CN108559918A - 一种无镍奥氏体不锈钢合金及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于不锈钢合金技术领域，具体涉及一种无镍奥氏体不锈钢合金及其加工工艺，所述不锈钢合金包括以下重量百分比组分：C≤0.1％、S≤0.02％、P≤0.02％、Cr 15.0‑18.0％、Mn 20.5‑23.5％、Si 0.1‑0.5％、Mo 1.0‑2.0％、Cu 0.1‑1.0％、N 0.3‑0.5％、V≤0.5％、Nb≤1％、Ba≤0.01％、Mg≤0.01％、稀土元素RE≤0.1％，余量为Fe。该不锈钢合金具有高强度和较好的耐腐蚀性。

Description

一种无镍奥氏体不锈钢合金及其加工工艺
技术领域
本发明属于不锈钢合金技术领域，具体涉及一种无镍奥氏体不锈钢合金及其加工工艺。
背景技术
奥氏体不锈钢一般无磁性，且有良好的焊接性和耐蚀性能，常温下具有稳定的奥氏体组织，晶格类型为面心立方结构。此类不锈钢能耐氧化性酸的腐蚀，如果钢中还含有Mo、Cu等元素，还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。这类不锈钢一般含镍高，镍能抑制铁素体的产生，从而使得在室温下不锈钢的金相组织为奥氏体。但这需要耗费大量的镍元素，而镍是一种稀有的贵重元素，造成奥氏体不锈钢的价格居高不下，且消耗大量的宝贵镍资源。
为了节约宝贵的镍资源，部分奥氏体不锈钢向着节镍型方向发展，通过向此类钢中加入锰元素的同时，加入氮和其它奥氏体形成元素及钼、钛和铌等耐腐蚀元素可较好地代替镍在钢中的作用，氮是强烈的奥氏体形成元素和固溶强化元素，可显著提高奥氏体不锈钢的力学性能，氮合金化能够促进奥氏体不锈钢表面富氮钝化膜的形成，并且抑制碳化物的析出，从而降低钢的晶间腐蚀敏感性。
发明内容
本发明主要提供了一种无镍奥氏体不锈钢合金及其加工工艺，该不锈钢合金具有高强度和较好的耐腐蚀性。其技术方案如下：
一种无镍奥氏体不锈钢合金，其包括以下重量百分比组分：C≤0.1％、S≤0.02％、P≤0.02％、Cr 15.0-18.0％、Mn 20.5-23.5％、Si0.1-0.5％、Mo 1.0-2.0％、Cu 0.1-1.0％、N 0.3-0.5％、V≤0.5％、Nb≤1％、Ba≤0.01％、Mg≤0.01％、稀土元素RE≤0.1％，余量为Fe。
优选的，所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种。
优选的，所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种与镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。
优选的，镧、铈和钇元素中任意一种元素的质量占稀土元素总量小于等于50％，且镧、铈和钇元素中任意两种元素的质量占稀土元素总量大于等于99.7％。
上述无镍奥氏体不锈钢合金的加工工艺，所述工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、冷轧、轧后退火并酸洗步骤。
优选的，所述冶炼具体的为，采用真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃。
优选的，所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度为1050-1200℃，终锻温度为850-1000℃。
优选的，进行热轧时，坯料加热温度为1000-1250℃，开轧温度为1050-1200℃，终轧温度为850-1000℃。
优选的，轧后退火酸洗具体的方法为，钢锻造或热轧或冷轧后退火，退火温度为950-1100℃，保温1-5分钟，随炉冷却到室温后酸洗。
为达到上述目的，本发明各元素成分及其机理如下：
碳：C属于奥氏体形成元素，C固溶于钢中通过固溶强化作用可明显提高奥氏体不锈钢的强度。但碳过高，会与不锈钢中的Cr形成Cr23C6型碳化物，降低不锈钢的耐晶间腐蚀性能。因此，本发明C含量为≤0.1％。
铬：Cr是奥氏体不锈钢中最重要的合金元素，它能促进不锈钢的钝化并使钢保持稳定钝态，提高不锈钢的耐腐蚀性能。但铬含量过高时，加工性能变差且成本偏高。因此本发明Cr含量为15.0-18.0％。
硅:Si在奥氏体不锈钢中可起到耐酸腐蚀性能，但硅含量过高会使钢的延展性变差。因此，本发明Si含量为0.1-0.5％。
锰：Mn是形成且强烈稳定奥氏体组织的合金元素，能降低不锈钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。但锰的加入也会降低钢的韧塑性，因此本发明Mn含量为20.5-23.5％。
铜：Cu是非常弱的奥氏体形成元素，能提高钢的加工成型性和耐蚀性。因此，本发明Cu含量为0.1-1.0％。
铌、钒：Nb和V能稳定奥氏体不锈钢中的碳元素，防止并减少M23C6型碳化物的形成，以达到防止敏化态晶间腐蚀的目的。因此本发明两合金元素分别为Nb≤1％，V≤0.5％。
氮：N是强烈形成、稳定并扩大奥氏体相区的元素。它可以代替部分镍，在奥氏体钢中起到固溶强化作用，且抑制碳化物的析出，显著提高奥氏体不锈钢的强度和改善耐腐蚀性能。因此本发明N的含量为0.3-0.5％。
另外，本发明还加入了镧、铈和钇等稀土元素及钡和镁等碱土金属元素，它们在奥氏体不锈钢中能起到复合微合金化作用：提高钢的强度、改善钢的韧性、提高耐腐蚀性及改善加工性能等。
采用上述方案，本发明具有以下优点：
本发明奥氏体不锈钢合金的力学性能优良，可用于建筑装饰等对材料强度要求高的行业，并可大幅降低原料成本。此外，本发明还具有良好的耐腐蚀性能，其耐蚀性能略高于SUS316L和OCr18Ni12Mo2Ti奥氏体不锈钢，但其成本远低于后两种不锈钢。所以，如果以其取代SUS316L和OCr18Ni12Mo2Ti等奥氏体不锈钢，不仅能降低材料成本，还能提高材料寿命，这对发展节约型社会有重要的意义。
具体实施方式
以下实施例中的实验方法如无特殊规定，均为常规方法，所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
实施例1-14
实施例1-14中无镍奥氏体不锈钢合金的成分见表1所示。不锈钢合金的具体加工工艺如下：
(1)冶炼：真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃；
(2)铸锭或铸锭开坯：采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1050-1200℃，终锻温度控制在850-1000℃；
(3)热轧：坯料加热温度1000-1200℃，开轧温度控制在1050-1200℃，终轧温度控制在850-1000℃；
(4)热轧后退火酸洗：钢锻造或热轧后退火并酸洗，退火温度为950-1100℃，保温1-5分钟，随炉冷却到室温后并酸洗；
(5)冷轧后退火酸洗：冷轧后退火温度为950-1100℃，处理时间为保温1-5分钟，空冷后并酸洗。
本发明不锈钢的力学性能和腐蚀试验等试样均直接从冷轧退火酸洗后的板材上横向取样。
对比例1-3
冶炼SUS316L、OCr18Ni12Mo2Ti和SUS304奥氏体不锈钢，依次标注为对比例1、2、3。对比试验均在与实施例相同的冶炼、锻造、轧制、力学性能测试和腐蚀试验等条件下进行。对比例1-3成分见表1所示。
表1实施例1-14和对比例1-3合金的化学成分(wt％)
性能测定
分别对实施例1-14所述的不锈钢合金和对比例1-3的合金机械性能、耐腐蚀性进行对比试验，具体结果见下表2-4。
表2实施例1-14制备的不锈钢合金和对比例1-3钢号的室温力学性能
表3实施例1-14制备的不锈钢合金和对比例1-3钢号在30℃3.5％(wt.％)NaCl溶液中的点蚀试验
表4实施例1-14制备的不锈钢合金和对比例1-3钢号在沸腾温度5％(wt.％)H2SO4水溶液中的腐蚀速率
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无镍奥氏体不锈钢合金，其包括以下重量百分比组分：C≤0.1％、S≤0.02％、P≤0.02％、Cr 15.0-18.0％、Mn 20.5-23.5％、Si 0.1-0.5％、Mo 1.0-2.0％、Cu 0.1-1.0％、N 0.3-0.5％、V≤0.5％、Nb≤1％、Ba≤0.01％、Mg≤0.01％、稀土元素RE≤0.1％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的无镍奥氏体不锈钢合金，其特征在于：所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的无镍奥氏体不锈钢合金，其特征在于：所述稀土元素为镧、铈、钇元素中的一种或几种与镨、钕、钷、钐中的一种或几种组合而成。
4.根据权利要求3所述的无镍奥氏体不锈钢合金，其特征在于：镧、铈和钇元素中任意一种元素的质量占稀土元素总量小于等于50％，且镧、铈和钇元素中任意两种元素的质量占稀土元素总量大于等于99.7％。
5.一种权利要求1所述的无镍奥氏体不锈钢合金的加工工艺，其特征在于：所述工艺包括冶炼、铸锭或铸锭开坯、热轧、冷轧、轧后退火并酸洗步骤。
6.根据权利要求5所述的无镍奥氏体不锈钢合金的加工工艺，其特征在于：所述冶炼具体的为，采用真空感应炉、电炉与炉外精炼、转炉与炉外精炼中的任一种冶炼除稀土元素以外的其他组分，出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃。
7.根据权利要求5所述的无镍奥氏体不锈钢合金的加工工艺，其特征在于：所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度为1050-1200℃，终锻温度为850-1000℃。
8.根据权利要求5所述的无镍奥氏体不锈钢合金的加工工艺，其特征在于：进行热轧时，坯料加热温度为1000-1250℃，开轧温度为1050-1200℃，终轧温度为850-1000℃。
9.根据权利要求5所述的无镍奥氏体不锈钢合金的加工工艺，其特征在于：轧后退火酸洗具体的方法为，钢锻造或热轧或冷轧后退火，退火温度为950-1100℃，保温1-5分钟，随炉冷却到室温后酸洗。
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