CN103993133B - 一种提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法及产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金领域，特别涉及一种提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法及产品。该提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法，包括：将奥氏体型低温钢熔炼成钢水后，加入金属氮化物。本发明的目的在于提供一种适合所有奥氏体型低温钢的提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法及产品，通过该方法能够提高奥氏体型低温钢的屈服强度和抗拉强度，同时还可以提高延伸率和收缩率，尤其能够提高-196℃下的抗冲击值。

Description

一种提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法及产品

技术领域

本发明涉及冶金领域，特别涉及一种提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法及产品。

背景技术

在普通奥氏体不锈钢的性能要求基础上，增加了-196℃甚至更低温度的低温冲击要求的深冷钢是低温钢领域内广泛使用的一种材料。按传统的做法就是将镍含量控制在中上行业要求的中上限，这样虽然也可以达到该低冲要求，但钢的强度却严重下降，而且据测试，这样的深冷钢抗拉强度低于490Mp，而国家标准却要求485Mp以上，这使得成本上升的同时，强度又不能达到普通不锈钢的标准要求。为了解决这一问题，德国标准中1.4308牌号不得不将抗拉强度标准降低到440Mp。

为提高奥氏体不锈钢的低温性能，特别是低于-196℃的低温冲击性能，人们在材质设计时增加了镍含量来稳定奥氏体区，使其在低温时不产生明显的脆化。

但是，镍是一种稀有资源，且价格昂贵，我国每年都要靠进口大量的镍才能基本满足生产需要，这种靠增加镍元素来提高保证低温性能的方法造成成本增加。同时，镍的提高会在相同条件下造成铸钢强度的下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合所有奥氏体型低温钢的提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法及产品，通过该方法能够提高奥氏体型低温钢的屈服强度和抗拉强度，同时还可以提高延伸率和收缩率，尤其能够提高-196℃下的抗冲击值。

本发明的目的是这样实现的，一种提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法，包括：将奥氏体型低温钢熔炼成钢水后，加入金属氮化物。

其中，所述金属氮化物优选为氮化铬。

所述金属氮化物的加入量为所述奥氏体型低温钢总量的1-1.75％。

镍当量＝Ni+30(C+N)+0.5Mn(％)与铬当量＝Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb(％))一起组成了不锈钢组织状态图，既著名的Schaeffler通用状态图，在该状态图中，横坐标为铬当量，竖坐标为镍当量，人们通过计算不锈钢材料中的镍当量和铬当量后，可以在图上清晰地知道此时不锈钢的形成组织及其所占比列。在镍当量计算公式中，氮含量在促进奥氏体组织的作用中是镍当量30倍。

本发明提供的方法，是通过微合金化来提高深冷钢的低温性能。因为，与其它低温钢脆断机理不同，不锈钢低温下无明显的韧-脆转变温度区间，此时的断裂主要取决于奥氏体组织的稳定性及百分含量，而氮元素在促进奥氏体的作用中是镍的30倍，0.1％的氮元素即可以达到3％的镍元素作用。

并且大部分的氮元素固溶于奥氏体中会产生晶格畸变，使强度上升，而少量氮元素均匀散布在晶界，起到钉耙作用，使晶界滑移更加困难，因此能够使低温冲击韧性进一步提高。

通过该方法，奥氏体型低温钢强度能够达到580Mpa以上，零下196℃的低温冲击韧性能够达到200焦耳以上，而全部合金元素均在标准要求的低限，同时该方法适用于所有奥氏体型低温钢。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子对本发明做进一步的详细描述。

一种提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法，包括：将奥氏体型低温钢熔炼成钢水后，加入金属氮化物。

其中，所述金属氮化物优选为氮化铬。

所述金属氮化物的加入量为所述奥氏体型低温钢总量的1-1.75％。

镍当量＝Ni+30(C+N)+0.5Mn(％)与铬当量＝Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb(％))一起组成了不锈钢组织状态图，既著名的Schaeffler通用状态图，在该状态图中，横坐标为铬当量，竖坐标为镍当量，人们通过计算不锈钢材料中的镍当量和铬当量后，可以在图上清晰地知道此时不锈钢的形成组织及其所占比列。在镍当量计算公式中，氮含量在促进奥氏体组织的作用中是镍当量30倍。

本发明提供的方法，是通过微合金化来提高深冷钢的低温性能。因为，与其它低温钢脆断机理不同，不锈钢低温下无明显的韧-脆转变温度区间，此时的断裂主要取决于奥氏体组织的稳定性及百分含量，而氮元素在促进奥氏体的作用中是镍的30倍，0.1％的氮元素即可以达到3％的镍元素作用。

并且大部分的氮元素固溶于奥氏体中会产生晶格畸变，使强度上升，而少量氮元素均匀散布在晶界，起到钉耙作用，使晶界滑移更加困难，因此能够使低温冲击韧性进一步提高。

通过该方法，奥氏体型低温钢强度能够达到580Mpa以上，零下196℃的低温冲击韧性能够达到200焦耳以上，而全部合金元素均在标准要求的低限，同时该方法适用于所有奥氏体型低温钢。

实施例1:

将具有表2中的2-1所示的化学组成的奥氏体低温钢放在电炉里熔炼成钢水后加入氮化铬，其中，氮化铬的含量为奥氏体型低温钢总量的1％。之后直接浇注，进行水冷的热处理之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

对比例1：

将具有表1中的1-1所示的化学组成的奥氏体低温钢放在电炉里熔解，之后直接浇注，进行水冷的热处理之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

实施例2:

将具有表2中的2-2所示的化学组成的奥氏体低温钢放在电炉里熔炼成钢水后加入氮化铬，其中，氮化铬的含量为奥氏体型低温钢总量的1.5％。之后直接浇注，进行水冷的热处理之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

对比例2：

将具有表1中的1-2所示的化学组成的奥氏体低温钢放在电炉里熔解，之后直接浇注，进行水冷的热处理之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

实施例3:

将具有表2中的2-3所示的化学组成的奥氏体低温钢放在电炉里熔炼成钢水后加入氮化铬，其中，氮化铬的含量为奥氏体型低温钢总量的1.75％。之后直接浇注，进行水冷的热处理之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

对比例3：

将具有表1中的1-3所示的化学组成的奥氏体低温钢放在电炉里熔解，之后直接浇注，进行水冷的热处理之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

其中，对比例1、2中都是奥氏体不锈钢，熔炼成钢水，先直接将该钢水进行浇注，得到的试样，而实施例1、2均是将奥氏体不锈钢熔炼成钢水之后，给其中加入不同量的氮化铬之后，浇注得到的试样，所以，Cr含量有一定的上升。

为排除Cr对结果的影响，故增加了1-3和2-3试样，既在1-3试样浇注后添加金属铬后浇注得到2-3试样。

第一组试样化学成分如表1：

第二组试样化学成分如表2：

试验结果如下表：

从以上对比结果来看，Cr含量的增加对强度的影响有限，对低温韧性甚至产生了一定的不利影响，而加入0.105％-0.119％的N元素后，屈服强度上升了44-72MPa，抗拉强度上升了45-63MPa，延伸率上升了0％-7％，收缩率上升了5％-12％，零下196℃的冲击值(V型槽口)上升了116.7-130J。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法，其特征在于，包括：

将奥氏体型低温钢熔炼成钢水后，加入金属氮化物；

所述金属氮化物为氮化铬；

所述金属氮化物的加入量为所述奥氏体型低温钢总量的1-1.75％；

所得奥氏体深冷钢中的氮含量为0.007-0.128％。

2.根据权利要求1所述的一种提高奥氏体深冷钢强度和低温韧性的方法，其特征在于：

所述金属氮化物的加入量为所述奥氏体型低温钢总量的1.2-1.5％。

3.根据权利要求1所述的一种奥氏体深冷钢，其特征在于：

所得奥氏体深冷钢中的氮含量为0.008-0.126％。