[发明专利]一种高强高韧高耐腐蚀不锈钢材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于金属及其热处理技术领域，公开了一种高强高韧高耐腐蚀不锈钢材料及其制备方法和应用；所述制备方法为：将不锈钢本体置于高温氮化炉中，抽真空后升温至固溶渗氮温度进行固溶渗氮处理和本体淬火处理，以在不锈钢本体表面形成高氮奥氏体层；然后进行经回火处理和去应力退火处理获得高强高韧高耐腐蚀不锈钢材料；不锈钢本体为马氏体型不锈钢或马氏体加奥氏体型不锈钢。本发明经过对金属材料结构理论运用，具体应用不锈钢谢弗勒相图和氮的镍当量计算，将固溶渗氮和固溶并淬火热处理结合，以得到具有独特的“表韧心硬”结构特点和更高耐腐蚀性能的高强度与表面高韧性并高耐腐蚀不锈钢的材料。

技术领域

本发明涉及金属及其热处理技术领域，尤其涉及一种高强高韧高耐腐蚀不锈钢材料及其制备方法和应用。

背景技术

不锈钢已经是重要和不可替代的金属材料，尤其是随着铁矿石等钢铁原材料价格的上涨和对环境保护越来越紧迫的碳中和技术要求，发展不锈钢和发挥不锈钢的性能是当前金属结构材料的一个重要方面。

提高强度和耐腐蚀性、以氮代镍是不锈钢发展和扩展应用的重要基础课题，为了实现上述效果，现有技术中，通常采用化学热处理方法，通过改变钢件表面的化学成分和组织结构，能够提供钢铁材料耐磨、抗疲劳、耐腐蚀等优异的性能。如采用固溶渗氮对奥氏体不锈钢表面进行处理，可以使奥氏体不锈钢薄板或材料表层获得高浓度的氮，从而通过增氮实现固溶强化，表面具有更高的硬度，但是获得的材料往往表现为“表硬心韧”的一般表面热处理后复合材料特征。

然而，高氮马氏体型不锈钢开发存在溶氮困难，导致上述方法虽然能够用于制备高氮奥氏体不锈钢，却不能直接用于制造高氮马氏体不锈钢，难以得到1200MPa以上强度级较高耐腐蚀性不锈钢材料，且现有高强度马氏体型不锈钢因为耐腐蚀性不高，难以更有效扩展应用。

为此，本发明提供一种高强高韧高耐腐蚀不锈钢材料及其制备方法和应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种高强高韧高耐腐蚀不锈钢材料及其制备方法和应用。

本发明的一种高强高韧高耐腐蚀不锈钢材料及其制备方法和应用是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种高强高韧高耐腐蚀不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将不锈钢本体置于高温氮化炉中，抽真空处理，随后升温至固溶渗氮温度，进行第一阶段复合热处理，在不锈钢本体表面形成高氮奥氏体层；

所述第一阶段复合热处理包括固溶渗氮处理和本体淬火处理；

步骤2，对表面具有高氮奥氏体层的不锈钢本体进行第二阶段复合热处理，即获得所述高强高韧高耐腐蚀不锈钢材料；

所述第二阶段复合热处理包括回火处理和去应力退火处理；

所述不锈钢本体为马氏体型不锈钢或马氏体加奥氏体型不锈钢。

进一步地，所述第一阶段复合热处理中，所述固溶渗氮处理的温度为950～1250℃，保温时间为1.5～24h。

进一步地，所述固溶渗氮处理的反应气氛为纯氮气，或高纯氮气和氨气的混合气氛。

进一步地，所述固溶渗氮处理时的炉内氮势为0.70～0.80％N。

进一步地，所述淬火处理与所述固溶渗氮处理的冷却阶段同时进行，且冷却至900～1180℃后进行淬火；

所述淬火的方式为油淬、气淬、风冷和空冷中的任意一种。

进一步地，在所述第二阶段复合热处理过程中，所述回火处理和所述去应力退火处理同时进行，且其处理温度为150～300℃，保温时间为1～3h。

进一步地，所述高氮奥氏体层的厚度为0.2～1.7mm。