一种抗氧化的超级奥氏体不锈钢及其加工工艺

1.本发明属于不锈钢加工技术领域，具体涉及一种抗氧化的超级奥氏体不锈钢及其加工工艺。


背景技术：

2.随着能源环保、海洋工程和石油化工等高端装备制造业的快速发展，极端环境下服役的大型装置用关键材料的研发和国产化被视为当前亟需解决的问题。
3.超级奥氏体不锈钢因为其优异的力学性能和耐腐蚀性，被广泛应用于石油化工、节能环保、海洋工程等极端苛刻的环境中。超级奥氏体不锈钢由于其高mo、cr等合金含量，因此具有比普通不锈钢更为优异的力学和耐蚀性能，甚至可以与镍基合金相媲美，同时成本优势也极为明显，所以超级奥氏体不锈钢逐渐成为代替镍基合金和钛基合金的理想材料。
4.目前超级奥氏体不锈钢中钼元素含量高，因此在高温均质化处理、热加工和热处理过程中，钼元素会氧化生成的moo3并挥发，因此会破坏超级奥氏体不锈钢氧化层的完整性和致密性，进而导致氧化层形成大量空洞和裂纹，失去保护作用，降低了超级奥氏体不锈钢的抗氧化性能，即耐腐蚀性能。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗氧化的超级奥氏体不锈钢及其加工工艺，本发明是利用b、y协同调控合金元素mo、cr的扩散速率以及偏析行为，促进cr向表面的扩散、富集，同时抑制mo的表面偏析，使cr优先与o反应生成致密的氧化层，阻止mo向表面的扩散，减缓轧制过程中mo的氧化烧损问题。
6.本发明是通过采用以下技术方案实现的：
7.一种抗氧化的超级奥氏体不锈钢包括以下质量百分数的化学成分：
8.c≤0.02％、si≤0.6％、mn≤1.00％、p≤0.03％、s≤0.005％、cr：19-21％、ni：17.0-19.0％、mo：6.0-6.5％、cu：0.5-、n：0.18-0.25％、b：0.002％～0.006％，y：0.003％～0.007％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素。
9.优选的，本发明抗氧化的超级奥氏体不锈钢包括以下质量百分数的化学成分：
10.c为0.02％、si为0.65％、mn为1.50％、p为0.03％、s为0.01％、ni为18.0％、cu为1.5％、n为0.3％、cr为20.0％、mo为6.5％、b为0.005％和y为0.005％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素。
11.本发明还提供了所述抗氧化的超级奥氏体不锈钢的加工工艺，具体包括以下步骤：
12.(1)按质量百分比称取以下化学成分：c≤0.02％、si≤0.6％、mn≤1.00％、p≤0.03％、s≤0.005％、cr：19-21％、ni：17.0-19.0％、mo：6.0-6.5％、cu：0.5-、n：0.18-0.25％、b：0.002％～0.006％，y：0.003％～0.007％，余量为fe及其他不可避免的杂质元
素；
13.(2)将称取的化学成分混合后置于真空感应炉中进行冶炼，在真空状态下浇铸成铸锭后空冷，冷却至室温时脱模；然后将铸锭置于1200℃的电阻加热炉中均质化处理8-16h，空冷至室温，继续将铸锭置于电阻加热炉中并升温到1220℃，保温60min，最后热轧成钢板；
14.(3)固溶处理：将步骤(2)制成的钢板置于1200℃下的马弗炉中进行固溶处理；处理结束后缓冷至1100℃，随后水冷，得到抗氧化的超级奥氏体不锈钢。
15.优选的，步骤(2)所述的铸锭尺寸为120
×
100
×
500mm的铸锭。
16.优选的，步骤(2)制成的钢板厚度为25mm。
17.优选的，步骤(3)所述的固溶时间为60min。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明是在不锈钢中引入易向晶界偏析的微合金化元素b、y，调控mo、cr在晶界、表面的分布；通过调控mo、cr的分布，调控合金元素cr在不锈钢表面的分布，形成致密的氧化层，并抑制热加工过程中mo的烧损，从而提高了超级奥氏体不锈钢的抗氧化性能。
附图说明
20.图1为实施例1制备的抗氧化的超级奥氏体不锈钢在1000℃氧化1.5min后的微观形貌图和表面能谱图；
21.图2为对比例1制备的传统成分的超级奥氏体不锈钢在1000℃氧化1.5min后的微观形貌图和表面能谱图；
22.图3为实施例1(左)和对比例1(右)制备的抗氧化的超级奥氏体不锈钢在900℃下氧化30min后的微观形貌图；
23.图4为实施例1(左)和对比例1(右)制备的抗氧化的超级奥氏体不锈钢在1000℃下氧化30min后的微观形貌图；
24.图5为实施例1(左)和对比例1(右)制备的抗氧化的超级奥氏体不锈钢在1100℃下氧化30min后的微观形貌图。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
26.实施例1
27.一种抗氧化的超级奥氏体不锈钢的加工工艺，具体步骤如下：
28.(1)按质量百分比称取以下化学成分：c为0.02％、si为0.65％、mn为1.50％、p为0.03％、s为0.01％、ni为18.0％、cu为1.5％、n为0.3％、cr为20.0％、mo为6.5％、b为0.005％和y为0.005％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素；
29.(2)将称取的化学成分混合后置于真空感应炉中进行冶炼，在真空状态下浇铸成120
×
100
×
500mm的铸锭后空冷，冷却至室温时脱模；然后将铸锭置于1200℃的电阻加热炉
中均质化处理8-16h，空冷至室温，继续将铸锭置于电阻加热炉中并升温到1220℃，保温60min，最后热轧成厚度为25mm钢板；
30.(3)固溶处理：将步骤(2)制成的钢板置于1200℃下的马弗炉中进行固溶处理60min；处理结束后缓冷至1100℃，随后水冷，得到抗氧化的超级奥氏体不锈钢。
31.(4)氧化处理：将步骤(3)制成的抗氧化的超级奥氏体不锈钢在1000℃氧化处理1.5min，利用扫描电子显微镜检测不锈钢的表面微观形貌，如图1所示，同时检测不锈钢表面能谱。
32.对比例1
33.一种抗氧化的超级奥氏体不锈钢的加工工艺，具体步骤如下：
34.(1)按质量百分比称取以下化学成分：c为0.02％、si为0.65％、mn为1.50％、p为0.03％、s为0.01％、ni为18.0％、cu为1.5％、n为0.3％、cr为20.0％、mo为6.5％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素；
35.(2)将称取的化学成分混合后置于真空感应炉中进行冶炼，在真空状态下浇铸成120
×
100
×
500mm的铸锭后空冷，冷却至室温时脱模；然后将铸锭置于1200℃的电阻加热炉中均质化处理8-16h，空冷至室温，继续将铸锭置于电阻加热炉中并升温到1220℃，保温60min，最后热轧成厚度为25mm钢板；
36.(3)固溶处理：将步骤(2)制成的钢板置于1200℃下的马弗炉中进行固溶处理60min；处理结束后缓冷至1100℃，随后水冷，得到超级奥氏体不锈钢。
37.(4)氧化处理：将步骤(3)制成的传统成分的超级奥氏体不锈钢在1000℃氧化处理1.5min，利用扫描电子显微镜检测不锈钢表面的微观形貌，如图2所示，同时检测不锈钢表面能谱。
38.从图1和图2中可以看出，实施例1制备的不锈钢表面氧化膜更加均匀，结构更加致密，cr在晶界、表面的富集更为明显。
39.将实施例1和对比例1制备的抗氧化的超级奥氏体不锈钢分别在900、1000、1100℃下进行氧化处理30min，检测不锈钢的微观形貌图，如图3-5所示。
40.从图3-5中可以看出，经过氧化处理后，本发明不锈钢中添加了b、y复合元素，有利于促进cr向表面的扩散，而抑制mo向表面的扩散，从而形成表面致密的cr2o3钝化层，起到保护mo被烧损的目的。
41.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。