CN110923575B

CN110923575B - 一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢

Info

Publication number: CN110923575B
Application number: CN201911292843.2A
Authority: CN
Inventors: 王刚; 殷群
Original assignee: Shandong Tenda Fasten Technology Co ltd
Current assignee: Shandong Tenda Fasten Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: CN110923575A

Abstract

本发明涉及一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢，其特征在于，各成分按重量百分比设为：C：0.01‑0.04％，Si：0.2‑0.5％，Mn：1.85‑1.95％，0.005≤P≤0.045％，S≤0.005％，Cr：18.1‑18.4％，Ni：8.1‑8.4％，N：0.07‑0.1％，Cu≥1.2％，Mo≤1.0％，余量为Fe。本发明在304不锈钢的基础上，提高Mn和N的含量，降低Ni含量，并且添加Cu金属，另外要控制C、Cr其他元素的含量，本发明的不锈钢产品进行冷变形后，能够具有耐腐蚀、高塑性、高抗氧化性、低磁导率的特性，并且能够获得更高的室温屈服强度和抗拉强度，有效降低了生产成本，且提高了产品质量。

Description

一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢

技术领域

本发明属于不锈钢技术领域，特别涉及一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢。

背景技术

近年来随着我国现代化进程的飞速发展及加入世贸组织后，国内外不锈钢标准件的需求量急剧增加，在家用电器、精密仪器行业不锈钢标准件几乎全部取代了碳钢镀铬或镀锌标准件，在食品、交通、机械、建筑等行业不锈钢标准件的需求也持续上升。随着不锈钢标准件应用的行业、领域越来越多，对不锈钢标准件的要求也越来越高，特别是一些电器、精密仪器行业，要求不锈钢标准件既要保证强度、又要保证低磁导率，同时还需要兼顾经济性。

冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢是在普通的304不锈钢基础上发展而来，为保证标准件的冷变形低磁导率高强度，大多采用高Ni含量304不锈钢，但成本较高。据资料介绍，全世界的Ni产量中约有60％用于生产不锈钢，Ni是比较稀缺且价格昂贵的金属，属于战略物质，往往不锈钢的成本和售价也常随Ni价的涨跌而波动，随着冶金控氮技术的提高，用N来代替Ni稳定奥氏体组织的技术研究越来越深入。

发明内容

本发明提供了一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢，在304不锈钢的基础上，提高Mn和N的含量，降低Ni含量，并且添加Cu金属，另外要控制C、Cr其他元素的含量，本发明的不锈钢产品进行冷变形后，能够具有耐腐蚀、高塑性、高抗氧化性、低磁导率的特性，并且能够获得更高的室温屈服强度和抗拉强度，有效降低了生产成本，且提高了产品质量，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢，各成分按重量百分比设为：

C：0.01-0.04％，Si：0.2-0.5％，Mn：1.85-1.95％，0.005≤P≤0.045％，S≤0.005％，Cr：18.1-18.4％，Ni：8.1-8.4％，N：0.07-0.1％，Cu≥1.2％，Mo≤1.0％，余量为Fe。

进一步的，所述Cu含量控制在1.2％-1.4％。

进一步的，所述奥氏体不锈钢采用冷变形处理，以提高奥氏体不锈钢的性能。

本发明采用上述结构的有益效果是，在304不锈钢的基础上，提高Mn和N的含量，降低Ni含量，并且添加Cu金属，另外要控制C、Cr其他元素的含量，本发明的不锈钢产品进行冷变形后，能够具有耐腐蚀、高塑性、高抗氧化性、低磁导率的特性，并且能够获得更高的室温屈服强度和抗拉强度，有效降低了生产成本，且提高了产品质量。

附图说明

图1为本发明中Md(30)对冷变形后磁导率影响示意图。

图2为本发明的Cr/Ni当量比与杆部磁通率的关系示意图。

图3为本发明的Md(30)与产品成型部位磁通率变化量关系示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1-3所示，一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢，各成分按重量百分比设为：

在本实施例中，因为奥氏体不锈钢是无磁的，但经过冷变形后，发生马氏体转变会产生磁性，通常通过固溶或退火退磁，但强度会降低。因此，为保证强度和磁导率极低，应尽量减少马氏体转变。Md是形变诱发马氏体转变的最高温度，通常以其30％冷变形后产生50％的温度作为标识，即Md(30)，其经验计算公式如下：

Md(30)＝413-9.5(Ni％)-3.7(Cr％)-8.1(Mn％)-9.2(Si％)-18.5(Mo％)-462(C％+N％)

Md点越低，发生形变马氏体转变越难。

另外，根据相图原理及附图2，降低Cr/Ni当量的比值，可以减少原材料中铁素体含量。计算公式：

Cr当量＝Cr％+1.5(Si％)+Mo％+Nb％-4.99

Ni当量＝Ni％+30(C％)+0.5(Mn％)+26(N％-0.02)+2.77

Cr当量/Ni当量<0.9达到单项奥氏体，就不会有磁性了。

C：0.01-0.04％

C通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。但是在奥氏体不锈钢中由于C可与不锈钢中的Cr形成高Cr的Cr₂₃C₆型碳化物，从而导致局部贫Cr，使钢的耐腐蚀性能特别是耐晶间腐蚀性能下降，因此为了防止耐晶间腐蚀性能降低，C元素的含量应不大于0.04％；过低的C会导致钢的耐应力腐蚀性能恶化，其含量应不低于0.01％。

Si：0.2-0.5％

Si元素在奥氏体不锈钢中一般作为脱氧元素添加。Si元素过高会降低钢的耐应力腐蚀性能，因此钢种的Si元素控制在不大于0.5％为宜；同时过低的Si含量要求会导致钢的成本升高，其含量应不低于0.2％。

Mn：1.85-1.95％

Mn和钢种的S结合形成MnS，改善钢的热加工性能；但是过高的Mn会对钢的耐蚀性能造成损害，其含量应不高于1.95％，Mn在不锈钢中也是扩大奥氏体区和稳定奥氏体组织的元素，其作用相当于Ni的1/2，因此，为降低成本，其含量应不低于1.85％。

P：0.005-0.045％

P在奥氏体不锈钢中一般为杂质元素，在奥氏体中的溶解度非常低，过高的P元素会降低钢的耐应力腐蚀性能，因此，控制P含量不大于0.045％，P含量过低会导致钢的成本升高，其含量应不低于0.005％。

S≤0.005％

S在奥氏体不锈钢中一般为杂质元素，过高的S含量会恶化钢的热加工性能和耐腐蚀性能，特别是经过长时间的低温敏化和辐照后，S在晶界偏聚，严重降低钢的耐应力腐蚀性能，因此钢中的S元素应控制在不大于0.005％为宜。

Cr：18.1-18.4％

Cr是提高不锈钢耐腐蚀性的主要元素。过低的Cr含量会导致钢的耐腐蚀性不足，为满足304不锈钢成分要求，Cr不应低于18.1％，但过高会导致成本增加，因此Cr含量不宜超过18.4％。

Ni：8.1-8.4％

Ni在奥氏体不锈钢是强烈形成并稳定奥氏体的主要元素，同时也能提高钢的塑韧性和耐腐蚀性能；但是由于金属镍昂贵，在不锈钢中大量加入会极大的提高原材料的成本，因此Ni含量控制在8.1-8.4％，

N：0.07-0.1％

N元素是奥氏体不锈钢的有益合金元素。适量N的加入，在不明显降低材料的塑性和韧性的情况下可以大大提高奥氏体不锈钢的强度；同时氮还可以强烈提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，其有益作用是Cr的30倍。当钢中含N量超过某一定量时，如在奥氏体不锈钢N超过0.15％时，钢的冷热加工和冷成型降低，特别是对冷锻用钢N不宜过高，应适当控制在不大于0.1％，同时为了保证低磁导率，用N来代替Ni来降低马氏体转变的发生，N含量应不小于0.07％

Cu≥1.2％

Cu是稳定和形成奥氏体组织的合金元素，可以显著减低不锈钢的强度和冷加工硬化倾向，改善钢的塑性。

Mo≤1.0％

Mo价格昂贵，在不锈钢中大量加入会极大的提高原材料的成本，且为满足304奥氏体不锈钢的成本要求，Mo应不大于1.0％。

在优选的实施例中，Cu含量控制在1.2％-1.4％。如果Cu含量过高，会导致原材料成本的增加，因此可以将Cu含量应控制在1.2-1.4％。

在优选的实施例中，奥氏体不锈钢采用冷变形处理后可提高奥氏体不锈钢的性能。本发明的奥氏体不锈钢适合冷锻，且冷变形后，耐腐蚀、高塑性、高抗氧化性、低磁导率、更高的室温屈服强度和抗拉强度。

表1：试验奥氏体不锈钢化学成分及冷变形后磁导率

根据上述表格数据分析，可以得知，本方明中的各成分重量百分比是科学合理的，按照本发明中配比制成的奥氏体不锈钢性能优良，成本低。

本发明的奥氏体不锈钢制成螺栓产品后，对本发明产品与普通产品化学成分及磁通率进行了检验见表2，分别测量了螺栓成型后尾端、杆部、S面及六角头部的磁通率、化学成分。

表2:本发明产品和普通产品成分及磁通率对比

从表2中可以说看出，两种产品头部及S面的位置要比尾端、杆部要高。说明头部变形量大，形成的形变马氏体量多，拉伸对形变马氏体的产生影响不大。因此，Cr/Ni当量比能表示出原材料中的铁素体含量，影响的是螺栓成型前整体材料(螺栓成型后杆部)的磁通率；而Md(30)能表示的是形变马氏体的产生的量，影响的是成型后头部和S面的磁通率，为了更直观的反应Cr/Ni当量比对螺栓杆部磁通率的影响，及Md(30)对头部成型磁通率的影响，分别以Cr/Ni当量比、螺栓杆部磁通率和Md(30)、成型部位磁通率变化量(头部磁通率减去杆部磁通率)为参数作图。

而且，从图2可以看出，螺栓杆部磁通率与Cr/Ni当量比是呈正比关系的，杆部磁通率与Cr/Ni当量比的关系为：Y＝98.2-202X+104.6X²

拟合度为：86％其中：Y表示杆部磁通率X表示Cr/Ni当量比

因此，降低螺栓杆部磁通率有效手段为降低Cr/Ni当量比。

从图3可以看出，成型部位磁通率的变化量、头部磁通率与Md(30)也是呈正比关系，因此降低头部磁通率，应降低杆部磁通率即Cr/Ni当量比和Md(30)的值。为保证头部磁通率低于3.0，应保证Md(30)<204，且Cr/Ni当量比<1.02。

综上所述，本发明在304不锈钢的基础上，提高Mn和N的含量，降低Ni含量，并且添加Cu金属，另外要控制C、Cr其他元素的含量，本发明的不锈钢经过冷变形处理后，能够具有耐腐蚀、高塑性、高抗氧化性、低磁导率的特性，并且能够获得更高的室温屈服强度和抗拉强度，有效降低了生产成本，且提高了产品质量。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢，其特征在于，各成分按重量百分比设为：

2.根据权利要求1所述的一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢，其特征在于，所述Cu含量控制在1.2％-1.4％。

3.根据权利要求2所述的一种冷变形低磁导率高强度的奥氏体不锈钢，其特征在于，所述奥氏体不锈钢采用冷变形处理，以提高奥氏体不锈钢的性能。