CN103469095A - 高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料,其各组分的重量百分比为:Cr为12.0~14.0%;Ni为12.0~16.0%;Mo为1.0~3.0%;C为0.04~0.08%;Al为0.1~1.0%;Mn为0.1~1.0%;Si为0.1~1.0%;不可避免的杂质<0.04%;其余为Fe。该材料的冷加工性能和抗拉强度不低于1Cr8Ni9Ti不锈钢丝,而韧性和表面质量比1Cr8Ni9Ti不锈钢丝更加优良,并且对许多无机酸(如:硫酸、硝酸等)、盐类和海水中的耐腐蚀能力比18-8型钢有显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及一种奥氏体不锈钢,特别涉及一种高强度、高韧型的奥氏体不锈钢材料。
背景技术
不锈钢丝材(材料)一般可以分为三种,即奥氏体不锈钢丝、铁素体不锈钢丝和马氏体不锈钢丝。奥氏体不锈钢丝一般是通过大冷形变量来提高其强度性能,比如常见的18-8型系列的1Cr8Ni9Ti不锈钢丝。为了提高抗拉强度,必须减少热处理次数以增大冷形变量,然而,奥氏体不锈钢丝大冷变形后又会诱发合金发生马氏体相变,并形成大量硬而脆的金属间相,从而导致拉制的不锈钢丝材表面质量下降,高强度下的延伸率会很低,特别是不锈钢丝材的韧性下降而脆性增加,给奥氏体不锈钢丝应用的普及和推广使用造成了比较大的困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料,该材料的冷加工性能和抗拉强度不低于1Cr8Ni9Ti不锈钢丝,而韧性和表面质量比1Cr8Ni9Ti不锈钢丝更加优良,且因为合金中钼(Mo)元素的添加,使得合金对许多无机酸(如:硫酸、硝酸等)、盐类和海水中的耐腐蚀能力比18-8型钢有显著提升。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:
高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料,各组分的重量百分比为:
Cr:12.0~14.0%;Ni:12.0~16.0%;Mo:1.0~3.0%;C:0.04~0.08%;Al:0.1~1.0%;Mn:0.1~1.0%;Si:0.1~1.0%;不可避免的杂质<0.04%;其余为Fe。
上述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料,较好的技术方案是,各组分的重量百分比为:
Cr:12.5~13.0%;Ni:13.5~14.5%;Mo:1.5~2.5%;C:0.04~0.06%;Al:0.1~0.8;Mn:0.1~0.8%;Si:0.1~0.8%;不可避免的杂质<0.04%;其余为Fe。
上述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料,更好的技术方案是,各组分的重量百分比为:
Cr:12.5%;Ni:14.0%;Mo:2.0%;C:0.05%;Al:0.3%;Mn:0.20%;Si:0.20%;不可避免的杂质<0.04%;其余为Fe。
上述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料中不可避免的杂质为S和P,其总量不超过0.04%。
上述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料的制备方法,有以下步骤:
a)、按照重量百分比称取合金的各个组分,采用真空感应炉进行熔炼,熔炼工艺为:烘料(10Kw、5分钟)、熔化(80Kw、15~20分钟)、精炼(20~30Kw、20分钟)、精炼后真空度1~2Pa、最后调温浇铸;
b)、真空铸棒经电渣重熔成铸锭,并在柴油炉中加热至1100~1150℃,保温1小时后热锻成棒坯,然后经过热轧成为直径为8mm的盘圆条;
c)、然后将直径8mm的盘圆条经过多次热处理和冷拉加工成所需的成品冷拉丝材,最终的成品丝材采用金刚石钻石模具拉制。
本发明的高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料丝材,其成分组成与1Cr8Ni9Ti不锈钢相比,降低了成分中的铬(Cr)和碳(C)元素含量,去除了其中的钛(Ti)元素,同时增加了镍(Ni)元素和钼(Mo)元素。
降低铬(Cr)和碳(C)元素含量可有效改善合金的晶间腐蚀性能,减少碳化物析出,改善合金丝材的表面质量;去除钛(Ti)元素,可有效减少在大冷形变下析出硬脆相,从而改善丝材的表面质量,丝材表面及横截面形貌见图1、图2所示;增加镍(Ni)元素含量,可有效扩展合金的奥氏体相,使得合金性能更加稳定,同时也可有效改善合金的力学性能,提高合金丝材的韧性固溶态金相组织见图3所示;增加钼(Mo)元素,可有效提高合金的耐腐蚀性能,特别是对各种无机酸、有机酸、碱和盐类的耐腐蚀性及耐点蚀性显著增强,并可提高合金的耐高温性能。
本发明所述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料,具有良好的冷热塑性,可进行高达99%以上大冷形变量的加工,该材料在大冷形变下具有高达2500MPa的抗拉强度,同时还可保持2~3%左右的延伸率,此时合金的内部已经变为一种纤维态组织,合金冷形变下的显微组织见图4所示,本发明所述的高强度、高韧性不锈钢材料,可通过冷形变量的调整来控制最终成品冷拉丝材的力学性能,且丝材的表面质量和韧性良好,使其能够满足较大范围内的使用要求。
本发明所述高强度、高韧性、耐腐蚀奥氏体不锈钢材料所加工出的成品丝材,其最后一道次的冷形变量控制,根据元件实际使用的力学性能要求来确定。
本发明所述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料的主要性能如下:
1.合金棒材(固溶状态)的力学特性:
1)抗拉强度:σb≥520MPa;
2)屈服强度:σ0.2≥205MPa;
3)断后伸长率:δ5≥40%;
4)断面收缩率:Ψ≥60%;
5)硬度:HB≤187。
2.合金丝材(冷拉状态)的力学特性:
抗拉强度σb:1400MPa~2500MPa。
3.合金(固溶状态)的冲击韧性:
冲击韧性αKU≥3500(KJ/m2)。
附图说明
图1为本发明所述合金丝材表面形貌;
图2为本发明所述合金丝材横截面形貌;
图3为本发明所述合金固溶态显微组织;
图4为本发明所述合金冷形变态显微组织。
具体实施方式
实施例1至5的高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料各组分的配比见表1:
表1高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料各组分的配比(以下为重量百分含量)
实施例 | Ni | Cr | Mo | Si | Mn | Al | C | S | P | Fe |
1 | 12.20 | 12.00 | 1.50 | 0.15 | 0.15 | 0.20 | 0.041 | 0.01 | 0.01 | 余量 |
2 | 13.50 | 12.50 | 2.10 | 0.32 | 0.30 | 0.30 | 0.050 | 0.01 | 0.01 | 余量 |
3 | 13.95 | 13.00 | 1.95 | 0.40 | 0.40 | 0.36 | 0.063 | 0.01 | 0.01 | 余量 |
4 | 14.70 | 13.92 | 2.93 | 0.30 | 0.50 | 0.46 | 0.071 | 0.01 | 0.01 | 余量 |
5 | 15.50 | 13.47 | 2.32 | 0.23 | 0.22 | 0.35 | 0.078 | 0.01 | 0.01 | 余量 |
分别取表1中各组分,采用真空感应熔炼炉进行熔炼,a)熔炼的工艺为:烘料(10Kw、5分钟)、熔化(80Kw、15~20分钟)、精炼(20~30Kw、20分钟)、精炼后真空度1~2Pa、最后调温浇铸;b)、真空铸棒经电渣重熔成铸锭,并在柴油炉中加热至1100~1150℃,保温1小时后热锻成棒坯,然后经过热轧成为直径为8mm的盘圆条;c)、然后将直径8mm的盘圆条经过多次热处理和冷拉加工成所需的成品冷拉丝材,最终的成品丝材采用金刚石钻石模拉制。
实施例1所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试,主要性能如下:
1.合金棒材(固溶状态)的力学特性:
固溶工艺:1050℃×30分钟+水淬
1)抗拉强度:σb=525MPa;
2)屈服强度:σ0.2=210MPa;
3)断后伸长率:δ5=50%;
4)断面收缩率:Ψ=80%;
5)硬度:HB=135。
2.合金丝材(冷拉状态)的力学特性:
冷形变量(80.0%)时的抗拉强度:σb=1400MPa;
冷形变量(95.0%)时的抗拉强度:σb=2000MPa;
3.合金(固溶状态)的冲击韧性:
冲击韧性αKU≥3600(KJ/m2)。
实施例2所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试,主要性能如下:
1.合金棒材(固溶状态)的力学特性:
固溶工艺:1050℃×30分钟+水淬
1)抗拉强度:σb=530MPa;
2)屈服强度:σ0.2=215MPa;
3)断后伸长率:δ5=50%;
4)断面收缩率:Ψ=78%;
5)硬度:HB=145。
2.合金丝材(冷拉状态)的力学特性:
冷形变量(90.0%)时的抗拉强度:σb=1700MPa。
冷形变量(95.0%)时的抗拉强度:σb=2100MPa。
3.合金(固溶状态)的冲击韧性:
冲击韧性αKU≥3600(KJ/m2)。
实施例3所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试,主要性能如下:
1.合金棒材(固溶状态)的力学特性:
固溶工艺:1050℃×30分钟+水淬
1)抗拉强度:σb=540MPa;
2)屈服强度:σ0.2=230MPa;
3)断后伸长率:δ5=55%;
4)断面收缩率:Ψ=78%;
5)硬度:HB=155。
2.合金丝材(冷拉状态)的力学特性:
冷形变量(90.0%)时的抗拉强度:σb=1900MPa。
冷形变量(95.0%)时的抗拉强度:σb=2250MPa。
3.合金(固溶状态)的冲击韧性:
冲击韧性αKU≥3500(KJ/m2)。
实施例4所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试,主要性能如下:
1.合金棒材(固溶状态)的力学特性:
固溶工艺:1050℃×30分钟+水淬
1)抗拉强度:σb=545MPa;
2)屈服强度:σ0.2=230MPa;
3)断后伸长率:δ5=58%;
4)断面收缩率:Ψ=75%;
5)硬度:HB=155。
2.合金丝材(冷拉状态)的力学特性:
冷形变量(90.0%)时的抗拉强度:σb=2100MPa。
冷形变量(95.0%)时的抗拉强度:σb=2300MPa。
3.合金(固溶状态)的冲击韧性:
冲击韧性αKU≥3500(KJ/m2)。
实施例5所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试,主要性能如下:
1.合金棒材(固溶状态)的力学特性:
固溶工艺:1050℃×30分钟+水淬
1)抗拉强度:σb=550MPa;
2)屈服强度:σ0.2=235MPa;
3)断后伸长率:δ5=55%;
4)断面收缩率:Ψ=70%;
5)硬度:HB=155。
2.合金丝材(冷拉状态)的力学特性:
冷形变量(90.0%)时的抗拉强度:σb=2200MPa。
冷形变量(95.0%)时的抗拉强度:σb=2400MPa。
3.合金(固溶状态)的冲击韧性:
冲击韧性αKU≥3500(KJ/m2)。
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