CN103429778A - 奥氏体不锈钢铸钢 - Google Patents

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Abstract

铁素体相的体积率为0.1～5.0%的奥氏体不锈钢铸钢。

Description

奥氏体不锈钢铸钢
技术领域
本发明涉及的是奥氏体不锈钢铸钢。
背景技术
奥氏体不锈钢铸钢因为在耐腐蚀性、强度、焊接性等方面有显著优点，因此在化学设备和发电设备的管路和阀门等方面被广泛应用。例如从冶金学上来说，奥氏体不锈钢铸钢是由约10％～20％的α相和约90％～80％的γ相(奥氏体相)这两相形成的。
作为奥氏体不锈钢的铸钢商品，CF8C是众所周知的。例如，CF8C奥氏体不锈钢铸钢商品含有最多0.08质量％的C(碳)、最多2.0质量％的Si(硅)、最多1.5质量％的Mn(锰)、18.0～21.0质量％的Cr(铬)、9.0～12.0质量％的Ni(镍)、最多1.0质量％的Nb(铌)。
CF8C约含有12.0％的铁素体相。铁素体相例如用众所周知的铁素体含量检测仪来测定奥氏体不锈钢中的铁素体含量，或者根据成分元素从Schaeffler状态图中算出，用体积率(百分比(％))表示。
该铁素体对于防止焊接裂纹和减轻应力腐蚀裂纹是有效的。但是，铁素体相含量高的情况下，例如将CF8C长期曝露于高温下时，该铁素体相有可能会变化成铁和铬的化合物组成的σ相(σ相)而脆化。
专利文献1中，公开了由改变CF8C而成的合金CF8C-Plus，该CF8C-Plus中不含有铁素体相。专利文献1中，CF8C-Plus含有0.05～0.15质量％的C、0.2～1.0质量％的Si、0.5～10.0质量％的Mn、18.0～25.0质量％的Cr、10.0～15.0质量％的Ni、0.1～1.5质量％的Nb、0.05～0.5质量％的N。
在CF8C-Plus中不存在铁素体相，对于维持材料制成的部件寿命和材料铸造时的特性是很重要的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-545675号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
CF8C在长期高温曝露的使用环境下，有可能会产生σ相析出、时效脆化，时效延性不充分的可能。而且，即使是专利文献1中记载的CF8C-Plus，对于抗氧化性也在寻求更好的改善。
因此，本发明的目的是提供有良好时效延性和抗氧化性的奥氏体不锈钢铸钢。
[解决课题的手段]
为达成所述的目的，提供以下[1]～[6]所示的发明。
(1)铁素体相的体积率为0.1～5.0％的奥氏体不锈钢铸钢。
(2)所述(1)中记载的奥氏体不锈钢铸钢，其含有C：0.01～0.10质量％，Si：0.6～1.0质量％，Mn：2.0～2.8质量％，N：0.1～0.4质量%。
(3)所述(1)或(2)中记载的奥氏体不锈钢铸钢，其含有Cr：18.0～24.0质量％，Ni：8.0～15.0质量％，Nb：0.2～0.7质量％。
(4)奥氏体不锈钢铸钢，其铁素体相的体积率为0.1～5.0％，所述奥氏体不锈钢铸钢含有C：0.01～0.10质量％，Si：0.6～1.0质量％，Mn：2.0～2.8质量％，N：0.1～0.4质量％，Cr：18.0～24.0质量％，Ni：8.0～15.0质量％，Nb：0.2～0.7质量％，剩余部分为Fe及不可避免的杂质。
(5)所述(1)～(4)中任意一项记载的奥氏体不锈钢铸钢，其通过从1150～1350℃的温度范围，以30℃/分以上的冷却温度冷却到600～800的温度范围来得到。
(6)使用上述(1)～(5)任意一项记载的奥氏体不锈钢铸钢所形成的阀。
本发明的奥氏体不锈钢铸钢，例如下述实施例中所示的在时效延性、拉伸强度、抗氧化性方面都很优异。特别是时效延性方面，本发明的实施例为比较例的2.4倍左右。同样在抗氧化性方面的改善也得到了认同，本发明中实施例为比较例的9.5倍左右。
作为该奥氏体不锈钢铸钢有这样优异的特性的理由，铁素体相的体积率为0.1～5.0％这一点、所含有的成分C、Si、Mn、Cr、Ni、Nb、N的含量被认为很重要。对各成分进行详细说明。
铁素体相的体积率为0.1～5.0％时，即使长期在高温下曝露，σ相的析出量也能变少。该σ相的析出量变少的话，奥氏体不锈钢铸钢就不易脆化，能生成时效延性优异的奥氏体不锈钢铸钢。
C有使熔点降低，改善熔融液的流动性即铸造性的作用。而且，C从耐腐蚀性的角度出发是越低越好，大量添加会使母体材料耐腐蚀性下降。根据上述原因，本发明中为改善高温延性，C的添加量设为0.01～0.10质量％。
Si为熔融液的脱氧剂，以及是改善流动性、抗氧化性、改善焊接性的有效元素。但是，过多的加入会使奥氏体组织不稳定，导致铸造性的劣质化，助长加工性和焊接性的阻碍、焊接裂纹的产生。因此，本发明中Si的添加量为0.6～1.0质量％。
Mn作为熔融液的脱氧剂是有效的，能提高铸造时熔液的流动性，改善生产率。而且有效地减少了焊接裂纹。但过度地添加会损害抗氧化性，本发明中Mn的添加量为2.0～2.8质量％。Mn在这个范围内时，如下述实施例所示的，可以得到抗氧化性优异的奥氏体不锈钢铸钢。
N是改善高温强度及耐热疲劳性的元素，是强力的奥氏体生成元素，使奥氏体基体稳定，而且是使晶粒微细化的有效元素。根据晶粒的微细化，可以确保作为构造物的重要材料的延性。而且，可以改善奥氏体不锈钢铸钢特有的切削性差的缺点。特别是用作部件连接而实施穿孔加工的构件，能使其穿孔加工性能良好。N大量添加会促进脆化，另一方面有效的Cr量减少会使抗氧化性变差。因此，本发明中N的添加量在0.1～0.4质量％之间。
Cr是改善抗氧化性，使铁素体组织稳定的元素，为保证其效果的有效，设定在18.0质量％以上。另一方面，大量添加时，在高温使用过程中，Cr碳化物会过多的析出导致钢的时效延性低下，因此以24.0质量％为上限。
Ni是能形成稳定的奥氏体基体，使奥氏体相稳定化，能提高钢的高温强度，抗氧化性。考虑到良好的铸造性、耐腐蚀性及焊接性，本发明中Ni的添加量为8.0～15.0质量％。
Nb和C结合形成微小的碳化物，能改善高温强度。而且，通过抑制Cr碳化物的生成，能够提高抗氧化性。为使这些效果得以有效地发挥，含量必须控制在0.2％以上。但是大量添加时，高温裂纹敏感性会显著提高，内部品质恶化，因此本发明中Nb的添加量为0.2～0.7质量％。
而且，本发明的奥氏体不锈钢铸钢，能够通过从1150～1350℃的温度范围，以30℃/分以上的冷却温度，冷却到600～800℃的温度范围来制造。上述条件下制造本发明的奥氏体不锈钢铸钢时，因为即使是未加工铸件也能有优异的强度特性，因此可以省略固溶化热处理。
制造出来的奥氏体不锈钢铸钢，例如作为化学设备、发电设备的管路或阀等的材料而使用。
附图说明
[图1]检查奥氏体不锈钢铸钢的抗氧化性(mm/年)的结果所示的图表。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。
本发明的奥氏体不锈钢铸钢的构成为，铁素体相的体积率0.1～5.0％，优选0.5～3.0％。本发明的奥氏体不锈钢铸钢，含有C、Si、Mn、Cr、Ni、Nb、N等成分。
各成分的含量如下，
C的含量为0.01～0.10质量％，优选0.02～0.04质量％。
Si的含量为0.6～1.0质量％，优选0.7～0.9质量％。
Mn的含量在2.0～2.8质量％，优选2.2～2.4质量％。
N：0.1～0.4质量％，优选0.15～0.25质量％
Cr：18.0～24.0质量％，优选19.5～21.5质量％
Ni：8.0～15.0质量％，优选10.5～12.5质量％
Nb：0.2～0.7质量％，优选0.2～0.4质量％
在本发明的奥氏体不锈钢铸钢及作为参考的CF8C和CF8C-Plus中含有的上述成分组成范围(质量％)如表1所示。
[表1]
本发明的奥氏体不锈钢铸钢 CF8C CF8C-Plus
铁素体(体积率(％)) 0.1～5.0 12.0 -
C(质量%) 0.01～0.10 最大0.08 0.05～0.15
Si(质量％) 0.6～1.0 最大2.0 0.2～1.0
Mn(质量％) 2.0～2.8 最大1.5 0.5～10.0
Cr(质量％) 18.0～24.0 18.0～21.0 18.0～25.0
Ni(质量%) 8.0～15.0 9.0～12.0 10.0～15.0
Nb(质量％) 0.2～0.7 最大1.0 0.1～1.5
N(质量％) 0.1～0.4 - 0.05～0.5
本发明的奥氏体不锈钢铸钢中铁素体相的体积率在0.1～5.0％时，即使长时间曝露在高温下，σ相的析出量也会变少。因此，本发明的奥氏体不锈钢就不易脆化，并能优化时效延性。
而且，本发明的奥氏体不锈钢铸钢中，Mn的含量比CF8C高，C的含量设定得较低。
根据这个能提高铸钢在高温下的强度及抗氧化性。
本发明的奥氏体不锈钢铸钢，除上述组成以外还含有W、B、A1、Mo、Co、Ti、Zr、Cu、稀土元素(La、Ce、Y、Pd、Nd等)等，剩余部分为Fe及不可避免的杂质。
上述的金属成分在溶解炉中溶解，从1150～1350℃的温度范围，以30℃/分以上的冷却温度，冷却到600～800℃的温度范围，可以制成本发明的奥氏体不锈钢铸钢。在这个条件下制成的本发明奥氏体不锈钢铸钢，因为即使是未加工铸件也具有优异的强度特性，因此可以省略固溶化热处理。
制造的奥氏体不锈钢铸钢被应用于例如化学设备、发电设备的管路和阀等。
[实施例1]
根据本发明的实施例进行说明。
本发明的奥氏体不锈钢铸钢(实施例1-1～1-6)，CF8C(比较例1-1～1-5)的主要成分组成(质量％)分别如表2，3中所示。
[表2]
实施例1-1 实施例1-2 实施例1-3 实施例1-4 实施例1-5 实施例1-6
铁素体(体和率(%) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
C(质量％) 0.04 0.03 0.04 0.03 0.08 0.06
Si(质量%) 0.76 0.86 0.76 0.86 0.89 0.86
Mn(质量％) 2.07 2.15 2.07 2.15 2.07 2.12
Cr(质量%) 20.55 19.90 20.55 19.90 22.35 22.10
Ni(质量％) 11.38 11.12 11.38 11.12 10.50 10.34
Nb(质量%) 0.27 0.26 0.27 0.26 0.29 0.32
N(质量％) 0.21 0.20 0.21 0.20 0.19 0.21
[表3]
比较例1-1 比较例1-2 比较例1-3 比较例1-4 比较例1-5
铁素体(体积率(%)) 12.0 9.0 0 0 0
C(质量％) 0.03 0.03 0.017 0.08 0.06
Si(质量％) 0.47 0.63 0.37 0.48 0.57
Mn(质量％) 1.04 4.48 1.83 1.02 2.02
Cr(质量％) 19.98 19.93 19.93 19.35 19.6
Ni(质量％) 9.92 9.45 11.63 11.49 11.55
Nb(质量％) 0.59 0.42 0.43 0.69 0.71
N(质量％) 0.03 0.1 0.24 0.25 0.24
对于这些实施例和比较例，检查时效延性(700℃-620小时)，拉伸强度(900℃)，0.2％屈服强度(900℃)，抗氧化性(1000℃)，进一步进行高温低循环疲劳实验(双振幅三角波、应变速率0.1％/秒、700℃、总应变0.5％)。
另外，实施例和比较例的铸造通常采用冲入铸造法进行的。对于热处理，实施例1、2进行毛胚铸件(未加工铸件)，其他实施例及比较例进行SHT(固溶化热处理)。检查时效延性、拉伸强度、0.2％屈服强度、抗氧化性的结果如表4所示。
[表4]
时效延性(％) 拉伸强度(Mpa) 0.2％屈服强度(Mpa) 抗氧化性(mm/年) 高温低循环疲劳试验(回)
实施例1-1 24.4 120 90 0.300 -
实施例1-2 28.8 125 87 0.370 6200
实施例1-3 24 113 91 0.066 3400
实施例1-4 29.2 134 89 0.122 2420
实施例1-5 20.4 131 91 0.489 -
实施例1-6 22.1 129 88 0.394 -
比较例1-1 17.2 93 70 1.278 2382
比较例1-2 6.8 101 75 3.494 -
比较例1-3 8.6 127 84 1.854 -
比较例1-4 11.2 98 73 4.101 -
比较例1-5 8.2 104 77 3.124 -
这个结果中，关于时效延性，实施例中为20.4％以上，而比较例中为17.2％以下。
关于拉伸强度，实施例中为113～134Mpa，比较例为93～127Mpa。
关于0.2％屈服强度，实施例为87～91Mpa，比较例为70～84Mpa。
关于抗氧化性，实施例为0.489mm/年以下，比较例为1.278mm/年以上。
即，虽然关于0.2％屈服强度，实施例和比较例不被认为存在显著差异，但是证明关于时效延性、拉伸强度、抗氧化性，实施例更加优异。特别是关于时效延性，实施例的平均值为24.8％，比较例的平均值为10.4％，实施例为比较例的2.4倍左右。同样，关于抗氧化性，实施例的平均值为0.290mm/年，比较例的平均值为2.770mm/年，因此可认为实施例改善至比较例的9.5倍左右。
上述结果中，虽然本发明奥氏体不锈钢铸钢的铁素体相的体积率为0.2％，但即使铁素体相的体积率到达下限0.1％时也认为可以得到相同的结果。
[实施例2]
实施例1中，虽然本发明的奥氏体不锈钢铸钢的铁素体相的体积率为0.2％(实施例1-1～1-6)，但其并不限于此，在铁素体相的体积率为1～3％时检查时效延性、拉伸强度、0.2％屈服强度、抗氧化性(实施例2-1～2-4)。它们与实施例1在相同条件下进行。实施例2-1～2-4的各成分如表5所示，结果如表6所示。
[表5]
实施例2-1 实施例2-2 实施例2-3 实施例2-4
铁素体(体积率(%)) 2 1 3 1
C(质量%) 0.014 0.013 0.020 0.013
Si(质量％) 0.67 0.72 0.62 0.72
Mn(质量％) 2.26 2.37 2.00 2.22
Cr(质量%) 21.10 21.10 21.70 22.22
Ni(质量％) 11.29 11.38 12.09 11.54
Nb(质量%) 0.29 0.29 0.27 0.27
N(质量%) 0.22 0.23 0.16 0.23
[表6]
时效延性(％) 拉伸强度(Mpa) 0.2％屈服强度(Mpa) 抗氧化性(mm/年)
实施例2-1 27.0 128 89 0.006
实施例2-2 24.0 123 88 0.058
实施例2-3 27.0 95 63 0.558
实施例2-4 20.4 137 88 0.015
这个结果，实施例2-1～2-4中时效延性的平均值为24.6％，抗氧化性的平均值为0.159mm/年，这些值被认为与实施例1中相同，比比较例更优异。本发明的奥氏体不锈钢铸钢的铁素体相的体积率的上限为5％时也被认为可以得到相同的结果。
[实施例3]
对Mn含量为约1.0～4.5质量％的奥氏体不锈钢铸钢，检查其抗氧化性(mm/年)。本发明的奥氏体不锈钢铸钢，对Mn的含量为2.26质量％(实施例3-1)，2.33质量％(实施例3-2)的方式进行检查。比较例的奥氏体不锈钢铸钢，Mn的含量为1.04质量％(比较例3-1)，1.17质量％(比较例3-2)，1.81质量％(比较例3-3)，4.37质量％(比较例3-4)，4.48质量％(比较例3-5)的方式进行检查。关于这些实施例和比较例，各成分如表7所示。结果如表8和图1所示。
[表7]
实施例3-1 实施例3-2 比较例3-1 比较例3-2 比较例3-3 比较例3-4 比较例3-5
铁素体(体积率(%)) 2 3 12 8 0.2 10 9
C(质量%) 0.03 0.03 0.03 0.03 0.017 0.03 0.03
Si(质量％) 0.65 0.64 0.47 0.61 0.36 0.62 0.63
Mn(质量％) 2.26 2.33 1.04 1.17 1.81 4.37 4.48
Cr(质量%) 20.45 20.47 19.98 20.09 19.87 19.87 19.93
Ni(质量%) 11.35 11.33 9.92 9.92 12.49 9.35 9.45
Nb(质量％) 0.65 0.62 0.59 0.62 0.29 0.66 0.42
N(质量％) 0.14 0.12 0.03 0.12 0.20 0.10 0.10
[表8]
抗氧化性(mm/年)
实施例3-1 0.5062
实施例3-2 0.4521
比较例3-1 1.2782
比较例3-2 2.6405
比较例3-3 1.7060
比较例3-4 3.6345
比较例3-5 3.4943
根据图1，可以认为本发明的奥氏体不锈钢铸钢，Mn的含量在2.0～2.8质量％时，抗氧化性能抑制在1mm/年以下。
产业上利用的可能性
本发明，可以应用于奥氏体不锈钢铸钢的制造。

Claims (6)

1.奥氏体不锈钢铸钢，其铁素体相的体积率为0.1～5.0％。
2.如权利要求1所记载的奥氏体不锈钢铸钢，其含有C：0.01～0.10质量％、Si：0.6～1.0质量％、Mn：2.0～2.8质量％、N：0.1～0.4质量％。
3.如权利要求1或2中记载的奥氏体不锈钢铸钢，其含有Cr：18.0～24.0质量％、Ni：8.0～15.0质量％、Nb：0.2～0.7质量％。
4.奥氏体不锈钢铸钢，其铁素体相的体积率为0.1～5.0％，所述奥氏体不锈钢铸钢含有C：0.01～0.10质量％、Si：0.6～1.0质量％、Mn：2.0～2.8质量％、N：0.1～0.4质量％、Cr：18.0～24.0质量％、Ni：8.0～15.0质量％、Nb：0.2～0.7质量％，剩余部分为Fe及不可避免的杂质。
5.如权利要求1～4中的任一项记载的奥氏体不锈钢铸钢，其通过从1150～1350℃的温度范围，以30℃/分以上的冷却温度，冷却到600～800℃的温度范围来得到。
6.阀，其是使用权利要求1～5中的任一项记载的奥氏体不锈钢铸钢而形成得到。
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