專利名稱:一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼及其制備方法
技術領域:
本發明涉及不銹鋼材料,更具體的是一種通過加入錳、氮元素替代部分鎳的奧氏體不銹鋼,使其基本性能等同或優于傳統304型奧氏體不銹鋼及其制備方法。
背景技術:
奧氏體不銹鋼在世界不銹鋼用量中占3/4以上,而304又是其中應用最為廣泛的奧氏體不銹鋼鋼種。304標準中鎳含量較高,在8. 0% 10. 5%之間,鎳金屬價格昂貴,中國又是貧鎳國家,鎳資源大量需要進口,因此開發節鎳型奧氏體不銹鋼具有非常重要的現實意義。節鎳型不銹鋼中,以200系列為代表,通過加入較多的錳、氮元素,能將鎳降低到極低的水平(1. 0% 6. 0%),但其耐腐蝕性能與304相比急劇下降,加工性能降低;雖然后來有人通過加入少量Cu、B元素改善熱加工性能,但過量的加入易形成低熔點共晶相,使熱加工性能惡化,加入Mo、Nb、Ti等合金元素改善耐蝕性能,但以加鈦不銹鋼為例,TiO2和TiN以夾雜物存在,含量高且分布不均,降低鋼的純凈度,鑄錠表面質量差,增加工序修磨量,極易造成大批廢品。同時,添加更多的合金元素也增加了制造成本。中國發明授權專利公開號(CN101545078A) —種室溫機械性能優良的節鎳型亞穩奧氏體不銹鋼,公開了成分配比為0. 06%彡C彡0. 15%,Si ^ 1. 00%,7. 00% ^ Mn ^ 10. 00%、 15. 00% ^ Cr ^ 17. 00%、1. 50% 彡 Ni 彡 2. 50%、0. 15% 彡 N 彡 0. 3%、P < 0. 030%、S < 0. 020%, 余量為鐵和不可避免的雜質的不銹鋼。其熱軋+固溶態室溫力學性能達到Rm ^ 863MPa、 RpO. 2 ^ 406Mpa, δ ^ 57%的水平,但耐蝕性能下降明顯,該專利測得該不銹鋼室溫條件下在中性3. 5%氯化鈉溶液中,表征不銹鋼耐點蝕能力的點蝕點位為Ε’ blo=210mv, Ε’ bloo=240mv,大大低于304不銹鋼E’ bl0 300mv的水平。對于不銹鋼其他耐蝕能力,如晶間腐蝕、均勻腐蝕、鹽霧腐蝕等等未做測定。雖然該項發明將鎳的含量降低到了 1.50% 2. 50%的極低水平,但過分節鎳卻降低了不銹鋼的耐蝕性能,限制了該鋼種的應用領域。
發明內容
本發明力圖通過加入一定量的錳、氮元素,替代304不銹鋼中的部分鎳,使鎳含量降低至5. 0% 7. 0%的水平,以期降低304奧氏體不銹鋼的原料成本、提高其強度和耐點蝕性能,保持良好的加工性能,同時不降低其耐晶間腐蝕、耐鹽霧腐蝕的性能;從而,生產制造成本降低的同時而又幾乎不降低其耐蝕性能。與傳統304奧氏體不銹鋼相比,本發明主要特征在于通過添加適當的錳、氮元素來替代304不銹鋼中的部分鎳元素,使鎳元素重量百分含量由8. 0 10. 5%降低至5. 0 7. 0%,節鎳效果至少達12. 5%以上。本發明實現上述目的的技術方案為一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其化學成分重量百分比為:C ( 0. 10%,Si ( 0. 50%,2. 00% 彡 Mn 彡 6. 00%、17. 00% ^ Cr ^ 20. 00%、 5. 00% ^ Ni ^ 7. 00%,0. 20% ^ N ^ 0. 40%,P ( 0. 045%,S ( 0. 030%,其余為 Fe 和不可避免
的雜質。
進一步,一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其化學成分重量百分比為C 0. 012%、Si 0. 21%、Mn 3. 08%、Cr :18. 8%、Ni:6. 61%、N :0. 22%, P:0. 009%、S :0. 0080%,其余
為狗和不可避免的雜質。進一步,一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其化學成分重量百分比為C 0. 042%、Si 0. 19%、Mn 2. 97%、Cr :18. 6%、Ni:6. 54%、N :0. 22%, P:0. 010%、S :0. 0095%,其余
為狗和不可避免的雜質。進一步,一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其化學成分重量百分比為C 0. 057%、Si 0. 22%、Mn 2. 55%、Cr :17. 5%、Ni:5. 23%、N :0. 20%, P:0. 018%、S :0. 0114%,其余為狗和不可避免的雜質。進一步,一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其化學成分重量百分比為C 0. 065%、Si 0. 22%、Mn 5. 40%、Cr :19. 6%、Ni:6. 96%、N :0. 31%, P:0. 014%、S :0. 0135%,其余為狗和不可避免的雜質。本發明另一目的提供上述304替代型節鎳奧氏體不銹鋼的制備方法,具體包括以下步驟步驟1.按上述成分配比準備好原材料,按如下順序將材料加入真空熔煉爐進行熔煉將生鐵、金屬鉻、純鎳豆加入,抽真空充入氮氣保護,待上述金屬融化后,再加入氮化合金和電解錳,待金屬全部融化后,在溫度為1500-1600°c進行澆注,得到鑄錠;
步驟2.將所得的鑄錠在溫度為1250 1280°C溫度范圍開始熱軋,共6道次,總壓下率在80 90%,測得終軋溫度在950°C 1000°C,軋后立即水冷至室溫,隨后,在溫度為 10500C,按2. 0 3. Omin/mm,進行固溶處理。所述氮化合金包括氮化鉻或氮化錳。C:碳元素強烈形成、穩定和擴大奧氏體相區元素,但從不銹鋼塑性和耐蝕性角度考慮,鋼種碳含量越低越好,至少不高于0.1%。Si 硅是強烈鐵素體形成元素,為確保本鋼種單相奧氏體相的穩定性,應對Si含量嚴格限制,Si ≤ 0. 50%。Mn:錳元素具有強烈的穩定奧氏體的作用并提高氮在鋼中的溶解度,但錳會妨礙不銹鋼鈍化膜的形成,并且生成胞3、化11斤03和化11斤6)0等夾雜物,這些夾雜物易成為點蝕的誘發源[陳學群,孔小東,常萬順,等.低碳鋼中硫化物夾雜物誘發點蝕的機理[J]. 海軍工程大學學報,1997(1) 1-9.],所以Mn添加量不能太多,以2. 00% 6. 00%為宜。Cr 鉻是強烈穩定鐵素體元素,同時也是保證不銹鋼耐蝕性的重要合金元素, 17. 00% 20. 00%的鉻含量即保證了不銹鋼的耐蝕性,又不會降低本發明鋼種室溫奧氏體相的穩定性。Ni 鎳元素強烈影響不銹鋼成本和耐蝕性,本發明節鎳鋼中5. 00% 7. 00%的鎳含量,與304相比節鎳至少約12. 5%左右。N:氮元素固溶于奧氏體中,提高不銹鋼強度和耐磨性,又不降低其塑性;氮元素提高不銹鋼耐蝕性能,以彌補增錳、節鎳對304不銹鋼耐蝕性的不利影響,在上述合金成分常壓下冶煉通常能夠獲得約0. 20% 0. 40%的氮含量。P、S 磷、硫元素是不銹鋼中的有害元素,含量控制越低越好,取P≤0. 045%、 S ≤ 0. 030%。本發明的優點1.達到了節約貴重金屬鎳的目的;
2.提高了傳統304奧氏體不銹鋼綜合力學性能,以適量錳、氮元素替代部分鎳,保證了不銹鋼耐蝕性不低于304不銹鋼的水平;
3.僅添加了適量錳、氮元素替代部分鎳,無需另加其他合金元素,生產成本低。
圖1為實施例1含氮不銹鋼試樣固溶處理后的金相圖。圖2為實施例2含氮不銹鋼試樣固溶處理后的金相圖。圖3為實施例1經5%氯化鈉鹽霧腐蝕7天后外觀圖。圖4為實施例2經5%氯化鈉鹽霧腐蝕7天后外觀圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。下表是具體實施例的元素組成成分及質量百分比,如表1所示表1具體實施例的元素成分及質量百分比(Wt%)
權利要求
1.一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其特征在于,其化學成分重量百分比為 C 彡 0. 10%、Si 彡 0. 50%、2. 00% 彡 Mn 彡 6. 00%、17. 00% ^ Cr ^ 20. 00%、5. 00% 彡 Ni 彡 7. 00%、 0. 20% ^ N ^ 0. 4%、P彡0. 045%、S彡0. 030%,其余為Fe和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其特征在于,其化學成分重量百分比為:C :0. 012%、Si :0. 21%、Mn :3. 08%、Cr :18. 8%、Ni:6. 61%、N :0. 22%、P :0. 009%、 S :0. 0080%,其余為!^和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其特征在于,其化學成分重量百分比為:C :0. 042%、Si :0. 19%、Mn :2. 97%、Cr :18. 6%、Ni:6. 54%、N :0. 22%、P :0. 010%、 S :0. 0095%,其余為!^和不可避免的雜質。
4.根據權利要求1所述的一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其特征在于,其化學成分重量百分比為:C :0. 057%、Si :0. 22%、Mn :2. 55%、Cr :17. 5%、Ni:5. 23%、N :0. 20%、P:0. 018%、 S :0. 0114%,其余為!^和不可避免的雜質。
5.根據權利要求1所述的一種304替代型節鎳奧氏體不銹鋼,其特征在于,其化學成分重量百分比為:C :0. 065%、Si :0. 22%、Mn :5. 40%、Cr :19. 6%、Ni:6. 96%、N :0. 31%、P:0. 014%、 S :0. 0135%,其余為!^和不可避免的雜質。
6.根據權利要求1-5任意一項所述的304替代型節鎳奧氏體不銹鋼的制備方法,其特征在于,具體包括以下步驟步驟1.按上述成分配比準備好原材料,按如下順序將材料加入真空熔煉爐進行熔煉 將生鐵、金屬鉻、純鎳豆加入,抽真空充入氮氣保護,待上述金屬融化后,再加入氮化合金和電解錳,待金屬全部融化后,在溫度為1500-1600°C進行澆注,得到鑄錠;步驟2.將所得的鑄錠在溫度為1250 1280°C溫度范圍開始熱軋,共6道次,總壓下率在80 90%,測得終軋溫度在950°C 1000°C,軋后立即水冷至室溫,隨后,在溫度為 10500C,按2. 0 3. Omin/mm,進行固溶處理。
7.根據權利要求6所述的304替代型節鎳奧氏體不銹鋼的制備方法,其特征在于,所述氮化合金包括氮化鉻或氮化錳。
全文摘要
本發明公開了一種節鎳304奧氏體不銹鋼替代鋼種,其化學成分重量百分比為C≤0.10%、Si≤0.50%、2.00%≤Mn≤6.00%、17.00%≤Cr≤20.00%、5.0%≤Ni≤7.0%、0.2%≤N≤0.40%、P<0.045%、S<0.030%,其余為Fe和不可避免的雜質。根據本成分配比制得的奧氏體不銹鋼與傳統18-8型304不銹鋼相比節鎳至少12.5%;熱加工性能優異,熱軋總壓下量達90%仍不開裂;經過熱軋+固溶處理后平均力學性能為RM≈724MPa、Rp0.2≈378MPa,δ≈60%,均高于304不銹鋼RM≥520MPa、Rp0.2≥205MPa,延伸率δ≥40%的水平,綜合力學性能改善明顯;同時,各項耐蝕性能指標不低于304水平。
文檔編號C22C33/04GK102168230SQ201110093380
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月14日 優先權日2011年4月14日
發明者李 東, 李靜媛 申請人:北京科技大學