[發明專利]一種鈮單穩定型低鉻馬氏體不銹鋼及其制備方法

在審

• 申請號: 202210014155.5
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114395740A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 王志軍;趙建偉;李建春;張春亮
• 申請（專利權）人: 山西太鋼不銹鋼股份有限公司
• 主分類號: C22C38/26
• 分類號: C22C38/26;C22C38/02;C22C38/04;C22C33/04;C21D8/02;C21D1/26
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 趙禛

一種鈮單穩定型低鉻馬氏體不銹鋼及其制備方法，屬于馬氏體不銹鋼技術領域，解決低鉻馬氏體不銹鋼室溫下沖擊韌性較低的技術問題，制備方法包括以下步驟：合金冶煉、鑄造成形→預熱→熱軋→退火，制得的鈮單穩定型低鉻馬氏體不銹鋼的化學成分及其重量百分比為：C:0.005~0.200%，Cr:10.5~15.0%，Nb:0.05~0.30%，N≤0.020%，Si≤0.50%，Mn≤0.50%，其余為Fe和不可避免的雜質。本發明對鋼的成分進行限定，并優化了生產工藝，使鈮單穩定型低鉻馬氏體不銹鋼室溫下的沖擊功≥100J，屈服強度≥400 MPa，抗拉強度≥500 Mpa，為高韌性法蘭用鋼提供了低成本可選材料。

技術領域

本發明屬于馬氏體不銹鋼技術領域，具體涉及一種鈮單穩定型低鉻馬氏體不銹鋼及其制備方法。

背景技術

馬氏體不銹鋼由于不含鎳，故相對于鎳含量較高的奧氏體不銹鋼、雙相鋼等而言，制造原料成本低，而相對于鐵素體不銹鋼對碳含量控制要求不高，冶煉工藝相對簡單，主要應用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術器械等。低鉻馬氏體不銹鋼板作為汽車法蘭用鋼，在滿足耐蝕性的前提下，還必須有良好的力學性能，尤其是優良的沖擊韌性。雖然采用現代先進的不銹鋼生產技術，已經能夠保證典型的雜質元素P、S、N、O等的含量保持在較低的范圍內；但是，其也有一些缺點或不足，如室溫下韌性不足，例如傳統的低鉻馬氏體不銹鋼12Cr13，室溫（～25℃）下沖擊功僅有50J左右，極大限制了其作為汽車法蘭的應用。

發明內容

為了克服現有技術的不足，解決低鉻馬氏體不銹鋼室溫下沖擊韌性較低的技術問題，本發明提供一種鈮單穩定型低鉻馬氏體不銹鋼及其制備方法，為需要較高沖擊韌性的汽車法蘭用材提供低成本材料。

為實現上述目的，本發明是根據以下技術方案實現的：

一種鈮單穩定型低鉻馬氏體不銹鋼，其化學成分及其重量百分比為：C:0.005~0.200%，Cr:10.5~15.0%，Nb:0.05~0.30%，N≤0.020%，Si≤0.50%，Mn≤0.50%，其余為Fe和不可避免的雜質。鈮單穩定型低鉻馬氏體不銹鋼室溫下（~25℃）的沖擊功（AK）≥100J，屈服強度（Rp0.2）≥400 MPa，抗拉強度（Rm）≥500 MPa。

本發明提供的鈮單穩定型低鉻馬氏體不銹鋼，成分設計優化，通過添加適量的Nb元素保證低鉻馬氏體不銹鋼具有良好的低溫沖擊韌性以及高強度，利用Nb元素固定鋼中的C、N元素，并控制鋼中O、S、P等雜質元素，保證不銹鋼具有優良的耐腐蝕性和良好的加工性，同時降低Si、Mn等合金元素，以減弱其對沖擊韌性的影響。

具體地，在本發明的成分設計中：

Nb：鈮是一種強碳、氮化合物形成元素，通過在晶粒間析出碳、氮化合物可推遲熱軋狀態的晶粒長大，在退火過程也可限制晶粒長大。由于鈮元素的晶粒細化效果，可提高馬氏體不銹鋼的強度和沖擊韌性。但過多的鈮元素加入，會導致碳化物析出過多，其鋼中形態由點狀或細鏈條狀轉變為條片狀，從而降低鋼的沖擊韌性。因此，本發明將其含量限定在0.05 ~ 0.30wt％；

N：氮在馬氏體不銹鋼中的溶解度非常低，因此在高溫加熱和在隨后的冷卻過程中，不可避免的要析出氮化物（CrN和Cr₂N）而產生貧Cr 區，導致這些區域的耐腐蝕性顯著下降。另外，氮過高也不利于韌脆轉變溫度的降低。因此，氮含量限定在不大于0.02wt％；

Cr:鉻是使馬氏體不銹鋼具有良好耐蝕性的合金元素。Cr對馬氏體不銹鋼性能影響最大的是耐蝕性，主要表現在提高鋼的耐氧化性介質和酸性氯化物介質的性能，馬氏體不銹鋼在氧化性介質中，鉻能使不銹鋼的表面上迅速生成氧化鉻(Cr₂O₃)鈍化膜。因此，本發明將鉻含量限定在10.5~15.0wt％；

Mn、Si：錳、硅是作為脫氧元素而添加的，如果過低不利于鋼質的純凈，過高則對提高沖擊韌性不利。因此，本發明將Mn、Si元素的含量限定在不大于0.50wt％，并在實際生產中盡可能向低控制。