[發明專利]含有碳-氮復合添加劑的高強度/抗腐蝕性奧氏體不銹鋼及其制造方法

有效

• 申請號: 200980159318.1
• 申請日: 2009-08-20
• 公開（公告）號: CN102428200A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 金成俊;李泰昊;吳昶錫;河憲映
• 申請（專利權）人: 韓國機械研究院
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C38/44
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 李渤;曹津燕

技術領域

本發明涉及具有高機械強度和良好抗腐蝕性的C+N奧氏體不銹鋼及其制造方法。

背景技術

通常，與碳鋼的機械性能，諸如強度和延展性能夠通過熱機械處理或通過各種熱處理的相變來提高不同，使用熱處理方法提高奧氏體不銹鋼的機械性能是困難的。因而，奧氏體不銹鋼主要依賴添加合金元素來提高大部分性能。

因此，在新型合金的開發中最重要的技術問題是在通過最小化高價合金元素的含量或者通過以經濟型合金元素替代高價合金元素來降低制造成本的情況下，確保包括強度、延展性或抗腐蝕性的性能最佳。

在以前的研究或發明中報道的大多數奧氏體不銹鋼含有16～20wt.％的鉻(Cr)、6～12wt.％的鎳(Ni)、0～2wt.％的鉬(Mo)、和0.03～0.15wt.％的碳(C)，并且呈現500～600MPa的抗拉強度和40％的延伸率。

在上述合金元素中，鎳(Ni)是有效的奧氏體穩定化元素，其有助于提高鍛造性。總供給量65％以上的鎳(Ni)被消耗用來生產奧氏體不銹鋼。

然而，自2001年起在隨后的六年內鎳(Ni)的價格持續上漲了700％以上，尤其是，在2007年時價格翻倍，因此，鎳(Ni)的價格已經變成決定不銹鋼價格的主要指標。除經濟角度外，因為鎳(Ni)能夠對人皮膚造成過敏反應且在再循環過程中釋放毒性氣體，因此，鎳(Ni)也會對人體健康和環境造成副作用。

因而，為了解決與含有高含量鎳(Ni)的傳統不銹鋼相關的問題，已經開發了Fe-Cr-Mn合金(或STS?200合金)，以及由于添加氮(N)而具有理想物理化學性能的高氮奧氏體不銹鋼。

氮(N)是非常有效的奧氏體穩定化元素，有多個優點，該優點包括固溶體硬化、機械強度增加伴隨的延展性下降較少、和提高的抗腐蝕性。由于難以在制造過程中確保鋼中高含量的氮(N)，因此迄今為止高氮不銹鋼還沒有商業化。近來，已經進行了多種研究來開發有效的制造方法，結果，加壓感應熔煉、高壓電渣重熔(PESR)、粉末冶金、和在氮氣氛圍下溶液滲氮已經被提議。

然而，高氮不銹鋼商業化的主要障礙是要求專門的制造加工設備，諸如加壓感應熔煉爐或PESR，這要求昂貴的設備和復雜的處理步驟。

加壓處理對制造高氮不銹鋼的大尺寸鑄錠是尤其必需的，這是因為加壓處理會確保液態金屬中有高含量的氮(N)并且會最小化δ鐵素體間隙，該δ鐵素體間隙在凝固期間會顯著降低氮(N)溶解度。因而，改進傳統的熔煉設備或在加壓過程中引入新的設備對采用加壓熔煉設備制造高氮不銹鋼而言是必然的，因此，高氮不銹鋼還沒有被商業化。

近來，H.Berns等人在國際專利申請號PCT/EP2005/008960中公開了奧氏體鋼，其含有最少量的鎳(Ni)、16～21wt.％的鉻(Cr)、16～21wt.％的錳(Mn)、0.5～2wt.％的鉬(Mo)、和0.8wt.％或更多量的碳(C)和氮(N)([C+N])，作為解決上述制造過程中的問題的提議。然而，H.Berns等人公開的發明包含相對高含量的錳(Mn)，其隨后降低了抗腐蝕性。

本發明人已經研發并制造了具有提高的經濟效益、高強度和良好抗腐蝕性的C+N奧氏體不銹鋼，其中同時添加了碳(C)和氮(N)而非鎳(Ni)作為間隙元素。因此，高價格鎳(Ni)的含量能夠被降到最低，且通過控制兩種間隙元素碳(C)和氮(N)(C+N、C/N)以及那些置換元素錳(Mn)、鉻(Cr)、鉬(Mo)和鎢(W)(Mn+Cr、Mn/Cr、或0.5W+Mo)的含量，強度和抗腐蝕性能夠得到提高。此外，該合金與傳統高氮不銹鋼相比更有經濟競爭力，這是因為其能夠通過除加壓過程以外的傳統熔煉爐來生產。

發明內容

本發明的一個方面是解決上述問題，因而，本發明的目的是通過控制間隙元素(C+N、C/N)和置換元素(Mn+Cr、Mn/Cr、或0.5W+Mo)的含量來提供具有提高的強度和良好抗腐蝕性的C+N奧氏體不銹鋼。

本發明的另一個目的是提供上述奧氏體不銹鋼的制造方法。

在一個實施方案中，提供了C+N奧氏體不銹鋼，向其中同時添加了碳(C)和氮(N)作為間隙元素，因此，鎳(Ni)的含量被最小化，鎳是高價格的合金元素，對環境和人體健康有害。結果，形成的奧氏體不銹鋼提供了改進的經濟效益。