CN103924160B - 无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数控制方法 - Google Patents

Abstract

一种无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数控制方法，它按照下述步骤进行：a.确定奥氏体铸造不锈钢中形成铁素体元素Cr、Si、Mo的取值控制范围及形成奥氏体元素C、Mn的取值控制范围；b.由公式：GrE=a%Cr+b%Mo+1.5×c%Si+0.5d%Nb中求出GrE；c.按照奥氏体铸造不锈钢的磁导率μ取值确定铁素体最大允许百分比量F%；d.由谢夫列尔组织图中找出铸造奥氏体不锈钢中镍当量最小控制值NiE；e.由公式NiE=e%Ni+30×m%C+0.5×n%Mn中求出镍元素值。该方法可在满足奥氏体铸造不锈钢化学成分标准的前提下减少昂贵的Ni用量，控制Cr用量，生产出μ≤2.0的奥氏体铸造不锈钢。

Description

无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数控制方法

技术领域

本发明涉及一种不锈钢生产技术，特别是无磁奥氏体铸造不锈钢各主要化学元素质量分数的控制方法，属金属材料技术领域。

背景技术

奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，一些仪表产品或某些特殊行业的奥氏体铸造不锈钢要求磁导率μ≤2.0。通常α、δ铁素体为碳在铁中的间隙固溶体，室温为体心立方晶格，磁性为铁磁性有磁的；马氏体是碳在α铁中过饱合固溶体，磁性为铁磁性有磁的；奥氏体是在γ铁中间隙固溶体，室温组织为面心立方晶格，磁性为顺磁性无磁的。在国内外现行标准中铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双向不锈钢、沉淀硬化不锈钢是铁磁性有磁的，而奥氏体铸造不锈钢在常温下一般具有单一的奥氏体组织，是顺磁无磁性的或弱磁性。但在铸造过程中，由于熔炼时合金含量不同、成份偏析等因素往往会在奥氏体基体上产生其它相，如奥氏体(γ相)的同素异性体(铁素体)，铁素体的出现及量的多少势必影响奥氏体铸造不锈钢磁导率的大小，当铁素体的量较多时，会导致奥氏体铸造不锈钢的磁导率μ﹥2.0，同时铁素体的出现会给奥氏体铸造不锈钢的性能在某些场合下会带来不利影响。奥氏体铸造不锈钢的化学元素包括C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo，其中主要元素Cr≥16％、Ni≥8％，且低碳，Ni是形成奥氏体的元素，Ni含量的增加有利于降低奥氏体不锈钢的磁导率，但是Ni的价格昂贵，增加Ni的含量奥氏体铸造不锈钢的成本会大大提高。按照标准，不同牌号的奥氏体铸造不锈钢都规定了其化学成分的取值范围。在满足标准的前提下，通过优化设计精确控制奥氏体铸造不锈钢各化学元素质量分数，是保证奥氏体铸造不锈钢的磁导率μ≤2.0的重要因素。此外，在满足标准且满足μ≤2.0的条件下，尽量减少昂贵的Ni元素用量，同时控制主要合金Cr用量，降低奥氏体铸造不锈钢的成本，是业内人士研究的重要课题。

发明内容

本发明用于提供一种无磁奥氏体铸造不锈钢化学元素质量分数的控制方法，采用该方法可以在满足标准要求的前提下实现奥氏体铸造不锈钢的磁导率μ≤2.0，同时还可以减少昂贵的Ni元素和Cr元素用量。

本发明所称问题是以下述技术方案解决的：

一种无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数控制方法，它按照下述步骤进行：

a.根据不锈钢化学成分标准要求的奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数，确定奥氏体铸造不锈钢中形成铁素体元素Cr、Si、Mo、Nb的取值控制范围及形成奥氏体元素C、Mn的取值控制范围；

b.由步骤a中确定的Cr、Si、Mo、Nb元素取值范围内分别取Cr元素取值a、Si元素取值b、Mo元素取值c、Nb元素取值d，代入经验公式：CrE＝a％+b％+1.5×c％+0.5d％中求出铬当量值CrE；

c.依据经大量试验数据分析归纳得出的铁素体与磁导率的关系经验曲线，按照奥氏体铸造不锈钢的磁导率μ取值确定铁素体最大允许百分比量F％；

d.根据b步骤求出的铬当量值CrE和c步骤确定的铁素体最大允许百分比量F％，由谢夫列尔组织图中找出铸造奥氏体不锈钢中镍当量最小控制值NiE；

e.由步骤a中确定的C、Mn元素取值范围内分别取C元素值m、Mn元素值n，代入经验公式NiE＝e％+30×m％+0.5×n％中求出镍元素值e。

上述无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数控制方法，所述a步骤中奥氏体铸造不锈钢中形成铁素体元素Cr、Si、Mo的取值控制范围如下确定：Cr的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的下限值至1.04倍下限值；Si的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的0.5-0.7倍上限值；Mo的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的下限值至1.1倍下限值。

上述无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数控制方法，所述a步骤中奥氏体铸造不锈钢中形成奥氏体元素C、Mn的取值控制范围如下确定：C的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的0.70倍上限值至上限值；Mn的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的0.6倍上限值至上限值。

本发明针对解决降低奥氏体铸造不锈钢的磁导率问题，提出了一种奥氏体铸造不锈钢各化学元素质量分数控制。该方法基于长期研究、反复试验找出了奥氏体铸造不锈钢中铁素体含量与磁导率的关系曲线，利用该曲线确定磁导率μ≤2.0时奥氏体铸造不锈钢中的铁素体控制量；进而综合考虑各合金的作用，在满足标准的前提下给出形成铁素体的Cr、Si、Mo等主要化学元素的控制范围和形成奥氏体C、Mn等主要元素的控制范围；进一步依据谢夫列尔组织图和经验公式计算出奥氏体铸造不锈钢在磁导率μ≤2.0时镍Ni元素的控制下限。采用该方法优化设计奥氏体铸造不锈钢各主要化学元素质量分数，可在满足奥氏体铸造不锈钢化学成分标准的前提下减少昂贵的Ni元素用量，同时控制主要合金Cr用量，并生产出μ≤2.0时奥氏体铸造不锈钢。

附图说明

图1为铁素体与磁导率的关系曲线图；

图2为谢夫列尔组织图(schaefferdiagram图)。

具体实施方式

按照不锈钢化学成分标准要求，不同牌号的奥氏体铸造不锈钢主要化学元素都有其规定的质量分数控制范围，本发明针对一些奥氏体铸造不锈钢对磁导率的特殊要求，在符合标准要求的前提下优化奥氏体铸造不锈钢各化学元素质量分数范围，使其达到磁导率μ≤2.0。同时考虑到奥氏体铸造不锈钢的制造成本，在满足标准要求且满足μ≤2.0的条件下尽可能的减少昂贵的镍Ni元素用量。以下以ASTMA351CF8M奥氏体铸造不锈钢为例，结合附图对本发明方法予以详述。

ASTMA351CF8M奥氏体铸造不锈钢的化学成分标准要求为C≤0.08％；Si≤1.50％；Mn≤1.50％；P≤0.04％；S≤0.04％；Ni9.00-12.00％；Cr18.00-21.00％；Mo2.00-3.00％。其主要化学元素中形成铁素体元素为Cr、Si、Mo，形成奥氏体元素为Ni、C、Mn。由于铁素体为铁磁性，奥氏体为顺磁无磁性，所以降低奥氏体铸造不锈钢的磁导率需要降低其铁素体含量，提高奥氏体含量，而降低铁素体含量则应控制形成铁素体元素。本发明方法的第一步是确定奥氏体铸造不锈钢中形成铁素体元素Cr、Si、Mo的取值控制范围及形成奥氏体元素C、Mn的取值控制范围，其原则为：将形成铁素体的元素控制在接近标准的下限值，将形成奥氏体的元素控制在接近标准的上限值，此外还要考虑到化学元素的脱氧性能、冶炼波动等因素的影响。形成铁素体元素Cr、Si、Mo的取值控制范围如下确定：Cr的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的下限值至1.04倍下限值；Si的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的0.5-0.70倍上限值(由于Si具有脱氧作用，故Si元素的控制量不宜过低)；Mo的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的下限值至1.1倍下限值。形成奥氏体元素C、Mn的取值控制范围如下确定：C的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的0.70倍上限值至上限值；Mn的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的0.60倍上限值至上限值。由此，确定ASTMA351CF8M奥氏体铸造不锈钢主要化学元素控制范围为：C0.56-0.08％，Si0.75-1.05％，Mo2.00-2.20％，Cr18.00-18.72％；Mn0.9-1.5％。

本发明方法的第二步是求出铬当量值CrE。由第一步中确定的Cr、Si、Mo等元素取值范围内分别取值，代入经验公式：CrE＝a％+b％+1.5×c％+0.5d％中。本例对于ASTMA351CF8M奥氏体铸造不锈钢，Cr元素取值a为18.5，Mo元素取值b为2.18，Si元素取值c为0.75。则由经验公式：CrE＝18.5％+2.18％+1.5×0.75％+0.5×0＝21.81％。

本发明的第三步是根据铁素体与磁导率的关系曲线图，按照奥氏体铸造不锈钢的磁导率μ取值确定铁素体最大允许百分比量F％。铁素体与磁导率的关系曲线图是本发明经过大量的试验数据分析归纳总结而得出的。参看图1，若实现不锈钢的磁导率μ≤2.0，则铁素体在奥氏体不锈钢中含量≤10％，即当磁导率μ＝2.0时铁素体最大允许百分比量为10％。

本发明方法第四步是将已求出的铬当量值CrE和第三步确定的铁素体最大允许百分比量F％，由谢夫列尔组织图中找出铸造奥氏体不锈钢中镍当量最小控制值NiE。参看图2，根据计算的CrE＝21.81％，磁导率μ＝2.0时铁素体在奥氏体不锈钢中含量＝10％的条件，由谢夫列尔组织图中查出NiE值为12.3％。

本发明方法的第五步是根据NiE值由经验公式NiE＝e％+30×m％+0.5×n％中求出镍元素值。由第一步中所确定的ASTMA351CF8M奥氏体铸造不锈钢中奥氏体形成元素控制范围C0.056-0.08％、Mn0.9-1.5％取值，C元素取值m为0.065，Mn元素取值n为0.90，则由经验公式12.3％＝e％+30×0.065％+0.5×0.90％得出：Ni＝9.9％(此值是在前几步已经确定其它化学元素质量分数的基础上保证磁导率μ＝2.0时镍元素的最小取值)。

经过上述五个步骤得出ASTMA351CF8M奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数为C0.65％；Si0.75％；Mn0.90％；P≤0.04％；S≤0.04％；Ni9.9％；Cr18.50％；Mo2.20％，按上述质量分数可以保证ASTMA351CF8M奥氏体铸造不锈钢在尽量减少Ni用量的同时保证μ＝2.0。

以下提供按照本发明方法确定的几种无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数值的实施例。

Claims (3)

1.一种无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数控制方法，其特征在于它按照下述步骤进行：

a.根据不锈钢化学成分标准要求的奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数，确定奥氏体铸造不锈钢中形成铁素体元素Cr、Si、Mo、Nb的取值控制范围及形成奥氏体元素C、Mn的取值控制范围；

b.由步骤a中确定的Cr、Si、Mo、Nb元素取值范围内分别取Cr元素取值a、Si元素取值b、Mo元素取值c、Nb元素取值d，代入经验公式：CrE=a%+b%+1.5×c%+0.5d%中求出铬当量值CrE；

c.依据经大量试验数据分析归纳得出的铁素体与磁导率的关系经验曲线，按照奥氏体铸造不锈钢的磁导率μ取值确定铁素体最大允许百分比量F%；

d.根据b步骤求出的铬当量值CrE和c步骤确定的铁素体最大允许百分比量F%，由谢夫列尔组织图中找出铸造奥氏体不锈钢中镍当量最小控制值NiE；

e.由步骤a中确定的C、Mn元素取值范围内分别取C元素值m、Mn元素值n，代入经验公式NiE=e%+30×m%+0.5×n%中求出镍元素值e。

2.根据权利要求1所述的无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数控制方法，其特征在于：所述a步骤中奥氏体铸造不锈钢中形成铁素体元素Cr、Si、Mo的取值控制范围如下确定：Cr的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的下限值至1.04倍下限值；Si的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的0.5-0.7倍上限值；Mo的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的下限值至1.1倍下限值。

3.根据权利要求2所述的无磁奥氏体铸造不锈钢主要化学元素质量分数控制方法，其特征在于：所述a步骤中奥氏体铸造不锈钢中形成奥氏体元素C、Mn的取值控制范围如下确定：C的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的0.70倍上限值至上限值；Mn的取值控制范围为不锈钢化学成分标准中的0.60倍上限值至上限值。