專利名稱：：1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的制作方法
技術領域：
：本發明涉及奧氏體不銹鋼，具體地說，是涉及一種1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼。
背景技術：
：亞穩奧氏體不銹鋼是指以AISI304、AISI301和AISI201為代表的、固溶處理后在室溫下為單相奧氏體組織，而經過加工或者冷卻則產生應變誘發馬氏體或溫降馬氏體的不銹鋼。目前國內外廣泛使用的奧氏體不銹鋼，以300系和200系為主，例如AISI304和AISI201等奧氏體不銹鋼，這些奧氏體不銹鋼都含有較多的鎳，而大量鎳的添加導致了這些奧氏體不銹鋼原材料成本的提高。由于我國缺鎳少鉻，鎳、鉻資源匱乏，而且大多數奧氏體不銹鋼的強度偏低，也限制了這些鋼的應用范圍和可持續發展。在奧氏體不銹鋼領域中，基于奧氏體不銹鋼的不同服役條件，各有不同的設計思路。表1列出了一些國內外的奧氏體不銹鋼的化學成分及其特征。表1國內外奧氏體不銹鋼的化學成分及其特征<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>表1中，日本專利JP54，038,217、JP52,024，914，中國專利公開公報CN1240839A、CN1704497A、CN1213013A描述了一種節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學組成，但這些化學組成中都含有銅。中國專利公開公報CN1584098A公開的奧氏體不銹鋼的化學組成為碳《0.10%、硅《0.80%、錳8.5010.00%、鎳《1.2%、鉻1415%;氮《0.2%、磷《0.050%、硫《0.030%、余量為鐵，且實施例中含有銅。日本專利JP2001131713的"含鈦超高強亞穩奧氏體不銹鋼"的化學組成是碳《0.15%、硅16%、錳《5%、鎳410%、鉻1218%、銅《3.5%、鉬《5.0%、氮《0.02%、鈦0.10.5%、鈮《0.5%、釩《0.5%。此不銹鋼中含有鈦、釩、鈮等元素，鋼的原材料成本較高。日本專利JP2000063998的"奧氏體不銹鋼"的化學組成是碳《0.15%、硅l4%、錳《5%、鎳410%、鉻1218%、銅《3.5%、鉬0.15.0%、氮《0.15%、碳+氮》0.10%、硅+鉬》3.51此不銹鋼中含有鉬和銅元素，鋼的原材料成本較高。為了節約原料成本，并得到一種具有優良室溫機械性能、且其性能明顯區別于現有技術的亞穩奧氏體不銹鋼，本發明者基于分析不銹鋼的基本元素如鉻、錳、碳、氮對不銹鋼室溫組織和機械性能的影響，通過對這些元素的合理組配，設計出一種1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼。本發明的目的在于提供一種1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼。
發明內容本發明的1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C:O.060.15°/0、Si<l%、Mm810%、Cn1517%、Nh0.51.2%、N:0.150.30%、P<0.03%、S<0.02%，余量為Fe和不可避免雜質。本發明的1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的一個優選方案為所述1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C:0.080.12%、Si<l%、Mm89%、Cr:1516%、Ni:0.71.0%、N:0.150.20%、P<0.03%、S<0.02%，余量為Fe和不可避免雜質。當所述lOOOMPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的室溫延伸率與熱軋退火態延伸率相當時，在室溫下進行冷軋，所述節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋態屈服強度大于1250MPa，抗拉強度大于1460MPa。其中，所述冷軋的壓下量《50%。下面，對本發明的1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分作用作詳細敘述。1)C:碳是強烈形成、穩定和擴大奧氏體區的元素，在本發明節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼中，由于鎳含量低，碳對室溫下形成奧氏體組織起到重要作用。但是碳太高會降低不銹鋼的塑性，而且對不銹鋼的耐蝕性不利，所以碳要有適當的百分含量。2)Ni:形成并穩定奧氏體且擴大奧氏體區的元素。3)Mm錳是比較弱的奧氏體形成元素，但在不銹鋼中是強烈的奧氏體組織穩定元素，并能提高氮在鋼中的溶解度。在節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼中，錳與鋼中碳、氮等元素發生復合作用，以部分取代鎳并且確保不銹鋼在室溫下為奧氏體組織。4)Cr:鉻是不銹鋼中最重要的合金元素，可以確保鋼獲得不銹性和一定的耐蝕性，本發明中鉻的含量范圍，既能保證鋼具有良好的不銹耐蝕性，又能保證室溫下鋼為單相奧氏體組織。5)N:氮在不銹鋼中是非常強烈的形成、穩定和擴大奧氏體區的元素。氮在不銹鋼中除了可以替代貴重資源，如鎳之外，而且在不明顯降低材料塑性和韌性的前提下可以明顯提高材料的強度。還可以提高不銹鋼的不銹性和耐蝕性以及延緩碳化物析出等。但是由于氮在不銹鋼中的溶解度有限，為了避免鋼在凝固過程中出現皮下氣泡，氮含量的確定必須與其它合金元素協調作用，以確保氮以固溶狀態存在，并且與其它合金元素復合作用確保不銹鋼在室溫下為單相奧氏體組織。6)Si:硅在不銹鋼中是形成鐵素體的合金元素，因此為了確保本發明的不銹鋼在室溫下為單相奧氏體組織，鋼中硅含量必須加以一定的限制。7)P:磷在不銹鋼中被視為有害元素，應盡量控制得越低越好。8)S:硫在不銹鋼中也被視為有害元素。尤其在本發明，鋼中錳含量高，需要嚴格控制硫的含量，越低越好。本發明的1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分配比是利用合金熱力學計算的，如ThermoCalc熱力學計算軟件，首先計算出常壓下鋼液中氮的溶解度和固態時鋼中氮的固溶度，并結合鋼的鎳當量和鉻當量計算，參照修正后的Schaeffler室溫下不銹鋼的組織與鎳鉻當量的關系圖，設計出室溫下為奧氏體組織，而且奧氏體為亞穩定態的不銹鋼合金成分。計算過程中，鋼中合金元素按照重量百分比計，鎳當量計算關系式為Nieq=(%Ni)+(%Co)+0.1X(%Mn)-0.01X(%Mn)2+18X(%N)+30X(%C)鉻當量計算關系式為Creq=(%Cr)+1.5X(%Mo)+1.5X(柳)+0.48X(%Si)+2.3X(%V)+1.75X(%Nb)+2.5X(Ml)設計出的亞穩奧氏體不銹鋼經電爐、A0D、真空爐三步法冶煉或電爐、AOD二步法冶煉或電爐或非真空感應爐單煉后，經過連續鑄造或模鑄鑄造成鋼坯。再經過鍛造或軋制、固溶處理(測試固溶態機械性能時需經過固溶處理，測試冷軋態機械性能時不需要固溶處理)、酸洗等工序制成不銹鋼板材、帶材和棒材等，并測試其固溶態室溫組織和固溶態室溫機械性能和冷加工態室溫組織和機械性能。本發明具有如下優點1)本發明的亞穩奧氏體不銹鋼是一種節鎳型的亞穩奧氏體不銹鋼，由于鋼中鎳含量低，因而顯著降低了奧氏體不銹鋼的原材料成本。2)本發明的亞穩奧氏體不銹鋼在室溫塑性與熱軋退火態室溫塑性相比無明顯變化的前提下，通過冷加工可以明顯提高鋼的強度，也就是具有TRIP效應(相變誘發塑性效應)，其冷軋固溶態室溫屈服強度達400MPa以上，抗拉強度達到lOOOMPa以上，延伸率大于40%，具有寬廣的強度范圍和良好的塑性，可以滿足多種工況的需求。3)本發明的亞穩奧氏體不銹鋼通過固溶強化和應變誘發馬氏體的相變強化方式可以使鋼的室溫屈服強度達到1250MPa，抗拉強度高達1460MPa，而延伸率平均為16.8%。4)本發明的亞穩奧氏體不銹鋼室溫固溶態抗拉強度達到10001460MPa級。5)本發明的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼主要用于生產熱軋帶材，冷軋帶材，熱軋板材，冷軋板材和棒材。圖1是AISI201奧氏體不銹鋼的冷軋態室溫拉伸力學性能曲線。圖2是實施例1所生產的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼固溶退火后的室溫微觀組織圖。圖3是圖2的局部放大視圖。圖4是實施例3所生產的冷軋壓下量為50%的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋態室溫微觀組織圖。圖5是圖4的局部放大視圖。圖6是實施例3所生產的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋態室溫拉伸力學性能曲線。圖7是不同工藝生產的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的室溫力學性能對比。具體實施方式以下用實施例結合附圖對本發明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發明最佳實施方式的描述，并不對本發明的范圍有任何限制。實施例1:采取非真空感應爐單煉法冶煉不銹鋼，模鑄成錠，經過鍛造、熱軋制成3.00mm厚的熱軋板。固溶退火，處理溫度為100011(XTC。測試所得節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的熱軋態和熱軋固溶退火態室溫力學性能，其室溫力學性能如表1所示。本實施例的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分見表5。本實施例的奧氏體不銹鋼固溶退火后的室溫微觀組織見圖2及圖3，從圖2及圖3可以看出此不銹鋼為單相奧氏體組織，而且有較多的攣晶。表1熱軋態和熱軋退火態板材室溫拉伸性能材料狀態Rp0.2,MPaRm,MPaA50mm,%變化范圍平均值變化范圍平均值變化范圍平均值熱軋態370-415391.67880-945904.1729~4135.5熱軋退火態38539539086088587031.53934.83實施例2:采取電弧爐和AOD兩步法冶煉不銹鋼，連鑄成板坯，熱軋制成3.00mra厚的熱軋板。經過中間退火，壓下量為50%的冷軋。測試所得節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼冷軋固溶退火態室溫力學性能，其室溫力學性能如表2所示。本實施例的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分見表5。表2冷軋固溶退火態板材室溫拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例3:采取電弧爐單煉法冶煉不銹鋼，連鑄成板坯，熱軋制成3.00mm厚的熱軋板。經過中間退火，分別按照壓下量為9.07%、13.31%、14.06%、20.31%、50%進行冷軋。測試所得節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼冷軋態室溫力學性能，其室溫力學性能如表3所示，其室溫拉伸力學性能曲線見圖6。本實施例的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分見表5。本實施例的奧氏體不銹鋼的冷軋態微觀組織見圖4及圖5，從圖4及圖5可以看出在室溫下對亞穩奧氏體不銹鋼進行50%的冷軋壓下后，應變誘發板條狀馬氏體的體積分數為46%。表3不同壓下量的冷軋態板材力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例4:釆取電爐、AOD、真空爐三步法冶煉不銹鋼，連鑄成板坯，熱軋制成3.00mm厚的熱軋板。經過第一次中間退火，酸洗，第一次冷軋壓下量為50%,第二次中間退火，酸洗，第二次冷軋壓下量30%。測試所得節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼冷軋態和冷軋成品固溶退火態室溫力學性能。其室溫力學性能如表4所示。本實施例的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分見表5。表4經過兩次冷軋和中間退火后冷軋態和冷軋退火態板材室溫拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表2、表3和表4可以看出，本發明的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼經冷軋后，其冷加工態室溫屈服強度可高達1250MPa，抗拉強度可高達1460MPa，其冷軋固溶退火態室溫屈服強度達400MPa以上，抗拉強度達到lOOOMPa以上，延伸率大于40%，具有高強度和良好的塑性。將本發明實施例2及實施例4中所測得的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋固溶退火態的室溫機械性能與其它典型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋固溶退火態室溫機械性能作對比，比較結果見表6。表6實施例2及實施例4與其它典型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋固溶退火態室溫機械性能對比材料<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>從表6可以看出本發明的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋固溶態室溫屈服強度Rp0.2和抗拉強度Rm明顯高于其它典型亞穩奧氏體不銹鋼冷軋固溶退火態室溫強度，而且抗拉強度大于lOOOMPa，而室溫延伸率A50mm保持在40X以上，具有良好的室溫機械性能。將本發明實施例3中所得的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋態室溫拉伸力學性能曲線圖6與AISI201奧氏體不銹鋼的冷軋態室溫拉伸力學性能曲線圖1作對比。從圖6可以看出當冷軋壓下量小于13.3%時，材料室溫延伸率與熱軋退火態相比沒有明顯變化的前提下，材料屈服強度從395MPa提高到了805MPa，屈服強度提高了104%，同時抗拉強度由880MPa提高到1160MPa，抗拉強度提高了32%;材料的室溫拉伸性能與壓下量之間的關系分為4個區間，在I區，材料延伸率不明顯變化的情況下，屈服強度和抗拉強度明顯提高，也就是在此區間具有明顯的TRIP效應(相變誘發塑性效應)，在II區，材料延伸率急劇下降，而強度也急劇提高，在III區，材料抗拉強度和延伸率略有提高，而屈服強度略有下降，在IV區，隨著壓下量的進一步增加，材料抗拉強度和延伸率略有提高，而屈服強度有明顯提高趨勢。而圖1所示的AISI201奧氏體不銹鋼冷軋態室溫拉伸力學性能曲線顯示，隨著冷軋壓下量的增加，材料屈服強度和抗拉強度提高，而延伸率是逐漸降低的。由此可知，本發明的亞穩奧氏體不銹鋼的機械性能與常見亞穩奧氏體不銹鋼相比具有明顯不同的特征，其冷軋態具有超高強度，且塑性良好。此外，比較本發明實施例中采用不同工藝生產的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的室溫力學性能，如圖7所示，也可以看出，本發明的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋態具有超高強度，其室溫屈服強度達到1250MPa，抗拉強度高達1460MPa，而延伸率平均為16.8%;其冷軋固溶態室溫屈服強度達400MPa以上，抗拉強度達到lOOOMPa以上，延伸率大于40%，具有寬廣的強度范圍和良好的室溫塑性，可以滿足多種工況的需求。權利要求1.一種1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼，其特征在于，所述節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C0.06～0.15％、Si＜1％、Mn8～10％、Cr15～17％、Ni0.5～1.2％、N0.15～0.30％、P＜0.03％、S＜0.02％，余量為Fe和不可避免雜質。2、根據權利要求l所述的1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼，其特征在于，所述節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C:0.080.12%、Si<l%、Mn:89%、Cr:1516%、Ni:0.71.0%、N:0.150.20%、P<0.03%、S<0.02%，余量為Fe和不可避免雜質。3、根據權利要求1或2所述的1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼，其特征還在于，當其室溫延伸率與熱軋退火態延伸率相當時，在室溫下進行冷軋，所述節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的冷軋態屈服強度大于1250MPa，抗拉強度大于1460MPa。4、根據權利要求3所述的1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼，其中所述冷軋的壓下量《50%。全文摘要本發明提供了一種1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼。本發明的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C0.06～0.15％、Si＜1％、Mn8～10％、Cr15～17％、Ni0.5～1.2％、N0.15～0.30％、P＜0.03％、S＜0.02％，余量為Fe和不可避免雜質。其冷加工態室溫屈服強度可高達1250MPa，抗拉強度高達1460MPa，平均室溫延伸率保持在16.8％。在不同狀態下，材料室溫屈服強度為370～1250MPa，室溫抗拉強度為860～1460MPa。其冷軋固溶態室溫抗拉強度達到1000MPa以上，延伸率大于40％，具有高強度和良好的塑性。本發明的1000MPa級節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼的優良室溫機械性能明顯區別于常見亞穩奧氏體不銹鋼，適用于弱腐蝕性環境，如交通、建筑和五金等領域，可部分替代AISI304、AISI301和AISI201等含鎳較高的奧氏體不銹鋼，以節約貴重金屬鎳。文檔編號C22C38/58GK101270455SQ20071003838公開日2008年9月24日申請日期2007年3月23日優先權日2007年3月23日發明者季燈平,張志霞,秦孝華,胡錦程申請人:寶山鋼鐵股份有限公司