CN101311291A - 一种奥氏体不锈钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种奥氏体不锈钢及其制造方法，其化学化学成分重量百分配比为：C≤0.03％，Si：0.3～0.9％，Mn：0.6～1.5％，Cr：16.0～18.0％，Ni：5.5～7.5％，N：0.1～0.25％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，Md30的数值在20～60之间。该不锈钢的制造方法为1)制备钢锭或板坯；2)热轧；3)退火酸洗；4)冷轧，冷轧压下量不低于50％；5)热处理和酸洗。本发明使材料的延伸率可达到25％以上，提高车辆用高强度奥氏体不锈钢的耐腐蚀性和钢的加工制造性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种奥氏体不锈钢及其制造方法，尤其属于作为火车、客车、轨道交通车辆等车体用的高强度奥氏体系不锈钢及其制造方法。
背景技术
用作火车客车和轨道交通车辆的材料主要有碳钢、铝合金和不锈钢。随着减轻车重和降低综合寿命周期成本的呼声越来越强，不锈钢用作车体材料表现出越来越多的优越性。用作车体的不锈钢材料应具有高强度、高耐蚀性，板型平直度好，加工性能优良和防火等特点。目前国内外火车客车和轨道车辆采用的不锈钢材料多为奥氏体不锈钢Cr17Ni7型，日本标准为SUS301L，欧洲标准为EN1.4318，化学成分范围如表1所示。在车辆中最大使用量产品的抗拉强度和延伸率如表2所示。为了此性能指标，往往通过调质处理即施以20％左右的压下量使之发生马氏体转变来提高强度。
表1车辆用奥氏体不锈钢的化学成分
| 标准 | 牌号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | N |
| 日本 | SUS301L | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.0 | ≤0.045 | ≤0.030 | 16.00～18.00 | 6.00～8.00 | ≤0.20 |
| 欧标 | 1.4318 | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.0 | ≤0.045 | ≤0.015 | 16.50～18.50 | 6.00～8.00 | 0.10～0.20 |
| 中国 | 00Cr17Ni7 | ≤0.03 | ≤1.00 | ≤2.0 | ≤0.040 | ≤0.030 | 16.00～18.00 | 6.00～8.00 | ≤0.20 |
表2车辆用高强度奥氏体不锈钢的抗拉强度范围和延伸率
在韩国专利KR960006021B、太钢发表文献《铁道车辆用不锈钢00Cr17Ni7冷轧板开发》和日本文献《车辆用低碳不锈钢的机械性能和可焊性》中均表明车辆用高强度奥氏体不锈钢的生产工艺如图1所示。
上述工艺流程的工序多，给生产组织带来很大的困难，生产周期长。当化学成分波动时为了使其达到其强度等级，需要不断调整冷轧压下量。因此，车辆用奥氏体不锈钢的生产往往需要耗费较高的工序成本和工时成本。另外，经19％～25％左右冷轧压下量冷轧后的奥氏体不锈钢基体中含有20％～22％的马氏体，马氏体降低了钢的塑性和抗腐蚀性能，通常抗拉强度满足要求时延伸率小于25％；另外相比奥氏体和铁素体相，马氏体相的抗腐蚀性能最差。例如在住友金属发表的NAR-301L不锈钢技术报告中，添加Nb元素来提高车辆用高强度等级不锈钢的耐蚀性，Nb是一种昂贵的金属元素，这样势必会增加原料成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种奥氏体不锈钢及其制造方法，从而可以弥补现有技术的缺点，简化生产工艺，缩短生产周期，降低产品中的马氏体含量，提高钢的耐腐蚀性，使延伸率可以大于25％。
本发明实现上述目的的的技术方案为：一种奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C≤0.03％，Si：0.3～0.9％，Mn：0.6～1.5％，Cr：16.0～18.0％，Ni：5.5～7.5％，N：0.1～0.25％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，其中，Md30＝413-9.5(％Ni)-13.7(％Cr)-8.1(％Mn)-9.2(％Si)-462(％C+％N)的数值在20～60之间。
优选地，所述Md30的数值在30～40之间。
C是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高钢的强度，形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区。但在一些条件下C与钢中的铬结合形成Cr23C6型碳化物，使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降。因此，C应被控制在0.03％或更少。
Si是一种脱氧元素，但可显著提高钢在固溶态的晶间腐蚀敏感性。因此，Si含量被定义为0.3～0.9％。
Mn是强烈稳定奥氏体的元素，可以提高钢的强度并改善钢的热塑性。但过量的Mn降低可成形性和焊接性。因此，Mn被定义为0.6～1.5％。
Cr是铁素体相的形成元素，提高钢耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能，但过量的Cr造成不锈钢的脆性。因此，Cr被定义为16.0～18.0％。
Ni是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素。随着镍含量的增加，钢的强度降低而塑性提高，有利于冷加工成形性能。但镍使钢的抗高温硫化性能降低。因此，Ni定义为5.5～7.5％。
N作为固溶强化元素提高奥氏体不锈钢的强度，也可以提高钢的耐腐蚀性能。但N含量超过0.25％以后降低钢的热、冷加工性及冷成形性。因此，N定义为0.1～0.25％。
P和S均为不可避免的杂质元素，但对性能有不利的影响，应分别小于0.04％和0.03％。
一种奥氏体不锈钢的制造方法，包含如下步骤：
(1)制备出满足上述化学成分要求的钢锭或板坯，主要是成分配比中满足Md30在20～60之间；
(2)热轧，在加热炉内加热，温度范围为1200～1300℃，经900～1200℃范围内的热变形后轧制成带钢或平板；
(3)退火酸洗，进行1000～1150℃温度范围内的固溶热处理，热处理时间根据1～5分钟/mm确定；
(4)冷轧，冷轧压下量不低于50％；
(5)热处理和酸洗，经600～800℃×1～5分钟的热处理后酸洗，最后的热处理温度处于马氏体转变温度以上，1～5分钟的短时热处理，使塑性大幅度提高的同时强度没有明显降低。
优选地，所述步骤(1)中Md30的数值选择30～40进行配比。
优选地，所述步骤(2)中，加热炉内的温度范围为1210～1270℃。
优选地，所述步骤(3)中，热处理时间根据3.5分钟/mm确定。
优选地，所述步骤(4)中，冷轧压下量为50％～60％。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1.在保证产品的材料强度满足标准要求的同时，减少原有生产工艺中19％～25％冷轧压下量调质处理这一生产工序，降低了工序成本。
2.本发明的成品退火温度较已有技术的成品退火温度低，节约能源。
3.本发明制造方法生产出的奥氏体不锈钢中马氏体含量大大降低，极大地提高了车辆用高强度奥氏体不锈钢的耐腐蚀性，且延伸率可达到25％以上，提高了钢的加工制造性能。
附图说明
图1为现有技术的常用车辆用高强度奥氏体不锈钢的常规工艺流程示意图。
图2为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例1
1.一种奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C：0.008％，Si：0.3％，Mn：0.6％，Cr：18％，Ni：7.5％，N：0.1％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，其中，Md30＝413-9.5(％Ni)-13.7(％Cr)-8.1(％Mn)-9.2(％Si)-462(％C+％N)的数值为20。
2.(见图2)该奥氏体不锈钢的制造方法包含如下步骤：
(1)按照上述化学成分重量百分配比制备钢锭或板坯；
(2)热轧，在加热炉内加热，温度范围为1210℃，经900℃的热变形后轧制成带钢或平板；
(3)退火酸洗，进行1000℃温度的固溶热处理，热处理时间根据5分钟/mm确定；
(4)冷轧，冷轧压下量为50％；
(5)热处理和酸洗，经600℃×1分钟的热处理后酸洗。最后的热处理温度处于马氏体转变温度以上，1分钟的短时热处理，使塑性大幅度提高的同时强度没有明显降低。
实施例2
1.一种奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C：0.02％，Si：0.5％，Mn：1.0％，Cr：17.0％，Ni：7％，N：0.12％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，其中，Md30＝413-9.5(％Ni)-13.7(％Cr)-8.1(％Mn)-9.2(％Si)-462(％C+％N)的数值为36。
2.该奥氏体不锈钢的制造方法包含如下步骤：
(1)按照上述化学成分重量百分配比制备钢锭或板坯；
(2)热轧，在加热炉内加热，温度范围为1230℃，经1000℃的热变形后轧制成带钢或平板；
(3)退火酸洗，进行1000℃温度的固溶热处理，热处理时间根据4分钟/mm确定；
(4)冷轧，冷轧压下量为50％；
(5)热处理和酸洗，经600℃×5分钟的热处理后酸洗。最后的热处理温度处于马氏体转变温度以上，5分钟的短时热处理，使塑性大幅度提高的同时强度没有明显降低。
实施例3
1.一种奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C：0.008％，Si：0.3％，Mn：0.6％，Cr：18％，Ni：7.5％，N：0.1％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，其中，Md30＝413-9.5(％Ni)-13.7(％Cr)-8.1(％Mn)-9.2(％Si)-462(％C+％N)的数值为38。
2.该奥氏体不锈钢的制造方法包含如下步骤：
(1)按照上述化学成分重量百分配比制备钢锭或板坯；
(2)热轧，在加热炉内加热，温度范围为1250℃，经1050℃的热变形后轧制成带钢或平板；
(3)退火酸洗，进行1100℃温度的固溶热处理，热处理时间根据3.5分钟/mm确定；
(4)冷轧，冷轧压下量为55％；
(5)热处理和酸洗，经700℃×2.5分钟的热处理后酸洗。最后的热处理温度处于马氏体转变温度以上，2.5分钟的短时热处理，使塑性大幅度提高的同时强度没有明显降低。
实施例4
1.一种奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C：0.03％，Si：0.3％，Mn：0.6％，Cr：18％，Ni：5.5％，N：0.1％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，其中，Md30＝413-9.5(％Ni)-13.7(％Cr)-8.1(％Mn)-9.2(％Si)-462(％C+％N)的数值为46。
2.该奥氏体不锈钢的制造方法包含如下步骤：
(1)按照上述化学成分重量百分配比制备钢锭或板坯；
(2)热轧，在加热炉内加热，温度范围为1280℃，经1150℃的热变形后轧制成带钢或平板；
(3)退火酸洗，进行1100℃温度的固溶热处理，热处理时间根据3分钟/mm确定；
(4)冷轧，冷轧压下量为60％；
(5)热处理和酸洗，经800℃×1分钟的热处理后酸洗。最后的热处理温度处于马氏体转变温度以上，1分钟的短时热处理，使塑性大幅度提高的同时强度没有明显降低。
实施例5
1.一种奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分配比为：C：0.015％，Si：0.9％，Mn：1.5％，Cr：16％，Ni：6.4％，N：0.1％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，其中，Md30＝413-9.5(％Ni)-13.7(％Cr)-8.1(％Mn)-9.2(％Si)-462(％C+％N)的数值为60。
2.该奥氏体不锈钢的制造方法包含如下步骤：
(1)按照上述化学成分重量百分配比制备钢锭或板坯；
(2)热轧，在加热炉内加热，温度范围为1300℃，经1200℃的热变形后轧制成带钢或平板；
(3)退火酸洗，进行1150℃温度的固溶热处理，热处理时间根据1分钟/mm确定；
(4)冷轧，冷轧压下量为60％；
(5)热处理和酸洗，经800℃×5分钟的热处理后酸洗。最后的热处理温度处于马氏体转变温度以上，5分钟的短时热处理，使塑性大幅度提高的同时强度没有明显降低。
以上所述5个实施例的力学性能和马氏体含量分别如表5和表6所示。
表3实施例的化学成分
| 实施例 | C | Si | Mn | Cr | Ni | N | Md30 |
| 1 | 0.008 | 0.3 | 0.6 | 18 | 7.5 | 0.1 | 20 |
| 2 | 0.02 | 0.5 | 1.0 | 17 | 7.0 | 0.12 | 36 |
| 3 | 0.008 | 0.3 | 0.6 | 18 | 7.5 | 0.1 | 38 |
| 4 | 0.03 | 0.3 | 0.6 | 18 | 5.5 | 0.1 | 46 |
| 5 | 0.015 | 0.9 | 1.5 | 16 | 6.4 | 0.1 | 60 |
表4各工序的工艺参数
| 实施例 | 加热温度 | 热轧变形温度 | 固溶处理温度 | 冷轧压下量 | 退火制度 |
| 1 | 1210℃ | 900℃ | 1000℃ | 50％ | 600℃×1分钟 |
| 2 | 1230℃ | 1000℃ | 1000℃ | 50％ | 600℃×5分钟 |
| 3 | 1250℃ | 1050℃ | 1100℃ | 55％ | 700℃×2.5分钟 |
| 4 | 1280℃ | 1150℃ | 1100℃ | 60％ | 800℃×1分钟 |
| 5 | 1300℃ | 1200℃ | 1150℃ | 60％ | 800℃×5分钟 |
表5实施例的力学性能
| 实施例 | 抗拉强度(Mpa) | 延伸率(％) |
| 1 | 1120 | 26 |
| 2 | 990 | 32 |
| 3 | 1070 | 28 |
| 4 | 980 | 32 |
| 5 | 965 | 35 |
表6实施例的磁性相含量
| 实施例 | 磁性相含量(体积百分比) |
| 1 | 1.8 |
| 2 | 1.6 |
| 3 | 1.5 |
| 4 | 0.9 |
| 5 | 1.0 |
从表5可以看出，本发明的制造工艺生产出产品的抗拉强度完全满足车辆用高强度奥氏体不锈钢对抗拉强度的要求，同时延伸率大于25％。从表6可以看出，本发明的制造工艺生产出产品的磁性相含量均小于2％，表明基体中的马氏体含量低，可以判断提高了车辆用奥氏体不锈钢的耐腐蚀性。
Claims (7)
1.一种奥氏体不锈钢，其特征在于化学成分重量百分配比为：C≤0.03％，Si：0.3～0.9％，Mn：0.6～1.5％，Cr：16.0～18.0％，Ni：5.5～7.5％，N：0.1～0.25％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，并且，Md30的数值在20～60之间。
2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢，其特征在于所述Md30的数值在30～40之间。
3.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于包含如下步骤：(1)根据所述配比制备钢锭或板坯；
(2)热轧，在加热炉内加热，温度范围为1200～1300℃，经900～1200℃范围内的热变形后轧制成带钢或平板；
(3)退火酸洗，进行1000～1150℃温度范围内的固溶热处理，热处理时间根据1～5分钟/mm确定；
(4)冷轧，冷轧压下量不低于50％；
(5)热处理和酸洗，经600～800℃×1～5分钟的热处理后酸洗。
4.如权利要求2所述的奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于所述步骤(1)中Md30的数值选择30～40进行配比。
5.如权利要求2所述的奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于所述步骤(2)中，加热炉内的温度范围为1210～1270℃。
6.如权利要求2所述的奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于所述步骤(3)中，热处理时间根据3.5分钟/mm确定。
7.如权利要求2所述的奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于所述步骤(4)中，冷轧压下量为50％～60％。
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