CN101381852A

CN101381852A - 铬锰氮奥氏体不锈钢

Info

Publication number: CN101381852A
Application number: CNA2007101460638A
Authority: CN
Inventors: 刘炜明
Original assignee: Advanced International Multitech Co Ltd
Current assignee: Advanced International Multitech Co Ltd
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-03-11

Abstract

本发明是有关于一种铬锰氮奥氏体(austenite)不锈钢，主要是以适量锰(Mn)、氮(N)来替代昂贵的镍，制成铬－锰－氮(Cr－Mn－N)新钢种，以降低物料成本并维持原来物理性能及机械力学性能，其组成元素重量百分比包括：0.005％～0.08％的碳元素、0.3％～0.9％硅元素、12.1％～14.8％锰元素、0.001％～0.04％磷元素、0.001％～0.03％硫元素、16％～19％铬元素、0.5％－1.8％镍元素、0.2％～0.45％氮元素、0.001％～0.3％钼元素、0.001％～0.3％铜元素、以及多数制造过程中不可避免的微量元素。本发明在海洋大气与酸性大气中的耐蚀性、强度、延伸率与304不锈钢材质保持同一水平或更佳，可降低物料成本。其延伸率高，耐腐蚀性强，有优秀的铸造成形性及良好的高温抗氧化性能。

Description

铬锰氮奥氏体不锈钢

技术领域

本发明涉及一种奥氏体不锈钢，特别是涉及一种以锰元素、氮元素替代镍元素，在海洋大气与酸性大气中的耐蚀性、强度、延伸率与304不锈钢材质保持同一水平或更佳，且与304不锈钢性能相近的奥氏体不锈钢。

背景技术

一般常见的不锈钢因为表面有着吸引人的白色光泽，且不易生锈，因此广受消费大众的喜欢，并大量被应用，例如：不锈钢厨具、水塔、机械零件、运动用品、航太材料、医疗用材到3C产业等。不锈钢的种类繁多，其中使用最广泛且最大量的不锈钢之一，即是304不锈钢，其标准成分是18％铬加8％镍，即一般所称的18-8不锈钢。此类不锈钢的特性为机械性质佳、无磁性、无法藉由热处理方法来改变其金相组织结构、耐久性、加工性佳，又因其含较高的镍元素，所以抗蚀性优。然而，由于全球因战争导致镍元性短缺，导致304不锈钢价格居高不下，因此，对于前述铬镍系不锈钢降低其镍成份，并利用其成份的组配来维持甚至提高其固有的机械特性及抗锈蚀性，以节约镍资源、降低物料成本实为一重要课题。

由此可见，上述现有的不锈钢在结构与使用上，显然仍存在有不足与缺陷而亟待加以进一步改进。为解决上述问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用设计被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的铬锰氮奥氏体不锈钢，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的不锈钢存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的铬锰氮奥氏体不锈钢，能够改进一般现有的不锈钢，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有的不锈钢存在的缺陷，而提供一种新型结构的铬锰氮奥氏体不锈钢，所要解决的技术问题是使其提供一种低镍的单一奥氏体组织，并且其在海洋大气与酸性大气中的耐蚀性、强度、延伸率与304不锈钢材质保持同一水平或更佳，且与304不锈钢性能相近的钢种，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种铬锰氮奥氏体不锈钢，其包括：重量百分比介于0.005％～0.08％的碳元素；重量百分比介于0.3％～0.9％硅元素；重量百分比介于12.1％～14.8％锰元素；重量百分比介于0.001％～0.04％磷元素；重量百分比介于0.001％～0.03％硫元素；重量百分比介于16％～19％铬元素；重量百分比介于0.5％～1.8％镍元素；重量百分比介于0.2％～0.45％氮元素；重量百分比介于0.001％～0.3％钼元素；重量百分比介于0.001％～0.3％铜元素；以及多数制造过程中不可避免的微量元素。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的铬锰氮奥氏体不锈钢，其中包括：重量百分比0.0642％的碳元素；重量百分比0.69％硅元素；重量百分比12.43％锰元素；重量百分比0.031％磷元素；重量百分比0.012％硫元素；重量百分比16.87％铬元素；重量百分比1.21％镍元素；重量百分比0.59％氮元素；重量百分比0.026％钼元素；重量百分比0.106％铜元素；及多数制造过程中不可避免的微量元素。

前述的铬锰氮奥氏体不锈钢，其中包括：重量百分比0.0547％的碳元素；重量百分比0.81％硅元素；重量百分比13.92％锰元素；重量百分比0.01％磷元素；重量百分比0.001％硫元素；重量百分比16.71％铬元素；重量百分比0.82％镍元素；重量百分比0.24％氮元素；重量百分比0.025％钼元素；重量百分比0.104％铜元素；及多数制造过程中不可避免的微量元素。

前述的铬锰氮奥氏体不锈钢，其中包括：重量百分比0.0432％的碳元素；重量百分比0.85％硅元素；重量百分比12.12％锰元素；重量百分比0.012％磷元素；重量百分比0.005％硫元素；重量百分比16.38％铬元素；重量百分比0.09％镍元素；重量百分比0.35％氮元素；重量百分比0.027％钼元素；重量百分比0.109％铜元素；及多数制造过程中不可避免的微量元素。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，解决上述的问题，本发明所提出的技术手段在于，以适量锰(Mn)、氮(N)替代昂贵的镍，制成铬-锰-氮(Cr-Mn-N)新钢种，而提供一种铬锰氮奥氏体不锈钢，其包括：重量百分比介于0.005％～0.08％的碳元素；重量百分比介于0.3％～0.9％硅元素；重量百分比介于12.1％～14.8％锰元素；重量百分比介于0.001％～0.04％磷元素；重量百分比介于0.001％～0.03％硫元素；重量百分比介于16％～19％铬元素；重量百分比介于0.5％-1.8％镍元素；重量百分比介于0.2％～0.45％氮元素；重量百分比介于0.001％～0.3％钼元素；重量百分比介于0.001％～0.3％铜元素；以及多数制造过程中不可避免的微量元素。

借由上述技术方案，本发明铬锰氮奥氏体不锈钢至少具有下列优点及有益效果：

1、本发明根据奥氏体(或称沃斯田铁系)钢形成机理，以适量锰，氮替代昂贵的镍的铬-锰-氮新钢种，是为单一奥氏体组织，同时其在海洋大气与酸性大气中的耐蚀性、强度、延伸率与304不锈钢材质保持同一水平或更佳，而可以达到降低物料成本的目的。

2、本发明应用锰及氮代替镍的方法，做成了纯奥氏体型不锈钢无磁性，机械性能的抗拉强度(Ultimate Tensile Strength，UTS)比304不锈钢高近200MPa，降伏强度(Yield Strength，YS)高出近一倍，延伸率达50％，耐腐蚀性能相当强，最重要的是，其单价不到304不锈钢的一半，能够有效的降低成本。

3、另外，本发明具有优良的流动性，优秀的铸造成形性能，以及良好的高温抗氧化性能的特性，非常适于实用。

综上所述，本发明是有关于一种铬锰氮奥氏体(austenite)不锈钢，主要是以适量锰(Mn)、氮(N)来替代昂贵的镍，制成铬-锰-氮(Cr-Mn-N)新钢种，以降低物料成本并维持原来物理性能及机械力学性能，其组成元素重量百分比包括：0.005％～0.08％的碳元素、0.3％～0.9％硅元素、12.1％～14.8％锰元素、0.001％～0.04％磷元素、0.001％～0.03％硫元素、16％～19％铬元素、0.5％-1.8％镍元素、0.2％～0.45％氮元素、0.001％～0.3％钼元素、0.001％～0.3％铜元素、以及多数制造过程中不可避免的微量元素。本发明提供一种低镍的单一奥氏体组织，且其在海洋大气与酸性大气中的耐蚀性、强度、延伸率与304不锈钢材质保持同一水平或更佳，且与304不锈钢性能相近的钢种，非常适于实用。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大改进，在技术上有显著的进步，且较现有的不锈钢具有增进的突出功效，从而更加适于实用，并具有产业广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明铬锰氮奥氏体不锈钢实施例的Ni-Cr当量图的雪夫勒图。

图2A、图2B是本发明铬锰氮奥氏体不锈钢实施例的不同部位的显微金相图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的铬锰氮奥氏体不锈钢其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

本发明铬锰氮主要金相组织为奥氏体不锈钢，是可用电弧炉或真空感应炉熔炼。其元素重量百分比包含：碳元素0.005％～0.08％；硅元素0.3％～0.9％；锰元素12.1％～14.8％；磷元素0.001％～0.04％；硫元素0.001％～0.03％；铬元素16％～19％；镍元素0.5％～1.8％；氮元素0.2％～0.45％；钼元素0.001％～0.3％钼元素；铜元素0.001％～0.3％；以及制造过程中不可避免的微量元素。

上述各成份组成的计算公式为：

Ni(镍)当量＝％Ni(镍)+30*％C(碳)+0.5*％Mn(锰)+30％N(氮)

Cr(铬)当量＝％Cr(铬)+％Mo(钼)+1.5*％Si(硅)+0.5*％Cb(钶)

再查对如图1的相图所示，纵坐标为Ni当量，而横坐标为Cr当量，反算后该点若在奥氏体区(Austenite区)，即符合我们的要求如表1所示：

表1

成分	％C	％Si	％Mn	％P	％S	％Cr	％Ni	％N	％Mo	％Cu
成分	％C	％Si	％Mn	％P	％S	％Cr	％Ni	％N	％Mo	％Cu	质量百分数	0.002～0.08	0.3～0.9	12.1～14.8	<0.04	<0.03	16～19	0.5～1.3	0.2～0.45	<0.3	<0.3
上限	0.002	0.3	12.1			16	0.5	0.1	0		质量百分数	0.002～0.08	0.3～0.9	12.1～14.8	<0.04	<0.03	16～19	0.5～1.3	0.2～0.45	<0.3	<0.3
上限	0.002	0.3	12.1			16	0.5	0.1	0		下限	0.08	0.9	14.8			19	1.3	0.45	0.3

Ni当量下限＝0.5+30*0.002+0.5*12.1+30*0.2＝12.61

Ni当量上限＝1.3+30*0.08+0.5*14.8+30*0.45＝24.6

Cr当量下限＝16+0+1.5*0.3+0.5*0＝16.45

Cr当量上限＝19+0.3+1.5*0.9+0.5*0＝20.65

图1中的斜线区域主要成份为奥氏体。

试样分析成份如下面的表2所示：

表2

成分％	％C(碳)	％Si(硅)	％Mn(锰)	％P(磷)	％S(硫)	％Cr(铬)	％Ni(镍)	％N(氮)
成分％	％C(碳)	％Si(硅)	％Mn(锰)	％P(磷)	％S(硫)	％Cr(铬)	％Ni(镍)	％N(氮)	质量百分数	0.0079	0.65	12.27			17.06	1.68	0.42

Ni当量上限＝1.68+30*0.0079+0.5*12.27+30*0.42＝20.652

Cr当量下限＝17.06+0+1.5*0.65+0.5*0＝18.035

再查对图1的相图，该点落在奥氏体区，即符合我们的要求。

本发明主要是利用锰、氮元素来部分或全部取代镍，以下就锰元素与氮元素的特性作一进一步的解析：

锰元素对组织结构的影响有：

a.锰若作为脱氧元素，含量须≦2％。

b.锰若作为合金元素，含量可达20％。

c.以锰代镍，可增加氮的溶解度，达到节省镍和提高强度的作用。

锰元素对力学性能的影响有：

a.锰≦2％时，对硬度无影响，但会降低抗拉强度和屈服强度。

b.改善高镍铬不锈钢的高温热塑性的高温热塑性。

锰元素对耐蚀性的影响有：

锰硫夹杂物引起耐点蚀和缝隙腐蚀能力下降。

氮对组织结构的影响有：

a.氮强烈地形成并扩大γ相区，增加γ的稳定性。

b.可抑制碳化物析出和延缓σ相析出，对钢的耐敏化晶间腐蚀和钢的韧性产生有利影响。

氮对力学性能的影响有：

a.通过固溶强化(形成间隙固溶体)可显著提升钢的强度，同时塑性与韧性有所下降。

b.氮过高(≧0.84％)，会出现塑性向脆性转变。

依据图1的Ni-Cr当量图雪夫勒图(Schaeffler图)，在γ不锈钢中，锰、氮可部分或全部代镍，在不改变钢的组织下，而强度提升、延伸率保持与304不锈钢相当。

而在冶炼过程中炉内铁水易产生磷、硫等有害元素成份，磷须控制在0.04％以下以下，硫须控制在0.04％以下以下。

本发明实施例及对比材料的元素成份如下面的表3所示：

表3

上述表3的实施例中，其力学性能如下面的表4所示：

表4

请参阅图2A至图2B的不同部位的显微金相图所示，经显微金相观察可知，图2A、图2B是未经热处理前，其组织为γ，故，本钢为全γ体不锈钢。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1、一种铬锰氮奥氏体不锈钢，其特征在于其包括:

重量百分比介于0.005％～0.08％的碳元素；

重量百分比介于0.3％～0.9％硅元素；

重量百分比介于12.1％～14.8％锰元素；

重量百分比介于0.001％～0.04％磷元素；

重量百分比介于0.001％～0.03％硫元素；

重量百分比介于16％～19％铬元素；

重量百分比介于0.5％～1.8％镍元素；

重量百分比介于0.2％～0.45％氮元素；

重量百分比介于0.001％～0.3％钼元素；

重量百分比介于0.001％～0.3％铜元素；以及

多数制造过程中不可避免的微量元素。

2、根据权利要求1所述的铬锰氮奥氏体不锈钢，其特征在于其中包括:

重量百分比0.0642％的碳元素；

重量百分比0.69％硅元素；

重量百分比12.43％锰元素；

重量百分比0.031％磷元素；

重量百分比0.012％硫元素；

重量百分比16.87％铬元素；

重量百分比1.21％镍元素；

重量百分比0.59％氮元素；

重量百分比0.026％钼元素；

重量百分比0.106％铜元素；及

多数制造过程中不可避免的微量元素。

3、根据权利要求1所述的铬锰氮奥氏体不锈钢，其特征在于其中包括:

重量百分比0.0547％的碳元素；

重量百分比0.81％硅元素；

重量百分比13.92％锰元素；

重量百分比0.01％磷元素；

重量百分比0.001％硫元素；

重量百分比16.71％铬元素；

重量百分比0.82％镍元素；

重量百分比0.24％氮元素；

重量百分比0.025％钼元素；

重量百分比0.104％铜元素；及

多数制造过程中不可避免的微量元素。

4、根据权利要求1所述的铬锰氮奥氏体不锈钢，其特征在于其中包括:

重量百分比0.0432％的碳元素；

重量百分比0.85％硅元素；

重量百分比12.12％锰元素；

重量百分比0.012％磷元素；

重量百分比0.005％硫元素；

重量百分比16.38％铬元素；

重量百分比0.09％镍元素；

重量百分比0.35％氮元素；

重量百分比0.027％钼元素；

重量百分比0.109％铜元素；及

多数制造过程中不可避免的微量元素。