CN102732803A

CN102732803A - 一种奥氏体不锈钢

Info

Publication number: CN102732803A
Application number: CN2012102119641A
Authority: CN
Inventors: 刘庄根; 计建康; 邱爱华; 孙建平
Original assignee: JIANGSU XINGHAI SPECIAL STEEL CO Ltd
Current assignee: JIANGSU XINGHAI SPECIAL STEEL CO Ltd
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2012-10-17

Abstract

本发明提供一种奥氏体不锈钢，该不锈钢的组份质量百分比（wt%）为：C：不大于0.08,Si：0.5-1.0,Mn：≦0.80,P≦0.030,S≦0.018,Cr：19-21,Ni：10.0-12,Mo：2.5-3.0,Ti：0.6-1.0,Nb：0.6-0.9，余量为Fe；该种奥氏体不锈钢，增加质量百分比0.6%-0.9%Nb、0.6%-1.0%Ti、2.5%-3.0%Mo，有效地改善不锈钢的抗晶间腐蚀能力，不锈钢中如果不含Mo，Cr含量再高也很难获得满意的抗点蚀性能，但只有在含Cr钢中Mo才能发挥作用，在该种奥氏体不锈钢中Mo提高耐点蚀性能的能力相当于Cr的3倍，同时增强和改善了不锈钢的强度和高温力学性能。同时，该种奥氏体不锈钢采取小线能量施焊，快速冷却，层间温度低的多层焊，以保证焊缝含有适量的铁素体，有效地防止热裂纹的产生。

Description

一种奥氏体不锈钢

技术领域

本发明涉及一种不锈钢，尤其涉及一种奥氏体不锈钢。

背景技术

不锈钢的热强性和持久性是重要的两个质量评判标准。热强性是指耐热钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。在评定高温条件下材料的力学性能时，必须用热强性来评定。尽管奥氏体不锈钢具有如下物理特性：1、线膨胀系数大，2、良好的耐腐蚀性，3、优良的塑性，4、具有耐高温性能，5、具有良好的耐低温性。但是，热裂纹和晶间腐蚀的影响因素是该类不锈钢焊接是须首要考虑的，同时其热强性和持久性有待进一步加强。

产生晶间腐蚀的不锈钢在受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。当晶界的Cr的质量百分比低到小于12%时，就形成所谓的“贫Cr区”，在腐蚀介质作用下，贫Cr区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。防止晶界腐蚀的措施有：减少焊缝中的含碳量，可以减少和避免形成Cr的碳化物，从而降低形成晶界腐蚀的倾向，含碳量在0.04%以下，称为“超低碳”不锈钢，就可以避免Cr的碳化物生成。

此外，在不锈钢中如果不含Mo，Cr含量再高也很难获得满意的抗点蚀性能，但只有在含Cr钢中Mo才能发挥作用。并且，Cr含量越高,Mo提高不锈钢的耐点蚀性能效果越明显。以此，在不锈钢中，Mo能促使不锈钢表面钝化，具有增强不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，同时增强和改善不锈钢的强度和高温力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种奥氏体不锈钢解决现有技术中存在的奥氏体不锈钢的热强性和持久性、强度等性能有待加强，同时不锈钢焊接产生的热裂纹和晶间腐蚀问题。

本发明的技术解决方案是：

一种奥氏体不锈钢，该不锈钢的组份质量百分比（wt%）为：C：不大于0.08, Si：0.5-1.0, Mn：≦0.80,P≦0.030,S≦0.018,Cr：19-21,Ni：10.0-12,Mo：2.5-3.0,Ti：0.6-1.0,Nb：0.6-0.9，余量为Fe。

进一步改进在于：所述奥氏体不锈钢的组份质量百分比（wt%）为：C：不大于0.05, Si：0.6-0.8, Mn：≦0.60,P≦0.020,S≦0.014,Cr：19.6-20.8,Ni：10.3-11.7,Mo：2.7-2.9,Ti：0.7-0.9,Nb：0.64-0.88，余量为Fe。

进一步改进在于：所述奥氏体不锈钢采取线能量为1kJ/cm以下施焊，进行冷却速度为20℃/s以上冷却，多层焊的层间温度为50℃以下。

优选为，所述奥氏体不锈钢采取线能量为0.7kJ/cm施焊，进行冷却速度为22℃/s冷却，多层焊的层间温度为50℃。

本发明一种奥氏体不锈钢在其组份中增加Nb，且质量百分比优选为0.6%-0.9%，来提高奥氏体不锈钢的热强性和持久性。在不锈钢中增加Nb，且Nb的质量百分比在达到0.5%-2.0%时，既能提高奥氏体不锈钢的热强性，又能提高奥氏体不锈钢的持久性。本发明一种奥氏体不锈钢，其Nb的质量百分比优选为0.6%-0.9%，从而保证不锈钢的热强性提高20%以上，其持久性提高10%以上。

同时，本发明一种奥氏体不锈钢在其组份中增加Ti，且质量百分比优选为0.6%-1.0%，是因为Ti比Cr更易与C结合形成稳定的碳化物的元素，当Ti的加入量大于C的5倍，就可以是绝大部分的C的存在于Ti的碳化物中，因而是固溶碳的质量百分比降到0.03%以下，这就能保证Cr在不锈钢中的有效固溶浓度。由于Cr在不锈钢中有效固溶浓度得到保证，从而改善钢的抗晶间腐蚀性能力。

Mo能促使不锈钢表面钝化，具有增强不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，铁素体不锈钢中如果不含Mo，Cr含量再高也很难获得满意的抗点蚀性能，但只有在含Cr钢中Mo才能发挥作用。并且，Cr含量越高,Mo提高不锈钢的耐点蚀性能效果越明显。在该种奥氏体不锈钢中Mo的质量百分比含量优选为2.5%-3.0%时，Mo提高耐点蚀性能的能力相当于Cr的3倍，同时增强和改善了不锈钢的强度和高温力学性能。

该种奥氏体不锈钢，鉴于其物理特性，应优选采取小线能量1kJ/cm以下施焊，20℃/s以上快速冷却，多层焊是要控制50℃以下较低的层间温度。力求焊缝含有适量的铁素体，以防止热裂纹的产生。在石油化工如加氢反应器等具体产品，对焊缝铁素体就有明确规定。

本发明一种奥氏体不锈钢可进行全位置焊接，焊接作业性极佳，送丝顺畅、电弧稳定、成型美观、飞溅极少；熔敷金属机械性能稳定，X-Ray合格率高。耐腐蚀性能优异，常应用于化肥、尿素、石油化工生产或储存设备，如0Cr17Ni12M02（SUS316）。

本发明的有益效果是：本发明一种奥氏体不锈钢，含有质量百分比优选为0.6%-0.9%的Nb，使得其热强性提高20%以上，持久性提高10%以上。同时，增加质量百分比优选为0.6%-1.0%的Ti，使固溶碳的质量分数降到0.03%以下，这就能保证Cr在钢中的有效固溶浓度，从而改善钢的抗晶间腐蚀性能力。不锈钢中Mo的质量百分比含量优选为2.5%-3.0%时，Mo提高耐点蚀性能的能力相当于Cr的3倍，同时增强和改善了不锈钢的强度和高温力学性能。同时，采取小线能量施焊，快速冷却，层间温度低的多层焊，以保证焊缝含有适量的铁素体，有效地防止热裂纹的产生。

说明附图

图1是实施例1与对比例的晶间腐蚀电子扫描显像对比图。

图2为实施例1与对比例的阳极极化曲线图。

图3是实施例1与对比例的拉伸断口电子扫描显像对比图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的优选实施例。

由表1所示，六个实施例的奥氏体不锈钢组份及其质量百分比（wt%），余量为Fe。同时六个实施例的奥氏体不锈钢优选采取线能量为0.7kJ/cm施焊，进行冷却速度为22℃/s冷却，多层焊的层间温度为50℃。

表1 六个实施例的组份及其质量百分比（wt%）

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Ti	Nb
											实施例1	0.065	0.8	0.77	0.02	0.015	20.1	10.3	2.7	0.8	0.67
实施例2	0.07	0.7	0.70	0.02	0.017	19.6	10.1	2.6	0.7	0.64
											实施例3	0.06	0.6	0.73	0.02	0.015	20.8	11.1	2.8	0.9	0.80
实施例4	0.05	0.6	0.60	0.02	0.014	20.9	11.7	2.9	0.9	0.88
											实施例5	0.08	0.5	0.2	0.03	0.009	21	12	2.5	1.0	0.9
实施例6	0.02	1.0	0.80	0.01	0.018	19	10.0	3.0	0.6	0.6

实施例1、2、3、4、5、6是在奥氏体不锈钢组份中增加质量百分比优选为0.8%、0.7%、0.9%、1.0%、0.6%的Ti，是因为Ti比Cr更易与碳结合形成稳定的碳化物的元素，在Ti的加入量为C的5倍以上，就可以是绝大多数的C存在于Ti的碳化物中，因而是固溶碳的质量百分比降到0.03%以下，这就能保证Cr在不锈钢中的有效固溶浓度。由于Cr在不锈钢中有效固溶浓度得到保证，从而改善不锈钢的抗晶间腐蚀性能。

实施例1与对比例的晶间腐蚀倾向试验试验条件为：试样尺寸为10mm×10mm×5mm，在其正面留出1cm²的研究表面，在其背面焊上带有塑料皮的导线，试样的其余部分均用聚苯乙烯镶嵌，采用“不锈耐酸钢晶间腐蚀倾向试验方法”中的草酸电解浸蚀法，测定试验钢的晶间腐蚀倾向。由图1可见，实施例1的不锈钢的浸蚀面存在一些小的浸蚀坑，浸蚀深度不大，而对比例的奥氏体不锈钢表面沿铁素体析出相的边界出现了浸蚀坑之间相联的现象，即形成了浸蚀沟，以此，实施例1一种奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀性能得以改善，减少了晶间腐蚀的敏感性。

实施例1与对比例的点蚀试样的制备与晶间腐蚀的相同。用饱和甘汞电极作为参比电极，采用恒电位法测定了实施例1和对比例试样的阳极极化曲线，实施例1和对比例试样的阳极极化曲线得到的点蚀击穿电位Eb值如表2所示。

表2 实施例1和对比例试样的点蚀击穿电位Eb值

	E_b/mV
		实施例1	745
对比例	660

由表2和图2的阳极极化曲线形状可知，电位达到Eb值，钝化膜被击穿后，实施例1的电流变化缓慢而不是骤然猛增，这种现象说明实施例1基体的耐蚀性很好。实施例1的不锈钢试样，由于碳化物和金属间相基本上全部固溶于基体中，其钝化膜均匀而致密，因而实施例1的不锈钢的抗点蚀性能优良；而对比例的不锈钢存在较多的析出相、贫化区等缺陷，使其完整的钝化膜出现了薄弱点，并成为点蚀源。对比例的这种薄弱点多，其产生点蚀的机会就多，所以在较低的电位下就被击穿，因此其耐点蚀性能差。

实施例1、2、3、4、5、6在奥氏体不锈钢组份中增加质量百分比优选为为2.7%、2.6%、2.8%、2.9%、2.5%、3.0%的Mo，能促使不锈钢表面钝化，具有增强不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，铁素体不锈钢中如果不含Mo，Cr含量再高也很难获得满意的抗点蚀性能，但只有在含Cr钢中Mo才能发挥作用。并且，Cr含量越高,Mo提高不锈钢的耐点蚀性能效果越明显。实施例1、2、3、4、5、6的奥氏体不锈钢中Mo的质量百分比含量优选为2.7%、2.6%、2.8%、2.9%、2.5%、3.0%，Mo提高耐点蚀性能的能力相当于Cr的3.1、2.9、3.3、3.4、3.7、2.8倍，同时增强和改善了不锈钢的强度和高温力学性能。

表3 实施例与对比例的机械性能对比

	抗拉强度（Mpa）	屈服强度（Mpa）	延伸率（%）	断面收缩率（%）	布氏强度（N）
						实施例1	1410	860	13.5	21.4	440
实施例2	1400	845	12	20.6	425
						实施例3	1435	880	15	21.7	450
实施例4	1460	895	16.5	22.3	465
						实施例5	1450	890	15.7	21.9	455
实施例6	1455	885	16.2	22.4	470
						对比例	490	255	22.4	30.8	195

实施例1、2、3、4、5、6在奥氏体不锈钢组份中增加Nb的质量百分比优选为0.67%、0.64%、0.80%、0.88%、0.9%、0.6%。在不锈钢中增加Nb，且Nb的质量百分比在达到0.5%-2.0%时，既能提高奥氏体不锈钢的热强性，又能提高奥氏体不锈钢的持久性。实施例1、2、3、4、5、6，其Nb的质量百分比优选为0.67%、0.64%、0.80%、0.88%、0.9%、0.6%，使得不锈钢的热强性提高23%、21%、24%、27%、29%、20%，其持久性提高12%、11%、13%、15%、17%、10%。在评定高温条件下材料的力学性能时是由热强性来评定，以此，该种奥氏体不锈钢在高温条件下具有比普通的奥氏体不锈钢更好的力学性能。从表3和图3可以看出，实施例1具有较高的强度与硬度，这一力学性能试验结果与在电子扫描下观察试验钢拉伸试样断口形貌的结果是一致的，如图3所示实施例1的拉伸断口上的韧窝小而浅，而对比例的韧窝大而深，说明实施例1的强度高而塑韧性低，但仍保持较高的值，更能满足制造各种机械设备所需综合力学性能的要求。而且较高的硬度值给实施例1提供了更大的抗机械破坏和磨损能力。

实施例1、2、3、4、5、6鉴于其物理特性，优选采取小线能量0.7kJ/cm施焊，22℃/s快速冷却，多层焊是以50℃较低的层间温度。保证焊缝含有适量的铁素体，以防止热裂纹的产生。在石油化工如加氢反应器等具体产品，对焊缝铁素体就有明确规定。

实施例1、2、3、4、5、6可进行全位置焊接，焊接作业性极佳，送丝顺畅、电弧稳定、成型美观、飞溅极少；熔敷金属机械性能稳定，X-Ray合格率高。耐腐蚀性能优异，应用于化肥、尿素、石油化工生产或储存设备。

实施例1、2、3、4、5、6的有益效果是：实施例1、2、3、4、5、6含有质量百分优选比为0.67%、0.64%、0.80%、0.88%、0.9%、0.6%的Nb，使得其热强性提高20%以上，持久性提高10%以上。同时，增加质量百分比优选为0.8%、0.7%、0.9%、1.0%、0.6%的 Ti，使固溶碳的质量分数降到0.03%以下，这就能保证Cr在钢中的有效固溶浓度，从而改善钢的抗晶间腐蚀性能力。不锈钢中Mo的质量百分比含量优选为2.5%-3.0%时，Mo提高耐点蚀性能的能力相当于Cr的3倍，同时增强和改善了不锈钢的强度和高温力学性能。同时，采取小线能量0.7kJ/cm施焊，22℃/s快速冷却，多层焊是以50℃较低的层间温度。以保证焊缝含有适量的铁素体，有效地防止热裂纹的产生。

Claims

1.一种奥氏体不锈钢，其特征在于：该不锈钢的组份质量百分比（wt%）为：C：不大于0.08, Si：0.5-1.0, Mn：≦0.80,P≦0.030,S≦0.018,Cr：19-21,Ni：10.0-12,Mo：2.5-3.0,Ti：0.6-1.0,Nb：0.6-0.9，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的一种奥氏体不锈钢，其特征在于：所述奥氏体不锈钢的组份质量百分比（wt%）为：C：不大于0.05, Si：0.6-0.8, Mn：≦0.60,P≦0.020,S≦0.014,Cr：19.6-20.8,Ni：10.3-11.7,Mo：2.7-2.9,Ti：0.7-0.9,Nb：0.64-0.88，余量为Fe。

3.如权利要求1或2所述的一种奥氏体不锈钢，其特征在于：所述奥氏体不锈钢采取线能量为1kJ/cm以下施焊，进行冷却速度为20℃/s以上冷却，多层焊的层间温度为50℃以下。

4.如权利要求3所述的一种奥氏体不锈钢，其特征在于：所述奥氏体不锈钢采取线能量为0.7kJ/cm施焊，进行冷却速度为22℃/s冷却，多层焊的层间温度为50℃。