CN102605285A

CN102605285A - 一种奥氏体不锈钢及其制造方法

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Publication number: CN102605285A
Application number: CN2011100271758A
Authority: CN
Inventors: 叶晓宁; 常锷
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: CN102605285B

Abstract

本发明涉及一种奥氏体不锈钢，其重量百分比化学组成为：C：0.01-0.025％，Mn：1.8-2.25％，Si：0.2-0.4％，Cr：20-21.5％，Ni：10.0-11.5％，N：0.02-0.04％，P≤0.020％，S≤0.0030％，其余为不可避免的杂质以及Fe元素。其制造包括：在1470-1490℃温度，浇铸成Ф100-105mm的钢锭，空冷至室温，钢中的铁素体含量控制在8-13％；钢锭加热到1140-1160℃后保温45-60分钟，锻打成坯，始锻温度1140-1160℃，终锻温度大于1000℃，空冷；加热到1050-1200℃，加热时间为40-60分钟进行热轧；终轧温度控制在890-920℃，热轧板厚度控制在4-6mm；热轧板在1100-1150℃进行固溶处理，固溶时间为3-10分钟；冷轧板在1100-1150℃进行固溶处理，固溶时间为0.5-3分钟。该钢可减少焊接热裂纹倾向并具有良好的耐腐蚀性能。

Description

一种奥氏体不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种奥氏不锈钢及其生产方法，特别是涉及一种δ铁素体含量适中的奥氏体不锈钢，以及相应的可避免轧制开裂的生产方法。该奥氏体不锈钢因其合理的成分设计，在凝固过程形成适量铁素体，能够满足热奥氏体不锈钢抵抗焊接热裂纹的要求，此外，合理的工艺参数，能够保证该钢在生产过程的避免奥氏体钢常易出现的变形裂纹现象。

背景技术

铬镍奥氏体不锈钢因其具有优越的耐腐蚀性以及良好的综合力学性能而得到广泛的应用。然而奥氏体不锈钢在焊接过程中存在一个主要问题是：焊缝和热影响区的热裂纹以及耐蚀性。研究和事实证明：奥氏体不锈钢焊接过程中形成的一定数量的铁素体(4％以上)对降低焊缝和热影响区热裂纹倾向以及耐腐蚀性起着重要的作用。δ铁素体是奥氏体不锈钢凝固过程中生成并保留至常温的铁素体。由于铁素体含碳量很低，有良好的塑性和韧性，对S、P、Si和Nb等元素溶解度较大，能防止这些元素的偏析和形成低熔点共晶，从而阻止凝固裂纹产生。另外，由于铁素体是以分散并均布成小块状存在于奥氏体晶粒之间，削弱奥氏体柱状晶和树枝晶的方向性，隔断奥氏体晶界连续网状碳化铬析出，从而有利于防止晶间腐蚀，因此铁素体对提高耐晶间腐蚀的作用有好处。尽管δ铁素体有以上好处，但当奥氏体不锈钢中的铁素体含量增加时，强度增加，同时，延展性和冲击强度减低。铁素体含量过高还会损害奥氏体不锈钢的热加工性，在高温热变形过程中，因两相变形能力的差异，导致变形开裂。因而限制铁素体的含量又是十分必要的。

与本发明在成分上最接近的奥氏体不锈钢为ASME标准中的ER309L，其成分与本发明钢的成分最大的区别在于Cr、Ni、N、Mn、Mo、Cu以及Si等元素的范围控制。ER309L中：C：≤0.03％，Mn：1.0～2.5％，Si：0.3-0.65％，Cr：23-25％，Ni：12-14.0，N：无特殊要求，Mo≤0.75％Cu≤0.75％，P≤0.030％，S≤0.003％，该成分体系Mn含量范围比本发明的Mn成分范围广，Cr、Ni成分范围大，也比本发明的Cr、Ni成分含量高。由于奥氏体不锈钢中的铁素体含量与成分有直接关系。该成分体系中由于成分范围宽，钢中铁素体含量将会因此波动很大，不利于生产工艺参数的设计，增加实际生产的难度。且对S、P含量要求不苛刻，不利于增强钢的耐腐蚀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种奥氏体不锈钢，作为安全的不锈钢焊接材料，使其在使用过程避免焊接热裂纹，并具有良好的耐腐蚀性。

为实现上述目的，为了使该不锈钢在室温下为稳定的奥氏体组织，保证材料具备适量(如8-13％)的铁素体含量，能够避免焊接时的热裂纹，且满足一定的耐腐蚀性，本发明的奥氏体不锈钢，其重量百分比化学组成为：C：0.01-0.025％，Mn：1.8-2.25％，Si：0.2-0.4％，Cr：20-21.5％，Ni：10.0-11.5％，N：0.02-0.04％，P≤0.020％，S≤0.0030％，其余为不可避免的杂质以及Fe元素。以上各元素成分范围相对较窄，将非常有利于钢种铁素体含量的稳定控制。

C、N：在不锈钢中，C、N均为强烈的奥氏体形成元素，势必影响材料中的Cr、Ni当量比，即影响钢种铁素体的含量，此外，C、N含量高，还会使材料的抗晶间腐蚀能力更加恶化。兼顾以上二方面的考虑分别将C、N设计成C：0.01-0.025％，N：0.02-0.04％

Si：该元素作为脱氧元素加入，过多将会促进奥氏体钢在时效时金属间相σ的析出，恶化材料的耐晶间腐蚀性，因此Si含量最好在满足脱氧要求下越低越好。本发明中硅含量控制在0.2-0.4％。

Cr：不锈钢要求具有良好的耐蚀性，最低Cr含量要求不小于12％，为了使本设计材料具有一定程度耐腐蚀性并保证该材料中比较好的热加工性，将Cr含量的设定在20-21.5％。

Ni：Ni含量是根据对奥氏体相的稳定性，成型性以及抗应力腐蚀开裂能力以及制造成本等综合因素来考虑。同时考虑该钢中Cr、Ni当量比，以保证钢中的铁素体含量适中有利于焊接。钢中的Ni控制在10.0-11.5％。

P：是韧性恶化元素，使材料加工困难，应尽可能低。

S：在钢中形成硫化物夹杂，是有害元素，应根据控制能力，控制在较低的范围内。

本发明还提供上述奥氏体不锈钢的制造方法。

由于本发明钢中具备一定量的δ铁素体，在热变形过程中如果温度控制不当，将很容易引起开裂现象。如果采用连铸的制造方法，连铸坯出加热炉后，边部冷却快，且难于得到温度补偿，因而开坯的过程中，开裂的可能很大，鉴于此，本发明采用模铸+锻打的方法，如果在锻打过程中，温度下降快，回炉加热操作很方便。本发明的工艺途径如下：真空感应炉→模铸→锻打→加热→热轧→固溶后水冷→冷轧→固溶后水冷→成品。

冶炼：将原料按照上述的成分范围要求称量加入真空感应炉，加热熔化，成分微调以满足成分要求，温度到达1480±10℃后，浇铸成Ф100-105mm的钢锭，空冷至室温。钢中的铁素体含量控制在8-13％。满足焊接对奥氏体不锈钢中铁素体含量的要求。

锻打：钢锭随炉加热，加热到1150±10℃后保温45-60分钟。将钢锭锻打成坯，始锻温度1150℃±10℃，终锻温度大于950-1050℃。空冷，锻打过程中若温度低于1000℃，则回炉再次加热锻打到1000℃以上再锻打。锻打后的尺寸为：(35～40mm)×(100～110mm)×(135～150mm)。

热轧：加热温度范围1050～1200℃，加热时间为40-60分钟，保证板坯温度均匀。如果温度高于1200℃，该材料在热轧过程中将会因为进入了高温双相区间而使铁素体含量增加，热轧过程容易引起开裂，低于1050℃，将增加轧制应力，同样容易引起开裂。

终轧温度控制在890～920℃，热轧板厚度控制在4～6mm。

热轧板的热处理制度：固溶温度为1100～1150℃，固溶时间为3-10分钟。该温度区间为该材料的高温奥氏体单相区，固溶处理后不仅能使钢中的轧制应力消除。而且能够提高材料的综合力学性能。

冷轧热处理制度：固溶温度为1100～1150℃，固溶时间为0.5-3分钟。

经过本发明的上述工艺制造出的奥氏体不锈钢铸锭中铁素体含量在8-13％，热轧过程可避免开裂现象。冷轧焊带，如(0.3～0.5)×(50～73)×长(mm)熔焊后的金属组织中铁素体含量在4-13％，可以避免焊后金属的表面开裂。

与ASME标准中的ER309L相比，本发明的以上各元素成分范围相对较窄，将非常有利于钢种铁素体含量的稳定控制，从而有利生产参数的固化。另外，本发明钢中因Cr、Ni成分含量较低，材料成本将低于ER309L。而ER309L还含有一定含量的Mo和Cu，成分体系比本发明繁杂，将增加生产的难度。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行较为详细的说明，这些实施例是示例性的，不对本发明的范围构成任何限制。

本发明实施例的成分见表1，制造方法的主要控制点见表2，力学性能见表3。

表1本发明实施例的成分，wt％

成分	C	Mn	Si	S	P	Cr	NI	N
									实施例1	0.01	1.8	0.2	0.002	0.015	20.0	10.0	0.020
实施例2	0.015	2.0	0.3	0.003	0.014	20.75	10.75	0.03
									实施例3	0.024	2.24	0.38	0.001	0.005	21.5	11.50	0.039
实施例4	0.011	1.82	0.25	0.0025	0.02	20.1	10.05	0.021
									实施例5	0.014	2.1	0.29	0.003	0.013	20.65	10.8	0.032
实施例6	0.025	2.23	0.35	0.002	0.015	21.45	11.45	0.037
									实施例7	0.012	2.25	0.4	0.003	0.015	20.0	11.50	0.04
实施例8	0.015	2.15	0.35	0.0025	0.02	21.2	11.35	0.038

表2本发明实施例的工艺条件

表3实施例钢铸坯内的铁素体含量以及冷轧固溶后的力学性能

实施例	铁素体量(体积％)	屈服强度Mpa	抗拉强度Mpa	延伸％	硬度Hv
						实施例1	11.0	270	615	49.5	130
实施例2	10.5	265	620	51.0	130
						实施例3	11.3	255	630	48.5	135
实施例4	12.5	260	625	50.0	134
						实施例5	11.5	250	610	52.0	129
实施例6	12.3	255	615	49.5	133
						实施例7	10.7	265	630	48.0	135
实施例8	11.8	268	635	46.5	136

实验例1：焊接实验

在表4所述的焊接电压、焊接电流、焊接速度及线能量下进行焊接，并观察焊缝处的开裂情况，其结果示于表4。

表4实施例钢的焊接实验以及焊缝开裂情况

由本发明的以上实施例及实验例，可见，本发明的奥氏体不锈钢在室温下为稳定的奥氏体组织，铸态中具有适量(如8-13％)的铁素体含量，从而能够避免焊接时的热裂纹，且满足一定的耐腐蚀性，可作为安全的不锈钢焊接材料，在使用过程避免焊接热裂纹，并具有良好的耐腐蚀性。

Claims

1.一种奥氏体不锈钢，其重量百分比化学组成为：C：0.01-0.025％，Mn：1.8-2.25％，Si：0.2-0.4％，Cr：20-21.5％，Ni：10.0-11.5％，N：0.02-0.04％，P≤0.020％，S≤0.0030％，其余为不可避免的杂质以及Fe元素。

2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢，其特征在于，其熔焊后的金属组织中铁素体含量为4-13％。

3.如权利要求1或2所述的奥氏体不锈钢的制造方法，包括：

冶炼、模铸、锻打、热轧、固溶处理、冷轧及固溶处理；

其中，在1470-1490℃温度，浇铸成Ф100-105mm的钢锭，空冷至室温，钢中的铁素体含量控制在8-13％；

钢锭加热到1140-1160℃后保温45-60分钟，锻打成坯，始锻温度1140-1160℃，终锻温度大于1000℃，空冷；

加热到1050-1200℃，加热时间为40-60分钟进行热轧；终轧温度控制在890-920℃，热轧板厚度控制在4～6mm；

热轧板在1100-1150℃进行固溶处理，固溶时间为3-10分钟；

冷轧板在1100-1150℃进行固溶处理，固溶时间为0.5-3分钟。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，真空感应炉冶炼。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，终锻温度为(950～1050℃)。

6.如权利要求3-5任一所述的方法，其特征在于，锻打后的尺寸为：(35～40mm)×(100～110mm)×(135～150mm)。

7.如权利要求3-6任一所述的方法，其特征在于，热轧板固溶处理后水冷。

8.如权利要求3-7任一所述的方法，其特征在于，冷轧板固溶处理后水冷。

9.如权利要求3-8任一所述的方法制造的奥氏体不锈钢，其熔焊后的金属组织中铁素体含量为4-13％。