專利名稱：一種超低碳高強度不銹鋼細徑導管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超低碳高強度不銹鋼領(lǐng)域，具體地說是一種沉淀強化型超低碳奧氏體不銹鋼細徑導管及其制備方法。
背景技術(shù)：
304,310,316以及316L等單相奧氏體不銹鋼具有中等強度、較高塑性，以及良好的耐蝕性能，由這類不銹鋼所制備細徑導管(Φ3 4mm)已經(jīng)在能源、航空、航天及核能領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。但應(yīng)指出的是，由單相奧氏體不銹鋼制備的細徑導管強度都不高，特別是在固溶態(tài)使用時，其屈服強度(σ α2)僅為260 420MPa、抗拉強度不超過590 760MPa。隨著航空、航天和核能利用等高科技領(lǐng)域的發(fā)展，對所用材料和器件提出了更高的要求，現(xiàn)有的不銹鋼細徑導管已不能滿足使用要求。沉淀強化型奧氏體不銹鋼是在單相奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，通過Ti、Al等元素的合金化發(fā)展起來的，該類不銹鋼在時效態(tài)下使用，通過析出與基體具有共格關(guān)系的強化相Y ‘ -Ni3(Al, Ti)獲得高強度和良好塑性匹配。一般來說，當不銹鋼細徑導管內(nèi)孔尺寸大于Φ2. 5 3. Omm時，可以采用軋制的工藝進行制備，因此細徑導管的內(nèi)壁粗糙度可以得到很好的控制，內(nèi)壁粗糙度一般滿足 Ra≤1.6 μ m。當不銹鋼細徑導管的內(nèi)孔尺寸小于Φ 2. 5 3. Omm時，不能采用軋制、而只能采用拉拔工藝制備，如工藝選擇不當，可導致細徑導管內(nèi)壁粗糙度大幅增加，由軋制狀態(tài)的Ra≤1.6 μ m，增加至Ra≥3. 2 μ m，甚至可達Ra≥7 8 μ m(典型的細徑導管內(nèi)壁形貌如圖l(a)-(b))。因此，如何保證該類不銹鋼細徑導管的內(nèi)壁粗糙度，或者說實現(xiàn)其內(nèi)壁粗糙度控制是一個關(guān)鍵問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超低碳高強度不銹鋼細徑導管及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的內(nèi)壁粗糙度難以控制等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種超低碳高強度不銹鋼細徑導管，其主要成分范圍如下(重量百分比)碳≤0. 015，Ni 29. 5 31. 0，Cr :13. 5 16. 5，Mo 1. 1 1. 5，鈦1. 6 2. 4， 鋁0. 1 0. 5，硅0. 1 0. 5，硫≤0. 006，磷≤0. 006，鐵余量。本發(fā)明超低碳高強度不銹鋼細徑導管的制備方法，采用真空感應(yīng)熔煉一鋼模鑄造 —鑄錠均勻化一鍛造的方法制備不銹鋼棒材(棒材也可通過真空感應(yīng)熔煉+真空自耗重熔一鍛造一棒材軋制一改鍛成所需規(guī)格棒材的方法制備)，再通過管坯加工一多道次軋制 +中間退火一拉拔一成品熱處理的方法制備不銹鋼細徑導管。通過采用CaO坩堝進行真空感應(yīng)熔煉，有效控制合金中的碳、硫、磷雜質(zhì)含量，提高不銹鋼的抗晶間腐蝕能力；通過多道次的軋制和1 2次拉拔，獲得滿足規(guī)格尺寸要求的不銹鋼細徑導管；通過控制中間退火溫度、時間和拉拔道次，提高細徑導管內(nèi)壁粗糙度；通過最終的成品熱處理，使不銹鋼中析出適宜尺寸和數(shù)量的Y'強化相，保證合金具有高的強度和適宜塑性，具體步驟如下
(1)以工業(yè)純鐵、電解鎳、金屬鉻、金屬鉬、鈦鐵、鋁錠和硅鐵為原料，采用CaO坩堝進行真空感應(yīng)熔煉；(2)鑄錠在1160 1200°C進行對士池的均勻化處理，隨爐冷卻至室溫；或者，進
行真空自耗重熔；(3)在1050 1150°C保溫2 8h后進行合金鍛造，開坯鍛造溫度1050 1150°C，終鍛溫度900 1000°C，鍛棒尺寸控制在Φ 30 35mm ；(4)取步驟(3)中鍛棒，在980士20°C保溫50 80min，水淬處理，然后加工成管坯；(5)取步驟(4)中的管坯在LD30軋機上進行多道次的軋制，每道次軋制變形量控制在15 35%，每道間進行930 980°C保溫30 60min，氣淬處理，最終軋管尺寸控制在外徑Φ 4 4. 5mm,壁厚0. 7 0. 9mm ；(6)取步驟(5)中的軋管進行930 980°C保溫20 40min，氣淬處理，隨后進行1 2次拉拔，最終細徑導管尺寸控制在外徑衫二，圓度公差士0. 05mm,壁厚0. 8mm士 0. 064mm，外壁粗糙度Ra≤1. 6 μ m，內(nèi)壁粗糙度Ra≤3. 2 μ m ；(7)取步驟(6)中的細徑導管進行成品熱處理在980士20°C保溫20 30mm后氣淬處理，接著在670 730°C保溫8 16h后氣淬處理。本發(fā)明中，氣淬的氣氛為氮氣。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是1、本發(fā)明基于單相奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上，通過添加Ti、Al合金元素，利用時效過程中沉淀析出的細小彌散、’ -Ni3(Al, Ti)相的強化作用，保證了超低碳不銹鋼細徑導管的屈服強度(σ α2)高于450 520MPa、抗拉強度高于900 lOOOMPa，延伸率高于25 30%。2、本發(fā)明中的不銹鋼細徑導管可通過時效熱處理進行強化，并可通過不同時效溫度和時間的選擇，實現(xiàn)合金細徑導管的不同強度和塑性匹配。3、本發(fā)明中的細徑導管僅含超低的碳、硫和磷雜質(zhì)，有效減少了時效和使用過程中有害相(如碳化物)在晶界的析出，從而保證高強度不銹鋼細徑導管的抗晶間腐蝕能力。4、本發(fā)明通過控制軋制過程中的中間退火溫度(930 980°C )、退火時間QO 40min)，以及控制冷拉拔道次(1 2次)，不但有效保證了細徑導管的尺寸精度，用該方法制備的不銹鋼細徑導管規(guī)格為，外徑灼=，壁厚:0. 8mm士0. 064mm,圓度公差士0. 05mm ；尤為重要的是，用該方法制備的不銹鋼細徑導管，可將外壁粗糙度Ra控制在< 1. 6 μ m，內(nèi)壁粗糙度Ra控制在< 3. 2 μ m。5、本發(fā)明方法制備的細徑導管屈服強度(σα2)高于450 520MPa、抗拉強度高于900 lOOOMPa，延伸率高于25 30%。用該方法制備的超低碳高強度不銹鋼細徑導管，按GB/T4335. 5-2000《不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法》進行抗晶間腐蝕性能檢測，無晶間腐蝕發(fā)生。
圖1(a)-圖1(b)為內(nèi)壁粗糙度Ra = 7.68 μ m的不銹鋼細徑導管內(nèi)外表面形貌圖；其中，圖1(a)縱向截面；圖1(b)橫向截面。
圖2為機加工態(tài)不銹鋼管坯。圖3為超低碳高強度不銹鋼細徑導管。圖4為晶間腐蝕實驗后的細徑導管微觀組織。
具體實施例方式實施例1 :Φ3. 17(外徑)mmX0.78(壁厚)mm超低碳高強度不銹鋼細徑導管及其制備采用CaO坩堝，在25kg真空感應(yīng)爐上熔煉不銹鋼，經(jīng)鑄錠均勻化、鍛造、管坯加工、 軋制和拉拔制備成Φ3. 17mmX0. 78mm規(guī)格細徑導管，其化學成分見表1，制備過程為1、原材料為工業(yè)純鐵、電解鎳、金屬鉻、金屬鉬、鈦鐵、鋁錠和硅鐵等。2、將上述原材料裝入CaO坩堝，進行真空感應(yīng)熔煉，澆鑄。3、鑄錠在1160 1200°C進行對士濁的均勻化處理(本實施例均勻化處理溫度為 1180°C、保溫時間Mh)，隨爐冷卻至室溫。4、在1050 1150°C保溫2 他后進行合金鍛造(本實施例開坯鍛造溫度為 1120°C、保溫時間為2.釙)，終鍛溫度900 1000°C (本實施例終鍛溫度為950°C )，鍛棒尺寸控制在Φ 30 35mm (本實施例鍛棒尺寸為Φ 33mm)。5、取步驟(4)中鍛棒進行980士20°C保溫50 80min，水淬處理(本實施例為 9800C /60min)，然后加工成如圖2的管坯。6、取步驟(5)中的管坯在LD30軋機上進行多道次的軋制(本實施例為8道次軋制)，每道次軋制變形量控制在15 35% (本實施例為20 30% )，每道間進行930 980) °C保溫30 60min，氣淬處理(本實施例為950°C /40min)，最終軋管尺寸控制在外徑Φ4 4. 5mm，壁厚0. 7 0. 9mm(本實施例為外徑Φ4. 2mm，壁厚0. 80mm)。7、取步驟(6)中的軋管進行930 980°C保溫20 40min，氣淬處理(本實施例為950°C /30min)，隨后進行1 2次拉拔(本實施例為2次拉拔)，最終制備成規(guī)格為 Φ 3. 17X0. 78mm的細徑導管，其規(guī)格尺寸檢驗結(jié)果見表3。8、取步驟(7)中的細徑導管進行980士20°C保溫20 30mm后氣淬處理，接著在 670 730°C保溫8 16h后氣淬處理(本實施例為980°C /20min，氣淬+720°C /12h，氣淬)，所制備的超低碳高強度不銹鋼細徑導管見圖3。9、取按步驟8處理的細徑導管在萬能工具顯微鏡上進行尺寸檢測、在2206B表面粗糙度儀進行細徑管內(nèi)外表面粗糙度檢測，結(jié)果見表4。將按步驟8處理的細徑導管按GB/ T 228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》進行力學性能測試，結(jié)果見表5。10、將按步驟8處理的細徑導管按GB/T 4334. 5-2000《不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法》進行抗晶間腐蝕實驗，按金相法對細徑導管的晶間腐蝕傾向做評定，結(jié)果表明所制備的超低碳高強度不銹鋼細徑導管無晶間腐蝕發(fā)生。圖4是晶間腐蝕實驗后不銹鋼細徑導管的微觀組織。表1.不銹鋼細徑導管的化學成分)
權(quán)利要求
1.一種超低碳高強度不銹鋼細徑導管，其特征在于，按重量百分比計，其成分范圍如下碳≤ 0. 015，Ni 29. 5 31. 0，Cr :13. 5 16. 5，Mo 1. 1 1. 5，鈦1. 6 2. 4，鋁0. 1 0. 5，硅0. 1 0. 5，硫≤0. 006，磷≤0. 006，鐵余量。
2.按照權(quán)利要求1所述的超低碳高強度不銹鋼細徑導管，其特征在于，細徑導管的規(guī)格尺寸如下外徑灼二，壁厚0. 8mm士0. 064mm,圓度公差士0. 05讓。
3.按照權(quán)利要求1所述的超低碳高強度不銹鋼細徑導管，其特征在于，細徑導管外壁粗糙度Ra < 1. 6 μ m，內(nèi)壁粗糙度Ra≤3. 2 μ m。
4.一種權(quán)利要求1所述的超低碳高強度不銹鋼細徑導管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)以工業(yè)純鐵、電解鎳、金屬鉻、金屬鉬、鈦鐵、鋁錠和硅鐵為原料，采用CaO坩堝進行真空感應(yīng)熔煉；(2)鑄錠在1160 1200°C進行對士池的均勻化處理，隨爐冷卻至室溫；或者，進行真空自耗重熔；(3)在1050 1150°C保溫2 8h后進行合金鍛造，開坯鍛造溫度1050 1150°C，終鍛溫度900 1000°C，鍛棒尺寸控制在Φ 30 ；35謹；(4)取步驟(3)中鍛棒，在980士20°C保溫50 80min，水淬處理，然后加工成管坯；(5)取步驟(4)中的管坯在軋機上進行多道次的軋制，每道次軋制變形量控制在15 35%，每道間進行930 980°C保溫30 60min，氣淬處理，最終軋管尺寸控制在外徑Φ 4 4. 5mm,壁厚 0. 7 ~ 0. 9mm ；(6)取步驟(5)中的軋管進行930 980V保溫20 40min，氣淬處理，隨后進行1 2次拉拔，最終細徑導管尺寸控制在外徑衫二，圓度公差士0. 05_，壁厚0. 8mm士 0. 064mm，外壁粗糙度Ra≤1. 6 μ m，內(nèi)壁粗糙度Ra≤3. 2 μ m ；(7)取步驟(6)中的細徑導管進行成品熱處理在980士20°C保溫20 30mm后氣淬處理，接著在670 730°C保溫8 16h后氣淬處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及超低碳高強度不銹鋼領(lǐng)域，具體地說是一種沉淀強化型超低碳奧氏體不銹鋼細徑導管及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的內(nèi)壁粗糙度難以控制等問題。按重量百分比計，其成分范圍如下碳≤0.015，Ni29.5～31.0，Cr13.5～16.5，Mo1.1～1.5，鈦1.6～2.4，鋁0.1～0.5，硅0.1～0.5，硫≤0.006，磷≤0.006，鐵余量。采用真空感應(yīng)熔煉→鋼模鑄造→鑄錠均勻化→鍛造的方法制備不銹鋼棒材(棒材也可通過真空感應(yīng)熔煉+真空自耗重熔→鍛造→棒材軋制→改鍛成所需規(guī)格棒材的方法制備)，再通過管坯加工→多道次軋制+中間退火→拉拔→成品熱處理的方法制備不銹鋼細徑導管。
文檔編號C21D8/10GK102560268SQ201010579389
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者劉樹偉, 姜海昌, 戎利建, 王本賢, 胡曉峰, 趙明久, 閆德勝 申請人:中國科學院金屬研究所