導率μr≤1.003，遠低于傳統(tǒng)Mn-Al系低磁鋼，也比普通200系不銹鋼低。即使在冷變形量達90％的情況下，μr≤1.004。比傳統(tǒng)Mn-Al系低磁鋼穩(wěn)定。
3、耐蝕性能優(yōu)異，耐海水腐蝕。耐晶間腐蝕性能優(yōu)良。耐點蝕、縫隙腐蝕性能良好，特別是在海水和海洋大氣環(huán)境下，其耐點蝕、縫隙腐蝕性能優(yōu)于316、316L、316LN。
4、熔煉本發(fā)明低磁鋼原料采用普通廢鋼，采用AOD精煉工藝，冶煉成本低廉。由于在設(shè)計本發(fā)明的合金成分時，己考慮到因N的原子半徑小，在面心立方晶體中是占據(jù)在八面體間隙的位置，因此控制加入適量的N，不僅可以提高本發(fā)明合金材料的塑、韌性能和綜合強度的同時，再采用N與Nb相結(jié)合可使成分更穩(wěn)定，而且還明顯抑制本發(fā)明鋼中可能發(fā)生晶間腐蝕的幾率。使本發(fā)明合金材料的生產(chǎn)成本比Nitronic 50鋼降低4500-6000元/噸鋼。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例是采用由我們所設(shè)計的耐海水腐蝕低磁鋼的成分范圍內(nèi)進行了三組對比試驗。為了對比方便，我們還列舉了三組現(xiàn)有技術(shù)中的典型鋼材(對比結(jié)果見表1)。實施例對比實驗所用材料的制備，均是采用以鉻鐵、鉬鐵、工業(yè)電解錳、鈮鐵、金屬鎳和廢鉻鎳不銹鋼為原材料，和電爐+AOD精煉的冶煉工藝+1050-1150℃的固溶處理，然后再取樣加工成實驗用標準規(guī)格的試樣(對比結(jié)果見表2)。在本發(fā)明實施例的對比表中，序號1-3為本發(fā)明的耐海水腐蝕低磁鋼；序號4、5、6分別為201鋼、904L鋼和Nitronic 50鋼，均屬于現(xiàn)有技術(shù)的對比鋼。在本發(fā)明實施例的對比表中，表1為本發(fā)明實施例鋼與現(xiàn)有技術(shù)鋼的成分重量％的對比表；表2為本發(fā)明實施例鋼與現(xiàn)有技術(shù)鋼的綜合力學性能對比表。根據(jù)對比結(jié)果可以看出，序號4對比鋼雖然價格便宜，但是力學性能、低磁性能、耐晶間腐蝕性能均不能滿足使用要求。序號5對比鋼是屬于傳統(tǒng)的低磁不銹鋼，雖然低磁性能、耐蝕性能較好，但力學性能明顯低于本發(fā)明鋼，只能適用于低力學強度要求的工程中。序號6對比鋼雖然有較好的綜合性能，但是塑性指標較發(fā)明鋼仍有差距，更重要的是當該對應(yīng)鋼在與本發(fā)明鋼的綜合強度性能相近時，其對比鋼的制造成本遠高于本發(fā)明的耐海水腐蝕低磁鋼。
表1為本發(fā)明實施例鋼與現(xiàn)有技術(shù)鋼的成分重量％的對比表； 表2為本發(fā)明實施例鋼與現(xiàn)有技術(shù)鋼的綜合力學性能對比表
權(quán)利要求
1.一種耐海水腐蝕低磁鋼材料，其特征在于該材料成分的元素組成重量％為C≤0.04％；N 0.2～0.5％；Cr 21～23％；Ni 12～14％；Mo 2.0～3.5％；Mn4～6％；Nb 0.05～0.25％；S≤0.03％；P≤0.035％；其余為Fe和微量的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明所涉及的是合金鋼的制造領(lǐng)域。特別是適用于制造耐海水腐蝕用的低磁不銹鋼。該耐海水腐蝕低磁鋼材料的特征在于成分的元素組成重量％為C≤0.04％；N 0.2～0.5％；Cr 21～23％；Ni 12～14％；Mo 2.0～3.5％；Mn 4～6％；Nb 0.05～0.25％；S≤0.03％；P≤0.035％；其余為Fe和微量的雜質(zhì)。采用本發(fā)明材料與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有強度高、塑韌性好；磁導率低，磁性能穩(wěn)定；耐蝕性能優(yōu)異，耐海水腐蝕；和優(yōu)質(zhì)耐蝕材料中的制造成本低等特點。
文檔編號C22C38/58GK1974829SQ20061016537
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者郎宇平, 榮凡, 陳海濤 申請人:鋼鐵研究總院