海洋工程緊固件用0Cr20Mn18N0.8高氮奧氏體不銹鋼的性能

目前，海洋工程中的緊固件用鋼主要包括高強螺栓鋼和不銹鋼。高強螺栓鋼的耐腐蝕性能較差，且有嚴重的延遲斷裂問題。為提高高強螺栓鋼的耐腐蝕性能，常需在其表面涂覆達克羅涂層。但達克羅涂層和高強螺栓鋼的結合力較弱，容易脫落，在緊固件上難以獲得預期效果，因此，高強螺栓鋼緊固件很難滿足海工領域的要求。緊固件用不銹鋼主要有奧氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼等。奧氏體不銹鋼的強度和硬度偏低，承載力不足，且容易因塑性變形而發(fā)生黏著；馬氏體型沉淀硬化不銹鋼的強度高，但塑性和加工性能差，且有嚴重的氫脆傾向。因此，亟待開發(fā)高強、高韌、耐腐蝕的緊固件用鋼以滿足海洋工程的迫切需求。根據(jù)海工用螺栓鋼的性能要求，有科研人員開發(fā)了一種新型高氮奧氏體不銹鋼，研究了該鋼的拉伸性能、沖擊性能、疲勞性能和耐腐蝕性能，并與現(xiàn)有海洋工程用緊固件鋼的性能進行了對比。

以鎳板、氮化鉻、純鐵為原料，在感應熔煉爐初步熔煉，再在加壓感應爐中用鋁粉、硅鈣粉進行脫氧精煉，通過調整其化學成分得到0Cr20Mn18N0.8高氮奧氏體不銹鋼，其化學成分（質量分數(shù)，%）為：C0.016，Mn17.47，Cr20.82，Si0.85，Ni1.24，Mo3.62，P0.014，S0.019，Al0.64，N0.81。對經(jīng)過精煉合金化的高氮奧氏體不銹鋼進行連鑄連軋獲得Φ60mm的棒材，連鑄連軋溫度控制在1550～1600℃。將高氮奧氏體不銹鋼棒放入SXZ-10-13型箱式電阻爐中進行固溶處理，固溶溫度為1050℃，保溫時間1h，冷卻方式為水冷，以保證獲得單一奧氏體組織。

從固溶處理后的高氮奧氏體不銹鋼棒上直接截取試樣，使用X射線衍射儀進行物相分析。使用掃描電鏡觀察顯微組織，并測試試樣的表面硬度。按照國家標準，測定了試驗鋼的靜拉伸、缺口拉伸、偏斜拉伸、沖擊、疲勞以及耐腐蝕等性能，并與幾種緊固件用鋼（20Cr、42CrMoVNb、0Cr18Ni9、1Cr17Mn6Ni5N、0Cr17Ni4Cu4Nb）的進行了對比，分析了該鋼用于海洋工程緊固件的可行性。結果表明：

（1）0Cr20Mn18N0.8高氮奧氏體不銹鋼的靜拉伸屈服強度和抗拉強度分別為640、970MPa，伸長率和斷面收縮率分別為52.2%和67.5%，與奧氏體不銹鋼相比，其強度高、塑性好；該鋼的缺口拉伸屈服強度和抗拉強度均比靜拉伸的有所增大，但塑性降低，其缺口敏感性低，抗偏斜拉伸能力強。

（2）0Cr20Mn18N0.8高氮奧氏體不銹鋼在20℃和-40℃下的沖擊功平均值分別高達311、280J，疲勞極限為330MPa，耐腐蝕性能優(yōu)于316L不銹鋼。

（3）0Cr20Mn18N0.8高氮奧氏體不銹鋼可以滿足8.8級螺栓的強度要求，可望用于制造海洋工程緊固件。