一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢及其制造方法与流程

本发明属于金属材料，尤其涉及一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢及其制造方法。

背景技术：

1、奥氏体不锈钢因其具备良好的力学性能、可加工性能、耐蚀性能以及耐中子辐照性能，在工业中被广泛应用，约占世界不锈钢总产量的60％以上。

2、核电金属材料的服役环境通常是高温高压水环境，并伴有一定程度的辐照，苛刻的服役环境和长时间的暴露使核电站的结构材料处于易腐蚀状态。高温高压水中的结构材料在腐蚀介质与应力共同加速作用下引起的裂纹，会由局部缺陷萌生、扩展以致发生开裂。裂纹一旦萌生便会在设备材料上迅速扩展，导致部件失效，冷却剂泄露，甚至机组停机，直接威胁核电站的安全运行。为提高核电设备的耐腐蚀性，在水冷核反应堆中结构材料大多选用具有较好耐腐蚀性和力学性能的镍基合金与奥氏体不锈钢，优越的耐腐蚀性能主要源于材料表面在腐蚀介质中形成了富铬氧化膜(钝化膜)，但钢中含碳量一般都比较低，因此强度并不高，影响了行业发展的需求，是本领域亟待解决的技术问题。

3、申请号为cn201711132673.2的专利《一种耐应力腐蚀性能优异的控氮奥氏体不锈钢》，成分重量百分数为：0.01％≤c≤0.04％，0.06％≤n≤0.16％，0.001％≤si≤0.080％，mn≤2.0％，0.001％≤p≤0.015％，s≤0.005％，17.0％≤cr≤25.0％，8.0％≤ni≤25.0％，mo≤3.5％，余量为fe。合金中还含有其它残余元素和改善热加工性能的元素，如o、ca、ti、nb、b、la、ce、al、zr、v、mg、cu、co、b等。优点在于，避免了已有的控氮奥氏体不锈钢由于低温敏化而导致的材料耐应力腐蚀性能降低的问题；该控氮奥氏体不锈钢具有优良的耐应力腐蚀性能。该发明中设计钢板含碳量上限为0.04％，对于含碳量更高的奥氏体不锈钢板性能方面并未涉及。

4、申请号为cn201811296546.0的专利《奥氏体不锈钢及其制备方法、应用》，包括以下质量百分比的成分：c 0.04％-0.08％、cr 16.5％-20.0％、ni 14.5％-16.5％、si1.0％-3.0％、mn 1.5％-3.0％、ti 0.2％-0.5％、mo 1.3％-2.5％、b 0.003％-0.004％，余量为fe。该发明的奥氏体不锈钢，具有更高的室温和中温拉伸强度，塑性优良；中温时效处理后合金强度升高，塑性无明显降低，无有害相析出，组织稳定性良好；具有优异的耐铅和铅铋液态金属腐蚀性能及抗辐照性能，能够更好的满足铅基快堆关键部件的选材需求。但是模铸+锻造成本高，成材率低，且该发明得到的成品尺寸规格小，不适用于工业化生产，同时无法保证耐应力腐蚀能力。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢及其制造方法，通过设计一种合金成分配以适当工艺，兼顾钢板的耐应力腐蚀性能及核电用钢的力学性能，使其具有耐应力腐蚀性能的同时具有优异的拉伸性能。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢，其化学成分按重量百分比，包含c：0.06％-0.10％；si：0.85％-1.20％；mn：1.65％-2.25％；p≤0.015％；s≤0.005％；ni：8.45％-9.55％；cr：16.25％-18.45％；al：0.80％-1.50％；mg：0.002％-0.004％；nb：0.015％-0.030％；zn：0.002％-0.005％；余量为fe和不可避免的杂质。

4、进一步地，不锈钢的化学成分中ni+cr：25％-27％；al+cr+si：18.5％-20.5％；zn+mg：≥0.005％。

5、进一步地，不锈钢的钢板厚度10-100mm。

6、进一步地，不锈钢室温屈服强度rp0.2达到420mpa以上，抗拉强度rm达到752mpa以上；650℃高温拉伸时，屈服强度rp0.2达到205mpa以上，抗拉强度rm达到412mpa以上。

7、进一步地，在650℃保温2h空冷敏化处理后，65％的硝酸溶液中进行腐蚀240h晶间腐蚀试验，不锈钢腐蚀速率≤0.305g/m2·h。

8、进一步地，在试验溶液为3.5％nacl溶液，使用盐酸调ph为2，试验温度50℃，应变速率10-6s，不锈钢应力腐蚀敏感性指数≤13.5％。

9、一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢的制造方法，生产工艺包括：冶炼、连铸、加热、轧制、热处理，其中，

10、加热：铸坯装炉随炉升温，加热温度1230-1280℃，均热段保温时间5-6h；

11、轧制：轧制采用两阶段控制轧制，第一阶段开轧温度为1130-1180℃，前3道次平均压下率控制在20％-25％，辊速2.5-4.0m/s，控制终轧温度≥1050℃；第二阶段开轧温度为1030-1050℃，后5道次采用小变形量，平均压下率5％-7％，终轧温度≥1000℃；钢板经层流冷却处理，最大冷却速度25℃/s，钢板终冷温度450-600℃；

12、热处理：进行1100-1140℃固溶热处理，保温时间0.5-4.5h，出炉后水冷至室温；之后，采用稳定化退火处理，室温入炉，随炉升温至880-900℃，保温1-2h，出炉空冷至室温。

13、进一步地，冶炼采用感应炉+lf+rh，感应炉使用工业纯铁、合金共同完成融化和成分的调整，感应炉出钢温度≥1640℃，lf完成对s的控制及夹杂物的去除，rh则进行钢水的真空处理，处理真空度为≤0.2kpa。

14、进一步地，连铸控制浇铸温度在1480-1500℃。

15、进一步地，连铸坯厚度为200-300mm，连铸坯下线后立即堆垛缓冷48小时以上。

16、本发明在成分设计方面，在低碳成分设计的基础上，同时添加nb、mg和zn复合作用使钢强化，特别是提高钢中al含量，可以显著提高钢的高温性能和耐应力腐蚀性能，增加不锈钢的钝化能力。配合冶炼-连铸-加热-轧制-热处理的生产工艺，保证了钢板具有良好的室温和高温性能，关键指标良好，完全满足后续装备制造要求。本发明钢种经热处理后，具有较好的强度水平，热处理后室温屈服强度(rp0.2)和抗拉强度(rm)分别达到420mpa和752mpa以上；650℃高温拉伸时，屈服强度(rp0.2)和抗拉强度(rm)分别达到205mpa和412mpa以上。在650℃保温2h空冷敏化处理后，65％的硝酸溶液中进行腐蚀240h晶间腐蚀试验，腐蚀速率≤0.305g/m2·h。在试验溶液为3.5％nacl溶液，使用盐酸调ph为2，试验温度50℃，应变速率10-6s，应力腐蚀敏感性指数≤13.5％，表明该核电用钢均具有良好的耐晶间腐蚀和耐应力腐蚀性能。本发明的核电用奥氏体不锈钢兼顾高强韧、耐蚀、高温性能及高效经济的生产工艺，同时工艺简单，稳定，对轧制制度要求不高，轧制成本较低，可操作性强，更能符合各应用领域的使用要求。

技术特征：

1.一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢，其特征在于，钢的化学成分按重量百分比，包含c：0.06％-0.10％；si：0.85％-1.20％；mn：1.65％-2.25％；p≤0.015％；s≤0.005％；ni：8.45％-9.55％；cr：16.25％-18.45％；al：0.80％-1.50％；mg：0.002％-0.004％；nb：0.015％-0.030％；zn：0.002％-0.005％；余量为fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢，其特征在于，ni+cr：25％-27％；al+cr+si：18.5％-20.5％；zn+mg：≥0.005％。

3.根据权利要求1所述的一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢，其特征在于，不锈钢的钢板厚度10-100mm。

4.根据权利要求1所述的一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢，其特征在于，室温屈服强度rp0.2达到420mpa以上，抗拉强度rm达到752mpa以上；650℃高温拉伸时，屈服强度rp0.2达到205mpa以上，抗拉强度rm达到412mpa以上。

5.根据权利要求1所述的一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢，其特征在于，在650℃保温2h空冷敏化处理后，65％的硝酸溶液中进行腐蚀240h晶间腐蚀试验，腐蚀速率≤0.305g/m2·h。

6.根据权利要求1所述的一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢，其特征在于，在试验溶液为3.5％nacl溶液，使用盐酸调ph为2，试验温度50℃，应变速率10-6s，应力腐蚀敏感性指数≤13.5％。

7.一种权利要求1所述的耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢的制造方法，生产工艺包括：冶炼、连铸、加热、轧制、热处理，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于，冶炼采用感应炉+lf+rh，感应炉使用工业纯铁、合金共同完成融化和成分的调整，感应炉出钢温度≥1640℃，lf完成对s的控制及夹杂物的去除，rh则进行钢水的真空处理，处理真空度为≤0.2kpa。

9.根据权利要求7所述的一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于，连铸控制浇铸温度在1480-1500℃。

10.根据权利要求7所述的一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于，连铸坯厚度为200-300mm，连铸坯下线后立即堆垛缓冷，缓冷时间48h以上。

技术总结
本发明公开了一种耐应力腐蚀核电用奥氏体不锈钢及其制造方法，钢的化学成分包含C：0.06％‑0.10％；Si：0.85％‑1.20％；Mn：1.65％‑2.25％；P≤0.015％；S≤0.005％；Ni：8.45％‑9.55％；Cr：16.25％‑18.45％；Al：0.80％‑1.50％；Mg：0.002％‑0.004％；Nb：0.015％‑0.030％；Zn：0.002％‑0.005％。配合冶炼、连铸、加热、轧制、热处理的生产工艺，钢板室温屈服强度和抗拉强度分别达到420MPa和752MPa以上；650℃高温拉伸时，屈服强度和抗拉强度分别达到205MPa和412MPa以上，同时具有良好的耐晶间腐蚀和耐应力腐蚀性能。

技术研发人员：王爽,颜秉宇,胡海洋,王勇,孙殿东,陈捷,张瀚宁,高天宇
受保护的技术使用者：鞍钢股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15