一種奧氏體不銹鋼及其制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種奧氏體不銹鋼，其成分重量百分比為：C：≤0.08%，Si：0.20%-0.70%，Mn：0.50%-1.50%，Ni：19.00%-22.00%，Cr：23.00%-25.00%，Mo：2.65%-2.88%，P：＜0.005%，S：＜0.005%，Co：＜0.01%，余量為鐵和雜質(zhì)。本發(fā)明還公開了上述奧氏體不銹鋼的制造工藝。本發(fā)明的不銹鋼具有良好的蠕變性能、氧化性能、腐蝕性能等，具有良好的中子經(jīng)濟性和成本經(jīng)濟性，抗中子輻照腫脹性能良好，滿足SCWR燃料包殼或堆內(nèi)構(gòu)件應(yīng)用要求，為SCWR提供候選材料，此外，也可滿足核反應(yīng)堆溫度、安全性、經(jīng)濟性不斷提高的需要。
【專利說明】一種奧氏體不銹鋼及其制造工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是超臨界水冷堆燃料包殼材料的一種奧氏體不銹鋼及其制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]不銹鋼是反應(yīng)堆系統(tǒng)中的重要結(jié)構(gòu)材料，不銹鋼的種類很多、性能各異。其中，奧氏體不銹鋼由于具有良好的耐蝕性和焊接性，優(yōu)良的熱強性和冷、熱加工性能，以及冷變形后又具有強度、塑性和韌性的良好綜合性能，在核工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。
[0003]目前核電常用的例如310不銹鋼，其具有較好的綜合性能，因而常用于堆芯或輻照較多部位，但作為第四代核反應(yīng)堆堆型之一的超臨界水冷堆(SCWR)，其工況更為復(fù)雜，對于材料的要求更為苛刻，目前的310S還不能完全滿足第四代核反應(yīng)堆超臨界工況環(huán)境條件的要求，因此，研制一種能夠適用于超臨界水冷堆燃料包殼材料用的奧氏體不銹鋼十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種奧氏體不銹鋼，其具有良好的高溫性能，包括蠕變性能、氧化性能、腐蝕性能等，具有良好的中子經(jīng)濟性和成本經(jīng)濟性，抗中子輻照腫脹性能良好，滿足SCWR燃料包殼或堆內(nèi)構(gòu)件應(yīng)用要求，為SCWR提供候選材料，此外，也可滿足核反 應(yīng)堆溫度、安全性、經(jīng)濟性不斷提高的需要。本發(fā)明還提供了上述奧氏體不銹鋼的制造工藝。
[0005]本發(fā)明的目的主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種奧氏體不銹鋼，其成分重量百分比為:C:≤0.08%, S1:0.20%-0.70%, Mn:0.50%-1.50%, Ni:19.00%-22.00%, Cr:23.00%-25.00%, Mo:2.65%-2.88%, P:< 0.005%, S:< 0.005%,Co:< 0.01%，余量為鐵和雜質(zhì)。其中，Mo是熔點很高的金屬，能顯著提高原子間的結(jié)合力、擴散激活能和再結(jié)晶溫度，能產(chǎn)生固溶強化和碳化物析出強化，且具有很好的鈍化能力，能提高鈍化膜的致密度和牢固性，因此，可起到較好的減少晶間腐蝕、點腐蝕和提高熱強性的目的。此外，當(dāng)中子注量為1023n/cm2時，觀測到鉻鎳鋼的腫脹，它體現(xiàn)在尺寸、部件形狀、結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能的變化。當(dāng)中子注量為2X 1023n/cm2時，材料的每個原子經(jīng)受50個以上的位移，而輻照損傷的程度在很大程度上取決于合金化，加Mo不僅能提高奧氏體不銹鋼的高溫強度和高溫耐蝕能力，也能增強抗輻照腫脹的能力，并且，Mo的熱中子吸收截面為2.6b，而Fe、Cr、Ni的分別為2.6b、3.lb、4.5b，即加Mo具有比Cr、Ni元素更好的中子經(jīng)濟性。但是，Mo是縮小奧氏體(Y )區(qū)元素，不應(yīng)加太多，以保證室溫條件下本發(fā)明合金的單相奧氏狀態(tài)；Mo具有的原子尺寸因素介于8%與15%之間，能與奧氏體Fe形成具有較寬溶解度的有限固溶體，化學(xué)親和力較相似。本發(fā)明添加了用于改善合金性能的成分Mo，Mo含量根據(jù)合金團簇理論來確定，即，Cr、Mo元素具有最佳匹配關(guān)系，一般其原子配比(at%)為Mo/Cr=l/16、2/16和4/16，且重量匹配一般不超過6%_7%。本發(fā)明中，Mo/Cr原子配比取為=1/16，轉(zhuǎn)換為質(zhì)量濃度(Wt%)后獲得Mo含量為2.65%-2.88%。
[0006]本發(fā)明中不銹鋼的晶粒度為4飛級，直徑為30 μ m左右，碳化物均勻彌散在晶內(nèi)和晶界，硬度平均值為HV170，室溫抗拉強度≥650MPa，550°C抗拉強度≥500MPa，700°C抗拉強度SSlOMPaJOOt:蠕變試驗結(jié)果表明，本發(fā)明奧氏體不銹鋼的蠕變性能高于現(xiàn)有奧氏體不銹鋼，Mo的固溶強化效果發(fā)揮了效果，達到了改善材料高溫強度的目的。經(jīng)2000h超臨界水腐蝕試驗結(jié)果表明，本發(fā)明奧氏不銹鋼具有比現(xiàn)有奧氏體不銹鋼相當(dāng)或更低的腐蝕速率性能。
[0007]一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，包括以下步驟:
步驟一、配料，配料按以下重量百分比進行配置:Si:0.20%-0.70%, Mn:0.50%-1.50%，Mo:2.65%-2.88%, Ni:19.00%-22.00%, Cr:23.00%_25.00%，余量為鐵和雜質(zhì)，其中，F(xiàn)e 采用原料純鐵，Cr采用金屬純Cr，Ni采用電解Ni，雜質(zhì)中Co在配料中重量成分< 0.01% ；步驟二、清洗并保證真空熔煉使用的鑄造模具和坩堝的潔凈度，再將鑄造模具和坩堝放置在高溫干燥箱內(nèi)進行除氣；
步驟三、將鑄造模具和坩堝從高溫干燥箱中取出，將配料放入坩堝內(nèi)，在真空感應(yīng)爐內(nèi)送電熔煉使坩堝中合金熔煉得到合金熔液，然后在真空感應(yīng)爐內(nèi)將合金熔液澆注到鑄造模具中形成鑄錠，待鑄錠模具冷卻后將鑄錠出爐；
步驟四、將出爐的鑄錠切除冒口、鍛造成圓棒并打磨光潔制成自耗電極，再將自耗電極焊接在真空自耗電弧爐的輔助電極上，熔化自耗電極，使其合金熔液進入真空自耗電弧爐的水冷銅坩堝內(nèi)結(jié)晶，直到將自耗電極全部熔化，冷卻后將合金錠出爐； 步驟五、對出爐的合金錠進行鍛造，并在鍛造后進行熱軋制成板材；
步驟六、將軋制后的合金板材進行固溶處理；
步驟七、將熱處理后的合金板材進行冷軋，然后置于真空熱處理爐中進行真空退火； 步驟八、將真空退火后的板材進行穩(wěn)定化處理。
[0008]本發(fā)明的Ni采用電解Ni，雜質(zhì)Co是從添加元素Ni伴生帶來的，電解Ni純度為99.99% (參照GB/T 6516-2010，Co ( 0.005%)，如此，可保證合金中Co < 0.01%，本發(fā)明的Fe 采用原料純鐵(參照 GB/T 9971-2004 YT3，P ≤ 0.009%, S ^ 0.007%), Ni 采用電解 Ni9999(參照 GB/T 6516-2010，P ( 0.001%，S ≤ 0.001%), Cr 采用金屬純 Cr(參照 GB/T 3211-2008，Cr≤99.2%，P≤0.005%, S≤0.01%) ;Fe、Cr、Ni均為低P、S含量的原料，采用滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的Fe、Cr、Ni原料，可滿足C含量的要求。
[0009]本發(fā)明合金的配料中添加Mo，Mo對不銹鋼輻照前性能的優(yōu)化是通過Mo元素的本性在起作用；而其對不銹鋼輻照性能的影響是同它俘獲輻照缺陷的能力以及形成穩(wěn)定缺陷的數(shù)量、形態(tài)有關(guān)。二者機制不同，Mo元素卻能同時對輻照前后的性能產(chǎn)生有利的影響趨勢。具體作用或影響如下:
(I)對微觀組織的影響
奧氏體不銹鋼的原子排列比鐵素體不銹鋼的致密，原子間結(jié)合力強，擴散速度慢和再結(jié)晶溫度高，而Mo是熔點很高的金屬，能顯著提高奧氏體原子間的結(jié)合力、擴散激活能和再結(jié)晶溫度。
[0010]Mo通過置換原子的方式來強化基體相，即Mo的添加能有效固溶強化奧氏體，這與V和B的作用不同，這兩者的加入是強化晶界，而Mo的加入可產(chǎn)生基體的固溶強化，且能阻礙奧氏體晶粒長大，在細化晶粒和組織的貢獻方面，分別優(yōu)于Ni和Cr。使共析點上移，同Cr與Ni相反。
[0011]除了有固溶強化作用外，Mo還能在鋼中形成許多特殊碳化物，是碳化物(K)形成元素，與C具有中等強度的結(jié)合能力，且分別高于Cr、Mn、Fe與C的結(jié)合能力。這些碳化物的穩(wěn)定性和硬度都比較高，尤其間隙相的MoC和Mo2C更穩(wěn)定，所以Mo對奧氏體耐熱鋼還有析出相(碳化物)的強化作用。
[0012](2)對力學(xué)性能的影響
奧氏體不銹鋼的強化措施包括固溶強化、時效硬化和細化晶粒。合金元素的固溶強化效應(yīng)中，間隙性原子(C和N)大于置換型原子；置換型元素中，縮小Y區(qū)的元素Mo(以及V)又大于擴大Y區(qū)的元素(如Mn、Ni)。
[0013]Mo含量對屈服強度的影響規(guī)律與添加Mo引起的第二相粒子的變化密切相關(guān)，高Mo含量試樣中第二相粒子面積份額稍微大于低Mo含量試樣，隨著Mo含量增加,第二相粒子也增加，對強度的提高有所貢獻。高溫條件下，在熱激活的幫助下，位錯線繞過第二相粒子比切過第二相粒子更為容易。屈服強度隨著Mo含量的增加呈上升趨勢，Mo含量高的試樣在強度上的優(yōu)勢可 能會更加明顯，具有明顯的高溫強化作用。此外，Mo對韌性的影響不明顯。
[0014](3)對腐蝕性能的影響
Mo具有很好的鈍化能力，加Mo可增加材料抗還原性酸的能力，能提高鈍化膜的致密度和牢固性，提高點蝕擊穿電位，從而提高材料的抗點蝕能力。
[0015](4)對輻照性能的影響
晶體中的位錯、晶界、析出相等都是畸變區(qū)，也是吸收點缺陷的尾閭，其中，晶界和析出相不是擇優(yōu)尾閭，對兩種點缺陷(空位、間隙原子)的俘獲強度相同，使空位和間隙原子的濃度相當(dāng)，不會產(chǎn)生過?？瘴患捌湓谌S空間的聚集從而產(chǎn)生空洞，引起體積膨脹。因此，加Mo優(yōu)化的310S不銹鋼，具有更多吸收輻照點缺陷的尾閭，相應(yīng)就減少了引起輻照腫脹和輻照硬化的空位濃度和點缺陷的演化物。
[0016]本發(fā)明的不銹鋼中添加了 2.65%~2.88%的Mo，它熔點高、溶入固溶體后可增強原子間的結(jié)合力，阻礙擴散，加上又形成了 Mo2C、MoC等穩(wěn)定的碳化物，提高了基體的再結(jié)晶溫度和阻礙位錯運動的釘扎點，減弱了位錯遷移率和再結(jié)晶的回復(fù)過程，不會出現(xiàn)腫脹峰的分離。
[0017](5)對熱處理性能的影響
Mo能增加熱處理時的淬透性,在提高淬透性方面,優(yōu)于Cr、Ni ；Mo能防止回火脆性；Mo增加回火穩(wěn)定性，含Mo較高的鋼，產(chǎn)生二次硬化作用，優(yōu)于Cr，Ni的貢獻。
[0018](6) Mo的不利影響(添加量上線)
奧氏體不銹鋼中不能加入太多Mo，它是縮小奧氏體(Y )區(qū)元素，其對鐵素體性能有強化作用(介于Ni與Cr之間)，對鐵素體韌性影響不明顯。
[0019]Cr，Ni與Fe可以組成無限固溶體，Mo的原子尺寸與相同點陣的鐵的同素異晶體的原子尺寸之差為10%，Mo具有的原子尺寸因素介于8%與15%之間，能與奧氏體Fe形成具有較寬溶解度的有限固溶體，化學(xué)親和力較相似。
[0020]本發(fā)明步驟二中要求保證真空感應(yīng)熔煉所用的坩堝和鑄造模具的潔凈度，目的是防止雜質(zhì)元素的摻雜，對坩堝和鑄造模具除氣的主要目的是通過高溫加熱、保溫，使坩堝和模具中的水分、氣體等揮發(fā)，從而防止在真空感應(yīng)熔煉過程中合金增加N、O、H等雜質(zhì)，尤其是O和H。本發(fā)明的步驟三和步驟四采用真空感應(yīng)熔煉和真空自耗電弧熔煉的雙聯(lián)熔煉工藝設(shè)計，一方面通過真空感應(yīng)熔煉、澆注成型，通過電磁攪拌可以使合金的成分更加均勻，另一方面通過真空自耗電弧熔煉，可以去除合金的0、Η、Ν等雜質(zhì)元素，使合金更加純凈。本發(fā)明步驟五中合金鍛造的目的一方面可以消除部分鑄造缺陷，另一方面可以打碎鑄造合金的大晶粒。本發(fā)明步驟六中將合金加熱至相轉(zhuǎn)變溫度以上然后保溫，可使合金充分均勻化和奧氏體化，然后空冷，可獲得成分、組織比較均勻的合金。本發(fā)明步驟七的目的是對合金進行細化，具體操作時采用一次小變形的冷軋加退火熱處理工藝，因為，如果采用多次小變形冷軋工藝，會細化晶粒，而晶粒過細，會降低該不銹鋼材料服役時的高溫強度，例如蠕變性能等，具有不利的影響。本發(fā)明步驟八中穩(wěn)定化處理的目的是為了防止晶間腐蝕和促使奧氏體不銹鋼的Cr23C6轉(zhuǎn)化為MoC或Mo2C的熱處理工藝。
[0021]進一步的，所述步驟二中高溫干燥箱內(nèi)加熱溫度為200°C~1200°C，保溫時間為ltT1h。
[0022]進一步的，所述步驟四中熔化自耗電極具體包括以下步驟:抽真空使真空自耗電弧爐的真空度到l(T2Pa，然后測漏，確保電弧爐漏率低于1.0Pa/min時開始通電起弧，在電壓20疒35V，電流為1200A~2000A下熔化自耗電極。
[0023]為了防止合金析出大量δ脆性相，進一步的，所述步驟五中鍛造溫度為1000C~1150°C，鍛造 比為1.5~6.0，熱軋溫度為900°C~1100°C，軋制變形量為20%~80%。其中，合金析出大量的S脆性相會使合金的熱加工性能變差，本發(fā)明在1000°C~1150°C對合金錠進行鍛造，鍛造比控制在1.5-6.0，可以消除鑄造缺陷，獲得合適大小的晶粒；本發(fā)明在900°C~1100°C進行合金的熱軋，控制軋制變形量20%-80%可獲得良好的組織和性能。
[0024]為了獲得較好的組織和性能，進一步的，所述步驟六中固溶處理的具體過程為:將軋制后的合金板材進行固溶處理，加熱至950°C~1150°C，保溫5mirT60min，然后水淬退火。
[0025]為了獲得尺寸粗細比較合適的晶粒，進一步的，所述步驟七中冷軋變形量為5%~20%，退火溫度為1050°C~1150°C，退火時間為20mirT60min。
[0026]進一步的，所述步驟八中穩(wěn)定化處理具體過程為:經(jīng)850°C _950°C保溫3tT5h后空冷。本發(fā)明限定穩(wěn)定化處理的溫度為850°C _950°C，因為此溫度高于Cr23C6的溶解溫度，而低于MoC或Mo2C的溶解溫度。由于Mo的原子半徑大于Cr的原子半徑(1.28埃)，因此，僅從擴散速度來考慮，Cr通過擴散與C的結(jié)合速度和能力要強于Mo與C的結(jié)合。因此，穩(wěn)定化處理時，溫度高于Cr23C6的溶解溫度，使Cr發(fā)揮不出擴散速率方面的優(yōu)勢。
[0027]為了防止合金中微量元素的大量揮發(fā)和燒損，進一步的，所述步驟三具體包括以下步驟:
步驟3.1、將鑄造模具和坩堝從高溫干燥箱中取出，并將配料的Fe、Cr和Ni放入坩堝
內(nèi)；
步驟3.2、打開真空感應(yīng)爐，依次將鑄造模具和裝有Fe、Cr和Ni配料的坩堝置于真空感應(yīng)爐的底部和中部，再將配料Mo、Si及Mn依次放入真空感應(yīng)爐上部的加料器中，關(guān)閉爐門；
步驟3.3、將真空感應(yīng)爐抽真空至10_2Pa時，送電熔煉坩堝中的Fe、Cr和Ni物料，熔煉溫度為1400°C~1600°C，初始功率為5KW，然后提升功率至20KW，待坩堝內(nèi)形成熔池且熔池中無其他未熔金屬后，將真空感應(yīng)爐上部加料器中的Mo、S1、Mn物料依序放入坩堝熔池中熔煉；
步驟3.4、在1450°C~1650°C溫度時，將坩堝中熔煉的脫氧合金熔液澆注到真空感應(yīng)爐底部的鑄造模具中形成鑄錠，待模具冷卻后將鑄錠出爐。本發(fā)明待合金中Fe、Cr和Ni均熔化后，再添加S1、Mn及Mo微量元素，能減少揮發(fā)和燒損。
[0028]進一步的，所述步驟一中配料時還包括補加入脫氧劑Ca，其中，脫氧劑Ca的重量為包括Ca在內(nèi)所有成分總重量的0.05%-0.1% ;所述步驟3.2還包括加Mn后在真空感應(yīng)爐上部的加料器中加入脫氧劑Ca ;所述步驟3.3還包括在將Mo、S1、Mn物料依序放入坩堝熔池中熔煉后將脫氧劑Ca放入熔池中對合金溶液進行脫氧。本發(fā)明在熔化時脫氧劑Ca最后加入，其目的也是為了減少揮發(fā)和燒損。真空熔煉過程是最重要的控制合金含氧量的措施，若額外加入Ca可進一步保障合金熔煉后的低含氧量，能進一步提高材料的純凈度(降低氧含量)。
[0029]綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明基于Mo的中子吸收截面與基體Fe的相同，因此，其不會增加原有材料的中子經(jīng)濟性及劑量問題，而且會提高材料中子輻照時的尺寸穩(wěn)定性。
[0030](2)本發(fā)明合理的限定Mo的成分范圍，經(jīng)穩(wěn)定化熱處理以后，Mo在不銹鋼中含量較多，除了固溶強化基體外，又是較強的碳化物形成元素，形成了細小彌散分布的特殊碳化物，它們的穩(wěn)定性和硬度都比較高，尤其間隙相更穩(wěn)定，如此，本發(fā)明改善了合金的力學(xué)性能，尤其是高溫力學(xué)性能(如蠕變、疲勞性能)及抗輻照腫脹性能。
[0031](3)本發(fā)明的不銹鋼 中添加少量的Mo，并在制備時通過固溶強化和第二相強化，在提高合金高溫力學(xué)性能的同時，提高合金的腐蝕性能和抗輻照腫脹性能，從而使改性后的合金材料滿足超臨界工況對包殼材料的綜合需求。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合實施例，對發(fā)明做進一步地的詳細說明，但發(fā)明的實施方式不限于此。
[0033]實施例1:
一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，包括依次進行的以下步驟:步驟一、配料，按重量百分含量計，由下列成分組成:Si:0.20%, Mn:0.50%, N1:19.00%, Cr:25.00%, Mo:2.88%, Ca:
0.05%，余量為高純鐵和雜質(zhì)；步驟二、將薄壁45#鋼鑄造模和鎂砂坩堝放置在高溫干燥箱內(nèi)加熱至500°C，保溫7h進行除氣；步驟三、將薄壁45#鋼鑄造模和鎂砂坩堝從高溫干燥箱中取出，并將配料的Fe、Cr和Ni放入坩堝內(nèi)，打開真空感應(yīng)爐，依次將薄壁45#鋼鑄造模和裝有Fe、Cr和Ni配料的鎂砂坩堝置于真空感應(yīng)爐的底部和中部，再將配料Mo、Si,Mn及脫氧劑Ca依次放入真空感應(yīng)爐上部的加料器中，關(guān)閉爐門，將真空感應(yīng)爐抽真空至KT2Pa時，送電熔煉坩堝中的Fe、Cr和Ni物料，熔煉溫度為1400°C，初始功率為5KW，然后提升功率至20KW，待坩堝內(nèi)形成熔池且熔池中無其他未熔金屬后，將真空感應(yīng)爐上部加料器中的Mo、S1、Mn物料依序放入坩堝熔池中熔煉，最后將脫氧劑Ca放入熔池中對合金溶液進行脫氧，在1450°C溫度時，將坩堝中熔煉的脫氧合金熔液澆注到真空感應(yīng)爐底部的鑄造模具中形成鑄錠，待模具冷卻后將鑄錠出爐；步驟四、將出爐的鑄錠切除冒口，在1050°C將其鍛造成Φ SOmm^Φ 60mm的圓棒,將圓棒打磨光潔制成自耗電極,再將自耗電極焊接在真空自耗電弧爐的輔助電極上，抽真空使真空自耗電弧爐的真空度到達10_2Pa，然后測漏，確保電弧爐漏率低于1.0Pa/min時開始通電起弧，在電壓20V，電流為1200A下熔化自耗電極，使其合金熔液進入真空自耗電弧爐的水冷銅坩堝內(nèi)結(jié)晶，直到將自耗電極全部熔化，冷卻后將合金錠出爐；步驟五、在1000°C對出爐的合金錠進行鍛造，鍛造比為2.0，并在鍛造后在1000°C的條件下進行熱軋制成板材，軋制變形量為20% ;步驟六、將軋制后的合金板材進行固溶處理，加熱至950°C，保溫35min，然后水淬退火，進而實現(xiàn)固溶處理；步驟七、將熱處理后的合金板材進行冷軋，冷軋變形量為15%，然后置于真空熱處理爐中在1050°C進行真空退火30min ;步驟八、將真空退火后的板材經(jīng)850°C保溫3h后空冷，進而實現(xiàn)穩(wěn)定化處理。
[0034]采用本實施例制備的奧氏體不銹鋼，其成分重量百分比為:C:0.04%, Si:0.20%，Mn:0.50%, N1:19.00%, Cr:25.00%, Mo:2.88%, P:< 0.005%, S:< 0.005%, Co:< 0.01%，余量為鐵和雜質(zhì)。本實施例的奧氏體不銹鋼的晶粒度為4級~5級，晶粒直徑為30 μ m,碳化物均勻彌散在晶內(nèi)和晶界，硬度平均值為HV170，室溫抗拉強度為680MPa，550°C抗拉強度550MPa，700°C抗拉強度320MPa，700°C蠕變試驗結(jié)果表明，本實施例不銹鋼的蠕變性能高于現(xiàn)有奧氏不銹鋼，Mo的固溶強化效果發(fā)揮了效果，達到了改善材料高溫強度的目的。經(jīng)2000h超臨界水腐蝕試驗結(jié)果表明，本實施例的不銹鋼具有比現(xiàn)有奧氏不銹鋼相當(dāng)或更低的腐蝕速率性能。
[0035]實施例2:
一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，包括依次進行的以下步驟:步驟一、配料，按重量百分含量計，由下列成分組成:Si:0.50%, Mn:1.00%, N1:20.00%, Cr:24.00%, Mo:2.72%, Ca:
0.08%，余量為高純鐵和雜質(zhì)；步驟二、將薄壁45#鋼鑄造模和鎂砂坩堝放置在高溫干燥箱內(nèi)加熱至120(TC，保溫Ih進行 除氣；步驟三、將薄壁45#鋼鑄造模和鎂砂坩堝從高溫干燥箱中取出，并將配料的Fe、Cr和Ni放入坩堝內(nèi)，打開真空感應(yīng)爐，依次將薄壁45#鋼鑄造模和裝有Fe、Cr和Ni配料的鎂砂坩堝置于真空感應(yīng)爐的底部和中部，再將配料Mo、Si,Mn及脫氧劑Ca依次放入真空感應(yīng)爐上部的加料器中，關(guān)閉爐門，將真空感應(yīng)爐抽真空至KT2Pa時，送電熔煉坩堝中的Fe、Cr和Ni物料，熔煉溫度為1500°C，初始功率為5KW，然后提升功率至20KW，待坩堝內(nèi)形成熔池且熔池中無其他未熔金屬后，將真空感應(yīng)爐上部加料器中的Mo、S1、Mn物料依序放入坩堝熔池中熔煉，最后將脫氧劑Ca放入熔池中對合金溶液進行脫氧，在1500°C溫度時，將坩堝中熔煉的脫氧合金熔液澆注到真空感應(yīng)爐底部的鑄造模具中形成鑄錠，待模具冷卻后將鑄錠出爐；步驟四、將出爐的鑄錠切除冒口，在1050°C將其鍛造成Φ SOmm^ Φ 60mm的圓棒,將圓棒打磨光潔制成自耗電極,再將自耗電極焊接在真空自耗電弧爐的輔助電極上，抽真空使真空自耗電弧爐的真空度到達10_2Pa，然后測漏，確保電弧爐漏率低于1.0Pa/min時開始通電起弧，在電壓28V，電流為1600A下熔化自耗電極，使其合金熔液進入真空自耗電弧爐的水冷銅坩堝內(nèi)結(jié)晶，直到將自耗電極全部熔化，冷卻后將合金錠出爐；步驟五、在1080°C對出爐的合金錠進行鍛造，鍛造比為1.5，并在鍛造后在900°C的條件下進行熱軋制成板材，軋制變形量為50% ;步驟六、將軋制后的合金板材進行固溶處理，加熱至1050°C，保溫60min，然后水淬退火，進而實現(xiàn)固溶處理；步驟七、將熱處理后的合金板材進行冷軋，冷軋變形量為5%，然后置于真空熱處理爐中在1080°C進行真空退火20min ；步驟八、將真空退火后的板材經(jīng)90(TC保溫4h后空冷，進而實現(xiàn)穩(wěn)定化處理。
[0036]采用本實施例制備的奧氏體不銹鋼，其成分重量百分比為:C:0.06%, Si:0.50%，Mn:1.00%, N1:20.00%, Cr:24.00%, Mo:2.72%, P:< 0.005%, S:< 0.005%, Co:< 0.01%，余量為鐵和雜質(zhì)。本實施例的奧氏體不銹鋼的晶粒度為5級，晶粒直徑為28 μ m,碳化物均勻彌散在晶內(nèi)和晶界，硬度平均值為HV170，室溫抗拉強度為680MPa，550°C抗拉強度560MPa，700°C抗拉強度340MPa，700°C蠕變試驗結(jié)果表明，本實施例不銹鋼的蠕變性能高于現(xiàn)有奧氏不銹鋼，Mo的固溶強化效果發(fā)揮了效果，達到了改善材料高溫強度的目的。經(jīng)2000h超臨界水腐蝕試驗結(jié)果表明，本實施例的不銹鋼具有比普通現(xiàn)有奧氏不銹鋼相當(dāng)或更低的腐蝕速率性能。
[0037]實施例3:
一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，包括依次進行的以下步驟:步驟一、配料，按重量百分含量計，由下列成分組成:Si:0.70%, Mn:1.50%, N1:22.00%, Cr:23.00%, Mo:2.65%, Ca:
0.1%，余量為高純鐵和雜質(zhì)；步驟二、將薄壁45#鋼鑄造模和鎂砂坩堝放置在高溫干燥箱內(nèi)加熱至20(TC，保溫1h進行除氣；步驟三、將薄壁45#鋼鑄造模和鎂砂坩堝從高溫干燥箱中取出，并將配料的Fe、Cr和Ni放入坩堝內(nèi)，打開真空感應(yīng)爐，依次將薄壁45#鋼鑄造模和裝有Fe、Cr和Ni配料的鎂砂坩堝置于真空感應(yīng)爐的底部和中部，再將配料Mo、S1、Mn及脫氧劑Ca依次放入真空感應(yīng)爐上部的加料器中，關(guān)閉爐門，將真空感應(yīng)爐抽真空至KT2Pa時，送電熔煉坩堝中的Fe、Cr和Ni物料，熔煉溫度為1600°C，初始功率為5KW，然后提升功率至20KW，待坩堝內(nèi)形成熔池且熔池中無其他未熔金屬后，將真空感應(yīng)爐上部加料器中的Mo、Si,Mn物料依序放入坩堝熔池中熔煉，最后將脫氧劑Ca放入熔池中對合金溶液進行脫氧，在1650°C溫度時，將坩堝中熔煉的脫氧合金熔液澆注到真空感應(yīng)爐底部的鑄造模具中形成鑄錠，待模具冷卻后將鑄錠出爐；步驟四、將出爐的鑄錠切除冒口，在1050°C將其鍛造成Φ50mm~Φ60mm的圓棒,將圓棒打磨光潔制成自耗電極，再將自耗電極焊接在真空自耗電弧爐的輔助電極上，抽真空使真空自耗電弧爐的真空度到達10_2Pa，然后測漏，確保電弧爐漏率低于1.0Pa/min時開始通電起弧，在電壓35V，電流為2000A下熔化自耗電極，使其合金熔液進入真空自耗電弧爐的水冷銅坩堝內(nèi)結(jié)晶，直到將自耗電極全部熔化，冷卻后將合金錠出爐；步驟五、在1150°C對出爐的合金錠進行鍛造，鍛造比為6.0,并在鍛造后在1100°C的條件下進行熱軋制成板材，軋制變形量為80% ;步驟六、將軋制后的合金板材進行固溶處理，加熱至1150°C，保溫5min，然后水淬退火，進而實現(xiàn)固溶處理；步驟七、將熱處理后的合金板材進行冷軋，冷軋變形量為20%，然后置于真空熱處理爐中在1150°C進行真空退火60min ;步驟八、將真空退火后的板材經(jīng)950°C保溫5h后空冷，進而實現(xiàn)穩(wěn)定化處理。
[0038]采用本實施例制備的奧氏體不銹鋼，其成分重量百分比為:C:0.06%, Si:0.70%，Mn:1.50%, N1:22.00%, Cr:23.00%, Mo:2.65%, P:< 0.005%, S:< 0.005%, Co:< 0.01%，余量為鐵和雜質(zhì)。本實施例的奧氏體不銹鋼的晶粒度為4級，晶粒直徑為32 μ m,碳化物均勻彌散在晶內(nèi)和晶界，硬度平均值為HV170，室溫抗拉強度為660MPa，550°C抗拉強度520MPa，700°C抗拉強度330MPa，700°C蠕變試驗結(jié)果表明，本實施例不銹鋼的蠕變性能高于現(xiàn)有奧氏不銹鋼，Mo的固溶強化效果發(fā)揮了效果，達到了改善材料高溫強度的目的。經(jīng)2000h超臨界水腐蝕試驗結(jié)果表明，本實施例的不銹鋼具有比現(xiàn)有奧氏不銹鋼相當(dāng)或更低的腐蝕速率性能。
[0039] 如上所述，可較好的實現(xiàn)發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種奧氏體不銹鋼，其特征在于，其成分重量百分比為:C: < 0.08%, Si:0.20%-0.70%,Mn:0.50%-1.50%,N1:19.00%-22.00%, Cr:23.00%-25.00%, Mo:2.65%-2.88%,P:< 0.005%, S:< 0.005%, Co:< 0.01%，余量為鐵和雜質(zhì)。
2.一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、配料，配料按以下重量百分比進行配置:Si:0.20%-0.70%, Mn:0.50%-1.50%，Mo:2.65%-2.88%, Ni:19.00%-22.00%, Cr:23.00%_25.00%,余量為鐵和雜質(zhì)，其中，F(xiàn)e 采用原料純鐵，Cr采用金屬純Cr，Ni采用電解Ni，雜質(zhì)中Co在配料中重量成分< 0.01% ； 步驟二、清洗并保證真空熔煉使用的鑄造模具和坩堝的潔凈度，再將鑄造模具和坩堝放置在高溫干燥箱內(nèi)進行除氣； 步驟三、將鑄造模具和坩堝從高溫干燥箱中取出，將配料放入坩堝內(nèi)，在真空感應(yīng)爐內(nèi)送電熔煉使坩堝中合金熔煉得到合金熔液，然后在真空感應(yīng)爐內(nèi)將合金熔液澆注到鑄造模具中形成鑄錠，待鑄錠模具冷卻后將鑄錠出爐； 步驟四、將出爐的鑄錠切除冒口、鍛造成圓棒并打磨光潔制成自耗電極，再將自耗電極焊接在真空自耗電弧爐的輔助電極上，熔化自耗電極，使其合金熔液進入真空自耗電弧爐的水冷銅坩堝內(nèi)結(jié)晶，直到將自耗電極全部熔化，冷卻后將合金錠出爐； 步驟五、對出爐的合金錠進行鍛造，并在鍛造后進行熱軋制成板材； 步驟六、將軋制后的合金板材進行固溶處理； 步驟七、將熱處理后的合金板材進行冷軋，然后置于真空熱處理爐中進行真空退火； 步驟八、將真空退火后的板材進行穩(wěn)定化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，其特征在于，所述步驟二中高溫干燥箱內(nèi)加熱溫度為200°C~1200°C，保溫時間為ltTlOh。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，其特征在于，所述步驟四中熔化自耗電極具體包括以下步驟:抽真空使真空自耗電弧爐的真空度到達10_2Pa，然后測漏，確保電弧爐漏率低于1.0Pa/min時開始通電起弧，在電壓20疒35V，電流為1200A~2000A下熔化自耗電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，其特征在于，所述步驟五中鍛造溫度為1000°c~1150°C，鍛造比為1.5飛.0，熱軋溫度為900°C~1100°C，軋制變形量為209^80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，其特征在于，所述步驟六中固溶處理的具體過程為:將軋制后的合金板材進行固溶處理，加熱至950°C~1150°C，保溫5min^60min,然后水淬退火。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，其特征在于，所述步驟七中冷軋變形量為5%~20%，退火溫度為1050°C~1150°C，退火時間為20mirT60min。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，其特征在于，所述步驟八中穩(wěn)定化處理具體過程為:經(jīng)850°C _950°C保溫3h~5h后空冷。
9.根據(jù)權(quán)利要求2~8中任意一項所述的一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，其特征在于，所述步驟三具體包括以下步驟: 步驟3.1、將鑄造模具和坩堝從高溫干燥箱中取出，并將配料的Fe、Cr和Ni放入坩堝內(nèi)；步驟3.2、打開真空感應(yīng)爐，依次將鑄造模具和裝有Fe、Cr和Ni配料的坩堝置于真空感應(yīng)爐的底部和中部，再將配料Mo、Si及Mn依次放入真空感應(yīng)爐上部的加料器中，關(guān)閉爐門； 步驟3.3、將真空感應(yīng)爐抽真空至10_2Pa時，送電熔煉坩堝中的Fe、Cr和Ni物料，熔煉溫度為1400°C~1600°C，初始功率為5KW，然后提升功率至20KW，待坩堝內(nèi)形成熔池且熔池中無其他未熔金屬后，將真空感應(yīng)爐上部加料器中的Mo、S1、Mn物料依序放入坩堝熔池中熔煉； 步驟3.4、在1450°C~1650°C溫度時，將坩堝中熔煉的脫氧合金熔液澆注到真空感應(yīng)爐底部的鑄造模具中形成鑄錠，待模具冷卻后將鑄錠出爐。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種奧氏體不銹鋼的制造工藝，其特征在于，所述步驟一中配料時還包括補加入脫氧劑Ca，其中，脫氧劑Ca的重量為包括Ca在內(nèi)所有成分總重量的.0.05%-0.1% ;所述步驟3.2還包括加Mn后在真空感應(yīng)爐上部的加料器中加入脫氧劑Ca ;所述步驟3.3還包括在將Mo、S1、Mn物料依序放 入坩堝熔池中熔煉后將脫氧劑Ca放入熔池中對合金溶液進行脫氧。
【文檔編號】C22C38/52GK104032233SQ201410227245
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】熊茹, 潘錢付, 張亮, 解懷英, 劉桂良, 唐睿, 陳勇 申請人:中國核動力研究設(shè)計院