CN102695815A - 贫奥氏体不锈钢 - Google Patents

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Abstract

贫奥氏体不锈钢组合物，其包含相对低的镍和钼含量，并且表现出与包含较高镍和钼含量的某些合金相当的耐腐蚀性、耐高温变形性和可成形性。奥氏体不锈钢的实施方案以重量%计包含：至多0.20碳,2.0-9.0锰，至多2.0硅,15.0-23.0铬,1.0-9.5镍,至多3.0钼,至多3.0铜,0.05-0.35氮,(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5,铁和偶然存在的杂质。

Description

贫奥氏体不锈钢
相关申请的交叉引用
本申请基于35U.S.C.§120要求2008年2月20日提交的同时待审的美国专利申请序列号12/034,183的优先权。
技术领域
本公开涉及奥氏体不锈钢。特别地，本公开涉及成本效益稳定的奥氏体不锈钢组合物，其包含尤其低含量的镍、不超过偶然存在含量的钼和高屈服强度，并且相对于某些高镍奥氏体合金，例如T-321合金(UNS S32100)），具有至少相当的耐腐蚀性和高温性。
背景技术
奥氏体不锈钢具有高期望的性质的组合，其使得它们可用于广泛的工业领域。这些钢具有铁的基本组成，并通过添加奥氏体促进元素和稳定元素（如镍、锰和氮）而平衡，从而可以在添加铁素体促进元素如铬和钼（其增强了耐腐蚀性）的同时在室温保持奥氏体结构。所述奥氏体结构使钢具有高期望的机械特性，特别是韧性、延展性和可成形性。
奥氏体不锈钢的一个实例为AISI型316不锈钢(UNS S31600)，其为含有16-18%铬、10-14%镍和2-3%钼的合金。该合金中合金成分的范围保持在规定的范围内以保持稳定的奥氏体结构。本领域技术人员应该理解，例如镍、锰、铜和氮含量，影响奥氏体结构的稳定性。然而，镍和钼成本的升高已造成需要代替S31600的成本效益好的替代品，并且该替代品仍具有高耐腐蚀性和良好的可成形性。
另一合金替代品是Grade 216(UNS S21600)，其描述于美国专利号3,171,738中。S21600包含17.5-22%铬,5-7%镍,7.5-9%锰和2-3%钼。尽管S21600为S31600的低含量镍，高含量锰的变体，但S21600的强度和耐腐蚀性比S31600高很多。然而，作为二相合金，S21600的可成形性不像S31600那样好。而且，因为S21600含有与S31600相同量的钼，所以并没有节省钼的成本。
存在S31600的变体，其主要用于在高温下使用。这种合金特指316型钛(UNS S31635)。S31600和S31635的显著区别，是存在低掺的钛，从而使得在所述钢中的碳和氮的量得以平衡。产生的钢S31635，在焊接期高温下不容易形成碳化铬（在敏化时的已知现象）。这种掺量也可以增强高温性质（由于初级和次级的碳化物形成的强化效应）。在S31635中规定的钛的范围在下列的方程中给出：
[5x(%碳+%氮)]≤钛≤0.70%。
但是，S31635使用昂贵的原料。
奥氏体不锈钢的另一铬实例是321型不锈钢(UNS S32100)，以重量%计包含：17.00-19.00%铬,9.00-12.00%镍,至多2.00%锰,至多0.08%碳,至多0.75%硅,[5x(%碳+%氮)]≤钛≤0.70%,至多0.045%磷,至多0.030%硫,至多0.10%氮和平衡的铁。321型合金逆着碳化铬形成而稳定，通过所述掺量的钛，从而平衡在该合金中的碳的量和氮的量的平衡。尽管321型合金不包括故意掺量的钼，其包括显著含量的昂贵的合金元素。
合金的其他实例包括许多不锈钢，其中镍被锰替代，以维持奥氏体结构，例如在201型钢(UNS S20100)和类似等级钢中的应用。无论如何，依然需要具有耐腐蚀性的、较低成本的替代品，其替代相对高度合金的奥氏体不锈钢（例如321型合金），并且具有与321型合金至少相当的强度和硬度性质。
发明概述
因此,根据本发明公开的合金提供了目前市场上不能获得的方案，其为稳定的奥氏体不锈钢合金组合物，具有与321型奥氏体不锈钢至少相当的耐腐蚀性、强度和硬度性质，同时相对于321型合金提供了显著的成本节约。因此，本发明合金为稳定的奥氏体不锈钢，其包括可控制含量的碳化物-形成元素，以提高耐腐蚀性和高温性质。本发明合金也包括组合含量的锰、铜和氮，充足的量使合金具有某些性质相对于这些高镍合金至少相近，但是原材料成本显著较低。
根据本发明公开的合金为奥氏体不锈钢，其使用锰、铜和氮的组合作为较昂贵元素镍的替代品。结果是合金相对于例如321型，具有较低的成本和至少相当的可成形性、耐腐蚀性和高温强度性质。根据本发明公开的实施方案可以制造成小型量规，其包括具有相当的细晶粒的干净的微细构造，以增强可成形性。
本发明公开的实施方案涉及奥氏体不锈钢，其以重量%计包含：至多0.20碳(C),2.0至9.0锰(Mn),至多2.0硅(Si),15.0至23.0铬(Cr),1.0至9.5镍(Ni),至多3.0钼(Mo),至多3.0铜(Cu),0.05至0.35氮(N),(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5,铁(Fe)和偶然存在的杂质。所述奥氏体不锈钢的某些实施方案包括至多0.01%硼(B)。某些实施方案可以包括至少0.1%铌，或者包括浓度为至少(7.5(%碳))的铌。
根据本发明公开的另一个实施方案涉及奥氏体不锈钢，其以重量%计包含：至多0.10碳,2.0至8.0锰,至多1.00硅,16.0至22.0铬,1.0至7.0镍，0.10至2.0钼,至多1.00铜,0.08至0.30氮,(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5,至多0.040磷(P),至多0.030硫(S),铁和偶然存在的杂质。所述奥氏体不锈钢的某些实施方案可以包括至多0.01%硼。某些实施方案可以包括至少0.1%铌，或者可以包括浓度为至少(7.5(%碳))的铌。
根据本发明公开的选择性的实施方案涉及奥氏体不锈钢，其以重量%计包含：至多0.08碳,3.5至6.5锰,至多1.00硅,17.0至21.0铬,3.0至6.0镍,0.1至1.0钼,至多1.0铜,0.08至0.30氮,(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.0,至多0.035磷,至多0.005硫,铁，和偶然存在的杂质。所述奥氏体不锈钢的某些实施方案可以包括至多0.01%硼。某些实施方案可以包括至少0.1%铌,或者可以包括浓度为至少(7.5(%碳))的铌。
在某些实施方案中，根据本发明公开的所述奥氏体不锈钢一个或多个的大于18的PREN值、小于12的铁素体数和小于34°C的MD30值。
根据本发明公开的一种生产奥氏体不锈钢的方法，通过在电弧炉融化炉料，在AOD中精炼、铸造成锭（ingot）或连铸扁锭（continuously cast slab），再加热该锭或扁锭且热轧以制备板材或者卷材，冷轧成规定的厚度，并退火且酸浸该材料。其他的生产本发明材料可能使用的方法可以包括：在真空或特殊气氛下熔化和/或重熔化，铸造成形，或制备压实为扁锭或型钢的粉末等。
根据本发明公开的奥氏体不锈钢可以再多种应用中使用。根据一个实例，本公开的合金可以包含在适合于低温环境或深冷环境中使用的制造业制品。附加的制造业制品的非限定性实施例（其可以被制造成的或者包括本发明的合金），是机动的挠性连接器或者其他应用，波纹管,挠性套管,烟囱衬垫和烟道衬垫。
发明详述
在本发明描述中,除了在操作实施例中或另有所述外，无哦有表示成分和产物、加工条件等的量或特征的数应理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此,除非另有所述，在以下说明书中所述的任何数字参数为近似值，其可以根据人们在根据根据本发明公开的产物和方法中需要获得的所需特性而改变。至少，且不作为将当量学说的申请限制为权利要求的范围的尝试，各数字参数应至少根据报告的有效数位的数和通过运用普通的舍入技术而解释。本文所述的所有的数字范围包括所有纳入其中的所有下级范围。例如，范围"1至10"用于包括所有之间的下级范围，并且包括所述的最小值1和所述的最大值10。
根据本发明公开的所述奥氏体不锈钢的实施方式现在将被详细描述，,"%"或者"百分数"是指重量百分数，除非另有特殊说明。本公开发明涉及奥氏体不锈钢，其具有相对于321型合金至少相当的耐腐蚀性、高温强度性质和可成形性、以及较低的原料成本。所述奥氏体不锈钢组合物可以以重量%计包含：至多0.20碳,2.0至9.0锰,至多2.0硅,15.0至23.0铬,1.0至9.5镍,至多3.0钼,至多3.0铜,0.05至0.35氮,(7.5(%碳)≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5,铁和偶然存在的杂质。所述奥氏体不锈钢的某些实施方案可以包括至多0.01硼。所述奥氏体不锈钢的某些实施方案可以包括至少0.1%铌,或者可以包括浓度为至少(7.5(%碳))的铌。
本发明的另一个实施方案是奥氏体不锈钢以重量%计包含：至多0.10碳,2.0至8.0锰,至多1.00硅,16.0至22.0铬,1.0至7.0镍,0.10至2.0钼,至多1.00铜,0.08至0.30氮,(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5,至多0.040磷,至多0.030硅,铁和偶然存在的杂质。所述奥氏体不锈钢的某些实施方案可以包括至多0.01硼。所述奥氏体不锈钢的某些实施方案可以包括至少0.1%铌,或者可以包括浓度为至少(7.5(%碳))的铌。
根据选择性的实施方案，本公开发明涉及奥氏体不锈钢，其以重量%计包含：至多0.08碳,3.5至6.5锰,至多1.00硅,17.0至21.0铬,3.0至6.0镍,0.5至1.0钼,至多1.0铜,0.08至0.30氮,(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.0,至多0.035磷,至多0.005硫,铁,和偶然存在的杂质。所述奥氏体不锈钢的某些实施方案可以包括至多0.01硼。所述奥氏体不锈钢的某些实施方案可以包括至少0.1%铌,或者可以包括浓度为至少(7.5(%碳))的铌。
碳:至多0.20%
碳用于稳定奥氏体相且抑制变性诱导的马氏体转化。无论如何,碳也增加了形成碳化铬的可能性，尤其在焊接过程中，其降低耐腐蚀性和韧性。因此，本发明所述的所述奥氏体不锈钢具有至多0.20%碳。在本发明的实施方案中，碳的含量可以是0.10%或者更少。或者，碳的含量可以是0.08%或者更少,0.03%或者更少,或者0.02%或者更少。
硅:至多2.0%
具有大于2%硅促进脆化相（embrittling phases），如σ，且降低氮在合金中的溶解性。硅还稳定铁素体相，且大于2%硅需要添加另外的奥氏体稳定剂以保持奥氏体相。因此,在某些实施方案中，本发明所述奥氏体不锈钢具有至多2.0%硅。在本发明的实施方案中，所述硅的含量可以是1.0%或者更少。硅结合铌有助于使某些合金元素的反应性最小化，且有助于合金中相的平衡。在根据本发明公开的某些实施方案中，通过调节所述硅的含量至0.5-1.0％，使所述硅添加的影响被平衡。在其他实施方案中，通过调节所述硅的含量至0.1-0.4%，使所述硅添加的影响被平衡。可选择性地,在根据本发明公开的某些实施方案中，所述硅的含量可以是0.5%或者更少、0.4%或者更少，或者0.3%或者更少。
锰:2.0-9.0%
锰稳定奥氏体相且通常增加氮（有益的合金元素）的溶解性。为了充分得到这些效果，需要锰含量不小于2.0%。锰和氮都是更贵的元素镍的有效替代物。无论如何，具有大于9.0%的锰在某些环境中降低材料的可加工性和耐腐蚀性。而且，由于难以对具有高含量的锰（例如大于9.0%）的不锈钢脱碳，所以具有高含量锰明显增加了制备该材料的加工成本。因此,为了恰当地平衡在本发明所述的奥氏体不锈钢中的耐腐蚀性、相的平衡、延展性和其他机械特性,所述锰的含量设置在2.0-9.0%。在根据本发明公开的某些实施方案中，所述锰的含量可以是2.0-8.0%、3.5-7.0%或者7%。
镍:1.0-9.5%
本发明人探索限制合金的镍含量，同时保持其可接受的性能。关于铁素体和马氏体形成需要至少1%镍稳定奥氏体相。镍还用于增强韧性和可成形性。无论如何,由于镍的成本相对较高,期望保持所述镍含量尽可能低。尽管锰和氮可以是镍的部分替代物,高含量的锰和氮将会导致不能接受的加工硬化，减少可成形性。因此，所述合金必须包括最低浓度的镍，以提供可接受的可成形性。所述发明人发现：除了其他限定范围的元素外可以使用1.0-9.5%范围的镍，以获得具有与高含量镍一样好或者更好的耐腐蚀性和可成形性的合金。因此,本发明的所述奥氏体不锈钢具有1.0-9.5%镍。在实施方案中，所述镍含量可以是2.0-6.5%或者可以是3.0-6.0%。
铬:15.0-23.0%
添加铬向不锈钢赋予耐腐蚀性，其通过在合金表面上形成钝态的膜。铬也用于稳定关于马氏体转化的奥氏体相。需要至少15%铬以提供足够的耐腐蚀性。另一方面,因为铬是强力的铁素体稳定剂，超过23%的铬含量需要添加更昂贵的合金元素，例如镍或者钴，以保持铁素体含量可接受的低。具有多于23%铬还使得形成不希望的相（例如σ）的可能性更大。因此,本发明的所述奥氏体不锈钢具有15.0-23.0%铬。在实施方案中，所述铬含量可以是16.0-22.0%,或者可选择性地可以是17.0-21.0%。
氮:0.05-0.35%
氮被包含在所述合金中，作为奥氏体稳定元素镍和耐腐蚀性增强元素钼的部分替代。氮也提高合金强度。需要至少0.05%氮以为了强度、耐腐蚀性和稳定奥氏体相。添加多于0.35%氮会超过熔化和焊接过程中氮的溶解度，其因氮气气泡而导致多孔性。即使没有超过溶解度限度，大于0.35%的氮含量增加氮化物颗粒沉淀的倾向，其降低耐腐蚀性和韧性。本发明决定：至多0.35%的氮含量与合金中可能存在的铌含量一致，不形成具有疑问含量的铌碳氮化物沉淀物。因此,本发明的所述奥氏体不锈钢具有0.05-0.35%氮。在实施方案中，所述氮含量可以是0.08-0.30%或者可选择性地可以是0.05-0.2%。
钼:至多3.0%
本发明人探索限制合金的钼含量，同时保持其可接受的性能。钼可有效地稳定形成在不锈钢表面的钝态氧化物膜并且防止氯化物作用产生的点腐蚀。在某些实施方案中，所述钼含量可以是0.1-3.0%，其组合适当剂量的铬和氮能足够提供需要的耐腐蚀性。超过3.0%的钼含量通过将铁素体的含量增加至潜在有害的含量而引起热加工性的恶化。高钼含量还增加形成有害的金属间相（如σ）的可能性。另外，钼是昂贵的合金元素。因此,本发明所述奥氏体不锈钢组合物具有至多3.0%钼。在根据本发明公开的某些实施方案中，所述合金不包括故意添加的钼。在其他实施方案中，所述钼含量可以是0.1-1.0%或者可以是0.5-1.0%。
硼:至多0.01%
任意地添加低至0.0005%硼至本公开的所述合金中，以改善不锈钢的热加工性和表面性质。无论如何，添加多于0.01%硼降低所述合金的耐腐蚀性和可加工性。因此，根据本发明公开的奥氏体不锈钢组合物某些实施方案可以包括至多0.01%硼。在实施方案中，所述硼含量可以是至多0.008%或者可以是至多0.005%。在另一个实施方案中，所述硼含量可以是0.001-0.003%。
铜:至多3.0%
铜是奥氏体稳定剂且可以用于代替该合金中的部分镍。其还在还原环境中改善腐蚀性和通过降低堆垛层错能改善可成形性。无论如何,已经显示：添加多于3%铜降低奥氏体不锈钢的热加工性。因此,本发明所述奥氏体不锈钢组合物具有至多3.0%铜。在实施方案中，铜含量可以是至多1.0%。在另一个实施方案中，铜含量可以是0.4-0.8%。
钨:至多4.0%
钨在改善氯化物点腐蚀和缝隙腐蚀的抵抗方面提供与钼类似的作用。当钨代替钼时也可降低σ相形成的倾向。无论如何,添加多于4%会降低所述合金的热加工性。因此,本发明所述奥氏体不锈钢组合物具有至多4.0%钨。在实施方案中，钨含量可以是0.05-0.60%。
1.0≤(镍+钴)≤9.5
镍和钴都用来稳定关于铁素体形成的奥氏体相。需要至少1%(镍+钴)以在铁素体稳定元素如铬和钼的存在下稳定奥氏体相，必须添加该铁素体稳定元素如铬和钼以保证适当的耐腐蚀性。无论如何,镍和钴都是昂贵的元素,因此期望保持(镍+钴)含量小于9.5%。在实施方案中，所述(镍+钴)的含量可以是大于4.0%但是小于7.5%。
(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5
铌(Nb)与碳、以及较小范围的氮，反应形成以小颗粒状的碳化物和碳氮化物。这些小颗粒有效地阻止有害碳化铬的形成，在高温和焊接过程中，改善了耐腐蚀性。这些小颗粒（当使用有效的高温处理生产时），也可以改善高温强度和耐蠕变性。最小添加量的(7.5x%碳)使溶解存在于所述金属中的每个铌原子一个碳原子。高含量的铌会消耗有益的氮，因此期望保持所述铌含量小于1.5%。形成稳定的碳化物的其他元素，包括但不限于钛(Ti)、钒(V)、钽(Ta)和锆(Zr)可以添加以替代铌。无论如何,这种替代品与氮的反应（相对于铌）更加强烈，因此其被控制以提供有益的效应，例如改善焊接性。本发明人已经规定了铌、钛、钒、钽,和锆的重量百分数的总量应该保持在(7.5(%碳))且至多1.5%的范围内。换句话说,(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5%.在某些实施方案中，(7.5(%碳))≤(%Nb+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.0%。在某些优选的实施方案中，所述合金包括至少0.1%铌,且所述铌、钛、钒、钽和锆的重量百分数的总量在(7.5(%碳))、至多1.5%或1.0%的范围内。在某些实施方案中，钛、钒、钽和锆仅仅作为偶然存在的杂质存在，或者根据实践保持在尽可能低的含量。在某些实施方案中，为了优化所述合金的耐腐蚀性、高温强度和耐蠕变性、以及焊接性能,所述合金的某些实施方案包括至少(7.5(%碳))的铌含量，并且钛、钒、钽和锆只作为偶然存在的杂质存在。在某些实施方案中，所述钛含量可以是小于0.01%。而且，在某些实施方案中，所述钛含量可以是0.001-0.005%。本发明已经确定了至多1.5%的铌含量，与所述合金中0.05-0.35%的氮含量一致，因为这种组合不会导致铌碳氮化物沉淀（其不可接受地降低耐蠕变性）的产生。
在根据本发明公开的某些实施方案中，本发明的所述稳定的奥氏体不锈钢的平衡包括铁和不可避免的杂志，例如磷和硫。如本领域技术人员理解的，所述不可避免的杂志优选地被保持在实践上最低和经济上合理的含量。
形成非常稳定的氮化物的元素,例如铝,应该被保持在较低的含量。
本发明所述的稳定的奥氏体不锈钢也可通过定量表达它们所具有的特性的方程而限定，所述特性包括例如抗点蚀当量数、铁素体数和MD30温度。
抗点蚀当量数(PREN)提供在含氯化物环境中合金预期的抗点腐蚀性的相对等级。PREN越高,合金预期的耐腐蚀性越好。PREN可通过下式计算:
PREN=%铬+3.3(%钼)+16(%氮)
或者，可将1.65(%钨)的因子添加至上式以考虑在合金中存在的钨。钨改善不锈钢的抗点蚀性且效果按重量为钼的约一半。当钨包含在计算中时，抗点蚀当量数被指定为PREW，其可通过下式计算:
PREw=%铬+3.3(%钼)+1.65(%钨)+16(%氮)
本发明的合金具有大于18的PREN值。在某些实施方案中，所述PREN值可以是18-24。在某些实施方案中，所述PREN值可以是18-22。在某些实施方案中，所述PREN值可以是20-22。
本发明的所述合金还可以通过其铁素体数限定。正的铁素体数通常与铁素体的存在相关联，铁素体的存在改善合金的固化特性且有助于抑制热加工和焊接操作中合金的热裂。在初始固话的微细构造中需要少量的铁素体以保持良好的铸造性和防止焊接中的热裂。另一方面，太多的铁素体数会在使用中导致问题，包括但不限于微细构造不稳定性、有限的延展性、且削弱的高温机械特性。所述铁素体数可以使用以下方程计算:
FN=3.34(铬+1.5硅+钼+2钛+0.5钶)-2.46(镍+30氮+30碳+0.5锰+0.5铜)-28.6
本发明的合金具有至多12的铁素体数，优选为正数。在根据本发明公开的某些实施方案中，所述铁素体数可以是大于0至10，或者可以是1至4。
合金的MD30温度定义为以下温度，在该温度30%的冷变形将导致50%的奥氏体转化为马氏体。MD30温度越低，该材料的对马氏体转化越具有抗性。对马氏体形成的抗性导致加工硬化速率降低，其使得可成形性好，尤其在拉伸应用中。
MD30根据以下方程计算:
MD30(℃)=413-462(碳+氮)-9.2(硅)-8.1(锰)-13.7(铬)-9.5(镍)-17.1(铜)-18.5(钼)
本发明的合金具有小于34°C的MD30温度,优选小于10°C。在某些实施方案中，所述MD30温度可以是小于-10"C。在某些实施方案中，所述MD30温度可以是小于-20°C。
实施例
实施例1
表1包括本发明实验合金1-5和对比合金S31600、S31635、S21600和S20100的组成和计算的参数值。
实验合金1-5在实验室规模的真空炉中熔化且倒入50-lb锭中。这些锭再加热且热轧以制备约0.250"厚的材料。将这些材料退火、鼓风和浸酸。该材料的一些冷轧成0.100"-厚，且剩余的冷轧成0.050或者0.040"-厚。将该冷轧材料退火和浸酸。测试使用的对比合金S31600、S31635、S21600和S20100为可商购的，且这些合金所示的数据从公开的文献获取或从最近为商业规模制备的材料的测试得到。
各合金的计算的PREW值示于表1中。使用上述讨论的方程，预期PREW大于24.0的合金将比对比合金S31635材料具有更好的抗氯化物点腐蚀性，而具有较低PREw的那些将更易于发生点腐蚀。
也已经计算表1中各合金的铁素体数。实验合金1-5的铁素体数小于10的范围。
也计算了表1中合金的MD30值。根据计算，实验合金1-5，特别是实验合金4和5，比对比合金S31600和S31635具有对马氏体变形相似的抗性。
表1
表1也示出了原料成本指数(RMCI)，其将每种合金与对比合金S31635的材料成本进行了比较。该RMCI通过以下计算，将原料铁、铬、锰、镍、钼、钨和钴于2007年十月的平均成本乘以包含在合金中的各元素的百分比，并除以在对比合金S31635中的原料的成本。如计算值所示，每种实验合金1-5具有的RMCI小于0.65，其意味着包含在其中的原料成本小于S31635（基于2007年十月的成本值）的65%。制备具有与对比合金S31635相似的性能且原料成本显著降低，这是出人意料的，并且不能从现有技术中预期的。
测量所述实验合金1-5的机械特性，并与对比合金S31600、S31635、S21600和S20100作比较。该测量的屈服强度、抗拉强度、经2-英寸量规长度（gage length）的百分比伸长率和Olsen杯（Olsen cup）高度示于表1。所述抗拉实验对0.100"量规材料进行，所述Charpy测试对0.197"厚度样品进行，且所述Olsen杯测试对在0.040-至0.050-英寸之间厚度的材料进行。所有的测试在室温下进行。表1中的数据单位如下:屈服强度和抗拉强度,ksi;伸长率，百分比;Olsen杯高度,英寸。从数据来看，所述实验合金1-5，以及特别地实验合金4和5，具有与S31635材料相当的性能。但是实验合金1-5，包括镍浓度小于对比合金S31635的一半，以及相对于对比合金S31635显著低的钼。显著较低的昂贵的合金元素镍和钼的浓度，使得所述对比合金4和5的RMCI小于对比合金S31635的至少40%。尽管它们的镍和钼的含量降低，但是实验合金4和5具有奥氏体的微细构造并且表现出比对比合金S31635显著好的屈服强度和抗拉强度。
实施例2
表2包括本发明实验合金6-10和对比合金S32100和216Cb型的组成和计算的参数值。如表2所示，实验合金6-10通常相对于对比合金S32100，包括增长的含量的锰、氮和铌，以及减少的含量的镍。实验合金6-10也包括相对于对比合金T216Cb和实验合金1-5减少的含量的钼。
实验合金6-10在实验室规模的真空炉中熔化且倒入50-lb锭中。这些锭再加热且热轧以制备约0.250"厚的材料。将这些材料退火、鼓风和浸酸。该材料的一些冷轧成0.100"厚，且剩余的冷轧成0.050"或者0.040"厚。将该冷轧材料退火和浸酸。对比合金S32100为可商购的，且这些合金所示的数据从公开的文献获取或从最近为商业规模制备的材料的测试得到。对比合金T216Cb在美国专利出版No.2009-0162237A1(美国专利申请系列No.12/034,183)中描述，所示的合金的数据是从根据其生成的测试材料测试得到或者从出版的文献中获取。
每种合金计算的PREN值在表2中示出。使用上述讨论的方程，预期PREN大于18的合金将比对比合金S32100材料具有更好的抗氯化物点腐蚀性，而具有低于24的PREN的那些将相对于对比合金材料T216Cb更易于发生点腐蚀。每种实验合金6-10的PREN值优选地在范围18-24。
也已经计算表2中各合金的铁素体数。每种实验合金6-10的铁素体数优选的范围是小于12。根据计算，实验合金8-10将具有与对比合金S32100相当的改善了的可成形性。
也计算了表2中合金的MD30值。根据计算，实验合金6-10,特别是实验合金3和5，具有对马氏体变形提高了的抗性（相对于对比合金S32100。
表2
Figure BDA00001769189300131
表2也示出了原料成本指数(RMCI)，其将每种合金与对比合金S32100的材料成本进行了比较。该RMCI通过以下计算，将原料铁、铬、锰、镍、钼、铜、铌和钛于2009年十月的平均成本乘以包含在合金中的各元素的百分比，并除以在对比合金S32100中的原料的成本。如计算值所示,每种实验合金6-10具有的RMCI小于0.73,,其意味着包含在其中的原料成本小于或等于对比合金S32100的73%。以显著降低的原料成本制备出对比合金S32100的合适的替代品，这是出人意料的，并且不能从现有技术中预期的。
测量所述实验合金6-10的机械特性，并与对比合金S32100和T216Cb作比较。该测量的屈服强度、抗拉强度和经2-英寸量规长度的百分比伸长率示于表2。所述抗拉实验对0.100"量规材料进行。所有的测试在室温下进行。表2中的数据单位如下:屈服强度和抗拉强度,ksi;伸长率，百分比。从数据来看，所述实验合金6-10的镍含量与S32100相比显著减少,但是其具有与S32100相比显著较好的屈服强度和抗拉强度。与对比合金S32100相比，屈服强度的量的增长是出人意料的，并且不能从现有技术中预期的。所述实验合金还包括相对于对比合金T216Cb显著减少的钼的含量。显著较低的昂贵的合金元素镍和钼的浓度，使得实验合金9和10的RMCI小于对比合金S32100的至少32%。
这些新的合金的潜在应用是众多的。如以上描述和证明,本文所述的所述奥氏体不锈钢组合物能在许多应用中替代S32100。此外，由于镍的成本较高，将S32100替换为本发明的合金组合物将显著地节省成本。另一益处为，因为这些合金是完全奥氏体的，它们会易于在零下的温度经历急剧的延性-脆性转变（DBT）或在高温下885℉的脆变。因此,不像二相合金,它们可在高于650℉的温度使用且为低温和深冷应用的最佳候选材料。根据本发明公开的合金制备的特具体的制造业制品具有显著的优点，所述制造业制品包括，例如挠性连接器（用于汽车尾气及其他应用）,波纹管,挠性套管,和烟囱/烟道衬垫。具有常规技术的人采用传统的制造业技术，可以很容易制造这些以及其他根据本发明公开的合金制造的制造业制品
尽管上述说明书已必要地提供有限数量的实施方案，本领域相关技术人员将理解可对本文描述和解释的装置和方法以及实施例的其他细节进行各种变化，且所有这些改变将保持在本文所述的发明和所附权利要求的原则和范围内。因此，应理解本发明不限于本文公开或包含的具体实施方案，而是预期涵盖权利要求限定的本发明的原则和范围内的变化。本领域技术人员也应了解可对实施方案进行改变而不偏离其广泛的发明构思。

Claims (36)

1.一种奥氏体不锈钢，其以重量%计包含：至多0.20碳,2.0-9.0锰,至多2.0硅,15.0-23.0铬,1.0-9.5镍,至多3.0钼,至多3.0铜,0.05-0.35氮,(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5,铁和偶然存在的杂质。
2.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其具有的PREN值大于18。
3.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其具有的PREN值大于18且至多24。
4.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其具有的铁素体数小于12。
5.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其具有的铁素体数大于0且至多为10。
6.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其具有的铁素体数在1至4的范围内。
7.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其具有的MD30值小于34°C。
8.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其具有的MD30值小于10°C。
9.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其具有的MD30值小于-10°C。
10.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含至多0.10碳。
11.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含2.0至8.0锰。
12.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含4.0至7.0锰。
13.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含0.5至1.0硅。
14.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含16.0至22.0铬。
15.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含3.0至6.0镍。
16.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含0.1至1.0钼。
17.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含0.1至0.5钼。
18.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其中(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.0。
19.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含至少0.1铌。
20.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其中(7.5(%碳))≤%铌≤1.5。
21.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含至多0.01硼。
22.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含从0.001至0.003硼。
23.根据权利要求1的奥氏体不锈钢，其包含从0.001至0.5钛。
24.一种奥氏体不锈钢，其以重量%计包含：至多0.10碳,2.0至8.0锰,至多1.00硅,16.0至22.0铬,1.0至7.0镍,0.10至2.0钼,至多1.0铜,0.08至0.30氮,(7.5(%碳)≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5,至多0.008硼,至多0.01钛,至多0.050磷,至多0.030硫,铁,和偶然存在的杂质。
25.根据权利要求24所述的奥氏体不锈钢，其包含至少0.1铌。
26.根据权利要求24所述的奥氏体不锈钢，其中(7.5(%碳))≤铌≤1.5。
27.根据权利要求24所述的奥氏体不锈钢，其包含0.010-0.05磷。
28.根据权利要求24所述的奥氏体不锈钢，其包含0.0001-0.001硫。
29.一种奥氏体不锈钢，以重量%计包含：至多0.08碳,3.5至6.5锰,至多1.00硅,17.0至21.0铬,3.0至6.0氮,0.1至1.0钼,至多1.0铜,0.08至0.30氮,(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.0,至多0.005硼,至多0.005钛,至多0.035磷,至多0.005硫,铁和偶然存在的杂质。
30.根据权利要求29所述的奥氏体不锈钢，其包含至少0.1铌。
31.根据权利要求29所述的奥氏体不锈钢，其中:
(7.5(%碳))≤铌≤1.5。
32.一种包括奥氏体不锈钢的制造业制品,所述奥氏体不锈钢以重量%计包含：至多0.20碳,2.0至9.0锰,至多2.0硅,15.0至23.0铬,1.0至9.5镍,至多3.0钼,至多3.0铜,0.05至0.35氮,(7.5(%碳))≤(%铌+%钛+%钒+%钽+%锆)≤1.5,铁和偶然存在的杂质。
33.根据权利要求32所述的制造业制品，其中所述奥氏体不锈钢包含至少0.1铌。
34.根据权利要求32所述的奥氏体不锈钢，其中(7.5(%碳))≤铌≤1.5。
35.根据权利要求32所述的制造业制品，其中所述制品适用于低温环境或深冷环境中的至少一种。
36.根据权利要求32所述的制造业制品，其中所述制品选自挠性连接器、波纹管、挠性套管、烟囱衬垫和烟道衬垫。
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