貧奧氏體不銹鋼的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種貧奧氏體不銹鋼，尤其是一種奧氏體不銹鋼組合物，其包含相對低的鎳和鉬含量，并且表現出與包含較高鎳和鉬含量的某些合金相當的耐腐蝕性、耐高溫變形性和可成形性。奧氏體不銹鋼的實施方案以重量％計包含：至多0.20碳,2.0?9.0錳，至多2.0硅,15.0?23.0鉻,1.0?9.5鎳,至多3.0鉬,至多3.0銅,0.05?0.35氮,(7.5(％碳))≤(％鈮+％鈦+％釩+％鉭+％鋯)≤1.5,鐵和偶然存在的雜質。
【專利說明】
貧奧氏體不銹鋼
[0001 ] 本申請是申請日為2010年10月14日、申請號為No . 201080056955.9、發明名稱為 "貧奧氏體不銹鋼"的發明專利申請的分案申請。
[0002] 相關申請的交叉引用
[0003] 本申請基于35U.S.C. §120要求2008年2月20日提交的同時待審的美國專利申請序 列號12/034,183的優先權。
技術領域
[0004] 本公開涉及奧氏體不銹鋼。特別地，本公開涉及成本效益穩定的奧氏體不銹鋼組 合物，其包含尤其低含量的鎳、不超過偶然存在含量的鉬和高屈服強度，并且相對于某些高 鎳奧氏體合金，例如T-321合金(UNS S32100))，具有至少相當的耐腐蝕性和高溫性。
【背景技術】
[0005] 奧氏體不銹鋼具有高期望的性質的組合，其使得它們可用于廣泛的工業領域。這 些鋼具有鐵的基本組成，并通過添加奧氏體促進元素和穩定元素(如鎳、錳和氮)而平衡，從 而可以在添加鐵素體促進元素如鉻和鉬(其增強了耐腐蝕性）的同時在室溫保持奧氏體結 構。所述奧氏體結構使鋼具有高期望的機械特性，特別是韌性、延展性和可成形性。
[0006] 奧氏體不銹鋼的一個實例為AISI型316不銹鋼(UNS S31600)，其為含有16-18% 鉻、10-14 %鎳和2-3 %鉬的合金。該合金中合金成分的范圍保持在規定的范圍內以保持穩 定的奧氏體結構。本領域技術人員應該理解，例如鎳、錳、銅和氮含量，影響奧氏體結構的穩 定性。然而，鎳和鉬成本的升高已造成需要代替S31600的成本效益好的替代品，并且該替代 品仍具有高耐腐蝕性和良好的可成形性。
[0007] 另一合金替代品是Grade 216(UNS S21600)，其描述于美國專利號3,171,738中。 S21600 包含 17.5-22%鉻，5-7%鎳，7.5-9%錳和2-3%鉬。盡管521600為531600的低含量 鎳，高含量錳的變體，但S21600的強度和耐腐蝕性比S31600高很多。然而，作為二相合金， S21600的可成形性不像S31600那樣好。而且，因為S21600含有與S31600相同量的鉬，所以并 沒有節省鉬的成本。
[0008] 存在S31600的變體，其主要用于在高溫下使用。這種合金特指316型鈦（UNS S31635KS31600和S31635的顯著區別，是存在低摻的鈦，從而使得在所述鋼中的碳和氮的 量得以平衡。產生的鋼S31635,在焊接期高溫下不容易形成碳化鉻(在敏化時的已知現象）。 這種摻量也可以增強高溫性質（由于初級和次級的碳化物形成的強化效應）。在S31635中規 定的鈦的范圍在下列的方程中給出：
[0009] [5x(% 碳+% 氮）K 鈦 <0.70%。
[0010]但是，S31635使用昂貴的原料。
[0011] 奧氏體不銹鋼的另一鉻實例是321型不銹鋼（UNS S32100)，以重量％計包含： 17.00-19.00%鉻，9.00-12.00%鎳，至多2.00%錳，至多0.08%碳，至多0.75%硅，[5x( % 碳+%氮）]<鈦<0.70%，至多0.045%磷，至多0.030%硫，至多0.10%氮和平衡的鐵。321 型合金逆著碳化鉻形成而穩定，通過所述摻量的鈦，從而平衡在該合金中的碳的量和氮的 量的平衡。盡管321型合金不包括故意摻量的鉬，其包括顯著含量的昂貴的合金元素。
[0012] 合金的其他實例包括許多不銹鋼，其中鎳被錳替代，以維持奧氏體結構，例如在 201型鋼(UNS S20100)和類似等級鋼中的應用。無論如何，依然需要具有耐腐蝕性的、較低 成本的替代品，其替代相對高度合金的奧氏體不銹鋼(例如321型合金），并且具有與321型 合金至少相當的強度和硬度性質。
【發明內容】
[0013] 因此，根據本發明公開的合金提供了目前市場上不能獲得的方案，其為穩定的奧 氏體不銹鋼合金組合物，具有與321型奧氏體不銹鋼至少相當的耐腐蝕性、強度和硬度性 質，同時相對于321型合金提供了顯著的成本節約。因此，本發明合金為穩定的奧氏體不銹 鋼，其包括可控制含量的碳化物-形成元素，以提高耐腐蝕性和高溫性質。本發明合金也包 括組合含量的錳、銅和氮，充足的量使合金具有某些性質相對于這些高鎳合金至少相近，但 是原材料成本顯著較低。
[0014] 根據本發明公開的合金為奧氏體不銹鋼，其使用錳、銅和氮的組合作為較昂貴元 素鎳的替代品。結果是合金相對于例如321型，具有較低的成本和至少相當的可成形性、耐 腐蝕性和高溫強度性質。根據本發明公開的實施方案可以制造成小型量規，其包括具有相 當的細晶粒的干凈的微細構造，以增強可成形性。
[0015] 本發明公開的實施方案涉及奧氏體不銹鋼，其以重量％計包含：至多0.20碳(C)， 2.0至9.0錳(Μη),至多2.0硅(Si) ,15.0至23.0鉻(Cr), 1.0至9.5鎳(Ni),至多3.0鉬(Mo),至 多3.0銅（Cu)，0.05至0.35氮(Ν)，（7·5(%碳）Η (%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯Η 1.5,鐵 (Fe)和偶然存在的雜質。所述奧氏體不銹鋼的某些實施方案包括至多0.01%硼(Β)。某些實 施方案可以包括至少〇. 1%鈮，或者包括濃度為至少(7.5(%碳））的鈮。
[0016] 根據本發明公開的另一個實施方案涉及奧氏體不銹鋼，其以重量％計包含：至多 0.10碳，2.0至8.0錳，至多 1.00硅，16.0至22.0鉻，1.0至7.0鎳，0.10至2.0鉬，至多 1.00銅， 0.08至0.30氮，（7.5(%碳））<(%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯）<1.5，至多0.040磷(？），至多 0.030硫（S)，鐵和偶然存在的雜質。所述奧氏體不銹鋼的某些實施方案可以包括至多 0.01 %硼。某些實施方案可以包括至少0.1 %鈮，或者可以包括濃度為至少(7.5( %碳））的 鈮。
[0017] 根據本發明公開的選擇性的實施方案涉及奧氏體不銹鋼，其以重量％計包含:至 多0.08碳，3.5至6.5錳，至多1.00硅，17.0至21.0鉻，3.0至6.0鎳，0.1至1.0鉬，至多1.0銅， 0.08至0.30氮，（7.5(%碳））< (%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯）< 1.0,至多 0.035磷，至多 0.005硫，鐵，和偶然存在的雜質。所述奧氏體不銹鋼的某些實施方案可以包括至多0.01% 硼。某些實施方案可以包括至少0.1%鈮，或者可以包括濃度為至少(7.5(%碳））的鈮。
[0018] 在某些實施方案中，根據本發明公開的所述奧氏體不銹鋼一個或多個的大于18的 PREn值、小于12的鐵素體數和小于34 °C的MD3Q值。
[0019] 根據本發明公開的一種生產奧氏體不銹鋼的方法，通過在電弧爐融化爐料，在A0D 中精煉、鑄造成錠（ingot)或連鑄扁錠(continuously cast slab)，再加熱該錠或扁錠且熱 乳以制備板材或者卷材，冷乳成規定的厚度，并退火且酸浸該材料。其他的生產本發明材料 可能使用的方法可以包括:在真空或特殊氣氛下熔化和/或重熔化，鑄造成形，或制備壓實 為扁錠或型鋼的粉末等。
[0020] 根據本發明公開的奧氏體不銹鋼可以再多種應用中使用。根據一個實例，本公開 的合金可以包含在適合于低溫環境或深冷環境中使用的制造業制品。附加的制造業制品的 非限定性實施例(其可以被制造成的或者包括本發明的合金），是機動的撓性連接器或者其 他應用，波紋管，撓性套管，煙肉襯墊和煙道襯墊。
【具體實施方式】
[0021] 在本發明描述中，除了在操作實施例中或另有所述外，無哦有表示成分和產物、加 工條件等的量或特征的數應理解為在所有情況下被術語"約"修飾。因此，除非另有所述，在 以下說明書中所述的任何數字參數為近似值，其可以根據人們在根據根據本發明公開的產 物和方法中需要獲得的所需特性而改變。至少，且不作為將當量學說的申請限制為權利要 求的范圍的嘗試，各數字參數應至少根據報告的有效數位的數和通過運用普通的舍入技術 而解釋。本文所述的所有的數字范圍包括所有納入其中的所有下級范圍。例如，范圍"1至 10〃用于包括所有之間的下級范圍，并且包括所述的最小值1和所述的最大值10。
[0022] 根據本發明公開的所述奧氏體不銹鋼的實施方式現在將被詳細描述，，"％"或者" 百分數"是指重量百分數，除非另有特殊說明。本公開發明涉及奧氏體不銹鋼，其具有相對 于321型合金至少相當的耐腐蝕性、高溫強度性質和可成形性、以及較低的原料成本。所述 奧氏體不銹鋼組合物可以以重量％計包含：至多0.20碳，2.0至9.0錳，至多2.0硅，15.0至 23 ·0鉻，1.0至9.5鎳，至多3.0鉬，至多3.0銅，0.05至0.35氮，（7.5(% 碳）<(%鈮+%鈦+% 釩+%鉭+%鋯Η 1.5,鐵和偶然存在的雜質。所述奧氏體不銹鋼的某些實施方案可以包括 至多0.01硼。所述奧氏體不銹鋼的某些實施方案可以包括至少0.1%鈮，或者可以包括濃度 為至少(7.5(%碳)）的鈮。
[0023] 本發明的另一個實施方案是奧氏體不銹鋼以重量％計包含：至多0.10碳，2.0至 8.0錳，至多 1.00硅，16.0至 22.0鉻，1.0至7.0鎳，0.10至2.0鉬，至多1.00銅，0.08至0.30氮， (7.5(%碳））< (%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯1.5,至多0.040磷，至多0.030硅，鐵和偶然 存在的雜質。所述奧氏體不銹鋼的某些實施方案可以包括至多0.01硼。所述奧氏體不銹鋼 的某些實施方案可以包括至少0.1%鈮，或者可以包括濃度為至少(7.5(%碳））的鈮。
[0024] 根據選擇性的實施方案，本公開發明涉及奧氏體不銹鋼，其以重量％計包含:至多 0.08碳，3.5至6.5錳，至多1.00硅，17.0至21.0鉻，3.0至6.0鎳，0.5至1.0鉬，至多1.0銅， 0.08至0.30氮，（7.5(%碳））< (%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯）< 1.0,至多 0.035磷，至多 0.005硫，鐵，和偶然存在的雜質。所述奧氏體不銹鋼的某些實施方案可以包括至多0.01硼。 所述奧氏體不銹鋼的某些實施方案可以包括至少0.1%鈮，或者可以包括濃度為至少（7.5 (%碳)）的鈮。
[0025] 碳：至多 0.20%
[0026] 碳用于穩定奧氏體相且抑制變性誘導的馬氏體轉化。無論如何，碳也增加了形成 碳化鉻的可能性，尤其在焊接過程中，其降低耐腐蝕性和韌性。因此，本發明所述的所述奧 氏體不銹鋼具有至多0.20%碳。在本發明的實施方案中，碳的含量可以是0.10%或者更少。 或者，碳的含量可以是0.08%或者更少，0.03%或者更少，或者0.02%或者更少。
[0027]硅：至多 2.0%
[0028] 具有大于2%娃促進脆化相（embrittling phases)，如〇,且降低氮在合金中的溶 解性。硅還穩定鐵素體相，且大于2%硅需要添加另外的奧氏體穩定劑以保持奧氏體相。因 此，在某些實施方案中，本發明所述奧氏體不銹鋼具有至多2.0%硅。在本發明的實施方案 中，所述硅的含量可以是1.0%或者更少。硅結合鈮有助于使某些合金元素的反應性最小 化，且有助于合金中相的平衡。在根據本發明公開的某些實施方案中，通過調節所述硅的含 量至0.5-1.0%，使所述硅添加的影響被平衡。在其他實施方案中，通過調節所述硅的含量 至0.1-0.4%，使所述硅添加的影響被平衡。可選擇性地，在根據本發明公開的某些實施方 案中，所述硅的含量可以是0.5 %或者更少、0.4%或者更少，或者0.3 %或者更少。
[0029] 錳：2.0-9.0 %
[0030] 錳穩定奧氏體相且通常增加氮(有益的合金元素）的溶解性。為了充分得到這些效 果，需要錳含量不小于2.0 %。錳和氮都是更貴的元素鎳的有效替代物。無論如何，具有大于 9.0%的錳在某些環境中降低材料的可加工性和耐腐蝕性。而且，由于難以對具有高含量的 錳(例如大于9.0%)的不銹鋼脫碳，所以具有高含量錳明顯增加了制備該材料的加工成本。 因此，為了恰當地平衡在本發明所述的奧氏體不銹鋼中的耐腐蝕性、相的平衡、延展性和其 他機械特性，所述錳的含量設置在2.0-9.0%。在根據本發明公開的某些實施方案中，所述 錳的含量可以是2.0-8.0%、3.5-7.0%或者7%。
[0031] 鎳：1.0-9.5%
[0032] 本發明人探索限制合金的鎳含量，同時保持其可接受的性能。關于鐵素體和馬氏 體形成需要至少1%鎳穩定奧氏體相。鎳還用于增強韌性和可成形性。無論如何，由于鎳的 成本相對較高，期望保持所述鎳含量盡可能低。盡管錳和氮可以是鎳的部分替代物，高含量 的錳和氮將會導致不能接受的加工硬化，減少可成形性。因此，所述合金必須包括最低濃度 的鎳，以提供可接受的可成形性。所述發明人發現：除了其他限定范圍的元素外可以使用 1.0- 9.5 %范圍的鎳，以獲得具有與高含量鎳一樣好或者更好的耐腐蝕性和可成形性的合 金。因此，本發明的所述奧氏體不銹鋼具有1.0-9.5%鎳。在實施方案中，所述鎳含量可以是 2.0- 6.5%或者可以是 3.0-6.0%。
[0033] 鉻：15.0-23.0%
[0034] 添加鉻向不銹鋼賦予耐腐蝕性，其通過在合金表面上形成鈍態的膜。鉻也用于穩 定關于馬氏體轉化的奧氏體相。需要至少15%鉻以提供足夠的耐腐蝕性。另一方面，因為鉻 是強力的鐵素體穩定劑，超過23%的鉻含量需要添加更昂貴的合金元素，例如鎳或者鈷，以 保持鐵素體含量可接受的低。具有多于23%鉻還使得形成不希望的相(例如〇)的可能性更 大。因此，本發明的所述奧氏體不銹鋼具有15.0-23.0%鉻。在實施方案中，所述鉻含量可以 是16.0-22.0%，或者可選擇性地可以是17.0-21.0%。
[0035] 氮：0.05-0.35%
[0036] 氮被包含在所述合金中，作為奧氏體穩定元素鎳和耐腐蝕性增強元素鉬的部分替 代。氮也提高合金強度。需要至少0.05%氮以為了強度、耐腐蝕性和穩定奧氏體相。添加多 于0.35%氮會超過熔化和焊接過程中氮的溶解度，其因氮氣氣泡而導致多孔性。即使沒有 超過溶解度限度，大于0.35%的氮含量增加氮化物顆粒沉淀的傾向，其降低耐腐蝕性和韌 性。本發明決定:至多0.35%的氮含量與合金中可能存在的鈮含量一致，不形成具有疑問含 量的鈮碳氮化物沉淀物。因此，本發明的所述奧氏體不銹鋼具有0.05-0.35%氮。在實施方 案中，所述氮含量可以是〇. 08-0.30 %或者可選擇性地可以是0.05-0.2 %。
[0037] 鉬：至多 3.0%
[0038] 本發明人探索限制合金的鉬含量，同時保持其可接受的性能。鉬可有效地穩定形 成在不銹鋼表面的鈍態氧化物膜并且防止氯化物作用產生的點腐蝕。在某些實施方案中， 所述鉬含量可以是0.1-3.0%，其組合適當劑量的鉻和氮能足夠提供需要的耐腐蝕性。超過 3.0%的鉬含量通過將鐵素體的含量增加至潛在有害的含量而引起熱加工性的惡化。高鉬 含量還增加形成有害的金屬間相(如σ)的可能性。另外，鉬是昂貴的合金元素。因此，本發明 所述奧氏體不銹鋼組合物具有至多3.0%鉬。在根據本發明公開的某些實施方案中，所述合 金不包括故意添加的鉬。在其他實施方案中，所述鉬含量可以是0.1-1.〇%或者可以是0.5- 1.0%〇
[0039] 硼：至多 0.01 %
[0040] 任意地添加低至0.0005%硼至本公開的所述合金中，以改善不銹鋼的熱加工性和 表面性質。無論如何，添加多于0.01%硼降低所述合金的耐腐蝕性和可加工性。因此，根據 本發明公開的奧氏體不銹鋼組合物某些實施方案可以包括至多〇.〇1 %硼。在實施方案中， 所述硼含量可以是至多0.008%或者可以是至多0.005%。在另一個實施方案中，所述硼含 量可以是0.001-0.003%。
[0041 ]銅：至多3.0%
[0042] 銅是奧氏體穩定劑且可以用于代替該合金中的部分鎳。其還在還原環境中改善腐 蝕性和通過降低堆垛層錯能改善可成形性。無論如何，已經顯示：添加多于3%銅降低奧氏 體不銹鋼的熱加工性。因此，本發明所述奧氏體不銹鋼組合物具有至多3.0%銅。在實施方 案中，銅含量可以是至多1.0%。在另一個實施方案中，銅含量可以是0.4-0.8%。
[0043] 鎢：至多 4.0%
[0044] 鎢在改善氯化物點腐蝕和縫隙腐蝕的抵抗方面提供與鉬類似的作用。當鎢代替鉬 時也可降低σ相形成的傾向。無論如何，添加多于4%會降低所述合金的熱加工性。因此，本 發明所述奧氏體不銹鋼組合物具有至多4.0%鎢。在實施方案中，鎢含量可以是0.05- 0.60%〇
[0045] 1.0 <(鎳+鈷）<9.5
[0046] 鎳和鈷都用來穩定關于鐵素體形成的奧氏體相。需要至少1% (鎳+鈷）以在鐵素體 穩定元素如鉻和鉬的存在下穩定奧氏體相，必須添加該鐵素體穩定元素如鉻和鉬以保證適 當的耐腐蝕性。無論如何，鎳和鈷都是昂貴的元素，因此期望保持(鎳+鈷)含量小于9.5%。 在實施方案中，所述(鎳+鈷)的含量可以是大于4.0%但是小于7.5%。
[0047] (7.5(% 碳））< (% 鈮+% 鈦+% 釩+% 鉭+% 鋯）< 1.5
[0048] 鈮(Nb)與碳、以及較小范圍的氮，反應形成以小顆粒狀的碳化物和碳氮化物。這些 小顆粒有效地阻止有害碳化鉻的形成，在高溫和焊接過程中，改善了耐腐蝕性。這些小顆粒 (當使用有效的高溫處理生產時），也可以改善高溫強度和耐蠕變性。最小添加量的(7.5x% 碳)使溶解存在于所述金屬中的每個鈮原子一個碳原子。高含量的鈮會消耗有益的氮，因此 期望保持所述鈮含量小于1.5%。形成穩定的碳化物的其他元素，包括但不限于鈦(Ti)、釩 (V)、鉭(Ta)和鋯(Zr)可以添加以替代鈮。無論如何，這種替代品與氮的反應(相對于鈮)更 加強烈，因此其被控制以提供有益的效應，例如改善焊接性。本發明人已經規定了鈮、鈦、 隹凡、鉭，和錯的重量百分數的總量應該保持在(7.5( %碳））且至多1.5 %的范圍內。換句話 說，（7.5(%碳））< (%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯）< 1.5%.在某些實施方案中，（7.5(% 碳））《（％他+%鈦+%釩+%鉭+%鋯）^1.0%。在某些優選的實施方案中，所述合金包括至 少0.1 %鈮，且所述鈮、鈦、釩、鉭和鋯的重量百分數的總量在（7.5(%碳））、至多1.5%或 1.0%的范圍內。在某些實施方案中，鈦、釩、鉭和鋯僅僅作為偶然存在的雜質存在，或者根 據實踐保持在盡可能低的含量。在某些實施方案中，為了優化所述合金的耐腐蝕性、高溫強 度和耐蠕變性、以及焊接性能，所述合金的某些實施方案包括至少(7.5( %碳））的鈮含量， 并且鈦、釩、鉭和鋯只作為偶然存在的雜質存在。在某些實施方案中，所述鈦含量可以是小 于0.01 %。而且，在某些實施方案中，所述鈦含量可以是0.001-0.005%。本發明已經確定了 至多1.5%的鈮含量，與所述合金中0.05-0.35%的氮含量一致，因為這種組合不會導致鈮 碳氮化物沉淀(其不可接受地降低耐蠕變性)的產生。
[0049] 在根據本發明公開的某些實施方案中，本發明的所述穩定的奧氏體不銹鋼的平衡 包括鐵和不可避免的雜志，例如磷和硫。如本領域技術人員理解的，所述不可避免的雜志優 選地被保持在實踐上最低和經濟上合理的含量。
[0050] 形成非常穩定的氮化物的元素，例如鋁，應該被保持在較低的含量。
[0051] 本發明所述的穩定的奧氏體不銹鋼也可通過定量表達它們所具有的特性的方程 而限定，所述特性包括例如抗點蝕當量數、鐵素體數和MD3q溫度。
[0052]抗點蝕當量數(PREn)提供在含氯化物環境中合金預期的抗點腐蝕性的相對等級。 PREn越高，合金預期的耐腐蝕性越好。PREn可通過下式計算：
[0053] PREN=% 鉻+3.3(% 鉬）+16(% 氮）
[0054]或者，可將1.65( %鎢）的因子添加至上式以考慮在合金中存在的鎢。鎢改善不銹 鋼的抗點蝕性且效果按重量為鉬的約一半。當鎢包含在計算中時，抗點蝕當量數被指定為 PREw，其可通過下式計算：
[0055] PREw= %鉻+3.3( %鉬)+1.65( %鎢)+16( %氮）
[0056]本發明的合金具有大于18的PREn值。在某些實施方案中，所述PREn值可以是18-24。 在某些實施方案中，所述PREn值可以是18-22。在某些實施方案中，所述PREn值可以是20-22。
[0057] 本發明的所述合金還可以通過其鐵素體數限定。正的鐵素體數通常與鐵素體的存 在相關聯，鐵素體的存在改善合金的固化特性且有助于抑制熱加工和焊接操作中合金的熱 裂。在初始固話的微細構造中需要少量的鐵素體以保持良好的鑄造性和防止焊接中的熱 裂。另一方面，太多的鐵素體數會在使用中導致問題，包括但不限于微細構造不穩定性、有 限的延展性、且削弱的高溫機械特性。所述鐵素體數可以使用以下方程計算：
[0058] FN=3 · 34 (鉻+1 · 5硅+鉬+2鈦+0 · 5鈳）-2 · 46 (鎳+30氮+30碳+0 · 5錳+0 · 5銅）-28 · 6 [0059]本發明的合金具有至多12的鐵素體數，優選為正數。在根據本發明公開的某些實 施方案中，所述鐵素體數可以是大于〇至10,或者可以是1至4。
[0060] 合金的MD3Q溫度定義為以下溫度，在該溫度30%的冷變形將導致50%的奧氏體轉 化為馬氏體。MD3Q溫度越低，該材料的對馬氏體轉化越具有抗性。對馬氏體形成的抗性導致 加工硬化速率降低，其使得可成形性好，尤其在拉伸應用中。
[0061 ] MD3Q根據以下方程計算：
[0062] 勵3〇(°(：)=413-462(碳+氮）-9.2(硅）-8.1(錳）-13.7(鉻）-9.5(鎳）-17.1(銅）- 18.5(鉬）
[0063] 本發明的合金具有小于34°C的MD3Q溫度，優選小于10°C。在某些實施方案中，所述 MD3Q溫度可以是小于-10〃c。在某些實施方案中，所述MD3Q溫度可以是小于-20°c。
[0064] 實施例
[0065] 實施例1
[0066] 表1包括本發明實驗合金1-5和對比合金S31600、S31635、S21600和S20100的組成 和計算的參數值。
[0067]實驗合金1-5在實驗室規模的真空爐中熔化且倒入50-lb錠中。這些錠再加熱且熱 乳以制備約0.250〃厚的材料。將這些材料退火、鼓風和浸酸。該材料的一些冷乳成0.100〃- 厚，且剩余的冷乳成0.050或者0.040〃-厚。將該冷乳材料退火和浸酸。測試使用的對比合金 S31600、S31635、S21600和S20100為可商購的，且這些合金所示的數據從公開的文獻獲取或 從最近為商業規模制備的材料的測試得到。
[0068]各合金的計算的PREw值示于表1中。使用上述討論的方程，預期PREw大于24.0的合 金將比對比合金S31635材料具有更好的抗氯化物點腐蝕性，而具有較低PREw的那些將更易 于發生點腐蝕。
[0069]也已經計算表1中各合金的鐵素體數。實驗合金1-5的鐵素體數小于10的范圍。
[0070] 也計算了表1中合金的MD3Q值。根據計算，實驗合金1-5，特別是實驗合金4和5，比對 比合金S31600和S31635具有對馬氏體變形相似的抗性。
[0071] 表1
[0072]
[0073] 表1也示出了原料成本指數(RMCI)，其將每種合金與對比合金S31635的材料成本 進行了比較。該RMCI通過以下計算，將原料鐵、絡、錳、鎳、鉬、媽和鈷于2007年十月的平均成 本乘以包含在合金中的各元素的百分比，并除以在對比合金S31635中的原料的成本。如計 算值所示，每種實驗合金1-5具有的RMCI小于0.65,其意味著包含在其中的原料成本小于 S31635(基于2007年十月的成本值）的65%。制備具有與對比合金S31635相似的性能且原料 成本顯著降低，這是出人意料的，并且不能從現有技術中預期的。
[0074] 測量所述實驗合金1-5的機械特性，并與對比合金S31600、S31635、S21600和 S20100作比較。該測量的屈服強度、抗拉強度、經2-英寸量規長度(gage length)的百分比 伸長率和01 sen杯(01 sen cup)高度示于表1。所述抗拉實驗對0.100"量規材料進行，所述 Charpy測試對0.197〃厚度樣品進行，且所述01 sen杯測試對在0.040-至0.050-英寸之間厚 度的材料進行。所有的測試在室溫下進行。表1中的數據單位如下：屈服強度和抗拉強度， ksi;伸長率，百分比；Olsen杯高度，英寸。從數據來看，所述實驗合金1-5,以及特別地實驗 合金4和5,具有與S31635材料相當的性能。但是實驗合金1-5,包括鎳濃度小于對比合金 S31635的一半，以及相對于對比合金S31635顯著低的鉬。顯著較低的昂貴的合金元素鎳和 鉬的濃度，使得所述對比合金4和5的RMCI小于對比合金S31635的至少40%。盡管它們的鎳 和鉬的含量降低，但是實驗合金4和5具有奧氏體的微細構造并且表現出比對比合金S31635 顯著好的屈服強度和抗拉強度。
[0075] 實施例2
[0076] 表2包括本發明實驗合金6-10和對比合金S32100和216Cb型的組成和計算的參數 值。如表2所示，實驗合金6-10通常相對于對比合金S32100,包括增長的含量的錳、氮和鈮， 以及減少的含量的鎳。實驗合金6-10也包括相對于對比合金T216Cb和實驗合金1-5減少的 含量的鉬。
[0077]實驗合金6-10在實驗室規模的真空爐中熔化且倒入50-lb錠中。這些錠再加熱且 熱乳以制備約〇. 250〃厚的材料。將這些材料退火、鼓風和浸酸。該材料的一些冷乳成0.100〃 厚，且剩余的冷乳成0.050〃或者0.040〃厚。將該冷乳材料退火和浸酸。對比合金S32100為可 商購的，且這些合金所示的數據從公開的文獻獲取或從最近為商業規模制備的材料的測試 得到。對比合金T216Cb在美國專利出版No. 2009-0162237 A1 (美國專利申請系列No. 12/ 034,183)中描述，所示的合金的數據是從根據其生成的測試材料測試得到或者從出版的文 獻中獲取。
[0078]每種合金計算的PREn值在表2中示出。使用上述討論的方程，預期PREn大于18的合 金將比對比合金S32100材料具有更好的抗氯化物點腐蝕性，而具有低于24的PREn的那些將 相對于對比合金材料T216Cb更易于發生點腐蝕。每種實驗合金6-10的PREn值優選地在范圍 18-24。
[0079]也已經計算表2中各合金的鐵素體數。每種實驗合金6-10的鐵素體數優選的范圍 是小于12。根據計算，實驗合金8-10將具有與對比合金S32100相當的改善了的可成形性。
[0080] 也計算了表2中合金的MD3Q值。根據計算，實驗合金6-10，特別是實驗合金3和5，具 有對馬氏體變形提高了的抗性(相對于對比合金S32100。
[0081] 表 2
[0082]
[0083]表2也示出了原料成本指數(RMCI)，其將每種合金與對比合金S32100的材料成本 進行了比較。該RMCI通過以下計算，將原料鐵、鉻、錳、鎳、鉬、銅、鈮和鈦于2009年十月的平 均成本乘以包含在合金中的各元素的百分比，并除以在對比合金S32100中的原料的成本。 如計算值所示，每種實驗合金6-10具有的RMCI小于0.73，，其意味著包含在其中的原料成本 小于或等于對比合金S32100的73%。以顯著降低的原料成本制備出對比合金S32100的合適 的替代品，這是出人意料的，并且不能從現有技術中預期的。
[0084] 測量所述實驗合金6-10的機械特性，并與對比合金S32100和T216Cb作比較。該測 量的屈服強度、抗拉強度和經2-英寸量規長度的百分比伸長率示于表2。所述抗拉實驗對0.100"量規材料進行。所有的測試在室溫下進行。表2中的數據單位如下：屈服強度和抗拉 強度，ksi;伸長率，百分比。從數據來看，所述實驗合金6-10的鎳含量與S32100相比顯著減 少，但是其具有與S32100相比顯著較好的屈服強度和抗拉強度。與對比合金S32100相比，屈 服強度的量的增長是出人意料的，并且不能從現有技術中預期的。所述實驗合金還包括相 對于對比合金T216Cb顯著減少的鉬的含量。顯著較低的昂貴的合金元素鎳和鉬的濃度，使 得實驗合金9和10的RMCI小于對比合金S32100的至少32 %。
[0085]這些新的合金的潛在應用是眾多的。如以上描述和證明，本文所述的所述奧氏體 不銹鋼組合物能在許多應用中替代S32100。此外，由于鎳的成本較高，將S32100替換為本發 明的合金組合物將顯著地節省成本。另一益處為，因為這些合金是完全奧氏體的，它們會易 于在零下的溫度經歷急劇的延性-脆性轉變(DBT)或在高溫下885°F的脆變。因此，不像二相 合金，它們可在高于650°F的溫度使用且為低溫和深冷應用的最佳候選材料。根據本發明公 開的合金制備的特具體的制造業制品具有顯著的優點，所述制造業制品包括，例如撓性連 接器(用于汽車尾氣及其他應用），波紋管，撓性套管，和煙肉/煙道襯墊。具有常規技術的人 采用傳統的制造業技術，可以很容易制造這些以及其他根據本發明公開的合金制造的制造 業制品
[0086]盡管上述說明書已必要地提供有限數量的實施方案，本領域相關技術人員將理解 可對本文描述和解釋的裝置和方法以及實施例的其他細節進行各種變化，且所有這些改變 將保持在本文所述的發明和所附權利要求的原則和范圍內。因此，應理解本發明不限于本 文公開或包含的具體實施方案，而是預期涵蓋權利要求限定的本發明的原則和范圍內的變 化。本領域技術人員也應了解可對實施方案進行改變而不偏離其廣泛的發明構思。
【主權項】
1. 一種奧氏體不銹鋼，其以重量％計由以下組成： 至多0.20碳， 2.0- 9.011, 至多0.50硅， 18.0- 23.0 絡， 1.0- 5.5 鎳， 至多3.0鉬， 0.05-0.35 氮， (7.5(%碳））<(%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯）<1.5， 0.0005-0.01 硼， 鐵和 偶然存在的雜質， 且其中所述奧氏體不銹鋼具有的屈服強度為43.4至53.7ksi。2. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其具有的PREn值大于18。3. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其具有的PREn值大于18且至多為24。4. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其具有的鐵素體數小于12。5. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其具有的鐵素體數大于0且至多為10。6. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其具有的鐵素體數在1至4的范圍內。7. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其具有的MD3Q值小于34°C。8. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其具有的MD3Q值小于10 °C。9. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其具有的MD3Q值小于-10°C。10. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中碳被限制為至多0.10。11. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中錳被限制為2.0至6.0。12. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中錳被限制為4.0至5.1。13. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中硅被限制為0.2至0.5。14. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中鉻被限制為18.0至22.0。15. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中鎳被限制為3.0至5.5。16. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中鉬被限制為0.1至1.0。17. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中鉬被限制為0.1至0.5。18. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中（7.5(%碳））<(%鈮+%鈦+%釩+%鉭 + %鋯）< 1.0〇19. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中鈮至少為0.7。20. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中（7.5(%碳%鈮<1.5。21. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中硼被限制為0.001至0.01。22. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中硼被限制為0.001至0.003。23. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中鈦被限制為0.001至0.5。24. -種奧氏體不銹鋼，其以重量％計由以下組成： 至多0.10碳， 2.0 至 8.0 錳， 至多0.5硅， 18.0 至 22.0 鉻， 1.0 至 5.5 鎳， 0.10至2.0鉬， 0.08至0.30 氮， (7.5(%碳）<(%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯）<1.5， 0.0005-0.008硼， 至多0.01鈦， 至多0.050磷， 至多0.030硫， 鐵，和 偶然存在的雜質， 其中所述奧氏體不銹鋼具有的屈服強度為43.4至53.7ksi。25. 根據權利要求24所述的奧氏體不銹鋼，其中鈮至少為0.7。26. 根據權利要求24所述的奧氏體不銹鋼，其中（7.5(%碳）Η鈮^ .5。27. 根據權利要求24所述的奧氏體不銹鋼，其中磷被限制為0.010-0.05。28. 根據權利要求24所述的奧氏體不銹鋼，其中硫被限制為0.0001-0.001。29. -種奧氏體不銹鋼，其以重量％計由以下組成： 至多0.08碳， 3.5 至 6.5 錳， 至多0.50硅， 18.0 至 21.0 鉻， 3.0 至 5.5 鎳， 0.1 至 1.0 鉬， 0.08至0.30 氮， (7.5(%碳）<(%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯）<1.0， 0.0005-0.005 硼， 至多0.005鈦， 至多0.035磷， 至多0.005硫， 鐵，和 偶然存在的雜質，且 其中所述奧氏體不銹鋼具有的屈服強度為43.4至53.7ksi。30. 根據權利要求29所述的奧氏體不銹鋼，其中鈮被限制為至少0.7。31. 根據權利要求29所述的奧氏體不銹鋼，其中：（7.5( %碳）Η %鈮< 1.5。32. -種包括奧氏體不銹鋼的制造業制品，所述奧氏體不銹鋼以重量％計由以下組成： 至多0.20碳， 2.0 至 9.0 錳， 至多0.50硅， 18.0 至 23.0 鉻， 1.0 至 5.5 鎳， 至多3.0鉬， 0.05 至 0.35 氮， (7.5(%碳））<(%鈮+%鈦+%釩+%鉭+%鋯）<1.5， 0.0005-0.01 硼， 鐵，和 偶然存在的雜質，且 其中所述奧氏體不銹鋼具有的屈服強度為43.4至53.7ksi。33. 根據權利要求32所述的制造業制品，其中所述奧氏體不銹鋼被限制為至少0.7鈮。34. 根據權利要求32所述的制造業制品，其中在奧氏體不銹鋼中，（7.5(%碳）Η %鈮 < 1.5〇35. 根據權利要求32所述的制造業制品，其中所述制品適用于低溫環境和深冷環境中 的至少一種。36. 根據權利要求32所述的制造業制品，其中所述制品選自由以下組成的群組:撓性連 接器、波紋管、撓性套管、煙肉襯墊和煙道襯墊。37. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中所述屈服強度為43.4至49.9ksi.38. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中所述屈服強度為43.4至48.3ksi.39. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中所述屈服強度大于UNS S31635的屈服強 度。40. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中所述屈服強度大于UNS S32100的屈服強 度。41. 根據權利要求32所述的制造業制品，其中所述屈服強度為43.4至49.9ksi。42. 根據權利要求32所述的制造業制品，其中所述屈服強度為43.4至48.3ksi。43. 根據權利要求32所述的制造業制品，其中所述屈服強度大于UNS S31635的屈服強 度。44. 根據權利要求32所述的制造業制品，其中所述屈服強度大于UNS S32100的屈服強 度。45. 根據權利要求32所述的奧氏體不銹鋼，其中硅被限制為0.2-0.5。46. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中硅被限制為0.2-0.5,錳被限制為4-9.0， 并且鎳被限制為4.0-5.5。47. 根據權利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其中硅被限制為0.2-0.5,錳被限制為6. Ο-? 0 ， 并且鎳被限制為3.0-5.5 。
【文檔編號】C22C38/50GK105839032SQ201610352913
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2010年10月14日
【發明人】D·S·伯格斯特羅姆, J·M·拉科夫斯基
【申請人】Ati資產公司