CN103993238B

CN103993238B - 一种低镍奥氏体不锈钢

Info

Publication number: CN103993238B
Application number: CN201410264396.0A
Authority: CN
Inventors: 李伟; 周凯文; 曾光前; 吴枝峰
Original assignee: Special Stainless Steel Casting Of Sichuan Farad Co Ltd
Current assignee: Special Stainless Steel Casting Of Sichuan Farad Co Ltd
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-06-13
Also published as: CN103993238A

Abstract

本发明涉及冶金领域，特别涉及一种低镍奥氏体不锈钢。该低镍奥氏体不锈钢，以质量百分比计含有C:0.08％以下,Si：1.0％以下，Mn：1.5％以下，Ni：5-8％，Cr：18-21％，N:0.08-0.15％,Al：0.1％以下，P:0.045％以下，S:0.04％以下，余量为Fe。本发明提供的低镍奥氏体不锈钢相比现有的材料，其常温抗拉强度和蠕变强度均提高了约80MPa，同时，还降低了晶间腐蚀敏感性，提高了耐蚀性能，尤其提高了耐点蚀性能；且材料中含镍量下降了35％以上，减少了镍的浪费，利于资源的更有效利用。

Description

一种低镍奥氏体不锈钢

技术领域

本发明涉及冶金领域，特别涉及一种低镍奥氏体不锈钢。

背景技术

以304为代表的一大批18-8系奥氏体不锈钢占世界不锈钢总产量的70％以上，这种奥氏体不锈钢具有较好的耐氧化性、耐酸介质的腐蚀性，且无磁性，具有高韧性和塑性。这种不锈钢主要是以较高含量的Cr元素来保证材料本身的耐蚀性能，通过较低的C元素来避免碳化铬造成贫铬层而引起的晶间腐蚀，通过一定量的镍元素来形成稳定的奥氏体组织；一般碳含量在1.5％以下，铬元素在18％以上，且镍元素在8％以上。

但是，较低的强度(一般在500MPa左右)和屈服强度(一般在250-300MPa)使零件使用时必须依靠更大的壁厚或受力面积来达到设计欲度，使产品往往更大、更重，不仅占用空间和运输能力，而且总成本较高。

材料中含镍量较高，达到8％以上的镍元素是很大的浪费，不利于资源的更有效利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低镍奥氏体不锈钢，不仅具有较高的强度，同时含镍量下降了35％以上，减少了镍的浪费。

本发明的目的是这样实现的，一种低镍奥氏体不锈钢，以质量百分比计含有C:0.08％以下,Si：1.0％以下，Mn：1.5％以下，Ni：5-8％，Cr：18-21％，N:0.08-0.15％,Al：0.1％以下，P:0.045％以下，S:0.04％以下，余量为Fe。

进一步，以质量百分比计含有C:0.04-0.08％,Si:0.5％以下，Mn：1.0％以下，Ni：6％以下且在5％以上，Cr:19-20％，N:0.1-0.13％,Al：0.05-0.07％，P:0.28-0.36％，S:0.02以下％，余量为Fe。

进一步，以质量百分比计含有C:0.04-0.08％,Si:0.32-0.38％，Mn：0.8-0.9％，Ni：5-5.5％，Cr:18.15-18.35％，N:0.1-0.13％,Al：0.05-0.07％，P:0.28-0.36％，S:0.01-0.015％，余量为Fe。

进一步，以质量百分比计含有C:0.05-0.06％,Si:0.29-0.37％，Mn：0.81-0.85％，Ni：5.1-5.3％，Cr:18.19-18.33％，N:0.11-0.12％,Al：0.05-0.06％，P:0.28-0.31％，S:0.01-0.014％，余量为Fe。

本发明提供的低镍奥氏体不锈钢相比现有的材料，其常温抗拉强度和蠕变强度均提高了约80MPa，同时，还降低了晶间腐蚀敏感性，提高了耐蚀性能，尤其提高了耐点蚀性能；且材料中含镍量较低，利于资源的更有效利用。

附图说明

图1为304号不锈钢2-1试样的金相图；

图2为本发明实施例提供的一种低镍奥氏体不锈钢1-1试样的金相图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

下面，先详细说明本发明的低镍奥氏体不锈钢中的成分元素的限定理由，另外，在下述说明中，各元素含量的“％”是指“质量％”

C:0.08％以下：

C具有稳定奥氏体相的效果，并且是和N一起形成微细的晶粒内碳氮化物而有助于提高高温强度的元素。为了获得上述效果，可以将C的含量设为0.04％以上。但是，在C的含量过多、特别是在超过0.18％时，在高温环境下使用的过程中会使大量的微细碳氮化物在晶粒内析出，因此妨碍晶内变形而使应力集中向晶界面，从而增大了粗粒HAZ上的脆化裂纹敏感性。而且，在焊接热循环、高温环境下的使用过程中产生大量的晶界碳化物而使晶界附近产生Cr缺乏层，从而有时导致耐腐蚀性下降。因此，将C的含量设为0.08％以下，优选C的含量下限为0.04％，并且优选上限为0.05％。

Si：1.0％以下：

Si具有脱氧作用，并且是能有效提高在高温环境下的耐腐蚀性、耐氧化性的元素。但是，在Si的含量过多、特别是大于1.5％时，会降低奥氏体相的稳定性从而导致蠕变强度和韧性下降。因而，将Si的含量设在1.0％以下。另外，优选Si的含量在0.5％以下。

本发明实施例更优选Si的含量在0.32-0.38％。

另外，不用特别设定Si的含量的下限，但是若Si的含量极少，则不能充分获得脱氧效果，从而使钢的清净度(indexofcleanliness)变差，并且导致制造成本上升。因此，优选Si的含量的下限为0.29-0.37％。

Mn：1.5％以下：

与Si相同，Mn也具有脱氧作用。Mn还能有助于稳定奥氏体相。但是，在Mn的含量过多、特别是在大于2.0％时，会导致脆化，从而使蠕变延展性、韧性下降。因而，将Mn的含量设在1.5％以下。更优选Mn的含量在1.0％以下。

另外，不用特别设定Mn的含量的下限，但是若Mn的含量极少，则不能充分获得脱氧效果，从而使钢的清净度变差，并且导致制造成本上升。因此，优选Mn的含量的下限为0.8-0.9％，本发明中，最优选地，Mn的含量的下限为0.81-0.85％。

Ni：5-8％：

Ni是用于获得奥氏体组织的有效元素，且是用于确保长时间使用时的组织稳定性从而获得期望的蠕变强度的必须元素。通常为了在后述的Cr的含量范围内充分获得上述效果，可以含有6％以上的Ni。本发明实施例反常规技术手段，通过添加部分N元素代替部分镍，不但可以形成稳定的奥氏体组织，而且还可以提高材料的常温抗拉强度和蠕变强度。所以，本发明中，将Ni的含量设为6％以下且在5％以上，优选Ni含量为5-5.5％，更优选Ni含量为5.1-5.3％。

N:0.08-0.15％：

N是能稳定奥氏体的元素，是固溶在矩阵中并且与C同样形成微细的晶粒内碳氮化物，是确保高温下的蠕变强度的必须元素。为了充分获得该效果，需要将N含量设在0.03％以上。另外，N也是对提高耐腐蚀性有效的元素。但是，在N的含量过多、特别是在大于0.35％时，在高温环境下的使用过程中会使大量微细的碳氮化物在晶粒内析出，因此妨碍晶内变形而使应力集中向晶界面，提高了粗粒HAZ上的脆化裂纹敏感性。因而，将N的含量设为0.08-0.15％。优选N的含量0.1-0.13％，更优选N的含量为0.11-0.12％。

Cr：18-21％：

Cr是用于确保高温下的耐氧化性和耐腐蚀性的必须元素，为了获得该效果，可以含有15％以上的Cr。但是，在Cr的含量过多、特别是大于30％时，会使高温下的奥氏体的稳定性下降，导致蠕变强度下降。因而，将Cr的含量设为18-21％。优选Cr的含量为19-20％，另外优选Cr的含量为18.15-18.35％。最优选地，Cr的含量为18.19-18.33％。

另外，考虑到奥氏体相的稳定性、成本，优选将Ni和Cr的含量组合设为Ni：5-5.5％、Cr：18.15-18.35％。

另外，为了确保高温下的奥氏体相的稳定性和较高的耐腐蚀性，优选将Ni和Cr的含量组合设为Ni：5.1-5.3％、Cr：18.19-18.33％。

另外，Cr的含量是18.19-18.33％且Ni的含量是5.1-5.4％的情况下，优选N的含量是0.1-0.13％。该情况下的更优选的N的含量范围是0.11-0.12％。

在其余元素成分含量和常规含量相近的情况下，通过添加0.08-0.15％的氮元素来代替3％左右的镍不但可以形成稳定的奥氏体组织，而且还可以提高约80Mpa的常温抗拉强度和一定的蠕变强度。

Al：0.1％以下：

Al具有脱氧作用，但若添加大量Al会显著影响清净度，使可加工性、延展性下降，特别是在Al的含量以sol.Al(“酸溶Al”)计大于0.03％时，可加工性、延展性明显下降。因而，将Al的含量设在0.1％以下。Al的含量下限没有特别限定，但优选在0.05-0.07％，更优选为0.05-0.06％。

在本发明实施例中，可以将杂质中的P、S的含量分别控制在特定值以下。即、在焊接热循环的过程中、或在之后的高温环境中的使用过程中，上述元素都会在粗粒HAZ的晶界中偏析，使晶界结合力下降，导致在高温环境中使用的过程中在粗粒HAZ上产生脆化裂纹。因而，首先需要将上述元素的含量分别限制为P：0.045％以下、S：0.04％以下。

另外，对于在高温环境中使用含有15～30％的Cr和6～30％的Ni的本发明实施例的奥氏体系不锈钢的过程中在粗粒HAZ上产生的脆化裂纹，在上述元素中S对产生该裂纹的影响最大，P次之。因此为了防止产生该裂纹，可以将P的含量控制在0.045％以下，优选地，P的含量控制在0.28-0.36％，更优选地，P的含量控制在0.28-0.31％。

下面，使用实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不限定于这些实施例。

实施例1:

将具有表1中的1-1所示的化学组成的低镍奥氏体系不锈钢放在电炉里熔解，利用热锻造、热轧的方法进行成形处理。然后，实施加热到1200℃后进行水冷的热处理，之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

另外，表1中的1-1是化学组成在本发明所规定的范围内的钢。

另一方面，2-1是在本发明所规定的条件之外的比较例的现有的304不锈钢。

对比例1：

将具有表1中的2-1所示的化学组成的304不锈钢放在电炉里熔解，利用热锻造、热轧的方法进行成形处理。然后，实施加热到1200℃后进行水冷的热处理，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1中的1-2所示的化学组成的低镍奥氏体系不锈钢放在电炉里熔解，利用热锻造、热轧的方法进行成形处理。然后，实施加热到1200℃后进行水冷的热处理，之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

另外，表1中的1-2是化学组成在本发明所规定的范围内的钢。

另一方面，2-2是在本发明所规定的条件之外的比较例的现有的304不锈钢。

对比例2：

将具有表1中的2-2所示的化学组成的304不锈钢放在电炉里熔解，利用热锻造、热轧的方法进行成形处理。然后，实施加热到1200℃后进行水冷的热处理，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1中的1-3所示的化学组成的低镍奥氏体系不锈钢放在电炉里熔解，利用热锻造、热轧的方法进行成形处理。然后，实施加热到1200℃后进行水冷的热处理，之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

另外，表1中的1-3是化学组成在本发明所规定的范围内的钢。

另一方面，2-3是在本发明所规定的条件之外的比较例的现有的304不锈钢。

对比例3：

将具有表1中的2-3所示的化学组成的304不锈钢放在电炉里熔解，利用热锻造、热轧的方法进行成形处理。然后，实施加热到1200℃后进行水冷的热处理，之后再利用机械加工制作厚20mm、宽50mm、长100mm的钢板。

表1

表2

从以上实验数据可以看出，本配方比起传统的304不锈钢，平均屈服强度上升了13.2％，抗拉强度上升了3.8％，收缩率下降了4.9％，延伸率下降了3.2％，20℃常温冲击值下降了11.5％，-196℃低温冲击值下降了12.6％。

虽然本配方材料的塑性和韧性较304稍微下降了一些，但强度有所上升，并且镍含量下降了36％。

从图1和图2所示的金相来看，本发明实施例提供的低镍奥氏体不锈钢材料的塑性和韧性较304不锈钢的晶粒(铁素体)细小，奥氏体晶粒度基本相当，并且奥氏体含量还有所增加。

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

1.一种低镍奥氏体不锈钢，其特征在于，以质量百分比计含有：

C：0.04-0.08％，Si：0.29-0.38％，Mn：0.8-0.9％，Ni：5-5.5％，Cr：18.15-18.35％，N：0.1-0.13％，Al：0.05-0.07％，P：0.028-0.036％，S：0.01-0.015％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种低镍奥氏体不锈钢，其特征在于，以质量百分比计含有：

C：0.05-0.06％，Si：0.29-0.37％，Mn：0.81-0.85％，Ni：5.1-5.3％，Cr：18.19-18.33％，N：0.11-0.12％，Al：0.05-0.06％，P：0.028-0.031％，S：0.01-0.014％，余量为Fe。