耐蚀性优越的高强度非磁性钻铤用不锈钢的开发（二）
3 试验结果及分析
3.1 固溶化热处理后的组织及硬度
观察各固溶化热处理后的显微组织及维氏硬度的测量结果发现，两个钢种（开发钢和DNM140）不管固溶化热处理高低，均没有发现铁素体相，呈奥氏体单相组织。此外，虽然发现两个钢种在1423K晶粒有些粗大化，但硬度没发现大的差异。
3.2 冷态加工后的导磁率
表2是开发钢和DNM140的60%冷态压缩加工后的导磁率测量结果。例如，普通SUS304如进行这种加工，由于生成加工感应马氏体，导磁率为1.010以上。但是，开发钢即使进行60%冷态加工也与DNM140一样，保持在1.010以下的导磁率，说明奥氏体相稳定。
表2 开发钢和DNM140的相对导磁率（在60%冷态加工后）
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开发钢
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DNM140
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相对导磁率，16kA/m
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1.002
|
1.002
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3.3 敏化热处理后的耐晶间腐蚀性和耐孔蚀性
3.3.1 10%草酸腐蚀试验
图1是1373K固溶化热处理后的各钢种的时间-温度-敏化图（TTS图）。DNM140的敏化曲线鼻子尖位于1073-1123K，而开发钢的敏化曲线的鼻子尖位于1123-1173K，敏化曲线的鼻子尖温度升高。认为这是由于N含量增加所致，推测与Thermo-Calc计算相图的Cr2N固溶化温度上升有关。此外，开发钢和DNM140的敏化时间不同，开发钢的敏化时间长，所以，用增加Mo含量来提高开发钢对敏化的抵抗性。
为评价对耐氯离子的孔蚀性，测量了阳极极化曲线。试验在303K的3.5%NaCl中进行，图2是为参照电极SCE的电流密度10-4A/cm2时的孔蚀电位（V’c100）。
对固溶化热处理材，相对于在3.5%NaCl中DNM140的孔蚀电位480mV vs SCE，开发钢在该溶液的氧化还原电位约900 mV vs SCE以下的电位，没有发生孔蚀，发现大幅度提高了耐孔蚀性。一般添加在不锈钢中的Mo和N对耐孔蚀性有极好的效果。Mo在钝态皮膜的外层，作为钼酸存在，防止氯化物离子的进入，抑制皮膜的破坏。此外，N通过生成铵，使钢表面的pH上升，可以说促进钝态化。认为在Cr-Mn系奥氏体不锈钢的开发钢中，也由于同样的效果改善了耐孔蚀性。另一方面，对施以1123K×3.6ks的热处理的敏化热处理材，试验钢的孔蚀电位大幅度降低。SEM观察到沿晶界发生孔蚀，所以，由于敏化热处理导致的Cr系氮化物析出，在Cr、N的晶界附近浓度降低，所以局部耐孔蚀性劣化。
根据上述结果，下面介绍以图1的TTS线图为基础，避免碳氮化物析出，在获得良好的耐蚀性和充分强度的温度区域，进行温加工的试样特性。
图2 开发钢和DNM140在303K的3.5%NaCl 中孔蚀结果
3.4 温加工后的耐晶间腐蚀性
3.4.1 10%草酸腐蚀试验
开发钢和DNM140进行了10%草酸腐蚀试验。结果是，温加工后，两个钢种均呈台阶状组织，耐晶间腐蚀性良好。
3.4.2 硫酸-硫酸铜腐蚀试验
观察JIS G0575规定的硫酸-硫酸铜腐蚀试验后试样的外观发现，两个钢种弯曲到180度也没有发现裂纹，开发钢与DNM140一样具有同等的良好的耐晶间腐蚀性。
3.5 温加工后的耐盐酸腐蚀性
在10%盐酸中浸渍6h后，测量其腐蚀减量。与DNM140相比，开发钢的腐蚀减量大幅度减少，改善了耐盐酸腐蚀性。研究人员对酸性环境中N的影响持有不同的观点，效果的程度不明确。开发钢腐蚀减量的改善不仅仅是增加Mo含量提高了耐孔蚀性，而且，溶解中生成的MoO4-吸附表面，提高了耐酸性环境的全面腐蚀性。
3.6 温加工后的力学性能
表3是拉伸试验和夏比冲击试验的结果。两个钢种的0.2%屈服强度均在965MPa（140ksi）以上，抗拉强度为1034 MPa（150ksi）以上，伸长率为25%以上。JIS 4号试样（2mmV型缺口）的夏比冲击功是250J/cm2以上，强度和韧性都良好。
表3 开发钢和DNM140的力学性能
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开发钢
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DNM140
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0.2%屈服强度，MPa
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974
|
967
|
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极限抗拉强度，MPa
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1072
|
1107
|
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伸长率，%
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29.7
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29.8
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夏比冲击功，J/cm2
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261
|
260
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4 应用于非磁性钻铤
4.1 试验用料和制造工序
将开发钢作为“DNM140-HRC”实施量产试制，化学成分示于表4。非磁性钻铤用不锈钢一直是由大同特殊钢公司生产，制造工序是先在20t电弧炉熔解，然后浇铸成6~10t的钢锭。这些工序是在大气中实施，再将钢锭用7000t锻造压力机进行热锻造。之后，材料固溶化热处理后用适当温度进行温加工，采用切削进行外径车削加工和钻孔加工。
表4 DNM140-HCR的化学成分
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材料
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C
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Mn
|
Ni
|
Cr
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Mo
|
N
|
|
DNM140-HCR
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0.03
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16
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3.6
|
19
|
2.0
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0.53
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4.2 特性
在固溶化热处理后温加工成制品尺寸直径约180mm的棒钢上，从距表层25mm下采取了耐蚀性评价和力学性能的试样。10%草酸腐蚀试验结果表明，呈台阶状组织，具有良好的耐蚀性。因为带有对晶间腐蚀的敏感性的特征，实施了硫酸-硫酸铜腐蚀试验，该试验虽检测出与富Cr的碳化物析出有关的晶间腐蚀敏感性，但在此没有发现裂纹。
表5是DNM140-HRC的拉伸强度和夏比冲击试验结果。0.2%屈服强度为965MPa（140ksi）以上，抗拉强度为1034 MPa（150ksi）以上，伸长率为25%。此外，2mmV型缺口试样的夏比冲击功是290J/cm2以上。
表5 DNM140-HRC的力学性能
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DNM140-HRC
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0.2%屈服强度，MPa
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1021
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极限抗拉强度，MPa
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1111
|
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伸长率，%
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29.5
|
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夏比冲击功，J/cm2
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290
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5 结语
为了开发比DNM140耐蚀性更好的非磁性钻铤用不锈钢，以DNM140为基础，开发了增加提高耐蚀性元素Mo、N含量的合金“DNM140-HRC”，得出以下结论。
1）随着Mo增加N含量，抑制δ铁素体生成，获得稳定的奥氏体组织。
2）增加Mo含量，由于碳氮化物析出引起的敏化时间长时间化，所以提高了对敏化的抵抗性，发现耐晶间腐蚀性提高。此外，孔蚀电位上升，腐蚀量减少，耐孔蚀性和耐盐酸腐蚀性、耐晶间腐蚀性和耐孔蚀性提高。
3）DNM140-HRC在实机量产试制中，获得965 MPa（140ksi）以上的强度，呈良好的耐蚀性，认为完全可以用于非磁性钻铤。
(来源：不锈钢)
现货资源
| 品名 | 规格 | 材质 | 厂家 | 地区仓库 | 价格 | 现货 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 螺纹钢 | 28*12 | HRB400E | 辽宁瀚达钢铁贸易有限公司 | 新抚钢(雷鸣) | 3380 | 详情 |
| 热轧卷板 | 3.75*1500 | Q235B | 苏州鑫昊欣金属科技有限公司 | 沙钢(玖隆物流) | 3630 | 详情 |
| 普碳中板 | 16*2500*12800 | Q235B | 上海北铭高强度钢材有限公司 | 重钢(川流富锦库) | 4110 | 详情 |
| 低合金板 | 210 | Q355NB | 舞钢市坤钰供应链管理有限公司 | 舞钢(产业集聚区) | 0 | 详情 |
| 无缝管 | 76*35 | 45# | 山东东银金属材料有限公司 | 聊城(东银库) | 4230 | 详情 |
| 圆钢 | 22*9380 | 25CrMoA | 山东大万实业有限公司 | 宣钢(河北宣化) | 0 | 详情 |
| 热轧卷 | 3.0*1800*C | Q235B | 上海盛钢联供应链管理有限公司 | 宝钢(泉安/津澜) | 0 | 详情 |
| 高线 | 10 | 195 | 洛阳威钢商贸有限公司 | 山西晋南(晋南厂库) | 3620 | 详情 |
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