CN101760705A

CN101760705A - 高耐蚀性奥氏体不锈钢

Info

Publication number: CN101760705A
Application number: CN201010109675A
Authority: CN
Inventors: 王喜; 蒋庆林; 李忠华
Original assignee: JIANGSU DONGGE STAINLESS STEEL WARE CO Ltd
Current assignee: JIANGSU DONGGE STAINLESS STEEL WARE CO Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: CN101760705B

Abstract

本发明公开了一种高耐蚀性奥氏体不锈钢，该不锈钢合金组份及质量百分比(Wt％)为：C：0.02～0.10，Mn：2.0～3.5，Si：0.50～1.00，S：0.01～0.03，P：0.020～0.045，Ni：3.5～6.0，Cr：17～21，Mo：1.5～2.5，Cu：1.0～2.0，N：0.20～0.50，Re：0.005～0.20，杂质≤1.00，余量为Fe。Re为Ce合金，且Ce/Re质量比为54.9％。该不锈钢经过包括配料、熔化、造渣、预脱氧、终脱氧、出钢浇铸等步骤而成。该不锈钢不仅具有节镍和高耐蚀性，而且具有良好的机械性能及加工工艺性能。

Description

高耐蚀性奥氏体不锈钢

技术领域

本发明涉及一种奥氏体不锈钢材料，特别是一种含稀土金属高耐蚀性的奥氏体不锈钢合金材料。

背景技术

随着我国基础设施建设力度的不断加大，国内不锈钢生产和消费市场迅猛发展，造成比较稀缺的镍资源产生突出的供求矛盾。在奥氏体不锈钢中，典型的通用钢种有304、304L、316、316L等，304系列不锈钢广泛应用于家庭用品，汽车配件，医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件等行业领域；316系列则广泛应用在海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备、照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母等领域。该系列钢种的突出特点是有良好的综合性能，但由于稀缺金属镍含量较高，都达到8％以上，因此成本较高、价格昂贵。

节镍型奥氏体不锈钢以形成奥氏体的C、Mn、N、Cu等元素取代部份稀缺金属镍，在目前全球镍资源紧张的形势下，开发节镍型不锈钢具有现实意义。如中国发明专利授权公开号(CN 1772942A)节镍型奥氏体含稀土不锈钢及其制备方法，其化学成份(Wt％)为：C≤0.08，Si：0.3～0.8，Mn：5.0～8.5，S≤0.05，P≤0.04，Ni：3.0～5.5，Cr：14～19，Cu：1.0～4.0，N≤0.20，[O]总≤0.005，Re：0.05～0.30；中国发明专利授权公开号(CN100432262C)含稀土金属的双相不锈钢合金材料及其制备方法，其化学成份(Wt％)为：C：0.01～0.02，Mn：8～12，Ni：1.0～2.0，Cr：24～26，Mo：3.5～4.5，N：0.3～0.45，稀土Ce或Y：0.05～0.20；两者皆因锰含量较高，削弱了钢的抗腐蚀能力，降低了焊接性能，在实际应用中受到很大限制，尤其限制了在要求高耐蚀性的化学、煤炭、石油产业等行业及沿海地区一些大型建筑的结构件及玻璃幕墙不锈钢连接件等装饰材料方面的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种高耐蚀性奥氏体不锈钢，它不仅具有节镍和高耐蚀性，而且具有良好的机械性能。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，该高耐蚀性奥氏体不锈钢的成份及质量百分比(Wt％)为：C：0.02～0.10，Mn：2.0～3.5，Si：0.50～1.00，S：0.01～0.03，P：0.020～0.045，Ni：3.5～6.0，Cr：17～21，Mo：1.5～2.5，Cu：1.0～2.0，N：0.20～0.50，Re：0.005～0.20，杂质≤1.00，余量为Fe。

本发明含稀土金属高耐蚀性奥氏体不锈钢可用真空感应炉、非真空感应炉、电阻炉、电弧炉+炉外精炼等任意一种冶炼方法进行冶炼。具体工艺步骤如下：首先根据钢种的成分要求，结合各种原材料的成分综合配料；按照密、实、顺的装料原则依次装入电炉进行熔化、造渣、预脱氧、合金化、调整成分、调整钢液温度、终脱氧、出钢(含包内合金化)、浇铸；炉料要按大小比例搭配，以达到好装快熔的目的；具体装料顺序为有锈蚀、油污等的废零件，废钢料加入底部，小块回炉料加入中部，要装紧，大块松散的原料放到上部，使其自重下落；在用含镁复合脱氧精炼剂进行终脱氧后，出钢浇铸前加入稀土金属，即稀土金属加入后立即浇铸；浇铸温度控制在1580～1650℃，最终制得含稀土高耐蚀性奥氏体不锈钢合金材料。所述调整成分是将钢的组成元素质量百分比调整至预定的具体钢种成分要求，以得到一定元素组成和质量百分比的高耐蚀性低镍奥氏体不锈钢。

在上述的技术方案中，通过铬、镍当量公式计算和大量的试验分析对比，合理各元素组成的质量百分比，首先由于降低锰、镍含量，有效避免高锰含量对不锈钢抗腐蚀能力的减弱，以及对不锈钢焊接性能的不良影响；发挥锰在奥氏体不锈钢中扩大奥氏体区以及强烈的稳定奥氏体组织作用，促进钢的组织逐渐由珠光体变为马氏体并进一步转为奥氏体，使不锈钢基体组织中奥氏体的量大于95％，具有高韧性、塑性等良好的机械性能。又由于锰、氮的复合加入不仅代替稀缺的战略资源镍，从而达到节镍降低成本的效果，锰还显著提高氮在奥氏体钢中的溶解度，而且氮是强烈形成奥氏体元素，主要节镍元素之一，在钢中能起到固溶强化作用，以提高不锈钢的耐腐蚀性能，特别是耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀性能等。更由于加入了合金元素钼和铜；钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在含量为2％左右时，能提高抗有机酸及还原性介质腐蚀能力；铜的加入提高了该不锈钢的耐大气、耐酸腐蚀性，显著降低该不锈钢钢的冷作硬化倾向，提高冷加工成型性能。还由于稀土Re的加入有脱气、脱硫和消除其他有害杂质作用，同时改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，改善钢的铸态组织，提高了该钢种的耐蚀性。本发明的奥氏体不锈钢，不仅其耐蚀性要优于SUS304钢，具有更好的高耐蚀性和良好的机械性能；而且可实现节镍20～30％，降低了生产成本，冶炼工艺相对简单，设备要求较低，可操作性强。

本发明的铬当量(Creq)、镍当量(Nieq)计算方式如下：

Cr eq＝Cr％+Mo％+1.5×Si％+5.5×Al％+1.5Ti％

Ni eq＝Ni％+30×(C％+N％)+0.5×Mn％+0.3×Cu％

在上述的化学成分中，C、Mn、N、Ni、Cu均为奥氏体形成元素，Si、Cr、Mo为铁素体形成元素，上述合金元素中Cr为最主要的合金元素，对奥氏体不锈钢的耐蚀性影响最大，铬在不锈钢表面形成一层很薄的铬膜，这个膜阻止氧继续渗入基体氧化从而起耐腐蚀的作用；另外钼和铜的加入提高了该不锈钢对硫酸、醋酸等腐蚀介质的耐蚀能力，钼还能显著提高对含氯离子的介质(如盐酸)以及有机酸中的耐蚀能力。

其它主要元素的作用机理如下：

C：碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著，碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大(约为镍的30倍)。

Mn：锰对于奥氏体的作用与镍相似。锰具有强烈稳定奥氏体的作用，能显著提高N在奥氏体钢中的溶解度，锰、氮的复合加入能代替稀缺的战略资源镍。

Si：在炼钢中加硅主要作为还原剂和脱氧剂、净化钢液，硅是铁素体形成元素。

Ni：镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的，镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。它的主要作用是形成并稳定奥氏体组织，促进铬的钝化，改善材料的加工性能，使其有良好的综合机械性能。

Cu：适量的铜含量能提高不锈钢的耐大气、耐酸腐蚀性，显著降低钢的冷作硬化倾向，提高冷加工成型性能。

N：强烈形成奥氏体元素，主要的节镍元素之一，在钢中能起到固溶强化作用提高奥氏体不锈钢的强度，同时氮能提高钢的耐腐蚀性能，特别是耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀性能等。

具体实施方式

实施例

下面是三个具体实施例的元素组成成分及质量百分比，如表1所示。

表1三个实施例的元素成分及质量百分比(Wt％)

上述三个实施例的冶炼工艺方法是，首先根据钢种的成分要求，结合各种原材料的成分综合配料；炉料要按大小比例搭配，以达到好装快熔的目的；按照密、实、顺的装料原则依次装入电炉进行熔化、造渣、预脱氧、合金化、调整成分、调整钢液温度、终脱氧、出钢(含包内合金化)、浇铸；具体装料顺序为有锈蚀、油污等的废零件，废钢料加入底部，小块回炉料加入中部，要装紧，大块松散的原料放到上部，使其自重下落；在用含镁复合脱氧精炼剂进行终脱氧后，出钢浇铸前加入稀土金属，其中Ce/Re的百分含量为54.9％；浇铸温度控制在1580～1650℃，实施例1、2、3是在中频感应炉上冶炼的，浇铸温度分别为1630℃、1605℃、1580℃，最终制得实施例所列成分的含稀土高耐蚀性奥氏体不锈钢合金材料。具体成分及质量百分比如下表1所示。

实施例1、2、3的力学性能测试结果，与对比例SUS304的力学性能比较如下表2所示。材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率的测试采用国家标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》。

表2实施例与对比例的机械性能对比

对实施例1、2、3分别在10％NaCl溶液、10％H₂SO₄溶液、10％NaOH溶液环境下，在室温条件下进行耐腐蚀性能测试，其结果如下表3所示。

表3实施例抗腐蚀性能测试结果

从以上对比表中可以看出，实施例所得合金材料的机械性能跟常用SUS304相当，但耐酸碱腐蚀性要明显好于该钢种。上述实施例只是本发明的具体的优选方案，但本发明并不限于上述实施例，比如在我们成份保护的范围内是可以任意变化的，冶炼工艺也可以在真空感应炉、非真空感应炉、电弧炉、电阻炉中的任意一种冶炼炉中进行。

Claims

1.一种高耐蚀性奥氏体不锈钢，其特征在于：该不锈钢合金组份及质量百分比(Wt％)为：C：0.02～0.10，Mn：2.0～3.5，Si：0.50～1.00，S：0.01～0.03，P：0.020～0.045，Ni：3.5～6.0，Cr：17～21，Mo：1.5～2.5，Cu：1.0～2.0，N：0.20～0.50，Re：0.005～0.20，杂质≤1.00，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的高耐蚀性奥氏体不锈钢，其特征在于：Re为Ce合金，且Ce/Re质量比为54.9％。

3.根据权利要求1或2所述的高耐蚀性奥氏体不锈钢，其特征在于：该不锈钢根据钢种的成分要求配料，经过包括装入电炉进行熔化、造渣、预脱氧、合金化、调整成分、调整钢液温度、终脱氧、出钢浇铸而成；并且终脱氧后，出钢浇铸前加入稀土金属，当稀土金属加入后立即浇铸，浇铸温度控制在1580～1650℃。

4.根据权利要求3所述的高耐蚀性奥氏体不锈钢，其特征在于：向电炉装料的顺序依次为：有锈蚀、油污等的废零件，废钢料加入底部；小块回炉料加入中部；大块松散的原料放到上部，使其自重下落。

5.根据权利要求1或2所述的高耐蚀性奥氏体不锈钢，其特征在于：所述稀土金属加入钢液中到浇铸成型的时间控制在1分钟之内。

6.根据权利要求1或2所述的高耐蚀性奥氏体不锈钢，其特征在于：所述的电炉是真空感应炉、非真空感应炉、电阻炉或电弧炉。