CN104152804A - 一种无镍亚稳奥氏体不锈钢材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无镍亚稳奥氏体不锈钢材料及其制备方法，该材料化学成分以重量百分比计，含有C：0.05～0.10%、Si：0.2～0.5%、Mn：9～11%、Cr：16～17%、N：0.30～0.35%、Mo：0.8～1.5%、P<0.01%、S<0.01%，余量为Fe和不可避免杂质。本发明的无镍亚稳奥氏体不锈钢通过冷加工+退火处理后，材料不仅具有传统无镍亚稳奥氏体不锈钢强度高的特点，同时塑性得到明显提高，可广泛应用于弱腐蚀性环境下的交通、建筑等领域，实现对含贵重金属镍的奥氏体不锈钢（如AISI301等）的替代。

Description

一种无镍亚稳奥氏体不锈钢材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无镍亚稳奥氏体不锈钢材料及其制备方法。

背景技术

奥氏体不锈钢中奥氏体的稳定性随成分的不同而存在差异。当奥氏体组织为亚稳状态时，奥氏体晶粒冷变形后会转变为应变诱导马氏体，这类板条状组织含有高密度的位错和缺陷，为奥氏体逆转变提供了大量形核位置。亚稳奥氏体不锈钢的这一特性在铬镍系和铬锰系不锈钢中普遍存在，在改善材料冷成型性的同时，还大幅度提高了材料强度。以AISI 301、AISI 201 等为代表的亚稳奥氏体不锈钢已经广泛应用于交通、建筑等领域。

传统亚稳奥氏体不锈钢中，诸如AISI 301等铬镍系不锈钢由于添加了大量镍元素导致原材料成本较高，而诸如AISI 201 等铬锰系不锈钢虽然降低了成本，但室温力学性能和耐蚀性偏低。以上因素严重制约了这类钢种的应用和发展。

中国专利CN 101077425 A、CN 102787277 A、CN 1519387 A、CN 102888566 A中公开了无镍奥氏体不锈钢虽然具有优良的力学性能，但由于其氮含量较高，属于高氮稳定奥氏体不锈钢，并不能产生应变诱导马氏体。

中国专利CN 101289729 A公开了一种“无镍亚稳奥氏体不锈钢”，虽然其具有宽广的高强度范围，但延伸率普遍较低（A₅₀<30%），没有表现出良好的综合力学性能。

由此可见，无镍亚稳奥氏体不锈钢需要在保持低成本及高强度等优点的同时，进一步提高塑韧性，以期获得优良的室温综合力学性能，达到拓展其应用领域的目的。

发明内容

本发明旨在提供一种具有优良强韧性的无镍亚稳奥氏体不锈钢材料。本发明还提供了无镍亚稳奥氏体不锈钢材料的制备方法。

本发明提供的一种无镍亚稳奥氏体不锈钢材料，化学成分以重量百分比计，含有碳C：0.05～0.10%、硅Si：0.2～0.5%、锰Mn：9～11%、铬Cr：16～17%、氮N：0.30～0.35%、钼Mo：0.8～1.5%、磷P < 0.01%、硫S < 0.01%，余量为铁Fe和不可避免杂质。

本发明的无镍亚稳奥氏体不锈钢由于不含贵重元素镍，需要通过其它奥氏体化合金元素（诸如氮、锰、碳等）的含量控制和元素配比来得到单相亚稳态奥氏体组织。下面将本发明无镍亚稳奥氏体不锈钢材料的主要化学成分的作用做详细叙述：

氮是一种非常廉价的奥氏体化元素，能够形成、稳定和扩大奥氏体相区。在奥氏体不锈钢中，氮元素的奥氏体化能力是镍元素的20~30倍，可替代镍元素进行奥氏体化。氮的加入可以提高奥氏体不锈钢的强度，同时不会明显降低塑韧性。氮元素还可以提高奥氏体不锈钢的耐缝隙腐蚀、耐晶间腐蚀和点腐蚀性能。为确保氮以间隙原子的形式固溶于奥氏体不锈钢的晶格中，同时保证室温组织为单相亚稳态奥氏体，氮含量应控制在0.30～0.35（wt）%之间。

锰是一种强烈的奥氏体稳定化元素，可提高氮元素在奥氏体不锈钢中的溶解度，形成奥氏体的能力较弱。较高的锰含量是奥氏体不锈钢无镍化的重要特征，同时为了得到亚稳态奥氏体组织，锰含量应控制在9～11（wt）%之间。

铬是奥氏体不锈钢中主要的抗腐蚀性元素，固溶于钢中的铬可显著提高固溶体中的氮含量。由于铬元素会缩小奥氏体相区，为保证耐蚀性，亚稳态奥氏体不锈钢中的铬含量应控制在16～17（wt）%之间。

碳是重要的奥氏体化元素，与氮、锰等其它元素一起作用可确保得到单相奥氏体组织，但碳含量过多会严重影响奥氏体不锈钢的塑性和耐蚀性，因此碳含量应控制在0.05～0.10（wt）%之间。

钼是提高奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的重要元素，可进一步提高钢中的氮含量。钼与氮结合更有利于奥氏体不锈钢的钝化，但含量过多会降低钢的韧性，因此钼含量应控制在0.8～1.5（wt）%之间。

硅是不锈钢中的铁素体形成元素，钢中硅含量应控制在0.2～0.5（wt）%之间。

磷、硫是不锈钢中的有害元素，含量越低越好，应控制在0.01（wt）%以下。

通过研究各化学成分对奥氏体稳定性及材料性能的影响，最终设计出合理的元素配比，得到了亚稳奥氏体结构的无镍不锈钢材料。

本发明提供的无镍亚稳奥氏体不锈钢材料的制备方法，包括以下步骤：

① 采用真空感应炉在氮气保护气氛下进行冶炼；

② 步骤①冶炼出的铸锭在加热炉内加热至期望温度，所述期望温度范围在1200℃～1250℃之间，保温时间100～150分钟；

③ 步骤②完成后，对铸锭进行多道次热轧，终轧温度不低于950℃，热轧态组织为单相奥氏体；

④ 热轧板酸洗后进行变形量为60%～80%的冷轧变形，冷轧态组织为应变诱导马氏体；

⑤ 步骤④轧制出的冷轧板在退火炉内加热至期望温度，所述期望温度范围在700℃～1000℃之间，保温时间3～15分钟，退火态组织为细晶奥氏体；

⑥ 最终得到的无镍亚稳奥氏体不锈钢，冷轧退火态的室温屈服强度为500～800MPa，室温抗拉强度为900～1100MPa，延伸率为30～55%。

所述步骤③中的多道次热轧，具体几道次热轧要视原始铸坯厚度来定。

本发明创造的创新点：本发明的无镍亚稳奥氏体不锈钢通过冷加工+退火处理后，材料不仅具有传统无镍亚稳奥氏体不锈钢强度高的特点，同时塑性得到明显提高，可广泛应用于弱腐蚀性环境下的交通、建筑等领域，实现对含贵重金属镍的奥氏体不锈钢（如AISI 301等）的替代。

本发明的有益效果：

本发明的无镍亚稳奥氏体不锈钢由于不含贵重合金元素镍，因此显著降低了原材料成本；通过冷加工及退火处理得到的细晶奥氏体组织可使材料具有较高的室温强度，室温屈服强度可达到800MPa，室温抗拉强度可达到1100MPa；本发明的无镍亚稳奥氏体不锈钢与其它同类钢种相比，在保持高强度范围的基础上，获得了良好的塑性，延伸率能达到55%。材料可用于生产冷轧带材和冷轧板材。

附图说明

图1是实施例1生产的无镍亚稳奥氏体不锈钢热轧态微观组织照片。

图2是实施例2生产的无镍亚稳奥氏体不锈钢冷轧退火态的微观组织照片。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

本实施例无镍亚稳奥氏体不锈钢的组分与重量百分比含量为：

C：0.11    %，Si：0.21%，Mn：10.01%，P：0.008%，S：0.01%，Cr：16.05%，Mo：1.01%，N：0.33%；

该无镍亚稳奥氏体不锈钢的制备方法为：

①  采用真空感应炉在氮气保护气氛下进行冶炼；采用50kg真空感应炉冶炼不锈钢，

②  步骤①冶炼出的铸锭在加热炉内加热，加热至1210℃保温2.5h；

③  步骤②完成后，对铸锭进行多道次热轧，终轧温度不低于950℃，热轧态组织为单相奥氏体，热轧成4.00mm厚热轧板，具体步骤为：

经过5道次的热轧，道次压下量为25%、30%、33%、33%、20%，开轧温度为1150℃，终轧温度为1000℃。

热轧态微观组织为单相奥氏体组织。详见图1。

④  热轧板酸洗后进行总变形量为80%的冷轧变形，冷轧为0.8mm厚冷轧板，冷轧道次变形量在10%左右，冷轧态组织为应变诱导马氏体；

⑤   步骤④轧制出的冷轧板在退火炉内加热至期望温度，所述期望温度为850℃，保温时间5分钟，水冷至室温，退火态组织为细晶奥氏体。

本实施例最终得到的无镍亚稳奥氏体不锈钢，冷轧退火态的室温屈服强度为745MPa，室温抗拉强度为1013MPa，延伸率为35%。

实施例2：

本实施例无镍亚稳奥氏体不锈钢的组分与重量百分比含量为：

C：0.099%，Si：0.20%，Mn：9.34%，P：0.005%，S：0.007%，Cr：16.43%，Mo：1.24%，N：0.31%；

该实施例无镍亚稳奥氏体不锈钢的制备方法与实施例1的方法基本相同，区别在于：

本实施例采用500kg真空感应炉冶炼不锈钢，铸锭在加热炉内加热至1250℃保温2h，热轧成5.00mm厚热轧板，酸洗后经变形量为80%的多道次冷轧变形得到1.00mm厚冷轧板，冷轧板退火工艺中的退火温度为：800℃，其室温力学性能室温屈服强度R_p0.2、室温抗拉强度R_m、延伸率A₅₀如表1所示。

冷轧退火态的微观组织照片见图2所示。

实施例3：

该实施例的组分、配比与实施例2相同，制备方法与实施例2基本相同，区别在于：冷轧板退火工艺中的退火温度为：900℃，其室温力学性能如表1所示。

实施例4：

该实施例的组分、配比与实施例2相同，制备方法与实施例2基本相同，区别在于：冷轧板退火工艺中的退火温度为：1000℃，其室温力学性能如表1所示。

表1 不同退火工艺下冷轧态板材力学性能

。

Claims (2)

1. 一种无镍亚稳奥氏体不锈钢材料，其特征在于：含有以下重量百分比的化学成分：

C：0.05～0.10%、Si：0.2～0.5%、Mn：9～11%、Cr：16～17%、N：0.30～0.35%、Mo：0.8～1.5%、P < 0.01%、S < 0.01%，余量为Fe和不可避免杂质。

2.一种权利要求1所述的无镍亚稳奥氏体不锈钢材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

①  采用真空感应炉在氮气保护气氛下进行冶炼；

②  步骤①冶炼出的铸锭在加热炉内加热至期望温度，所述期望温度范围在1200℃～1250℃之间，保温时间100～150分钟；

③  步骤②完成后，对铸锭进行多道次热轧，终轧温度不低于950℃，热轧态组织为单相奥氏体；

④  热轧板酸洗后进行变形量为60%～80%的冷轧变形，冷轧态组织为应变诱导马氏体；

⑤  步骤④轧制出的冷轧板在退火炉内加热至期望温度，所述期望温度范围在700℃～1000℃之间，保温时间3～15分钟，退火态组织为细晶奥氏体；

⑥ 最终得到的无镍亚稳奥氏体不锈钢，冷轧退火态的室温屈服强度为500～800MPa，室温抗拉强度为900～1100MPa，延伸率为30～55%。