CN113215489A - 一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢及其拉伸制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，由以下元素组成：C、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、N、Mn，余量为Fe和不可避免的杂质，经拉伸制备试验，得到Mn含量为5.5％～6.5％时的中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢以及Mn含量为8.5％～9.5％的高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，且应变速率0.005～0.5s‑1范围内，抗拉强度和强塑积均随温度上升而下降，中锰型不锈钢于0.5s‑1/350℃时具有最大抗拉强度1296.30MPa，及最大强塑积81.83GPa/％，高锰型不锈钢于0.5s‑1/350℃时具有最大抗拉强度1237.86MPa，及最大强塑积86.03GPa/％，均具备优秀的高温力学性能，同时具有较高强塑积，表现为高强度高塑性。
Description
技术领域
本发明涉及冶金制造技术领域，特别是一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢及其拉伸制备方法。
背景技术
高Mn节Ni型不锈钢是一种通过廉价奥氏体稳定化元素Mn代替昂贵Ni元素来稳定奥氏体相的材料，其中Mn元素能提高N在钢中的溶解度，有效的获得两相平衡组织。Ni元素是一种贵重的稀有元素，且属于战略资源，导致近年来价格逐年攀升，且Ni元素具有潜在致敏性，对生物具有致畸，致癌等危害，高Mn节Ni型不锈钢则不仅可以有效提高不锈钢使用安全性，而且可有利于降低生产成本，提高经济效益。
因此以Mn代Ni节镍型不锈钢材料已成为现有研究热点，但在高温力学性能方面仍有欠缺，本文中的18Cr高Mn节镍型不锈钢，在高温下具有优异的力学性能，而市场上现有的高Mn钢中普遍都存在不耐高温的问题，在中国发明申请CN103924166A中展示了一种高Mn钢及其制备方法，通过水韧处理后使组织基本为奥氏体，碳化均为粒状，弥散均匀分布，使基体具有较高韧性和良好的耐磨性，却忽略了在高温情况下的力学性能，使用条件有限；在中国发明申请CN105648353A中制得的高锰钢虽然提高了其耐腐蚀性能，但是存在耐磨耐冲击性能差的问题，且不具备耐高温的能力；而在中国发明申请CN103952645A中，展示了一种耐高温抗磨高锰钢，其高锰钢在承受剧烈冲击或接触应力下，其表面会迅速硬化，且表面受冲击越重，表面硬化就越充分，耐磨性就越好，但存在冶炼工序复杂，生产周期长，生产效率低等问题。
目前的高锰钢在高温领域的应用还较少，依然存在很多问题，例如耐高温性差、工艺复杂、生产成本高等问题，满足不了大规模生产以及部分高温环境的使用，本发明中的18Cr高Mn节镍不锈钢具有优秀的高温力学性能，同时具有较高强塑积，表现为高强度高塑性，不仅能够有效解决上述问题，且有效的提高节镍不锈钢在高温领域的应用。
发明内容
本发明针对上述问题，公开了一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢及其拉伸制备方法。
具体的技术方案如下：
一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：
C：0.035％～0.045，Si：0.20％～0.21％，Cr：18.31％～18.66％，Ni：0.92％～1.08％，Mo：1.09％～1.14％，Cu：0.12％～0.13％，N：0.22％～0.24％，Mn：5.5％～9.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢的拉伸制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
S1、熔炼：按元素组成，向电炉真空熔炼炉内加入工业纯铁、锰铁、氮化物合金及金属原料，加热使之全部熔化，通过电炉熔炼，获得合金钢液，并浇注为钢锭；
S2、锻造：进行钢锭锻造，控制始锻温度为1100～1200℃、终锻温度为980～1100℃，将钢锭锻成板块；
S3、固溶处理：对S2所得板材经1050℃固溶处理，固溶处理时间控制在30min，使成分的均匀性和两相平衡，随后，将完成固溶处理的版块沿平行于轧制方向进行机加工，加工成高温拉伸试样；
S4、打磨：拉伸试验前将S3所得高温拉伸试样打磨光滑，以消除试样前期制备过程中机加工所残留的割痕影响；
S5、拉伸制备：将步骤S4打磨后所得光滑的高温拉伸试样在真空环境下以10℃/s的加热速率加热至1100℃，保温2min后，降至调控拉伸温度范围，保温5min；随后，在调控拉伸应变速率下，沿垂直轧制方向进行拉伸，直至断裂，再迅速气淬以保留高温组织。
一种中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：C：0.035％～0.045，Si：0.20％～0.21％，Cr：18.31％～18.66％，Ni：0.92％～1.08％，Mo：1.09％～1.14％，Cu：0.12％～0.13％，N：0.22％～0.24％，Mn：5.5％～6.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：C：0.035％～0.045，Si：0.20％～0.21％，Cr：18.31％～18.66％，Ni：0.92％～1.08％，Mo：1.09％～1.14％，Cu：0.12％～0.13％，N：0.22％～0.24％，Mn：8.5％～9.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述的一种中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其中，步骤S5中，该中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢的拉伸温度为300～600℃，拉伸速率为0.4～0.6s-1。
上述的一种高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其中，步骤S5中，该高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢的拉伸温度为300～400℃，拉伸速率为0.4～0.6s-1。
本发明的有益效果为：
本发明公开的一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，由以下元素组成：C：0.035％～0.045，Si：0.20％～0.21％，Cr：18.31％～18.66％，Ni：0.92％～1.08％，Mo：1.09％～1.14％，Cu：0.12％～0.13％，N：0.22％～0.24％，Mn：5.5％～9.0％，余量为Fe和不可避免的杂质，经拉伸制备试验，得到Mn含量为5.5％～6.5％时的中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢以及Mn含量为8.5％～9.5％的高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，且应变速率0.005～0.5s-1范围内，抗拉强度和强塑积均随温度上升而下降，中锰型不锈钢于0.5s-1/350℃时具有最大抗拉强度1296.30MPa，及最大强塑积81.83GPa/％，高锰型不锈钢于0.5s-1/350℃时具有最大抗拉强度1237.86MPa，及最大强塑积86.03GPa/％，均具备优秀的高温力学性能，同时具有较高强塑积，表现为高强度高塑性。
附图说明
图1为Mn含量5.76％的不锈钢的高温拉伸真应力-真应变曲线。
图2为Mn含量8.97％实验钢在不同应变速率下高温拉伸性能测试结果。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合实施例对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。
实施例一
本实施例公开的一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：
C：0.041％，Si：0.21％，Cr：18.65％，Ni：1.037％，Mo：1.11％，Cu：0.12％，N：0.23％，Mn：5.76％以及余量为Fe和不可避免的杂质；
其拉伸制备方法，具体操作步骤如下：
S1、熔炼：按元素组成，向电炉真空熔炼炉内加入工业纯铁、锰铁、氮化物合金及金属原料，加热使之全部熔化，通过电炉熔炼，获得合金钢液，以50Kg为宜，并浇注为钢锭；
S2、锻造：进行钢锭锻造，控制始锻温度为1100～1200℃、终锻温度为980～1100℃，将钢锭锻成130mm宽、25mm厚的板块；
S3、固溶处理：对S2所得板材经1050℃固溶处理，固溶处理时间控制在30min，使成分的均匀性和两相平衡，随后，将完成固溶处理的版块沿平行于轧制方向进行机加工，加工成高温拉伸试样；
S4、打磨：拉伸试验前将S3所得高温拉伸试样以2000#砂纸打磨光滑，以消除试样前期制备过程中机加工所残留的割痕影响；
S5、拉伸制备：将步骤S4打磨后所得光滑的高温拉伸试样在真空环境下以10℃/s的加热速率加热至1100℃，保温2min后，以5℃/s的冷速分别降至不同的拉伸温度350、500、800℃，保温5min；随后，每一温度下试样分别再以0.005s-1、0.05s-1和0.5s-1的应变速率进行拉伸直至断裂，再迅速气淬以保留高温组织；
经S5，Mn含量5.76％的不锈钢在不同应变速率下高温拉伸性能测试结果(见表1)，得Mn含量5.76％的不锈钢的高温拉伸真应力-真应变曲线(见图1)：
表1：Mn含量5.76％的不锈钢在不同应变速率下高温拉伸性能测试结果
具体数据为：应变速率0.005～0.5s-1范围内，抗拉强度、延伸率和强塑积均随温度上升而下降，对于Mn含量5.76％的中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，0.5s-1/350℃时具有最大抗拉强度1296.30MPa，及最大强塑积81.83GPa/％。
实施例二
本实施例公开的一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：
C：0.035％，Si：0.21％，Cr：18.50％，Ni：1.07％，Mo：1.08％，Cu：0.13％，N：0.24％，Mn：8.97％以及余量为Fe和不可避免的杂质；
其拉伸制备方法，具体操作步骤如下：
S1、熔炼：按元素组成，向电炉真空熔炼炉内加入工业纯铁、锰铁、氮化物合金及金属原料，加热使之全部熔化，通过电炉熔炼，获得合金钢液，以50Kg为宜，并浇注为钢锭；
S2、锻造：进行钢锭锻造，控制始锻温度为1100～1200℃、终锻温度为980～1100℃，将钢锭锻成130mm宽、25mm厚的板块；
S3、固溶处理：对S2所得板材经1050℃固溶处理，固溶处理时间控制在30min，使成分的均匀性和两相平衡，随后，将完成固溶处理的版块沿平行于轧制方向进行机加工，加工成高温拉伸试样；
S4、打磨：拉伸试验前将S3所得高温拉伸试样以2000#砂纸打磨光滑，以消除试样前期制备过程中机加工所残留的割痕影响；
S5、拉伸制备：将步骤S4打磨后所得光滑的高温拉伸试样在真空环境下以10℃/s的加热速率加热至1100℃，保温2min后，以5℃/s的冷速分别降至不同的拉伸温度350、500、800℃，保温5min；随后，每一温度下试样分别再以0.005s-1、0.05s-1和0.5s-1的应变速率进行拉伸直至断裂，再迅速气淬以保留高温组织；
经S5，Mn含量8.97％的不锈钢在不同应变速率下高温拉伸性能测试结果(见表2)，得Mn含量5.76％的不锈钢的高温拉伸真应力-真应变曲线(见图2)：
表2：Mn含量8.97％的不锈钢在不同应变速率下高温拉伸性能测试结果
具体数据为：应变速率0.005～0.5s-1范围内，抗拉强度和强塑积均随温度上升而下降，对于Mn含量8.97％的高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，0.5s-1/350℃时具有最大抗拉强度1237.86MPa，及最大强塑积86.03GPa/％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：
C：0.035％～0.045，Si：0.20％～0.21％，Cr：18.31％～18.66％，Ni：0.92％～1.08％，Mo：1.09％～1.14％，Cu：0.12％～0.13％，N：0.22％～0.24％，Mn：5.5％～9.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种高强塑性低铬节镍型双相不锈钢的拉伸制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：
S1、熔炼：按元素组成，向电炉真空熔炼炉内加入工业纯铁、锰铁、氮化物合金及金属原料，加热使之全部熔化，通过电炉熔炼，获得合金钢液，并浇注为钢锭；
S2、锻造：进行钢锭锻造，控制始锻温度为1100～1200℃、终锻温度为980～1100℃，将钢锭锻成板块；
S3、固溶处理：对S2所得板材经1050℃固溶处理，固溶处理时间控制在30min，使成分的均匀性和两相平衡，随后，将完成固溶处理的版块沿平行于轧制方向进行机加工，加工成高温拉伸试样；
S4、打磨：拉伸试验前将S3所得高温拉伸试样打磨光滑，以消除试样前期制备过程中机加工所残留的割痕影响；
S5、拉伸制备：将步骤S4打磨后所得光滑的高温拉伸试样在真空环境下以10℃/s的加热速率加热至1100℃，保温2min后，降至调控拉伸温度范围，保温5min；随后，在调控拉伸应变速率下，沿垂直轧制方向进行拉伸，直至断裂，再迅速气淬以保留高温组织。
3.一种中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：C：0.035％～0.045，Si：0.20％～0.21％，Cr：18.31％～18.66％，Ni：0.92％～1.08％，Mo：1.09％～1.14％，Cu：0.12％～0.13％，N：0.22％～0.24％，Mn：5.5％～6.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.一种高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：C：0.035％～0.045，Si：0.20％～0.21％，Cr：18.31％～18.66％，Ni：0.92％～1.08％，Mo：1.09％～1.14％，Cu：0.12％～0.13％，N：0.22％～0.24％，Mn：8.5％～9.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.如权利要求3所述的一种中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：
C：0.041％，Si：0.21％，Cr：18.65％，Ni：1.037％，Mo：1.11％，Cu：0.12％，N：0.23％，Mn：5.76％以及余量为Fe和不可避免的杂质；
其拉伸制备方法，具体操作步骤如下：
S1、熔炼：按元素组成，向电炉真空熔炼炉内加入工业纯铁、锰铁、氮化物合金及金属原料，加热使之全部熔化，通过电炉熔炼，获得合金钢液，以50Kg为宜，并浇注为钢锭；
S2、锻造：进行钢锭锻造，控制始锻温度为1100～1200℃、终锻温度为980～1100℃，将钢锭锻成130mm宽、25mm厚的板块；
S3、固溶处理：对S2所得板材经1050℃固溶处理，固溶处理时间控制在30min，使成分的均匀性和两相平衡，随后，将完成固溶处理的版块沿平行于轧制方向进行机加工，加工成高温拉伸试样；
S4、打磨：拉伸试验前将S3所得高温拉伸试样以2000#砂纸打磨光滑，以消除试样前期制备过程中机加工所残留的割痕影响；
S5、拉伸制备：将步骤S4打磨后所得光滑的高温拉伸试样在真空环境下以10℃/s的加热速率加热至1100℃，保温2min后，以5℃/s的冷速分别降至不同的拉伸温度350、500、800℃，保温5min；随后，每一温度下试样分别再以0.005s-1、0.05s-1和0.5s-1的应变速率进行拉伸直至断裂，再迅速气淬以保留高温组织。
6.如权利要求4所述的一种高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，按质量百分比计，由以下元素组成：
C：0.035％，Si：0.21％，Cr：18.50％，Ni：1.07％，Mo：1.08％，Cu：0.13％，N：0.24％，Mn：8.97％以及余量为Fe和不可避免的杂质；
其拉伸制备方法，具体操作步骤如下：
S1、熔炼：按元素组成，向电炉真空熔炼炉内加入工业纯铁、锰铁、氮化物合金及金属原料，加热使之全部熔化，通过电炉熔炼，获得合金钢液，以50Kg为宜，并浇注为钢锭；
S2、锻造：进行钢锭锻造，控制始锻温度为1100～1200℃、终锻温度为980～1100℃，将钢锭锻成130mm宽、25mm厚的板块；
S3、固溶处理：对S2所得板材经1050℃固溶处理，固溶处理时间控制在30min，使成分的均匀性和两相平衡，随后，将完成固溶处理的版块沿平行于轧制方向进行机加工，加工成高温拉伸试样；
S4、打磨：拉伸试验前将S3所得高温拉伸试样以2000#砂纸打磨光滑，以消除试样前期制备过程中机加工所残留的割痕影响；
S5、拉伸制备：将步骤S4打磨后所得光滑的高温拉伸试样在真空环境下以10℃/s的加热速率加热至1100℃，保温2min后，以5℃/s的冷速分别降至不同的拉伸温度350、500、800℃，保温5min；随后，每一温度下试样分别再以0.005s-1、0.05s-1和0.5s-1的应变速率进行拉伸直至断裂，再迅速气淬以保留高温组织。
7.如权利要求5所述的一种中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，步骤S5中，该中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢的拉伸温度为300～600℃，拉伸速率为0.4～0.6s-1。
8.如权利要求6所述的一种高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，步骤S5中，该高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢的拉伸温度为300～400℃，拉伸速率为0.4～0.6s-1。
9.如权利要求5所述的一种中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，该中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢在应变速率0.005～0.5s-1范围内，抗拉强度、延伸率和强塑积均随温度上升而下降，对于Mn含量5.76％的中锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，0.5s-1/350℃时具有最大抗拉强度1296.30MPa，及最大强塑积81.83GPa/％。
10.如权利要求6所述的一种高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，其特征在于，该高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢在应变速率0.005～0.5s-1范围内，抗拉强度和强塑积均随温度上升而下降，对于Mn含量8.97％的高锰型高强塑性低铬节镍型双相不锈钢，0.5s-1/350℃时具有最大抗拉强度1237.86MPa，及最大强塑积86.03GPa/％。
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