[發明專利]一種無鎳亞穩奧氏體不銹鋼材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410375005.2
• 申請日: 2014-08-01
• 公開（公告）號: CN104152804A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 舒瑋;郝文慧;羅剛;林鴻亮;田奇
• 申請（專利權）人: 山西太鋼不銹鋼股份有限公司
• 主分類號: C22C38/38
• 分類號: C22C38/38;C22C33/04;C21D8/00
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

技術領域

本發明涉及一種無鎳亞穩奧氏體不銹鋼材料及其制備方法。

背景技術

奧氏體不銹鋼中奧氏體的穩定性隨成分的不同而存在差異。當奧氏體組織為亞穩狀態時，奧氏體晶粒冷變形后會轉變為應變誘導馬氏體，這類板條狀組織含有高密度的位錯和缺陷，為奧氏體逆轉變提供了大量形核位置。亞穩奧氏體不銹鋼的這一特性在鉻鎳系和鉻錳系不銹鋼中普遍存在，在改善材料冷成型性的同時，還大幅度提高了材料強度。以AISI?301、AISI?201?等為代表的亞穩奧氏體不銹鋼已經廣泛應用于交通、建筑等領域。

傳統亞穩奧氏體不銹鋼中，諸如AISI?301等鉻鎳系不銹鋼由于添加了大量鎳元素導致原材料成本較高，而諸如AISI?201?等鉻錳系不銹鋼雖然降低了成本，但室溫力學性能和耐蝕性偏低。以上因素嚴重制約了這類鋼種的應用和發展。

中國專利CN?101077425?A、CN?102787277?A、CN?1519387?A、CN?102888566?A中公開了無鎳奧氏體不銹鋼雖然具有優良的力學性能，但由于其氮含量較高，屬于高氮穩定奧氏體不銹鋼，并不能產生應變誘導馬氏體。

中國專利CN?101289729?A公開了一種“無鎳亞穩奧氏體不銹鋼”，雖然其具有寬廣的高強度范圍，但延伸率普遍較低（A₅₀<30%），沒有表現出良好的綜合力學性能。

由此可見，無鎳亞穩奧氏體不銹鋼需要在保持低成本及高強度等優點的同時，進一步提高塑韌性，以期獲得優良的室溫綜合力學性能，達到拓展其應用領域的目的。

發明內容

本發明旨在提供一種具有優良強韌性的無鎳亞穩奧氏體不銹鋼材料。本發明還提供了無鎳亞穩奧氏體不銹鋼材料的制備方法。

本發明提供的一種無鎳亞穩奧氏體不銹鋼材料，化學成分以重量百分比計，含有碳C：0.05～0.10%、硅Si：0.2～0.5%、錳Mn：9～11%、鉻Cr：16～17%、氮N：0.30～0.35%、鉬Mo：0.8～1.5%、磷P?<?0.01%、硫S?<?0.01%，余量為鐵Fe和不可避免雜質。

本發明的無鎳亞穩奧氏體不銹鋼由于不含貴重元素鎳，需要通過其它奧氏體化合金元素（諸如氮、錳、碳等）的含量控制和元素配比來得到單相亞穩態奧氏體組織。下面將本發明無鎳亞穩奧氏體不銹鋼材料的主要化學成分的作用做詳細敘述：

氮是一種非常廉價的奧氏體化元素，能夠形成、穩定和擴大奧氏體相區。在奧氏體不銹鋼中，氮元素的奧氏體化能力是鎳元素的20~30倍，可替代鎳元素進行奧氏體化。氮的加入可以提高奧氏體不銹鋼的強度，同時不會明顯降低塑韌性。氮元素還可以提高奧氏體不銹鋼的耐縫隙腐蝕、耐晶間腐蝕和點腐蝕性能。為確保氮以間隙原子的形式固溶于奧氏體不銹鋼的晶格中，同時保證室溫組織為單相亞穩態奧氏體，氮含量應控制在0.30～0.35（wt）%之間。

錳是一種強烈的奧氏體穩定化元素，可提高氮元素在奧氏體不銹鋼中的溶解度，形成奧氏體的能力較弱。較高的錳含量是奧氏體不銹鋼無鎳化的重要特征，同時為了得到亞穩態奧氏體組織，錳含量應控制在9～11（wt）%之間。

鉻是奧氏體不銹鋼中主要的抗腐蝕性元素，固溶于鋼中的鉻可顯著提高固溶體中的氮含量。由于鉻元素會縮小奧氏體相區，為保證耐蝕性，亞穩態奧氏體不銹鋼中的鉻含量應控制在16～17（wt）%之間。

碳是重要的奧氏體化元素，與氮、錳等其它元素一起作用可確保得到單相奧氏體組織，但碳含量過多會嚴重影響奧氏體不銹鋼的塑性和耐蝕性，因此碳含量應控制在0.05～0.10（wt）%之間。

鉬是提高奧氏體不銹鋼耐腐蝕性能的重要元素，可進一步提高鋼中的氮含量。鉬與氮結合更有利于奧氏體不銹鋼的鈍化，但含量過多會降低鋼的韌性，因此鉬含量應控制在0.8～1.5（wt）%之間。

硅是不銹鋼中的鐵素體形成元素，鋼中硅含量應控制在0.2～0.5（wt）%之間。

磷、硫是不銹鋼中的有害元素，含量越低越好，應控制在0.01（wt）%以下。

通過研究各化學成分對奧氏體穩定性及材料性能的影響，最終設計出合理的元素配比，得到了亞穩奧氏體結構的無鎳不銹鋼材料。

本發明提供的無鎳亞穩奧氏體不銹鋼材料的制備方法，包括以下步驟：

①?采用真空感應爐在氮氣保護氣氛下進行冶煉；

②?步驟①冶煉出的鑄錠在加熱爐內加熱至期望溫度，所述期望溫度范圍在1200℃～1250℃之間，保溫時間100～150分鐘；