一种奥氏体不锈钢及其制造工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种奥氏体不锈钢，其成分重量百分比为：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%，余量为铁和杂质。本发明还公开了上述奥氏体不锈钢的制造工艺。本发明的不锈钢具有良好的蠕变性能、氧化性能、腐蚀性能等，具有良好的中子经济性和成本经济性，抗中子辐照肿胀性能良好，满足SCWR燃料包壳或堆内构件应用要求，为SCWR提供候选材料，此外，也可满足核反应堆温度、安全性、经济性不断提高的需要。
【专利说明】一种奥氏体不锈钢及其制造工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于核材料【技术领域】，具体是超临界水冷堆燃料包壳材料的一种奥氏体不锈钢及其制造工艺。
【背景技术】
[0002]不锈钢是反应堆系统中的重要结构材料，不锈钢的种类很多、性能各异。其中，奥氏体不锈钢由于具有良好的耐蚀性和焊接性，优良的热强性和冷、热加工性能，以及冷变形后又具有强度、塑性和韧性的良好综合性能，在核工业领域中被广泛应用。
[0003]目前核电常用的例如310不锈钢，其具有较好的综合性能，因而常用于堆芯或辐照较多部位，但作为第四代核反应堆堆型之一的超临界水冷堆(SCWR)，其工况更为复杂，对于材料的要求更为苛刻，目前的310S还不能完全满足第四代核反应堆超临界工况环境条件的要求，因此，研制一种能够适用于超临界水冷堆燃料包壳材料用的奥氏体不锈钢十分必要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种奥氏体不锈钢，其具有良好的高温性能，包括蠕变性能、氧化性能、腐蚀性能等，具有良好的中子经济性和成本经济性，抗中子辐照肿胀性能良好，满足SCWR燃料包壳或堆内构件应用要求，为SCWR提供候选材料，此外，也可满足核反 应堆温度、安全性、经济性不断提高的需要。本发明还提供了上述奥氏体不锈钢的制造工艺。
[0005]本发明的目的主要通过以下技术方案实现:
一种奥氏体不锈钢，其成分重量百分比为: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%，余量为铁和杂质。其中，Mo是熔点很高的金属，能显著提高原子间的结合力、扩散激活能和再结晶温度，能产生固溶强化和碳化物析出强化，且具有很好的钝化能力，能提高钝化膜的致密度和牢固性，因此，可起到较好的减少晶间腐蚀、点腐蚀和提高热强性的目的。此外，当中子注量为1023n/cm2时，观测到铬镍钢的肿胀，它体现在尺寸、部件形状、结构、力学性能的变化。当中子注量为2X 1023n/cm2时，材料的每个原子经受50个以上的位移，而辐照损伤的程度在很大程度上取决于合金化，加Mo不仅能提高奥氏体不锈钢的高温强度和高温耐蚀能力，也能增强抗辐照肿胀的能力，并且，Mo的热中子吸收截面为2.6b，而Fe、Cr、Ni的分别为2.6b、3.lb、4.5b，即加Mo具有比Cr、Ni元素更好的中子经济性。但是，Mo是缩小奥氏体(Y )区元素，不应加太多，以保证室温条件下本发明合金的单相奥氏状态；Mo具有的原子尺寸因素介于8%与15%之间，能与奥氏体Fe形成具有较宽溶解度的有限固溶体，化学亲和力较相似。本发明添加了用于改善合金性能的成分Mo，Mo含量根据合金团簇理论来确定，即，Cr、Mo元素具有最佳匹配关系，一般其原子配比(at%)为Mo/Cr=l/16、2/16和4/16，且重量匹配一般不超过6%_7%。本发明中，Mo/Cr原子配比取为=1/16，转换为质量浓度(Wt%)后获得Mo含量为2.65%-2.88%。
[0006]本发明中不锈钢的晶粒度为4飞级，直径为30 μ m左右，碳化物均匀弥散在晶内和晶界，硬度平均值为HV170，室温抗拉强度≥650MPa，550°C抗拉强度≥500MPa，700°C抗拉强度SSlOMPaJOOt:蠕变试验结果表明，本发明奥氏体不锈钢的蠕变性能高于现有奥氏体不锈钢，Mo的固溶强化效果发挥了效果，达到了改善材料高温强度的目的。经2000h超临界水腐蚀试验结果表明，本发明奥氏不锈钢具有比现有奥氏体不锈钢相当或更低的腐蚀速率性能。
[0007]一种奥氏体不锈钢的制造工艺，包括以下步骤:
步骤一、配料，配料按以下重量百分比进行配置: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%，余量为铁和杂质，其中，Fe 采用原料纯铁，Cr采用金属纯Cr，Ni采用电解Ni，杂质中Co在配料中重量成分< 0.01% ；步骤二、清洗并保证真空熔炼使用的铸造模具和坩埚的洁净度，再将铸造模具和坩埚放置在高温干燥箱内进行除气；
步骤三、将铸造模具和坩埚从高温干燥箱中取出，将配料放入坩埚内，在真空感应炉内送电熔炼使坩埚中合金熔炼得到合金熔液，然后在真空感应炉内将合金熔液浇注到铸造模具中形成铸锭，待铸锭模具冷却后将铸锭出炉；
步骤四、将出炉的铸锭切除冒口、锻造成圆棒并打磨光洁制成自耗电极，再将自耗电极焊接在真空自耗电弧炉的辅助电极上，熔化自耗电极，使其合金熔液进入真空自耗电弧炉的水冷铜坩埚内结晶，直到将自耗电极全部熔化，冷却后将合金锭出炉； 步骤五、对出炉的合金锭进行锻造，并在锻造后进行热轧制成板材；
步骤六、将轧制后的合金板材进行固溶处理；
步骤七、将热处理后的合金板材进行冷轧，然后置于真空热处理炉中进行真空退火； 步骤八、将真空退火后的板材进行稳定化处理。
[0008]本发明的Ni采用电解Ni，杂质Co是从添加元素Ni伴生带来的，电解Ni纯度为99.99% (参照GB/T 6516-2010，Co ( 0.005%)，如此，可保证合金中Co < 0.01%，本发明的Fe 采用原料纯铁(参照 GB/T 9971-2004 YT3，P ≤ 0.009%, S ^ 0.007%), Ni 采用电解 Ni9999(参照 GB/T 6516-2010，P ( 0.001%，S ≤ 0.001%), Cr 采用金属纯 Cr(参照 GB/T 3211-2008，Cr≤99.2%，P≤0.005%, S≤0.01%) ;Fe、Cr、Ni均为低P、S含量的原料，采用满足上述标准的Fe、Cr、Ni原料，可满足C含量的要求。
[0009]本发明合金的配料中添加Mo，Mo对不锈钢辐照前性能的优化是通过Mo元素的本性在起作用；而其对不锈钢辐照性能的影响是同它俘获辐照缺陷的能力以及形成稳定缺陷的数量、形态有关。二者机制不同，Mo元素却能同时对辐照前后的性能产生有利的影响趋势。具体作用或影响如下:
(I)对微观组织的影响
奥氏体不锈钢的原子排列比铁素体不锈钢的致密，原子间结合力强，扩散速度慢和再结晶温度高，而Mo是熔点很高的金属，能显著提高奥氏体原子间的结合力、扩散激活能和再结晶温度。
[0010]Mo通过置换原子的方式来强化基体相，即Mo的添加能有效固溶强化奥氏体，这与V和B的作用不同，这两者的加入是强化晶界，而Mo的加入可产生基体的固溶强化，且能阻碍奥氏体晶粒长大，在细化晶粒和组织的贡献方面，分别优于Ni和Cr。使共析点上移，同Cr与Ni相反。
[0011]除了有固溶强化作用外，Mo还能在钢中形成许多特殊碳化物，是碳化物(K)形成元素，与C具有中等强度的结合能力，且分别高于Cr、Mn、Fe与C的结合能力。这些碳化物的稳定性和硬度都比较高，尤其间隙相的MoC和Mo2C更稳定，所以Mo对奥氏体耐热钢还有析出相(碳化物)的强化作用。
[0012](2)对力学性能的影响
奥氏体不锈钢的强化措施包括固溶强化、时效硬化和细化晶粒。合金元素的固溶强化效应中，间隙性原子(C和N)大于置换型原子；置换型元素中，缩小Y区的元素Mo(以及V)又大于扩大Y区的元素(如Mn、Ni)。
[0013]Mo含量对屈服强度的影响规律与添加Mo引起的第二相粒子的变化密切相关，高Mo含量试样中第二相粒子面积份额稍微大于低Mo含量试样，随着Mo含量增加,第二相粒子也增加，对强度的提高有所贡献。高温条件下，在热激活的帮助下，位错线绕过第二相粒子比切过第二相粒子更为容易。屈服强度随着Mo含量的增加呈上升趋势，Mo含量高的试样在强度上的优势可 能会更加明显，具有明显的高温强化作用。此外，Mo对韧性的影响不明显。
[0014](3)对腐蚀性能的影响
Mo具有很好的钝化能力，加Mo可增加材料抗还原性酸的能力，能提高钝化膜的致密度和牢固性，提高点蚀击穿电位，从而提高材料的抗点蚀能力。
[0015](4)对辐照性能的影响
晶体中的位错、晶界、析出相等都是畸变区，也是吸收点缺陷的尾闾，其中，晶界和析出相不是择优尾闾，对两种点缺陷(空位、间隙原子)的俘获强度相同，使空位和间隙原子的浓度相当，不会产生过剩空位及其在三维空间的聚集从而产生空洞，引起体积膨胀。因此，加Mo优化的310S不锈钢，具有更多吸收辐照点缺陷的尾闾，相应就减少了引起辐照肿胀和辐照硬化的空位浓度和点缺陷的演化物。
[0016]本发明的不锈钢中添加了 2.65%~2.88%的Mo，它熔点高、溶入固溶体后可增强原子间的结合力，阻碍扩散，加上又形成了 Mo2C、MoC等稳定的碳化物，提高了基体的再结晶温度和阻碍位错运动的钉扎点，减弱了位错迁移率和再结晶的回复过程，不会出现肿胀峰的分离。
[0017](5)对热处理性能的影响
Mo能增加热处理时的淬透性,在提高淬透性方面,优于Cr、Ni ；Mo能防止回火脆性；Mo增加回火稳定性，含Mo较高的钢，产生二次硬化作用，优于Cr，Ni的贡献。
[0018](6) Mo的不利影响(添加量上线)
奥氏体不锈钢中不能加入太多Mo，它是缩小奥氏体(Y )区元素，其对铁素体性能有强化作用(介于Ni与Cr之间)，对铁素体韧性影响不明显。
[0019]Cr，Ni与Fe可以组成无限固溶体，Mo的原子尺寸与相同点阵的铁的同素异晶体的原子尺寸之差为10%，Mo具有的原子尺寸因素介于8%与15%之间，能与奥氏体Fe形成具有较宽溶解度的有限固溶体，化学亲和力较相似。
[0020]本发明步骤二中要求保证真空感应熔炼所用的坩埚和铸造模具的洁净度，目的是防止杂质元素的掺杂，对坩埚和铸造模具除气的主要目的是通过高温加热、保温，使坩埚和模具中的水分、气体等挥发，从而防止在真空感应熔炼过程中合金增加N、O、H等杂质，尤其是O和H。本发明的步骤三和步骤四采用真空感应熔炼和真空自耗电弧熔炼的双联熔炼工艺设计，一方面通过真空感应熔炼、浇注成型，通过电磁搅拌可以使合金的成分更加均匀，另一方面通过真空自耗电弧熔炼，可以去除合金的0、Η、Ν等杂质元素，使合金更加纯净。本发明步骤五中合金锻造的目的一方面可以消除部分铸造缺陷，另一方面可以打碎铸造合金的大晶粒。本发明步骤六中将合金加热至相转变温度以上然后保温，可使合金充分均匀化和奥氏体化，然后空冷，可获得成分、组织比较均匀的合金。本发明步骤七的目的是对合金进行细化，具体操作时采用一次小变形的冷轧加退火热处理工艺，因为，如果采用多次小变形冷轧工艺，会细化晶粒，而晶粒过细，会降低该不锈钢材料服役时的高温强度，例如蠕变性能等，具有不利的影响。本发明步骤八中稳定化处理的目的是为了防止晶间腐蚀和促使奥氏体不锈钢的Cr23C6转化为MoC或Mo2C的热处理工艺。
[0021]进一步的，所述步骤二中高温干燥箱内加热温度为200°C~1200°C，保温时间为ltT1h。
[0022]进一步的，所述步骤四中熔化自耗电极具体包括以下步骤:抽真空使真空自耗电弧炉的真空度到l(T2Pa，然后测漏，确保电弧炉漏率低于1.0Pa/min时开始通电起弧，在电压20疒35V，电流为1200A~2000A下熔化自耗电极。
[0023]为了防止合金析出大量δ脆性相，进一步的，所述步骤五中锻造温度为1000C~1150°C，锻造 比为1.5~6.0，热轧温度为900°C~1100°C，轧制变形量为20%~80%。其中，合金析出大量的S脆性相会使合金的热加工性能变差，本发明在1000°C~1150°C对合金锭进行锻造，锻造比控制在1.5-6.0，可以消除铸造缺陷，获得合适大小的晶粒；本发明在900°C~1100°C进行合金的热轧，控制轧制变形量20%-80%可获得良好的组织和性能。
[0024]为了获得较好的组织和性能，进一步的，所述步骤六中固溶处理的具体过程为:将轧制后的合金板材进行固溶处理，加热至950°C~1150°C，保温5mirT60min，然后水淬退火。
[0025]为了获得尺寸粗细比较合适的晶粒，进一步的，所述步骤七中冷轧变形量为5%~20%，退火温度为1050°C~1150°C，退火时间为20mirT60min。
[0026]进一步的，所述步骤八中稳定化处理具体过程为:经850°C _950°C保温3tT5h后空冷。本发明限定稳定化处理的温度为850°C _950°C，因为此温度高于Cr23C6的溶解温度，而低于MoC或Mo2C的溶解温度。由于Mo的原子半径大于Cr的原子半径(1.28埃)，因此，仅从扩散速度来考虑，Cr通过扩散与C的结合速度和能力要强于Mo与C的结合。因此，稳定化处理时，温度高于Cr23C6的溶解温度，使Cr发挥不出扩散速率方面的优势。
[0027]为了防止合金中微量元素的大量挥发和烧损，进一步的，所述步骤三具体包括以下步骤:
步骤3.1、将铸造模具和坩埚从高温干燥箱中取出，并将配料的Fe、Cr和Ni放入坩埚
内；
步骤3.2、打开真空感应炉，依次将铸造模具和装有Fe、Cr和Ni配料的坩埚置于真空感应炉的底部和中部，再将配料Mo、Si及Mn依次放入真空感应炉上部的加料器中，关闭炉门；
步骤3.3、将真空感应炉抽真空至10_2Pa时，送电熔炼坩埚中的Fe、Cr和Ni物料，熔炼温度为1400°C~1600°C，初始功率为5KW，然后提升功率至20KW，待坩埚内形成熔池且熔池中无其他未熔金属后，将真空感应炉上部加料器中的Mo、S1、Mn物料依序放入坩埚熔池中熔炼；
步骤3.4、在1450°C~1650°C温度时，将坩埚中熔炼的脱氧合金熔液浇注到真空感应炉底部的铸造模具中形成铸锭，待模具冷却后将铸锭出炉。本发明待合金中Fe、Cr和Ni均熔化后，再添加S1、Mn及Mo微量元素，能减少挥发和烧损。
[0028]进一步的，所述步骤一中配料时还包括补加入脱氧剂Ca，其中，脱氧剂Ca的重量为包括Ca在内所有成分总重量的0.05%-0.1% ;所述步骤3.2还包括加Mn后在真空感应炉上部的加料器中加入脱氧剂Ca ;所述步骤3.3还包括在将Mo、S1、Mn物料依序放入坩埚熔池中熔炼后将脱氧剂Ca放入熔池中对合金溶液进行脱氧。本发明在熔化时脱氧剂Ca最后加入，其目的也是为了减少挥发和烧损。真空熔炼过程是最重要的控制合金含氧量的措施，若额外加入Ca可进一步保障合金熔炼后的低含氧量，能进一步提高材料的纯净度(降低氧含量)。
[0029]综上所述，本发明具有以下有益效果:
(I)本发明基于Mo的中子吸收截面与基体Fe的相同，因此，其不会增加原有材料的中子经济性及剂量问题，而且会提高材料中子辐照时的尺寸稳定性。
[0030](2)本发明合理的限定Mo的成分范围，经稳定化热处理以后，Mo在不锈钢中含量较多，除了固溶强化基体外，又是较强的碳化物形成元素，形成了细小弥散分布的特殊碳化物，它们的稳定性和硬度都比较高，尤其间隙相更稳定，如此，本发明改善了合金的力学性能，尤其是高温力学性能(如蠕变、疲劳性能)及抗辐照肿胀性能。
[0031](3)本发明的不锈钢 中添加少量的Mo，并在制备时通过固溶强化和第二相强化，在提高合金高温力学性能的同时，提高合金的腐蚀性能和抗辐照肿胀性能，从而使改性后的合金材料满足超临界工况对包壳材料的综合需求。
【具体实施方式】
[0032]下面结合实施例，对发明做进一步地的详细说明，但发明的实施方式不限于此。
[0033]实施例1:
一种奥氏体不锈钢的制造工艺，包括依次进行的以下步骤:步骤一、配料，按重量百分含量计，由下列成分组成:Si:0.20%, Mn:0.50%, N1:19.00%, Cr:25.00%, Mo:2.88%, Ca:
0.05%，余量为高纯铁和杂质；步骤二、将薄壁45#钢铸造模和镁砂坩埚放置在高温干燥箱内加热至500°C，保温7h进行除气；步骤三、将薄壁45#钢铸造模和镁砂坩埚从高温干燥箱中取出，并将配料的Fe、Cr和Ni放入坩埚内，打开真空感应炉，依次将薄壁45#钢铸造模和装有Fe、Cr和Ni配料的镁砂坩埚置于真空感应炉的底部和中部，再将配料Mo、Si,Mn及脱氧剂Ca依次放入真空感应炉上部的加料器中，关闭炉门，将真空感应炉抽真空至KT2Pa时，送电熔炼坩埚中的Fe、Cr和Ni物料，熔炼温度为1400°C，初始功率为5KW，然后提升功率至20KW，待坩埚内形成熔池且熔池中无其他未熔金属后，将真空感应炉上部加料器中的Mo、S1、Mn物料依序放入坩埚熔池中熔炼，最后将脱氧剂Ca放入熔池中对合金溶液进行脱氧，在1450°C温度时，将坩埚中熔炼的脱氧合金熔液浇注到真空感应炉底部的铸造模具中形成铸锭，待模具冷却后将铸锭出炉；步骤四、将出炉的铸锭切除冒口，在1050°C将其锻造成Φ SOmm^Φ 60mm的圆棒,将圆棒打磨光洁制成自耗电极,再将自耗电极焊接在真空自耗电弧炉的辅助电极上，抽真空使真空自耗电弧炉的真空度到达10_2Pa，然后测漏，确保电弧炉漏率低于1.0Pa/min时开始通电起弧，在电压20V，电流为1200A下熔化自耗电极，使其合金熔液进入真空自耗电弧炉的水冷铜坩埚内结晶，直到将自耗电极全部熔化，冷却后将合金锭出炉；步骤五、在1000°C对出炉的合金锭进行锻造，锻造比为2.0，并在锻造后在1000°C的条件下进行热轧制成板材，轧制变形量为20% ;步骤六、将轧制后的合金板材进行固溶处理，加热至950°C，保温35min，然后水淬退火，进而实现固溶处理；步骤七、将热处理后的合金板材进行冷轧，冷轧变形量为15%，然后置于真空热处理炉中在1050°C进行真空退火30min ;步骤八、将真空退火后的板材经850°C保温3h后空冷，进而实现稳定化处理。
[0034]采用本实施例制备的奥氏体不锈钢，其成分重量百分比为: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%，余量为铁和杂质。本实施例的奥氏体不锈钢的晶粒度为4级~5级，晶粒直径为30 μ m,碳化物均匀弥散在晶内和晶界，硬度平均值为HV170，室温抗拉强度为680MPa，550°C抗拉强度550MPa，700°C抗拉强度320MPa，700°C蠕变试验结果表明，本实施例不锈钢的蠕变性能高于现有奥氏不锈钢，Mo的固溶强化效果发挥了效果，达到了改善材料高温强度的目的。经2000h超临界水腐蚀试验结果表明，本实施例的不锈钢具有比现有奥氏不锈钢相当或更低的腐蚀速率性能。
[0035]实施例2:
一种奥氏体不锈钢的制造工艺，包括依次进行的以下步骤:步骤一、配料，按重量百分含量计，由下列成分组成:Si:0.50%, Mn:1.00%, N1:20.00%, Cr:24.00%, Mo:2.72%, Ca:
0.08%，余量为高纯铁和杂质；步骤二、将薄壁45#钢铸造模和镁砂坩埚放置在高温干燥箱内加热至120(TC，保温Ih进行 除气；步骤三、将薄壁45#钢铸造模和镁砂坩埚从高温干燥箱中取出，并将配料的Fe、Cr和Ni放入坩埚内，打开真空感应炉，依次将薄壁45#钢铸造模和装有Fe、Cr和Ni配料的镁砂坩埚置于真空感应炉的底部和中部，再将配料Mo、Si,Mn及脱氧剂Ca依次放入真空感应炉上部的加料器中，关闭炉门，将真空感应炉抽真空至KT2Pa时，送电熔炼坩埚中的Fe、Cr和Ni物料，熔炼温度为1500°C，初始功率为5KW，然后提升功率至20KW，待坩埚内形成熔池且熔池中无其他未熔金属后，将真空感应炉上部加料器中的Mo、S1、Mn物料依序放入坩埚熔池中熔炼，最后将脱氧剂Ca放入熔池中对合金溶液进行脱氧，在1500°C温度时，将坩埚中熔炼的脱氧合金熔液浇注到真空感应炉底部的铸造模具中形成铸锭，待模具冷却后将铸锭出炉；步骤四、将出炉的铸锭切除冒口，在1050°C将其锻造成Φ SOmm^ Φ 60mm的圆棒,将圆棒打磨光洁制成自耗电极,再将自耗电极焊接在真空自耗电弧炉的辅助电极上，抽真空使真空自耗电弧炉的真空度到达10_2Pa，然后测漏，确保电弧炉漏率低于1.0Pa/min时开始通电起弧，在电压28V，电流为1600A下熔化自耗电极，使其合金熔液进入真空自耗电弧炉的水冷铜坩埚内结晶，直到将自耗电极全部熔化，冷却后将合金锭出炉；步骤五、在1080°C对出炉的合金锭进行锻造，锻造比为1.5，并在锻造后在900°C的条件下进行热轧制成板材，轧制变形量为50% ;步骤六、将轧制后的合金板材进行固溶处理，加热至1050°C，保温60min，然后水淬退火，进而实现固溶处理；步骤七、将热处理后的合金板材进行冷轧，冷轧变形量为5%，然后置于真空热处理炉中在1080°C进行真空退火20min ；步骤八、将真空退火后的板材经90(TC保温4h后空冷，进而实现稳定化处理。
[0036]采用本实施例制备的奥氏体不锈钢，其成分重量百分比为: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%，余量为铁和杂质。本实施例的奥氏体不锈钢的晶粒度为5级，晶粒直径为28 μ m,碳化物均匀弥散在晶内和晶界，硬度平均值为HV170，室温抗拉强度为680MPa，550°C抗拉强度560MPa，700°C抗拉强度340MPa，700°C蠕变试验结果表明，本实施例不锈钢的蠕变性能高于现有奥氏不锈钢，Mo的固溶强化效果发挥了效果，达到了改善材料高温强度的目的。经2000h超临界水腐蚀试验结果表明，本实施例的不锈钢具有比普通现有奥氏不锈钢相当或更低的腐蚀速率性能。
[0037]实施例3:
一种奥氏体不锈钢的制造工艺，包括依次进行的以下步骤:步骤一、配料，按重量百分含量计，由下列成分组成:Si:0.70%, Mn:1.50%, N1:22.00%, Cr:23.00%, Mo:2.65%, Ca:
0.1%，余量为高纯铁和杂质；步骤二、将薄壁45#钢铸造模和镁砂坩埚放置在高温干燥箱内加热至20(TC，保温1h进行除气；步骤三、将薄壁45#钢铸造模和镁砂坩埚从高温干燥箱中取出，并将配料的Fe、Cr和Ni放入坩埚内，打开真空感应炉，依次将薄壁45#钢铸造模和装有Fe、Cr和Ni配料的镁砂坩埚置于真空感应炉的底部和中部，再将配料Mo、S1、Mn及脱氧剂Ca依次放入真空感应炉上部的加料器中，关闭炉门，将真空感应炉抽真空至KT2Pa时，送电熔炼坩埚中的Fe、Cr和Ni物料，熔炼温度为1600°C，初始功率为5KW，然后提升功率至20KW，待坩埚内形成熔池且熔池中无其他未熔金属后，将真空感应炉上部加料器中的Mo、Si,Mn物料依序放入坩埚熔池中熔炼，最后将脱氧剂Ca放入熔池中对合金溶液进行脱氧，在1650°C温度时，将坩埚中熔炼的脱氧合金熔液浇注到真空感应炉底部的铸造模具中形成铸锭，待模具冷却后将铸锭出炉；步骤四、将出炉的铸锭切除冒口，在1050°C将其锻造成Φ50mm~Φ60mm的圆棒,将圆棒打磨光洁制成自耗电极，再将自耗电极焊接在真空自耗电弧炉的辅助电极上，抽真空使真空自耗电弧炉的真空度到达10_2Pa，然后测漏，确保电弧炉漏率低于1.0Pa/min时开始通电起弧，在电压35V，电流为2000A下熔化自耗电极，使其合金熔液进入真空自耗电弧炉的水冷铜坩埚内结晶，直到将自耗电极全部熔化，冷却后将合金锭出炉；步骤五、在1150°C对出炉的合金锭进行锻造，锻造比为6.0,并在锻造后在1100°C的条件下进行热轧制成板材，轧制变形量为80% ;步骤六、将轧制后的合金板材进行固溶处理，加热至1150°C，保温5min，然后水淬退火，进而实现固溶处理；步骤七、将热处理后的合金板材进行冷轧，冷轧变形量为20%，然后置于真空热处理炉中在1150°C进行真空退火60min ;步骤八、将真空退火后的板材经950°C保温5h后空冷，进而实现稳定化处理。
[0038]采用本实施例制备的奥氏体不锈钢，其成分重量百分比为: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%，余量为铁和杂质。本实施例的奥氏体不锈钢的晶粒度为4级，晶粒直径为32 μ m,碳化物均匀弥散在晶内和晶界，硬度平均值为HV170，室温抗拉强度为660MPa，550°C抗拉强度520MPa，700°C抗拉强度330MPa，700°C蠕变试验结果表明，本实施例不锈钢的蠕变性能高于现有奥氏不锈钢，Mo的固溶强化效果发挥了效果，达到了改善材料高温强度的目的。经2000h超临界水腐蚀试验结果表明，本实施例的不锈钢具有比现有奥氏不锈钢相当或更低的腐蚀速率性能。
[0039] 如上所述，可较好的实现发明。
【权利要求】
1.一种奥氏体不锈钢，其特征在于，其成分重量百分比为: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%，余量为铁和杂质。
2.一种奥氏体不锈钢的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、配料，配料按以下重量百分比进行配置: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%,余量为铁和杂质，其中，Fe 采用原料纯铁，Cr采用金属纯Cr，Ni采用电解Ni，杂质中Co在配料中重量成分< 0.01% ； 步骤二、清洗并保证真空熔炼使用的铸造模具和坩埚的洁净度，再将铸造模具和坩埚放置在高温干燥箱内进行除气； 步骤三、将铸造模具和坩埚从高温干燥箱中取出，将配料放入坩埚内，在真空感应炉内送电熔炼使坩埚中合金熔炼得到合金熔液，然后在真空感应炉内将合金熔液浇注到铸造模具中形成铸锭，待铸锭模具冷却后将铸锭出炉； 步骤四、将出炉的铸锭切除冒口、锻造成圆棒并打磨光洁制成自耗电极，再将自耗电极焊接在真空自耗电弧炉的辅助电极上，熔化自耗电极，使其合金熔液进入真空自耗电弧炉的水冷铜坩埚内结晶，直到将自耗电极全部熔化，冷却后将合金锭出炉； 步骤五、对出炉的合金锭进行锻造，并在锻造后进行热轧制成板材； 步骤六、将轧制后的合金板材进行固溶处理； 步骤七、将热处理后的合金板材进行冷轧，然后置于真空热处理炉中进行真空退火； 步骤八、将真空退火后的板材进行稳定化处理。
3.根据权利要求2所述的一种奥氏体不锈钢的制造工艺，其特征在于，所述步骤二中高温干燥箱内加热温度为200°C~1200°C，保温时间为ltTlOh。
4.根据权利要求2所述的一种奥氏体不锈钢的制造工艺，其特征在于，所述步骤四中熔化自耗电极具体包括以下步骤:抽真空使真空自耗电弧炉的真空度到达10_2Pa，然后测漏，确保电弧炉漏率低于1.0Pa/min时开始通电起弧，在电压20疒35V，电流为1200A~2000A下熔化自耗电极。
5.根据权利要求2所述的一种奥氏体不锈钢的制造工艺，其特征在于，所述步骤五中锻造温度为1000°c~1150°C，锻造比为1.5飞.0，热轧温度为900°C~1100°C，轧制变形量为209^80%。
6.根据权利要求2所述的一种奥氏体不锈钢的制造工艺，其特征在于，所述步骤六中固溶处理的具体过程为:将轧制后的合金板材进行固溶处理，加热至950°C~1150°C，保温5min^60min,然后水淬退火。
7.根据权利要求2所述的一种奥氏体不锈钢的制造工艺，其特征在于，所述步骤七中冷轧变形量为5%~20%，退火温度为1050°C~1150°C，退火时间为20mirT60min。
8.根据权利要求2所述的一种奥氏体不锈钢的制造工艺，其特征在于，所述步骤八中稳定化处理具体过程为:经850°C _950°C保温3h~5h后空冷。
9.根据权利要求2~8中任意一项所述的一种奥氏体不锈钢的制造工艺，其特征在于，所述步骤三具体包括以下步骤: 步骤3.1、将铸造模具和坩埚从高温干燥箱中取出，并将配料的Fe、Cr和Ni放入坩埚内；步骤3.2、打开真空感应炉，依次将铸造模具和装有Fe、Cr和Ni配料的坩埚置于真空感应炉的底部和中部，再将配料Mo、Si及Mn依次放入真空感应炉上部的加料器中，关闭炉门； 步骤3.3、将真空感应炉抽真空至10_2Pa时，送电熔炼坩埚中的Fe、Cr和Ni物料，熔炼温度为1400°C~1600°C，初始功率为5KW，然后提升功率至20KW，待坩埚内形成熔池且熔池中无其他未熔金属后，将真空感应炉上部加料器中的Mo、S1、Mn物料依序放入坩埚熔池中熔炼； 步骤3.4、在1450°C~1650°C温度时，将坩埚中熔炼的脱氧合金熔液浇注到真空感应炉底部的铸造模具中形成铸锭，待模具冷却后将铸锭出炉。
10.根据权利要求9所述的一种奥氏体不锈钢的制造工艺，其特征在于，所述步骤一中配料时还包括补加入脱氧剂Ca，其中，脱氧剂Ca的重量为包括Ca在内所有成分总重量的.0.05%-0.1% ;所述步骤3.2还包括加Mn后在真空感应炉上部的加料器中加入脱氧剂Ca ;所述步骤3.3还包括在将Mo、S1、Mn物料依序放 入坩埚熔池中熔炼后将脱氧剂Ca放入熔池中对合金溶液进行脱氧。
【文档编号】C22C38/52GK104032233SQ201410227245
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】熊茹, 潘钱付, 张亮, 解怀英, 刘桂良, 唐睿, 陈勇 申请人:中国核动力研究设计院