CN110066957A - 改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢及其制备方法，该不锈钢包括：0.01～0.02重量％的碳；0.4～0.6重量％的硅；0～0.2重量％的锰；0～0.02重量％的磷；0～0.01重量％的硫；21～22重量％的铬；24～25.5重量％的镍；6.0～7.0重量％的钼；1～3重量％的钒；0～3重量％的铌；0.20～0.25重量％的氮；0～0.1重量％的稀土元素；以及余量的铁。该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。

Description

改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢及其制备方法
技术领域
本发明属于含氮耐腐蚀不锈钢领域，具体而言，本发明涉及改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢及其制备方法。
背景技术
N08367不锈钢(又称AL-6XN)是一种氮强化奥氏体不锈钢，由于优异的综合性能也被称为超级奥氏体不锈钢。根据ASTM B690标准，N08367不锈钢化学成分如下：C≤0.03％、Mn≤2.0％、Si≤1.0％、P≤0.04％、S≤0.03％、Cr：20.0％～22.0％、Ni：23.5％～25.5％、Mo：6.0％～7.0％、N：0.18％～0.25％、Cu≤0.75％。N08367不锈钢的一大特点是钢中加入了氮元素，氮元素可扩大奥氏体相区，取代部分合金元素镍。在恶劣的使用环境中，氮元素以CrN、NH4 +、NH3、N(atom)、N2(free)形式富集在不锈钢钝化层表面，提高了不锈钢的抗腐蚀性能。同时，在不显著损害塑性和韧性的情况下，氮元素在钢中的固溶强化作用可提高钢的强度。因此，N08367不锈钢的耐腐蚀性能远优于300系列不锈钢及904L不锈钢，而成本又远低于耐蚀镍基合金如N06625、N10276等，十分适用于常年与海水接触的滨海核电站海水***、海上浮动核电站、海洋油气田平台等工业领域部件的制造。我国第三代核电技术AP1000和CAP1400核电站的海水耐腐蚀管道均采用了N08367不锈钢材料。
由于氮元素在钢中溶解度极低，提高氮元素在钢中的含量一直是较难解决的问题。卢永、张士岩等指出化学成分是影响氮元素在铁合金中含量的重要因素之一。李华兵、姜周华等建立了氮在Fe-Cr-Mn合金体系中的溶解度计算模型，认为提高合金体系中奥氏体形成元素(如锰)的质量分数，可减小氮的析出，提高氮的溶解度。王国正研究发现含氮钢中铬、锰含量与氮含量成正比关系，钢中铬、锰元素的添加可有效提高氮的溶解度。N08367不锈钢在成分设计时，也通过添加锰元素的方式来提高氮元素在N08367不锈钢中的溶解度，N08367不锈钢中Mn元素质量分数在2.0％以内。
但是，在N08367不锈钢中加入锰元素以提高氮溶解度的方式，存在先天的缺陷。锰元素的添加会促进钢中非金属夹杂物MnS的产生，影响钢的强度和抗腐蚀性能。唐建群、巩建鸣等研究发现钢的腐蚀失效与长条状MnS夹杂物的产生有直接关系。陈学群、陈德斌等指出由于钢基体与MnS交界处钝化膜薄弱，腐蚀优先从界面处发生，最终造成零部件的失效。姬鄂豫、陈海玲等研究发现不锈钢管道中MnS和微生物的协同作用，加速了点腐蚀的形成，甚至产生管道穿孔。在海洋环境服役的材料，由MnS非金属夹杂物和海洋微生物造成的腐蚀现象更加明显。
此外，在某些特定应用领域，对超级奥氏体不锈钢的耐高温腐蚀性能也提出了要求。如AP1000和CAP1400核电站海水***中接近厂房端的N08367管道，ASME设计的最大使用温度为427℃。N08367不锈钢作为***超临界水冷堆(SCWR)堆内构件候选材料之一，在堆中的理论使用温度为374℃。乔岩欣、任爱、刘飞华等研究了N08367超级奥氏体不锈钢在超临界水中的腐蚀行为，发现N08367超级奥氏体不锈钢在高温超临界水中发生了明显的腐蚀现象。
近年，国内学者对超级奥氏体不锈钢进行了研究，但对N08367超级奥氏体不锈钢成分的改进优化仍较少。陈海涛、郎宇平等为降低奥氏体不锈钢中的Mo含量，改善不锈钢的组织热稳定性能，减小在热加工和焊接过程中析出金属间化合物的倾向，并降低不锈钢的成本，提出一种高铬奥氏体不锈钢(CN 106636851 A)；但该专利并不针对N08367超级奥氏体不锈钢，且化学成分差异较大。杨振、颜海涛等提出一种超级奥氏体不锈钢及其制备方法，但其中N≤0.1％，不含钒、铌元素，且其余Cr、Ni、Mn等主要元素均存在较大差异。
综上所述，随着现代工业的发展，对材料性能和服役寿期的要求逐渐提高，N08367超级奥氏体不锈钢材料已不能完全满足实际需求。因此，开发一种低锰或不含锰、氮含量较高且具有较优抗腐蚀性能的改进型N08367超级奥氏体不锈钢具有十分重要的现实意义。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢及其制备方法。该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢，根据本发明的实施例，该不锈钢包括：
0.01～0.02重量％的碳；
0.4～0.6重量％的硅；
0～0.2重量％的锰；
0～0.02重量％的磷；
0～0.01重量％的硫；
21～22重量％的铬；
24～25.5重量％的镍；
6.0～7.0重量％的钼；
1～3重量％的钒；
0～3重量％的铌；
0.20～0.25重量％的氮；
0～0.1重量％的稀土元素；以及
余量的铁。
根据本发明实施例的改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢，不添加锰元素，且若不锈钢由于原材料或熔炼的原因含微量锰元素，则控制其含量不大于0.2wt％，以降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过加入钒元素，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，保证不锈钢中足够高的氮元素含量，同时钒可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；而铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；稀土元素有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢在不添加锰或锰元素含量较低的情况下，仍能保证不锈钢氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
另外，根据本发明上述实施例的改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述稀土元素为选自镧、铈和钇中的至少之一。由此，有利于提高改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的刚度、耐冲击性能和耐腐蚀性能。
在本发明的一些实施例中，所述不锈钢包括：0.015～0.02重量％的所述碳；0.4～0.5重量％的所述硅；0～0.1重量％的所述锰；0～0.015重量％的所述磷；0～0.002重量％的所述硫；21～22重量％的所述铬；24～25重量％的所述镍；6.0～6.5重量％的所述钼；2～3重量％的所述钒；0.24～0.25重量％的所述氮；以及余量的所述铁。由此，可得到耐腐蚀性能较好、综合性能较优的改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。
在本发明的一些实施例中，所述不锈钢包括：0.015～0.02重量％的所述碳；0.4～0.5重量％的所述硅；0～0.1重量％的所述锰；0～0.015重量％的所述磷；0～0.002重量％的所述硫；21～22重量％的所述铬；24～25重量％的所述镍；6.0～6.5重量％的所述钼；2～3重量％的所述钒；1～3重量％的所述铌；0.24～0.25重量％的所述氮；0～0.1重量％的稀土元素；以及余量的铁。由此，可得到耐腐蚀性能较好、综合性能较优的改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。
在本发明的一些实施例中，所述不锈钢包括：0.015～0.02重量％的所述碳；0.4～0.5重量％的所述硅；0～0.1重量％的所述锰；0～0.015重量％的所述磷；0～0.002重量％的所述硫；21～22重量％的所述铬；24～25重量％的所述镍；6.0～6.5重量％的所述钼；2～3重量％的所述钒；1～3重量％的所述铌；0.24～0.25重量％的所述氮；0～0.1重量％的镧、铈或钇；以及余量的铁。由此，可得到耐腐蚀性能较好、综合性能较优的改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。
在本发明的一些实施例中，所述不锈钢包括：0.015～0.02重量％的所述碳；0.4～0.5重量％的所述硅；0～0.1重量％的所述锰；0～0.015重量％的所述磷；0～0.002重量％的所述硫；21～22重量％的所述铬；24～25重量％的所述镍；6.0～6.5重量％的所述钼；2～3重量％的所述钒；1～3重量％的所述铌；0.24～0.25重量％的所述氮；0～0.1重量％的镧和铈总和；以及余量的铁。由此，可得到耐腐蚀性能较好、综合性能较优的改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。
在本发明的一些实施例中，所述不锈钢包括：0.015～0.02重量％的所述碳；0.4～0.5重量％的所述硅；0～0.1重量％的所述锰；0～0.015重量％的所述磷；0～0.002重量％的所述硫；21～22重量％的所述铬；24～25重量％的所述镍；6.0～6.5重量％的所述钼；2～3重量％的所述钒；1～3重量％的所述铌；0.24～0.25重量％的所述氮；0～0.1重量％的镧、铈和钇总和；以及余量的铁。由此，可得到耐腐蚀性能较好、综合性能较优的改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备上述改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液；
(2)将所述熔融液和稀土元素进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液；
(3)将所述精炼液送至钢包精炼炉进行精炼，以便得到所述改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。
根据本发明实施例的制备上述改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的方法，没有添加锰元素，且若不锈钢由于原材料或熔炼的原因含微量锰元素，则控制其含量不大于0.2wt％，以降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过加入钒元素，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，保证不锈钢中足够高的氮元素含量，同时钒可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；而铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；稀土元素有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
另外，根据本发明上述实施例的制备上述改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述精炼的温度为1500-1700摄氏度。由此，有利于脱除钢水中的碳，并抑制钢中铬的氧化。
在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，所述精炼的温度为1500-1650摄氏度。由此，有利于调节钢水的成分，得到综合性能和耐腐蚀性能均较好的改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施力的制备改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的方法流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢，根据本发明的实施例，该不锈钢包括：0.01～0.02重量％的碳；0.4～0.6重量％的硅；0～0.2重量％的锰；0～0.02重量％的磷；0～0.01重量％的硫；21～22重量％的铬；24～25.5重量％的镍；6.0～7.0重量％的钼；1～3重量％的钒；0～3重量％的铌；0.20～0.25重量％的氮；0～0.1重量％的稀土元素；以及余量的铁。发明人发现，通过控制改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中锰元素的含量，可降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入钒，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，同时可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；而铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；稀土元素有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
根据本发明的一个实施例，稀土元素可以为选自镧、铈和钇中的至少之一。发明人发现，通过加入稀土元素，有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。
根据本发明的再一个实施例，不锈钢包括：0.015～0.02重量％的碳；0.4～0.5重量％的硅；0～0.1重量％的锰；0～0.015重量％的磷；0～0.002重量％的硫；21～22重量％的铬；24～25重量％的镍；6.0～6.5重量％的钼；2～3重量％的钒；0.24～0.25重量％的氮；以及余量的铁。发明人发现，通过控制改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中锰元素的含量，可降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入钒，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，同时可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
根据本发明的又一个实施例，不锈钢包括：0.015～0.02重量％的碳；0.4～0.5重量％的硅；0～0.1重量％的锰；0～0.015重量％的磷；0～0.002重量％的硫；21～22重量％的铬；24～25重量％的镍；6.0～6.5重量％的钼；2～3重量％的钒；1～3重量％的铌；0.24～0.25重量％的氮；0～0.1重量％的稀土元素；以及余量的铁。发明人发现，通过控制改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中锰元素的含量，可降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入钒，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，同时可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入铌，铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；而稀土元素有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
根据本发明的又一个实施例，不锈钢包括：0.015～0.02重量％的碳；0.4～0.5重量％的硅；0～0.1重量％的锰；0～0.015重量％的磷；0～0.002重量％的硫；21～22重量％的铬；24～25重量％的镍；6.0～6.5重量％的钼；2～3重量％的钒；1～3重量％的铌；0.24～0.25重量％的氮；0～0.1重量％的镧、铈或钇；以及余量的铁。发明人发现，通过控制改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中锰元素的含量，可降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入钒，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，同时可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入铌，铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；而稀土元素有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
根据本发明的又一个实施例，不锈钢包括：0.015～0.02重量％的碳；0.4～0.5重量％的硅；0～0.1重量％的锰；0～0.015重量％的磷；0～0.002重量％的硫；21～22重量％的铬；24～25重量％的镍；6.0～6.5重量％的钼；2～3重量％的钒；1～3重量％的铌；0.24～0.25重量％的氮；0～0.1重量％的镧和铈总和；以及余量的铁。发明人发现，通过控制改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中锰元素的含量，可降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入钒，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，同时可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入铌，铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；而稀土元素有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
根据本发明的又一个实施例，不锈钢包括：0.015～0.02重量％的碳；0.4～0.5重量％的硅；0～0.1重量％的锰；0～0.015重量％的磷；0～0.002重量％的硫；21～22重量％的铬；24～25重量％的镍；6.0～6.5重量％的钼；2～3重量％的钒；1～3重量％的铌；0.24～0.25重量％的氮；0～0.1重量％的镧、铈和钇总和；以及余量的铁。发明人发现，通过控制改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中锰元素的含量，可降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入钒，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，同时可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；通过在改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢中加入铌，铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；而稀土元素有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
根据本发明实施例的改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢，不添加锰元素，且若不锈钢由于原材料或熔炼的原因含微量锰元素，则控制其含量不大于0.2wt％，以降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过加入钒元素，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，保证不锈钢中足够高的氮元素含量，同时钒可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；而铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；稀土元素有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
根据本发明的实施例，上述改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢至少具有下列优点：
根据本发明的一个实施例，本发明不锈钢中不含锰或锰含量极低，由MnS引起的腐蚀风险小；
根据本发明的再一个实施例，本发明不锈钢在不含锰的情况下，氮含量仍较高，综合性能好；
根据本发明的又一个实施例，本发明不锈钢的耐点腐蚀指数PREN＝(％Cr+3.3％Mo+30％N)≥49；
根据本发明的又一个实施例，本发明不锈钢的耐点腐蚀性能较好，按照ASTM G48A法，在80℃温度下腐蚀72h，不发生明显点腐蚀；按照ASTM G48E法测试，临界点腐蚀温度≥75℃；
根据本发明的又一个实施例，本发明不锈钢的耐缝隙腐蚀性能较好，按照ASTMG48B法，在45℃温度下腐蚀72h，不发生明显点腐蚀；按照ASTM G48F法测试，临界点腐蚀温度≥40℃；
根据本发明的又一个实施例，本发明不锈钢的抗晶间腐蚀性能较好，按照ASTMA262E进行晶间腐蚀实验，均未发现明显晶间腐蚀现象；
根据本发明的又一个实施例，本发明不锈钢的抗应力腐蚀性能较好，按照ASTMG36法，在室温条件下，采用26％NaCl腐蚀液，进行1000h应力腐蚀实验，未发现明显应力腐蚀现象；
根据本发明的又一个实施例，本发明不锈钢的抗高温腐蚀性能较好，在500℃/25MPa和600℃/25MPa的超临界水中的腐蚀失重速率分别小于6μg/(dm2·h)和18μg/(dm2·h)，在600-650℃/25MPa条件下，具有较小的应力腐蚀开裂倾向；
根据本发明的又一个实施例，本发明不锈钢的力学性能较好。在经适当锻造及固溶热处理(1000℃-1050℃)后，该发明不锈钢的屈服强度RP0.2≥380MPa，抗拉强度Rm≥730MPa，冲击功≥120J，硬度HRB≤85。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种制备上述改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的方法，根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：
S100：将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼
该步骤中，将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液。具体的，在将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合之前，可事先对各原料进行预处理，例如去除各原料中的油污、铁锈等。发明人发现，通过往铁水中加入钒元素，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，保证不锈钢中足够高的氮元素含量，同时钒可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；通过加入铌元素，铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；通过加入镍元素，可促进不锈钢的奥氏体化，改善不锈钢的强度和耐腐腐蚀性能等；通过加入铬元素，可改善不锈钢的强度、耐腐蚀性能和耐高温性能等；通过加入钼元素，可提高不锈钢热强性，提高不锈钢抗蚀性，降低不锈钢点蚀倾向等；且在本发明中，不添加锰元素，若不锈钢由于原材料或熔炼的原因含微量锰元素，则控制其含量不大于0.2wt％，以降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响。
S200：将熔融液和稀土元素进行氩氧脱碳法精炼
该步骤中，将熔融液和稀土元素进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液。具体的，在精炼不锈钢时，在标准大气压力下向钢水吹氧的同时，吹入惰性气体Ar气，并在精炼后往精炼液中吹入氮气。发明人发现，向钢水中同时吹入氧气和氩气，可通过降低CO分压达到假真空的效果，从而使碳含量降到很低的水平，并且抑制钢中铬的氧化。通过加入稀土元素，有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。对于氮元素控制，须在精炼还原期还原时合理控制氮气和氩气的流量比值，对钢液进行氮气合金化。
根据本发明的一个实施例，氩氧脱碳法精炼的温度可以为1500-1700摄氏度。发明人发现，氩氧脱碳法精炼温度过低会造成炉渣粘度过大，对钢的冶炼和脱硫不利；氩氧脱碳法精炼温度过高会造成炉渣粘度过小，炉渣会冲刷侵蚀炉衬而降低炉衬寿命，并且会造成合金元素过量烧损。
S300：将精炼液送至钢包精炼炉进行精炼
该步骤中，将精炼液送至钢包精炼炉进行精炼，以便得到改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。发明人发现，通过在钢包精炼炉内精炼，精炼液可实现脱硫、温度调节，同时可对精炼液中的成分进行精确的微调，改善钢水的纯净度，实现造渣。具体的，精炼液在钢包精炼LF炉中精炼时，石墨电极与渣中FeO、MnO、Cr2O3作用生成CO气体，增加炉气的还原性。除此之外，石墨电极还与炉内的氧气作用生成碳一氧化物，阻止炉气中的氧向金属传递。此外，LF炉精炼时可吹氩气对金属液进行搅拌，有利于钢——渣之间的化学反应，加速钢——渣之间的物质传递，有利于钢液的脱氧、脱硫反应的进行。吹氩搅拌还可以去除非金属夹杂物，加速钢液中的温度与成分均匀，能精确的调整复杂的化学组成。
根据本发明的一个实施例，钢包精炼LF炉精炼的温度可以为1500-1650摄氏度。发明人发现，LF炉精炼温度过高，会增加电弧炉炉衬的负担，损坏电炉炉衬，增加金属烧损；而过低的LF炉精炼温度对顺利完成精炼和浇注不利。
根据本发明实施例的制备上述改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的方法，没有添加锰元素，且若不锈钢由于原材料或熔炼的原因含微量锰元素，则控制其含量不大于0.2wt％，以降低MnS夹杂物形成的倾向，减小MnS对不锈钢抗腐蚀性能的影响；通过加入钒元素，可代替锰元素提高氮在不锈钢中的溶解度，保证不锈钢中足够高的氮元素含量，同时钒可起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度、韧性和高温蠕变性能，而氮化钒化合物的弥散强化作用，可进一步提高不锈钢的耐腐蚀性和高温蠕变性能；而铌可同铬、钒元素相互作用，提高氮在不锈钢中的溶解度，同时铌可与微量碳元素形成高度分散的NbC，起到细晶强化作用，提高不锈钢的强度，改善不锈钢的高温强度和高温抗腐蚀性能，改善不锈钢的高温服役性能；稀土元素有利于脱硫净化钢液，减小MnS化合物的形成倾向，提高不锈钢的刚度和抗腐蚀性能，同时可使钢中已产生的长条状MnS化合物球化、细化并弥散分部，改善不锈钢的耐冲击性能、耐常温和高温点腐蚀性能，且稀土元素可与不锈钢中的磷、砷、锑、铋、铅、铜等低熔点杂质发生交互作用，抑制这些元素在晶界上偏聚，起到净化晶界的作用，改善不锈钢的晶间腐蚀性能。由此，该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢不添加锰或锰元素含量较低，氮含量较高，抗常温和高温腐蚀性能好，强度较高，综合性能优异。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液；将熔融液和稀土钇在1550摄氏度下进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液；将精炼液送至钢包精炼炉在1500摄氏度下进行精炼，以便得到改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的成分为：碳0.015wt％、硅0.43wt％、锰0.1wt％、磷0.015wt％、硫0.001wt％、铬21.5wt％、镍24.5wt％、钼6.2wt％、钒2.8wt％、铌2.5wt％、氮0.24wt％、稀土钇0.05wt％和余量铁。其各项性能测试及结果见下表1：
表1实施例1不锈钢各项性能测试及结果
实施例2
将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液；将熔融液和稀土镧在1620摄氏度下进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液；将精炼液送至钢包精炼炉在1520摄氏度下进行精炼，以便得到改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的成分为：碳0.014wt％、硅0.42wt％、锰0.15wt％、磷0.015wt％、硫0.001wt％、铬21.2wt％、镍24.2wt％、钼6.0wt％、钒2.5wt％、铌2.5wt％、氮0.22wt％、镧0.03wt％和余量铁。其各项性能测试及结果见表2：
表2实施例2不锈钢各项性能测试及结果
实施例3
将铁钒合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液；将熔融液在1640摄氏度下进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液；将精炼液送至钢包精炼炉在1540摄氏度下进行精炼，以便得到改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的成分为：碳0.012wt％、硅0.46wt％、锰0.18wt％、磷0.011wt％、硫0.001wt％、铬22wt％、镍25.0wt％、钼6.3wt％、钒2.5wt％、氮0.20wt％和余量铁。其各项性能测试及结果见表3：
表3实施例3不锈钢各项性能测试及结果
实施例4
将铁钒合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液；将熔融液在1650摄氏度下进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液；将精炼液送至钢包精炼炉在1550摄氏度下进行精炼，以便得到改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。该某改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的成分为：碳0.02wt％、硅0.4wt％、锰0.1wt％、磷0.015wt％、硫0.001wt％、铬21wt％、镍24wt％、钼6.0wt％、钒3wt％、氮0.24wt％和余量铁。其各项性能测试及结果见表4：
表4实施例4不锈钢各项性能测试及结果
实施例5
将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液；将熔融液和稀土镧在1660摄氏度下进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液；将精炼液送至钢包精炼炉在1650摄氏度下进行精炼，以便得到改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的成分为：碳0.015wt％、硅0.4wt％、锰0.1wt％、磷0.015wt％、硫0.002wt％、铬22wt％、镍24wt％、钼6.0wt％、钒3wt％、铌3wt％、氮0.24wt％、镧0.07wt％和余量铁。其各项性能测试及结果见表5：
表5实施例5不锈钢各项性能测试及结果
实施例6
将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液；将熔融液和稀土镧和铈在1680摄氏度下进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液；将精炼液送至钢包精炼炉在1600摄氏度下进行精炼，以便得到改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的成分为：碳0.015wt％、硅0.45wt％、锰0.1wt％、磷0.015wt％、硫0.001wt％、铬22wt％、镍25wt％、钼6.0wt％、钒2.5wt％、铌3wt％、氮0.25wt％、镧0.03wt％、铈0.05％和余量铁。其各项性能测试及结果见表6：
表6实施例6不锈钢各项性能测试及结果
实施例7
将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液；将熔融液和稀土镧、铈和钇在1600摄氏度下进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液；将精炼液送至钢包精炼炉在1620摄氏度下进行精炼，以便得到改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。该改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢的成分为：碳0.017wt％、硅0.5wt％、锰0.01wt％、磷0.012wt％、硫0.0013wt％、铬21.6wt％、镍24.5wt％、钼6.0wt％、钒2.7wt％、铌2.9wt％、氮0.25wt％、镧0.03wt％、铈0.02wt％、钇0.02wt％和余量铁。其各项性能测试及结果见表7：
表7实施例7不锈钢各项性能测试及结果
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢，其特征在于，包括：
0.01～0.02重量％的碳；
0.4～0.6重量％的硅；
0～0.2重量％的锰；
0～0.02重量％的磷；
0～0.01重量％的硫；
21～22重量％的铬；
24～25.5重量％的镍；
6.0～7.0重量％的钼；
1～3重量％的钒；
0～3重量％的铌；
0.20～0.25重量％的氮；
0～0.1重量％的稀土元素；以及
余量的铁。
2.根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于，所述稀土元素为选自镧、铈和钇中的至少之一。
3.根据权利要求1或2所述的不锈钢，其特征在于，包括：
0.015～0.02重量％的所述碳；
0.4～0.5重量％的所述硅；
0～0.1重量％的所述锰；
0～0.015重量％的所述磷；
0～0.002重量％的所述硫；
21～22重量％的所述铬；
24～25重量％的所述镍；
6.0～6.5重量％的所述钼；
2～3重量％的所述钒；
0.24～0.25重量％的所述氮；以及
余量的所述铁。
4.根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于，包括：
0.015～0.02重量％的所述碳；
0.4～0.5重量％的所述硅；
0～0.1重量％的所述锰；
0～0.015重量％的所述磷；
0～0.002重量％的所述硫；
21～22重量％的所述铬；
24～25重量％的所述镍；
6.0～6.5重量％的所述钼；
2～3重量％的所述钒；
1～3重量％的所述铌；
0.24～0.25重量％的所述氮；
0～0.1重量％的稀土元素；以及
余量的铁。
5.根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于，包括：
0.015～0.02重量％的所述碳；
0.4～0.5重量％的所述硅；
0～0.1重量％的所述锰；
0～0.015重量％的所述磷；
0～0.002重量％的所述硫；
21～22重量％的所述铬；
24～25重量％的所述镍；
6.0～6.5重量％的所述钼；
2～3重量％的所述钒；
1～3重量％的所述铌；
0.24～0.25重量％的所述氮；
0～0.1重量％的镧、铈或钇；以及
余量的铁。
6.根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于，包括：
0.015～0.02重量％的所述碳；
0.4～0.5重量％的所述硅；
0～0.1重量％的所述锰；
0～0.015重量％的所述磷；
0～0.002重量％的所述硫；
21～22重量％的所述铬；
24～25重量％的所述镍；
6.0～6.5重量％的所述钼；
2～3重量％的所述钒；
1～3重量％的所述铌；
0.24～0.25重量％的所述氮；
0～0.1重量％的镧和铈总和；以及
余量的铁。
7.根据权利要求1所述的不锈钢，其特征在于，包括：
0.015～0.02重量％的所述碳；
0.4～0.5重量％的所述硅；
0～0.1重量％的所述锰；
0～0.015重量％的所述磷；
0～0.002重量％的所述硫；
21～22重量％的所述铬；
24～25重量％的所述镍；
6.0～6.5重量％的所述钼；
2～3重量％的所述钒；
1～3重量％的所述铌；
0.24～0.25重量％的所述氮；
0～0.1重量％的镧、铈和钇总和；以及
余量的铁。
8.一种制备权利要求1-7中任一项所述的不锈钢的方法，其特征在于，包括：
(1)将铁钒合金、铁铌合金、铁水、镍、铬和钼混合后进行冶炼，以便得到熔融液；
(2)将所述熔融液和稀土元素进行氩氧脱碳法精炼，以便得到精炼液；
(3)将所述精炼液送至钢包精炼炉进行精炼，以便得到所述改进型耐腐蚀超级奥氏体不锈钢。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述精炼的温度为1500-1700摄氏度。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述精炼的温度为1500-1650摄氏度。
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