CN101270455A

CN101270455A - 1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢

Info

Publication number: CN101270455A
Application number: CNA2007100383865A
Authority: CN
Inventors: 秦孝华; 胡锦程; 季灯平; 张志霞
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: CN101270455B

Abstract

本发明提供了一种1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢。本发明的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分以重量比计包括：C：0.06～0.15％、Si＜1％、Mn：8～10％、Cr：15～17％、Ni：0.5～1.2％、N：0.15～0.30％、P＜0.03％、S＜0.02％，余量为Fe和不可避免杂质。其冷加工态室温屈服强度可高达1250MPa，抗拉强度高达1460MPa，平均室温延伸率保持在16.8％。在不同状态下，材料室温屈服强度为370～1250MPa，室温抗拉强度为860～1460MPa。其冷轧固溶态室温抗拉强度达到1000MPa以上，延伸率大于40％，具有高强度和良好的塑性。本发明的1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢的优良室温机械性能明显区别于常见亚稳奥氏体不锈钢，适用于弱腐蚀性环境，如交通、建筑和五金等领域，可部分替代AISI304、AISI301和AISI201等含镍较高的奥氏体不锈钢，以节约贵重金属镍。

Description

1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢，具体地说，是涉及一种1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢。

背景技术

亚稳奥氏体不锈钢是指以AISI304、AISI301和AISI201为代表的、固溶处理后在室温下为单相奥氏体组织，而经过加工或者冷却则产生应变诱发马氏体或温降马氏体的不锈钢。目前国内外广泛使用的奥氏体不锈钢，以300系和200系为主，例如AISI304和AISI201等奥氏体不锈钢，这些奥氏体不锈钢都含有较多的镍，而大量镍的添加导致了这些奥氏体不锈钢原材料成本的提高。由于我国缺镍少铬，镍、铬资源匮乏，而且大多数奥氏体不锈钢的强度偏低，也限制了这些钢的应用范围和可持续发展。

在奥氏体不锈钢领域中，基于奥氏体不锈钢的不同服役条件，各有不同的设计思路。

表1列出了一些国内外的奥氏体不锈钢的化学成分及其特征。

表1国内外奥氏体不锈钢的化学成分及其特征

表1中，日本专利JP54,038,217、JP52,024,914，中国专利公开公报CN1240839A、CN1704497A、CN1213013A描述了一种节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学组成，但这些化学组成中都含有铜。

中国专利公开公报CN1584098A公开的奥氏体不锈钢的化学组成为：碳≤0.10％、硅≤0.80％、锰：8.50～10.00％、镍≤1.2％、铬：14～15％；氮≤0.2％、磷≤0.050％、硫≤0.030％、余量为铁，且实施例中含有铜。

日本专利JP2001131713的“含钛超高强亚稳奥氏体不锈钢”的化学组成是：碳≤0.15％、硅：1～6％、锰≤5％、镍：4～10％、铬：12～18％、铜≤3.5％、钼≤5.0％、氮≤0.02％、钛：0.1～0.5％、铌≤0.5％、钒≤0.5％。此不锈钢中含有钛、钒、铌等元素，钢的原材料成本较高。

日本专利JP2000063998的“奥氏体不锈钢”的化学组成是：碳≤0.15％、硅：1～4％、锰≤5％、镍：4～10％、铬：12～18％、铜≤3.5％、钼：0.1～5.0％、氮≤0.15％、碳+氮≥0.10％、硅+钼≥3.5％。此不锈钢中含有钼和铜元素，钢的原材料成本较高。

为了节约原料成本，并得到一种具有优良室温机械性能、且其性能明显区别于现有技术的亚稳奥氏体不锈钢，本发明者基于分析不锈钢的基本元素如铬、锰、碳、氮对不锈钢室温组织和机械性能的影响，通过对这些元素的合理组配，设计出一种1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢。

本发明的目的在于提供一种1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢。

发明内容

本发明的1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分以重量比计包括：C：0.06～0.15％、Si＜1％、Mn：8～10％、Cr：15～17％、Ni：0.5～1.2％、N：0.15～0.30％、P＜0.03％、S＜0.02％，余量为Fe和不可避免杂质。

本发明的1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢的一个优选方案为：所述1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分以重量比计包括：C：0.08～0.12％、Si＜1％、Mn：8～9％、Cr：15～16％、Ni：0.7～1.0％、N：0.15～0.20％、P＜0.03％、S＜0.02％，余量为Fe和不可避免杂质。

当所述1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢的室温延伸率与热轧退火态延伸率相当时，在室温下进行冷轧，所述节镍型亚稳奥氏体不锈钢的冷轧态屈服强度大于1250MPa，抗拉强度大于1460MPa。其中，所述冷轧的压下量≤50％。

下面，对本发明的1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分作用作详细叙述。

1)C：碳是强烈形成、稳定和扩大奥氏体区的元素，在本发明节镍型亚稳奥氏体不锈钢中，由于镍含量低，碳对室温下形成奥氏体组织起到重要作用。但是碳太高会降低不锈钢的塑性，而且对不锈钢的耐蚀性不利，所以碳要有适当的百分含量。

2)Ni：形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。

3)Mn：锰是比较弱的奥氏体形成元素，但在不锈钢中是强烈的奥氏体组织稳定元素，并能提高氮在钢中的溶解度。在节镍型亚稳奥氏体不锈钢中，锰与钢中碳、氮等元素发生复合作用，以部分取代镍并且确保不锈钢在室温下为奥氏体组织。

4)Cr：铬是不锈钢中最重要的合金元素，可以确保钢获得不锈性和一定的耐蚀性，本发明中铬的含量范围，既能保证钢具有良好的不锈耐蚀性，又能保证室温下钢为单相奥氏体组织。

5)N：氮在不锈钢中是非常强烈的形成、稳定和扩大奥氏体区的元素。氮在不锈钢中除了可以替代贵重资源，如镍之外，而且在不明显降低材料塑性和韧性的前提下可以明显提高材料的强度。还可以提高不锈钢的不锈性和耐蚀性以及延缓碳化物析出等。但是由于氮在不锈钢中的溶解度有限，为了避免钢在凝固过程中出现皮下气泡，氮含量的确定必须与其它合金元素协调作用，以确保氮以固溶状态存在，并且与其它合金元素复合作用确保不锈钢在室温下为单相奥氏体组织。

6)Si：硅在不锈钢中是形成铁素体的合金元素，因此为了确保本发明的不锈钢在室温下为单相奥氏体组织，钢中硅含量必须加以一定的限制。

7)P：磷在不锈钢中被视为有害元素，应尽量控制得越低越好。

8)S：硫在不锈钢中也被视为有害元素。尤其在本发明，钢中锰含量高，需要严格控制硫的含量，越低越好。

本发明的1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分配比是利用合金热力学计算的，如ThermoCalc热力学计算软件，首先计算出常压下钢液中氮的溶解度和固态时钢中氮的固溶度，并结合钢的镍当量和铬当量计算，参照修正后的Schaeffler室温下不锈钢的组织与镍铬当量的关系图，设计出室温下为奥氏体组织，而且奥氏体为亚稳定态的不锈钢合金成分。计算过程中，钢中合金元素按照重量百分比计，镍当量计算关系式为：

Nieq＝(％Ni)+(％Co)+0.1×(％Mn)-0.01×(％Mn)²+18×(％N)+30×(％C)铬当量计算关系式为：

Creq＝(％Cr)+1.5×(％Mo)+1.5×(％W)+0.48×(％Si)+2.3×(％V)+1.75×(％Nb)+2.5×(％Al)

设计出的亚稳奥氏体不锈钢经电炉、AOD、真空炉三步法冶炼或电炉、AOD二步法冶炼或电炉或非真空感应炉单炼后，经过连续铸造或模铸铸造成钢坯。再经过锻造或轧制、固溶处理(测试固溶态机械性能时需经过固溶处理，测试冷轧态机械性能时不需要固溶处理)、酸洗等工序制成不锈钢板材、带材和棒材等，并测试其固溶态室温组织和固溶态室温机械性能和冷加工态室温组织和机械性能。

本发明具有如下优点：

1)本发明的亚稳奥氏体不锈钢是一种节镍型的亚稳奥氏体不锈钢，由于钢中镍含量低，因而显著降低了奥氏体不锈钢的原材料成本。

2)本发明的亚稳奥氏体不锈钢在室温塑性与热轧退火态室温塑性相比无明显变化的前提下，通过冷加工可以明显提高钢的强度，也就是具有TRIP效应(相变诱发塑性效应)，其冷轧固溶态室温屈服强度达400MPa以上，抗拉强度达到1000MPa以上，延伸率大于40％，具有宽广的强度范围和良好的塑性，可以满足多种工况的需求。

3)本发明的亚稳奥氏体不锈钢通过固溶强化和应变诱发马氏体的相变强化方式可以使钢的室温屈服强度达到1250MPa，抗拉强度高达1460MPa，而延伸率平均为16.8％。

4)本发明的亚稳奥氏体不锈钢室温固溶态抗拉强度达到1000～1460MPa级。

5)本发明的节镍型亚稳奥氏体不锈钢主要用于生产热轧带材，冷轧带材，热轧板材，冷轧板材和棒材。

附图说明

图1是AISI201奥氏体不锈钢的冷轧态室温拉伸力学性能曲线。

图2是实施例1所生产的节镍型亚稳奥氏体不锈钢固溶退火后的室温微观组织图。

图3是图2的局部放大视图。

图4是实施例3所生产的冷轧压下量为50％的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的冷轧态室温微观组织图。

图5是图4的局部放大视图。

图6是实施例3所生产的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的冷轧态室温拉伸力学性能曲线。

图7是不同工艺生产的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的室温力学性能对比。

具体实施方式

以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1：

采取非真空感应炉单炼法冶炼不锈钢，模铸成锭，经过锻造、热轧制成3.00mm厚的热轧板。固溶退火，处理温度为1000～1100℃。测试所得节镍型亚稳奥氏体不锈钢的热轧态和热轧固溶退火态室温力学性能，其室温力学性能如表1所示。本实施例的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分见表5。

本实施例的奥氏体不锈钢固溶退火后的室温微观组织见图2及图3，从图2及图3可以看出：此不锈钢为单相奥氏体组织，而且有较多的挛晶。

表1热轧态和热轧退火态板材室温拉伸性能

实施例2：

采取电弧炉和AOD两步法冶炼不锈钢，连铸成板坯，热轧制成3.00mm厚的热轧板。经过中间退火，压下量为50％的冷轧。测试所得节镍型亚稳奥氏体不锈钢冷轧固溶退火态室温力学性能，其室温力学性能如表2所示。本实施例的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分见表5。

表2冷轧固溶退火态板材室温拉伸性能

实施例3：

采取电弧炉单炼法冶炼不锈钢，连铸成板坯，热轧制成3.00mm厚的热轧板。经过中间退火，分别按照压下量为9.07％、13.31％、14.06％、20.31％、50％进行冷轧。测试所得节镍型亚稳奥氏体不锈钢冷轧态室温力学性能，其室温力学性能如表3所示，其室温拉伸力学性能曲线见图6。本实施例的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分见表5。

本实施例的奥氏体不锈钢的冷轧态微观组织见图4及图5，从图4及图5可以看出：在室温下对亚稳奥氏体不锈钢进行50％的冷轧压下后，应变诱发板条状马氏体的体积分数为46％。

表3不同压下量的冷轧态板材力学性能

实施例4：

采取电炉、AOD、真空炉三步法冶炼不锈钢，连铸成板坯，热轧制成3.00mm厚的热轧板。经过第一次中间退火，酸洗，第一次冷轧压下量为50％，第二次中间退火，酸洗，第二次冷轧压下量30％。测试所得节镍型亚稳奥氏体不锈钢冷轧态和冷轧成品固溶退火态室温力学性能。其室温力学性能如表4所示。本实施例的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分见表5。

表4经过两次冷轧和中间退火后冷轧态和冷轧退火态板材室温拉伸性能

表5实施例1～4的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分(wt％)

化学成分	C	Mn	Cr	Ni	Si	N	P	S
化学成分	C	Mn	Cr	Ni	Si	N	P	S	实施例1	0.11	8.71	15.32	0.78	0.18	0.19	0.016	0.002
实施例2	0.10	8.98	15.55	0.99	0.25	0.19	0.013	0.002	实施例1	0.11	8.71	15.32	0.78	0.18	0.19	0.016	0.002
实施例2	0.10	8.98	15.55	0.99	0.25	0.19	0.013	0.002	实施例3	0.10	8.50	15.40	0.80	0.23	0.17	0.012	0.002
实施例4	0.08	8.75	15.20	0.85	0.19	0.18	0.011	0.002	实施例3	0.10	8.50	15.40	0.80	0.23	0.17	0.012	0.002

从表2、表3和表4可以看出，本发明的节镍型亚稳奥氏体不锈钢经冷轧后，其冷加工态室温屈服强度可高达1250MPa，抗拉强度可高达1460MPa，其冷轧固溶退火态室温屈服强度达400MPa以上，抗拉强度达到1000MPa以上，延伸率大于40％，具有高强度和良好的塑性。

将本发明实施例2及实施例4中所测得的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的冷轧固溶退火态的室温机械性能与其它典型亚稳奥氏体不锈钢的冷轧固溶退火态室温机械性能作对比，比较结果见表6。

表6实施例2及实施例4与其它典型亚稳奥氏体

不锈钢的冷轧固溶退火态室温机械性能对比

从表6可以看出本发明的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的冷轧固溶态室温屈服强度Rp0.2和抗拉强度Rm明显高于其它典型亚稳奥氏体不锈钢冷轧固溶退火态室温强度，而且抗拉强度大于1000MPa，而室温延伸率A50mm保持在40％以上，具有良好的室温机械性能。

将本发明实施例3中所得的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的冷轧态室温拉伸力学性能曲线图6与AISI201奥氏体不锈钢的冷轧态室温拉伸力学性能曲线图1作对比。

从图6可以看出：当冷轧压下量小于13.3％时，材料室温延伸率与热轧退火态相比没有明显变化的前提下，材料屈服强度从395MPa提高到了805MPa，屈服强度提高了104％，同时抗拉强度由880MPa提高到1160MPa，抗拉强度提高了32％；材料的室温拉伸性能与压下量之间的关系分为4个区间，在I区，材料延伸率不明显变化的情况下，屈服强度和抗拉强度明显提高，也就是在此区间具有明显的TRIP效应(相变诱发塑性效应)，在II区，材料延伸率急剧下降，而强度也急剧提高，在III区，材料抗拉强度和延伸率略有提高，而屈服强度略有下降，在IV区，随着压下量的进一步增加，材料抗拉强度和延伸率略有提高，而屈服强度有明显提高趋势。而图1所示的AISI201奥氏体不锈钢冷轧态室温拉伸力学性能曲线显示，随着冷轧压下量的增加，材料屈服强度和抗拉强度提高，而延伸率是逐渐降低的。由此可知，本发明的亚稳奥氏体不锈钢的机械性能与常见亚稳奥氏体不锈钢相比具有明显不同的特征，其冷轧态具有超高强度，且塑性良好。

此外，比较本发明实施例中采用不同工艺生产的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的室温力学性能，如图7所示，也可以看出，本发明的节镍型亚稳奥氏体不锈钢的冷轧态具有超高强度，其室温屈服强度达到1250MPa，抗拉强度高达1460MPa，而延伸率平均为16.8％；其冷轧固溶态室温屈服强度达400MPa以上，抗拉强度达到1000MPa以上，延伸率大于40％，具有宽广的强度范围和良好的室温塑性，可以满足多种工况的需求。

Claims

1. 一种1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢，其特征在于，所述节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分以重量比计包括：C：0.06～0.15％、Si＜1％、Mn：8～10％、Cr：15～17％、Ni：0.5～1.2％、N：0.15～0.30％、P＜0.03％、S＜0.02％，余量为Fe和不可避免杂质。

2. 根据权利要求1所述的1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢，其特征在于，所述节镍型亚稳奥氏体不锈钢的化学成分以重量比计包括：C：0.08～0.12％、Si＜1％、Mn：8～9％、Cr：15～16％、Ni：0.7～1.0％、N：0.15～0.20％、P＜0.03％、S＜0.02％，余量为Fe和不可避免杂质。

3. 根据权利要求1或2所述的1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢，其特征还在于，当其室温延伸率与热轧退火态延伸率相当时，在室温下进行冷轧，所述节镍型亚稳奥氏体不锈钢的冷轧态屈服强度大于1250MPa，抗拉强度大于1460MPa。

4. 根据权利要求3所述的1000MPa级节镍型亚稳奥氏体不锈钢，其中所述冷轧的压下量≤50％。