海洋工程紧固件用0Cr20Mn18N0.8高氮奥氏体不锈钢的性能

目前，海洋工程中的紧固件用钢主要包括高强螺栓钢和不锈钢。高强螺栓钢的耐腐蚀性能较差，且有严重的延迟断裂问题。为提高高强螺栓钢的耐腐蚀性能，常需在其表面涂覆达克罗涂层。但达克罗涂层和高强螺栓钢的结合力较弱，容易脱落，在紧固件上难以获得预期效果，因此，高强螺栓钢紧固件很难满足海工领域的要求。紧固件用不锈钢主要有奥氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢等。奥氏体不锈钢的强度和硬度偏低，承载力不足，且容易因塑性变形而发生黏着；马氏体型沉淀硬化不锈钢的强度高，但塑性和加工性能差，且有严重的氢脆倾向。因此，亟待开发高强、高韧、耐腐蚀的紧固件用钢以满足海洋工程的迫切需求。根据海工用螺栓钢的性能要求，有科研人员开发了一种新型高氮奥氏体不锈钢，研究了该钢的拉伸性能、冲击性能、疲劳性能和耐腐蚀性能，并与现有海洋工程用紧固件钢的性能进行了对比。 以镍板、氮化铬、纯铁为原料，在感应熔炼炉初步熔炼，再在加压感应炉中用铝粉、硅钙粉进行脱氧精炼，通过调整其化学成分得到0Cr20Mn18N0.8高氮奥氏体不锈钢，其化学成分（质量分数，%）为：C0.016，Mn17.47，Cr20.82，Si0.85，Ni1.24，Mo3.62，P0.014，S0.019，Al0.64，Ｎ0.81。对经过精炼合金化的高氮奥氏体不锈钢进行连铸连轧获得Φ60mm的棒材，连铸连轧温度控制在1550～1600℃。将高氮奥氏体不锈钢棒放入SXZ-10-13型箱式电阻炉中进行固溶处理，固溶温度为1050℃，保温时间1h，冷却方式为水冷，以保证获得单一奥氏体组织。 从固溶处理后的高氮奥氏体不锈钢棒上直接截取试样，使用X射线衍射仪进行物相分析。使用扫描电镜观察显微组织，并测试试样的表面硬度。按照国家标准，测定了试验钢的静拉伸、缺口拉伸、偏斜拉伸、冲击、疲劳以及耐腐蚀等性能，并与几种紧固件用钢（20Cr、42CrMoVNb、0Cr18Ni9、1Cr17Mn6Ni5N、0Cr17Ni4Cu4Nb）的进行了对比，分析了该钢用于海洋工程紧固件的可行性。结果表明： （1）0Cr20Mn18N0.8高氮奥氏体不锈钢的静拉伸屈服强度和抗拉强度分别为640、970MPa，伸长率和断面收缩率分别为52.2%和67.5%，与奥氏体不锈钢相比，其强度高、塑性好；该钢的缺口拉伸屈服强度和抗拉强度均比静拉伸的有所增大，但塑性降低，其缺口敏感性低，抗偏斜拉伸能力强。 （2）0Cr20Mn18N0.8高氮奥氏体不锈钢在20℃和-40℃下的冲击功平均值分别高达311、280J，疲劳极限为330MPa，耐腐蚀性能优于316L不锈钢。 （3）0Cr20Mn18N0.8高氮奥氏体不锈钢可以满足8.8级螺栓的强度要求，可望用于制造海洋工程紧固件。