CN100507054C - 耐腐蚀延伸性好的低镍奥氏体不锈钢 - Google Patents

Abstract

耐腐蚀延伸性好的低镍奥氏体不锈钢，其成分质量百分比为：C0.04～0.07、Mn 6.0～7.5、Si 0.3～0.5、P≤0.040、S≤0.030、Cr 16.0～18.0、Ni 3.5～5.5、Cu 1.2～2.0、N 0.10～0.15、余铁和不可避免杂质与普通不锈钢相同。本发明通过降碳、镍，保证必要的铬含量，以确保其耐腐蚀性能和降低生产成本；选择合适的氮含量，加一定量的锰和铜，以稳定组织和改善性能；进行相平衡计算和成分设计，并逐步优化成分，开发了耐腐蚀性能与SUS304相当、冷加工工艺性能优于ASTM201牌号的YGA201不锈钢；解决了现有201不锈钢腐蚀性能差、强度偏高等问题。

Description

耐腐蚀延伸性好的低镍奥氏体不锈钢

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢，特别低镍奥氏体不锈钢。

背景技术

以节镍为主，部分用途可取代最常用的奥氏体不锈钢ASTM304或SUS304，开发综合性能与304相近的奥氏体不锈钢材料，近几年在国内非常热门，如201不锈钢。201不锈钢是一种节镍型的不锈钢，由于碳、锰含量较高，又有一定量的氮，因此强度偏高，冷加工性能不尽人意。主要表现在加工硬化大，边裂严重，且在市场上大量使用的201材料中含有较高的碳和偏低的铬，使其耐腐蚀性也远不如304牌号。例如一种节镍型不锈钢，C≤0.10％，Si≤0.8％，8.5％<Mn<10.0％，Cr14～15％，Ni≤1.2％，P≤0.05％，S≤0.030％，N≤0.20％，其余为铁。但是，其由于碳、锰含量较高，又有一定量的氮，因此强度偏高，边裂现象非常严重，加工性能不尽人意；此外由于其C、Mn元素高，铬含量低，加上太低的镍，耐腐蚀性能即便是在弱腐蚀环境下也不如常用的奥氏体不锈钢；它的常温组织绝大部分是奥氏体加马氏体，所以加工硬化率高，延伸率不如SUS304，冲压成型性不理想。在五金配件、厨具、制管等行业尽管用量很大，但这类钢延伸率低和耐腐蚀性差一直是比较严重棘手的质量问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强韧性奥氏体不锈钢，以解决现有201不锈钢腐蚀性能差、强度偏高等问题。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是，耐腐蚀延伸性好的低镍奥氏体不锈钢，其成分质量百分比为：

C       0.04～0.07

Mn      6.0～7.5

Si      0.3～0.5

P       ≤0.040

S       ≤0.030

Cr      16.0～18.0

Ni      3.5～5.5

Cu      1.2～2.0

N       0.10～0.15

余铁和不可避免杂质。

本发明的设计思路是降碳、镍，保证必要的铬含量，以确保其耐腐蚀性能和降低生产成本；选择合适的氮含量，加一定量的锰和铜，以稳定组织和改善性能；进行相平衡计算和成分设计，并逐步优化成分，开发了耐腐蚀性能与SUS304相当、冷加工工艺性能优于ASTM201牌号的YGA201不锈钢。

铬，是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素。奥氏体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得是由于在介质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。铬对奥氏体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性。主要表现在铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能；铬还提高钢耐局部腐蚀，比如晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀以及某些条件下应力腐蚀的性能。因此钢中的铬含量不能过低，要求控制在16～18％之间。一般认为铬在此范围及以上含量时，才具有较好的耐蚀性能，设计思路要求其耐蚀性与18-8型的304相当；同时钢中的铁素体量不能超过7％。

碳，是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍。对不锈钢而言，碳是一种有害元素，这主要是由于在不锈和耐蚀用途中的一些条件下，如焊接或450～850度加热，碳与钢中的铬形成高铬的碳化物Cr₂₃C₆，使钢的耐腐蚀性能特别是耐晶间腐蚀性能下降。因此在设计成分时，始终把降低碳含量作为衡量其耐腐蚀性能好坏的重要指标，但碳控制过低如C<0.04％，会影响单一奥氏体组织的稳定性及增加冶炼工艺成本，故控制碳在0.04～0.07％范围，比市场上的“201”和标准牌号的201碳含量都低。

镍，是奥氏体不锈钢的最主要元素，它的主要作用是形成并稳定奥氏体组织，它促进铬的钝化，其本身不是耐腐蚀元素。但镍可改善冷热加工性能，使强度、塑性和韧性很好的配合，其价格也是十分昂贵的。根据2004年年初不锈钢行业协会的精神，奥氏体不锈钢的镍含量规定必须在3.5％以上，故明确Ni含量按ASTM 201标准要求的3.5～5.5％范围控制，尽可能靠近下限，因为镍含量越高，成本越高。

氮，是非常强烈地形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，其形成奥氏体的能力与碳相当，约为镍的30倍。氮的作用除代替部分镍以节约贵重元素外，主要是作为固溶强化元素提高奥氏体不锈钢的强度，但并不显著损害钢的塑性和韧性；同时氮提高钢的耐腐蚀性能，特别是耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。基于氮这些优良的特性，设计时氮含量控制在0.10～0.15％范围，根据碳、锰含量作相应调整。

锰，是弱形成奥氏体元素，但具有强烈稳定奥氏体的作用；锰还可增加氮在奥氏体钢中的溶解度，故200系不锈钢一般氮高锰也高。但随着锰元素的提高强度也提高，冷加工性能变差，因此在确保氮充分溶解的前提下，设计锰含量在6.0～7.5％，比“201”锰含量低，因为锰在多数情况下对耐蚀性是有害的。为保证奥氏体组织，降低马氏体变形温度，成分控制按：碳取上限时，锰、氮取中下限；碳在下限时，锰与氮取中上限。

铜，在奥氏体不锈钢中的作用，能显著降低钢的冷作硬化倾向，提高冷加工成形性能，而且，铜也是弱奥氏体形成元素。但是，现有201不锈钢不含铜，在改善201不锈钢综合性能方面，铜起着举足轻重的作用。因此设计时，铜控制在1.2～2.0％的范围，铜过高会影响钢的强度和奥氏体钢的耐点蚀、耐应力腐蚀性能。

铬、镍当量，相平衡及马氏体转变温度的计算如下：

铬当量％Cr eq＝％Cr+％Mo+1.5×％Si+0.5×％Nb

镍当量％Ni eq＝％Ni+30×(％C+％N)+0.5×％Mn+0.3×％Cu

冷却中马氏体开始转变温度点：

Ms(℃)＝1305—61.1(％Ni)—41.7(％Cr)—33.3(％Mn)—27.8(％Si)—1667(％C+％N)

冷变形诱发马氏体转变温度点：

Md30(℃)＝413—9.5％Ni—13.7(％Cr)—8.1(％Mn)—9.2(％Si)—462(％C+％N)

以上公式主要用于设计成分时，确保合适的镍当量和铬当量，当镍当量一定时，铬当量偏低就会发生较多的马氏体转变；铬当量偏高就会产生多余的铁素体。同时对冷加工控制参数Md30以及Ms进行测算，希望控制在较低的马氏体转变温度点。

本发明的优点在于：

在大气和弱酸性介质腐蚀条件下，本发明的产品的冷加工性能、耐腐蚀性能与市场上成本较高且用量较大的常用不锈钢材料304比，性能相当；成材率比按美标或日标生产的201牌号要高，综合性能要好。

附图说明

图1为不锈钢Schaefiler组织图；

图2为本发明与现有ASTM201、SUS304的耐腐蚀性能比较。

具体实施方式

实施例参见表1，

表1 成分单位：质量百分比

从图1和表1中铬、镍当量值可以看出，本发明所设计的YGA201的组织均要求落在abcd区间内，才能保证具有较稳定的奥氏体组织，且马氏体形变温度较低，从而确保钢中尽可能少的马氏体量和铁素体量的形成，达到改善冷加工性能的目的。

本发明的钢种耐腐蚀性能参见图2：

图中第二批3#极化即为本发明YGA201材料；第一批4#极化即为ASTM201材料；其余为经济型SUS304材料。图中曲线表示自腐蚀电位越高自腐蚀电流越小，即极化曲线越靠左，耐腐蚀性能越好，具体数值下见表2。

表2

 

牌号	自腐蚀电位	自腐蚀电流
			YGA201	—0.18587V	3.1093×10<sup>-5</sup>A/cm<sup>2</sup>
SUS304	—0.40786V	4.6571×10<sup>-4</sup>A/cm<sup>2</sup>
			ASTM201	—0.47114V	3.6533×10<sup>-3</sup>A/cm<sup>2</sup>

由按YGA201成分设计提供的力学性能五批试样，测试结果见下表3：

表3

表4为YGA201综合力学性能纵横向平均值与同等热处理状态下的SUS304和ASTM201的性能比较。

表4

 

序号	牌号	抗拉强度(MPa)	屈服强度(MPa)	延伸率％
						YGA201	643	279	59
2	SUS304	631	223	54
					3	ASTM201	937	305	44

表4说明YGA201延伸率指标优于ASTM201，与SUS304接近；强度指标比SUS304略高，远低于ASTM201，说明冷轧变形抗力要比ASTM201低得多，容易变形且冷轧成材率可显著提高。

Claims (1)

1.耐腐蚀延伸性好的低镍奥氏体不锈钢，其成分质量百分比为：

C           0.04～0.07

Mn          6.0～7.5

Si          0.3～0.5

P           ≤0.040

S           ≤0.030

Cr          16.0～18.0

Ni          3.5～5.5

Cu          1.2～1.6

N           0.11～0.15

余铁和不可避免杂质。

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