一種高強高韌不銹鋼及制造方法
【專利摘要】一種高強高韌不銹鋼及制造方法，屬于不銹鋼制造領域。化學成分按重量百分比為：C：0.13～0.19%、Si≤0.6%、Mn：0.6～1.0%、P≤0.01%、S≤0.01%、Ni：3.0～4.0%、Cr：15.0～16.0%、Mo：1.4～1.9%、Cu：1.0～2.0%、W：0.7～1.2%、V：0.2～0.6%、N:0.05～0.12，余量為Fe和不可避免的雜質；其制造方法包括：真空熔煉、鍛造、熱軋，其特征在于終軋溫度850～900℃；產品最后進行熱處理，其特征在于：1070±10℃×40～60min油冷，-192℃×2～3h自然恢復至室溫，460～480℃×2±0.5h空冷。優點在于,具有良好的強韌性匹配，適用于制造核反應堆驅動機構用滾輪。
【專利說明】一種高強高韌不銹鋼及制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于不銹鋼的制造領域，特別提供了一種高強高韌不銹鋼及制造方法，適用于制造核反應堆驅動機構用滾輪。
【背景技術】
[0002]核反應堆驅動機構用滾輪材料要求具有良好的耐蝕性能、抗沖擊性能和耐磨性能，通常采用高強不銹鋼制造。現有技術中，采用9Crl8高碳馬氏體不銹鋼和0Crl7Ni4Cu4Nb沉淀硬化不銹鋼用作滾輪材料，9Crl8高碳馬氏體不銹鋼的硬度很高，耐蝕、耐磨性能較好，但抗沖擊能力較差；0Crl7Ni4Cu4Nb沉淀硬化不銹鋼主要依靠富銅相的強化，最高硬度可達到HRC=45，但此時對應的沖擊值Aku2 ( 12J，雖然可通過熱處理調整強度、韌性，有較好的強度，但硬度比較低，耐磨性較差，同時材料的韌性非常低，雖然依靠回火產生的逆變奧氏體可大幅度提高韌性，但硬度顯著降低；腔體材料(YlCrl6Ni3Mo2CuN)主要依靠富銅相、Mo2C的析出強化以及P的固溶強化，強韌性匹配適當，具有較好的綜合性能，但沖擊韌性還需要提高。lCrl6Ni3MolCulN材料同YlCrl6Ni3Mo2CuN材料類似，也具有良好的強韌性匹配，但通過熱處理很難將硬度提高到HRC48以上，目前核反應堆驅動機構用滾輪材料的力學性能要求:
[0003]室溫:Rm≥ 1400MPa, Rptl.2 ≥ IlOOMPa, A ≥ 12%, Z ≥ 40%, Aku2 ≥ 72J, HRC ≥ 48，3500C:Rm ≥ 1000MPa, Rpa2 ≥ 800MPa。
[0004]現有技術鋼種的強韌性匹配尤其硬度與韌性的匹配并不能完全達到指標的要求，因此還需要進一步提升材料的強韌性匹配和組織穩定性。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在于提供一種高強高韌不銹鋼及制造方法，通過對lCrl6Ni3MolCulN沉淀硬化不銹鋼材料添加合金元素得到一種高強高韌馬氏體不銹鋼，并通過控制其冶煉、鍛造、軋制以及熱處理工藝來實現提高強度和韌性的方法。
[0006]本發明的高強高韌馬氏體不銹鋼化學成分按重量百分比為:C:0.13~0.19%、Si ( 0.6%、Mn:0.6 ~1.0%、P ( 0.01%,S ( 0.01%,N1:3.0 ~4.0%、Cr:15.0 ~16.0%、Mo:
1.4 ~1.9%、Cu:1.0 ~2.0%、W:0.7 ~1.2%、V:0.2 ~0.6%、N:0.05 ~0.12，余量為 Fe 和不可避免的雜質
[0007]根據上述目的，本發明采用在lCrl6Ni3MolCulN沉淀硬化不銹鋼的基礎上，降低P的含量，調整Cu，Ni的含量，并添加W，V等合金元素，實現了通過合理的熱處理制度顯著提高室溫強度和韌性的目的，并且同時具有良好的高溫力學性能。
[0008]上述發明技術方案工藝原理如下:
[0009]P含量的降低可以提高鋼的純凈度，改善韌性，降低回火脆性，但會降低材料的強度。
[0010]Ni是奧氏體相形成元素，擴大奧氏體穩定區，從而能夠提高材料的韌性。但Ni含量過多，Ms點降低，冷卻時會導致殘余奧氏體的形成，使材料強度降低，因此馬氏體時效不銹鋼中Ni的含量一般控制在3~10%。
[0011]Cu含量的提高可以增加富銅相的含量，從而提高材料的強度，但銅含量過高，韌性會有明顯下降。在lCrl6Ni3MolCulN不銹鋼中Cu通過形成富Cu的納米級析出物而使鋼的高溫持久強度提升，平衡考慮Cu的強化效果和對熱加工性能以及韌性的影響，本發明控制Cu的含量在1.0~2.0之間。
[0012]W起固溶強化作用，同時還有促進MX型碳氮化物以納米形式析出的作用，從而提高鋼的強度；增加W含量，還可可增加殘余奧氏體含量，提高韌性，但W含量過多會導致δ 一鐵素休形成，降低強度和韌性，因此W的含量控制在0.7~1.2%。
[0013]V是強碳化物形成元素，可形成MX型納米碳氮化物強化相，提高鋼的強度。其含量低于0.1%時，不足以在鋼中形成高密度MX型納米強化相，同時含量過高易成粗大碳氮化物，降低韌性，因此V含量控制在0.2~0.6%。
[0014]根據上述目的和工藝原理本發明的技術方案為:在lCrl6Ni3MolCulN基礎上添加
0.7~1.2%W、0.2~0.6%V、控制Cu含量在1.0~3.0%、Ni含量在3.0~4.0%、P含量小于0.01%。
[0015]本發明的制造工藝包括真空熔煉、鍛造、熱軋:采用真空感應+電渣重熔工藝冶煉制備鋼錠，在工藝中控制的技術參數為:
[0016]鋼錠開鍛溫度1050~1100°C，終鍛溫度850~900°C，鍛后保溫空冷，熱軋加熱溫度1160±10°C，咬入溫度900°C，最后成品孔型采用等溫軋制，成品保溫空冷，終軋溫度850 ~900°C。
[0017]廣品最后進行熱處理:
[0018]淬火溫度:1070±10°C，保溫時間:40~60min，油冷；
[0019]冷處理溫度:_192°C，保溫時間:2~3h ;
[0020]時效溫度:460~480°C，保溫時間1.5~2.5h，空冷。
[0021]選擇理由如下:
[0022]淬火溫度和保溫時間:1070°C固溶時，原始析出相溶解比較完全，時效析出強化效果較好，晶粒尺寸也變化不大，從而具有較高的強韌性；固溶溫度偏低，成分與組織不能進行充分的均勻化，原始彌散析出的碳化物不能充分溶解，導致塑性、韌性較低；固溶溫度偏高，晶粒顯著長大，并且由于合金元素的溶解完全，奧氏體穩定性增加，可能導致殘余奧氏體也隨之增加，從而使強度、硬度下降。因此本發明優化的淬火工藝參數為1070±10°C X40 ~60min 油冷。
[0023]冷處理溫度和保溫時間:冷處理的目的在于減少殘余奧氏體含量，獲得較高的表面硬度和尺寸穩定性。隨著冷處理溫度的降低，強度、硬度均可增加；同一冷處理溫度下，并且隨著保溫時間的延長，強度先升后降，因此本發明優化的冷處理工藝參數為-192°C X2 ~3h。
[0024]時效溫度與保溫時間:隨時效溫度的升高，強度、硬度先升后降，460~480°C下時效，可充分析出物細小彌散分布，從而具有最佳的組織和室溫、高溫力學性能；同一時效溫度下，隨著時間延長，屈服強度先升后降，保溫2h具有最佳的室溫、高溫力學性能，因此本發明優化的時效工藝參數為460~480°C X2±0.5h空冷。[0025]本發明的有益效果:與現有技術相比，僅添加了少量合金元素W、V和調整合金元素Cu、Ni的含量，成本提高的很少，配合合理的熱處理工藝，合金經過時效后的強度、韌性均可顯著提高，能夠加工出具有高純凈度、高強度、高硬度、良好沖擊韌性和良好抗腐蝕性的滾輪材料棒材。
【具體實施方式】
[0026]本發明的新型高強高韌不銹鋼將通過兩個實施例進行更詳細的描述。這些實施例是對本發明最佳實施方式的描述，并不對本發明的范圍有任何限制。
[0027]實施例1:
[0028]試驗料選用在lCrl6Ni3MolCulN沉淀型不銹鋼基礎上，添加了 0.3~1.2%W、
0.2~0.6%V并調整合金元素Cu、Ni的含量，采用化學成分見表1。現有技術鋼種的室溫硬度與沖擊韌性見表2，實施例1在不同熱處理工藝下的室溫硬度與沖擊韌性見表3。現有技術鋼種中僅lCrl6Ni3MolCulN具有足夠的硬度和韌性匹配，但硬度沒有富裕量，實施例1在保證韌性的同時硬度值有較大提升，具有更好的強韌性匹配。
[0029]表1本發明實施例1用化學成分
[0030]
【權利要求】
1.一種高強高韌不銹鋼，其特征在于，化學成分按重量百分比為::C:0.13~0.19%、Si ( 0.6%、Mn:0.6 ~1.0%、P ( 0.01%,S ( 0.01%,N1:3.0 ~4.0%、Cr:15.0 ~16.0%、Mo:1.4 ~1.9%、Cu:1.0 ~2.0%、W:0.7 ~1.2%、V:0.2 ~0.6%、N:0.05 ~0.12，余量為 Fe 和不可避免的雜質。
2.—種權利要求1所述的高強高韌不銹鋼的制造方法，包括真空冶煉、鍛造、熱軋、熱處理，在工藝中控制的技術參數為: 鋼錠開鍛溫度1050~1100°C，終鍛溫度850~90(TC，鍛后保溫空冷，熱軋加熱溫度1160±10°C，咬入溫度900°C，最后成品孔型采用等溫軋制，成品保溫空冷，終軋溫度850~900 0C ； 熱處理工藝， 淬火溫度:1060~1080°C，保溫時間:40~60min，油冷； 冷處理溫度:_192°C，保溫時間:2~3h ; 時效溫度:460~480°C，保溫時間1.5~2.5h，空冷。
【文檔編號】C21D6/00GK103695796SQ201310682780
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】趙吉慶, 楊鋼, 劉正東, 王立民, 包漢生, 何西扣, 李密 申請人:鋼鐵研究總院