CN114981465B - 非磁性奥氏体不锈钢 - Google Patents

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Abstract

提供了非磁性奥氏体不锈钢。根据所公开的非磁性奥氏体不锈钢的一个实施方案，所述非磁性奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计包含0.01％至0.1％的碳(C)、1.5％或更少(不包括0)的硅(Si)、0.5％至3.5％的锰(Mn)、16％至22％的铬(Cr)、7％至15％的镍(Ni)、3％或更少的钼(Mo)、0.01％至0.3％的氮(N)，以及剩余部分的铁(Fe)和不可避免的杂质，其中以下表达式(1)的值为负值。(1)3*(Cr+Mo)+5*Si‑65*(C+N)‑2*(Ni+Mn)‑28其中在表达式(1)中，Cr、Mo、Si、C、N、Ni和Mn分别表示合金元素的含量(重量％)。

Description

非磁性奥氏体不锈钢
技术领域
本公开内容涉及非磁性奥氏体不锈钢，并且更具体地，涉及可用作用于各种电子装置的材料的非磁性奥氏体不锈钢。
背景技术
近年来，随着具有各种功能的智能装置的使用，对于具有降低的磁性特性以防止电力损失和故障的钢材料的需求不断增加。包含奥氏体相作为主要组织的300系不锈钢通常具有非磁性特性，并因此其广泛用作用于电子装置的材料。
然而，常见的STS304或STS316奥氏体不锈钢在炼钢/连铸过程期间具有1％至5％的δ-铁素体分数。如上所述形成的δ-铁素体包括诱导磁性的组织，导致最终产品具有磁性特性的问题。因此，这些常见的STS304和STS316奥氏体不锈钢由于δ-铁素体而可能无法具有非磁性特性。
δ-铁素体可以通过在1,300℃至1,400℃的温度范围内的热处理而分解。然而，δ-铁素体可能在轧制和退火过程期间没有被完全除去而残留在组织中，并因此磁性特性可能通过残留铁素体而增强，从而不能获得非磁性特性。
发明内容
技术问题
本公开内容提供了可用作用于各种电子装置的材料的非磁性奥氏体不锈钢以解决上述问题。
技术方案
本公开内容的一个方面提供了非磁性奥氏体不锈钢，所述非磁性奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计包含0.01％至0.1％的碳(C)、1.5％或更少(不包括0)的硅(Si)、0.5％至3.5％的锰(Mn)、16％至22％的铬(Cr)、7％至15％的镍(Ni)、3％或更少的钼(Mo)、0.01％至0.3％的氮(N)，以及剩余部分的铁(Fe)和不可避免的杂质，其中以下表达式(1)的值为负值。
(1)3*(Cr+Mo)+5*Si-65*(C+N)-2*(Ni+Mn)-28
在表达式(1)中，Cr、Mo、Si、C、N、Ni和Mn分别表示合金元素的含量(重量％)。
非磁性奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计还可以包含2.5％或更少的铜(Cu)。
本公开内容的另一个方面提供了非磁性奥氏体不锈钢，所述非磁性奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计包含0.01％至0.1％的碳(C)、1.5％或更少(不包括0)的硅(Si)、0.5％至3.5％的锰(Mn)、16％至22％的铬(Cr)、7％至15％的镍(Ni)、3％或更少的钼(Mo)、0.01％至0.3％的氮(N)，以及剩余部分的铁(Fe)和不可避免的杂质，其中以下表达式(2)的值为70或更大。
(2)∑A5/∑A x 100
在表达式(2)中，∑A5是面积为5μm2或更小的铁素体晶粒的面积总和，以及∑A是所有铁素体晶粒的面积总和。
非磁性奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计还可以包含2.5％或更少的铜(Cu)。
在非磁性奥氏体不锈钢的每一者中，当厚度为1mm或更小时，磁导率可以为1.02或更小。
有益效果
根据本公开内容，可以通过降低诱导磁性的铁素体相的分数来提供可用作用于各种电子装置的材料的非磁性奥氏体不锈钢。
根据本公开内容，可以通过经由调节合金组分来抑制铁素体的形成或者通过经由控制其显微组织来加速铁素体的分解而降低铁素体相的分数。
附图说明
图1是示出铁素体分数根据表1的表达式(1)的值的变化的图。
图2是示出磁导率根据表2的表达式(2)的值的变化的图。
具体实施方式
根据本公开内容的一个实施方案的非磁性奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计包含0.01％至0.1％的碳(C)、1.5％或更少(不包括0)的硅(Si)、0.5％至3.5％的锰(Mn)、16％至22％的铬(Cr)、7％至15％的镍(Ni)、3％或更少的钼(Mo)、0.01％至0.3％的氮(N)，以及剩余部分的铁(Fe)和不可避免的杂质，其中以下表达式(1)的值为负值。
(1)3*(Cr+Mo)+5*Si-65*(C+N)-2*(Ni+Mn)-28
在表达式(1)中，Cr、Mo、Si、C、N、Ni和Mn分别表示元素的含量(重量％)。
发明实施方式
现在将描述本公开内容的优选实施方案。然而，本公开内容可以以许多不同的形式实施并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案使得本公开内容将是全面且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开内容的范围。
本文使用的术语仅用于描述特定的实施方案。因此，以单数使用的表达涵盖复数的表达，除非其在上下文中具有明显不同的含义。此外，应理解的是，术语例如“包括”或“具有”等，旨在表明存在说明书中所公开的特征、步骤、功能、组成要素或其组合，并不旨在排除可能存在或可能添加一个或更多个其他特征、步骤、功能、组成要素或其组合的可能性。
同时，除非另有定义，否则本文使用的所有术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。因此，除非本文中明确如此定义，否则不应以理想化或过度形式的含义来解释这些术语。如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式也旨在包括复数形式。
此外，在整个说明书中使用的术语“约”、“基本上”等意指当提出自然制造和物质可允许误差时，这样的可允许误差对应于一个值或类似于该值，并且这样的值旨在为了清楚地理解本发明或防止无意识的侵权者非法地使用本发明的公开内容。
根据本公开内容的一个实施方案的非磁性奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计可以包含0.01％至0.1％的碳(C)、1.5％或更少(不包括0)的硅(Si)、0.5％至3.5％的锰(Mn)、16％至22％的铬(Cr)、7％至15％的镍(Ni)、3％或更少的钼(Mo)、0.01％至0.3％的氮(N)，以及剩余部分的铁(Fe)和不可避免的杂质。非磁性奥氏体不锈钢还可以包含2.5％或更少的铜(Cu)。
在下文中，将描述本公开内容的实施方案中的合金组分的含量的数值限制的原因。在下文中，除非另有说明，否则单位为重量％。
碳(C)：0.01重量％至0.1重量％
C是在凝固过程期间对稳定奥氏体相并抑制磁性增加具有强大效果的元素。在本公开内容中，出于稳定奥氏体相的效果，可以以0.01重量％或更多的量添加C。然而，当C含量过多时，C与Cr结合而形成碳化物，并且Cr含量在晶界周围局部降低，导致耐腐蚀性的劣化。因此，在本公开内容中C含量的上限可以设定为0.1重量％以获得足够的耐腐蚀性。
硅(Si)：1.5重量％或更少(不包括0)
Si是增强耐腐蚀性的元素。然而，Si是使诱导磁性的铁素体相稳定的元素。过量的Si可能促进金属间化合物例如delta(δ)相的析出，从而使机械特性和耐腐蚀性劣化。因此，在本公开内容中Si含量的上限可以设定为1.5重量％。
锰(Mn)：0.5重量％至3.5重量％
Mn是如C和Ni一样使奥氏体相稳定的元素并对提高非磁性特性有效。因此，在本公开内容中可以以0.5重量％或更多的量添加Mn。然而，过量的Mn可能形成夹杂物例如MnS，从而使耐腐蚀性和表面光泽度劣化。因此，在本公开内容中Mn含量的上限可以设定为3.5重量％。
铬(Cr)：16重量％至22重量％
Cr是对提高不锈钢的耐腐蚀性有效的代表性元素并且在本公开内容中可以以16重量％的量添加以获得足够的耐腐蚀性。然而，Cr是使诱导磁性的铁素体相稳定的元素。此外，当Cr含量过多时，需要添加大量的Ni以获得非磁性特性，使得制造成本增加并且促进σ-相的形成，导致机械特性和耐腐蚀性劣化。因此，Cr含量的上限可以设定为22重量％。
镍(Ni)：7重量％至15重量％
Ni是对稳定奥氏体相具有最强大效果的元素并且在本公开内容中可以以7重量％或更多的量添加以获得非磁性特性。然而，随着Ni含量增加，对于原材料的成本增加，并因此Ni含量的上限可以设定为15重量％。
钼(Mo)：3重量％或更少
Mo是提高耐腐蚀性的元素。然而，Mo是使铁素体相稳定的元素，并且过量的Mo促进σ-相的形成，从而使机械特性和耐腐蚀性劣化。因此，Mo含量的上限可以设定为3重量％。
氮(N)：0.01重量％至0.3重量％
N是奥氏体相稳定元素并且在本公开内容中可以以0.01重量％或更多的量添加以获得非磁性特性。然而，过量的N可能使钢的热加工性和表面品质劣化。因此，N含量的上限可以设定为0.3重量％。
根据本公开内容的一个实施方案的非磁性奥氏体不锈钢还可以任选地包含2.5重量％或更少的铜(Cu)。在以下描述中，将详细描述Cu含量的数值限制的原因。
铜(Cu)：2.5重量％或更少
Cu是奥氏体相稳定元素并且可以用于代替昂贵的Ni。然而，过量的Cu可能通过形成具有低熔点的相而使热加工性劣化，从而使表面品质劣化。因此，Cu含量的上限可以设定为2.5重量％或更少。
本公开内容的奥氏体不锈钢的剩余组分为铁(Fe)。然而，在普通的制造过程中，来自原材料或制造环境的不期望的杂质可能不可避免地混合在其中，并且这无法排除。这样的杂质对于本领域普通技术人员是公知的，并因此，在本公开内容中将不给出其具体描述。
通常，STS 304或316不锈钢由作为主要组织的奥氏体相形成并且具有其中残留有在炼钢/连铸过程期间形成的铁素体相的显微组织。具有面心立方结构的奥氏体相不是磁性的，而具有体心立方结构的铁素体相是磁性的。即，根据残留铁素体相的分数，可能难以获得本公开内容所期望的非磁性特性。因此，应尽可能低地减少诱导磁性的铁素体相的分数以获得非磁性特性。在下文中，将详细描述用于获得本公开内容所期望的非磁性特性的技术方法。
合金组分的控制
合金组分的组成显著影响最初形成的铁素体相的分数。例如，奥氏体相稳定元素例如Ni、Mn、C和N降低铁素体相的分数，而一些元素例如Cr和Mo增加铁素体相的分数。考虑到上述特性，本发明人已经推导出用于控制铁素体相的分数的以下表达式(1)。
(1)3*(Cr+Mo)+5*Si-65*(C+N)-2*(Ni+Mn)-28
在表达式(1)中，Cr、Mo、Si、C、N、Ni和Mn分别表示合金元素的含量(重量％)。
根据本公开内容，当表达式(1)的值为负值时，最初形成的铁素体相的分数可以为0％。
显微组织控制
同时，在炼钢/连铸过程期间残留的铁素体相可以通过稍后进行的热处理而分解。本发明人已经发现，即使当因表达式(1)的正值而残留有铁素体相并因此钢具有磁性特性时，也可以在热处理过程期间通过控制显微组织来加速铁素体相的分解。铁素体相的加速分解与残留铁素体相的尺寸分布相关，并且通过分析推导出表达式(2)。
(2)∑A5/∑A x 100
在以上表达式(2)中，∑A5是面积为5μm2或更小的铁素体晶粒的面积总和，以及∑A是所有铁素体晶粒的面积总和。即，表达式(2)意指面积为5μm2或更小的细铁素体晶粒的面积总和相对于所有铁素体晶粒的面积总和的百分比。
根据本公开内容的一个实施方案，可以控制组成使得表达式(2)的值为70或更大。根据本公开内容，如上所述可以在热处理过程期间通过将细铁素体晶粒的面积总和控制在高水平来加速铁素体相的分解。因此，在热处理之后磁导率可以为1.02或更小，特别地，当厚度为1mm或更小时，磁导率可以为1.02或更小。
可以使用各种过程来控制铁素体相的尺寸分布，只要表达式(2)的值为70或更大即可。例如，尺寸分布可以通过锻造或轧制过程来控制以及通过以各种方式调节压下率和轧制次数来控制。然而，上述示例仅用于说明性目的，并且本公开内容不限于此。
根据本公开内容，可以如上所述通过调节合金组分、控制显微组织或者控制合金组分和显微组织二者以将铁素体相的分数控制成尽可能低。因此，本公开内容可以提供用作用于各种电子装置的材料的非磁性奥氏体不锈钢。
在下文中，将参照以下实施例更详细地描述本公开内容。然而，应注意，以下实施例旨在更详细地说明本公开内容并不旨在限制本公开内容的范围。本公开内容的范围可以由权利要求中描述的事项和由其合理推断的事项来确定。
实施例
通过连铸将具有下表1中所示的合金组分的化学组成的板坯制备成200mm的厚度。然后，将铸造板坯在1,250℃的温度下再加热2小时。随后，将经再加热的板坯热轧至6mm的厚度，并在1,150℃的温度下进行热退火。
表1中所示的表达式(1)的值是通过将表1的各合金元素的含量(重量％)代入以下表达式(1)中而获得的值。
(1)3*(Cr+Mo)+5*Si-65*(C+N)-2*(Ni+Mn)-28
在表达式(1)中，Cr、Mo、Si、C、N、Ni和Mn分别表示合金元素的含量(重量％)。
表1的铁素体分数通过使用接触型铁素体测试仪(contact-type ferrite scope)测量热轧、热退火卷材的铁素体分数而得出。当在接触状态下未获得值时，铁素体分数确定为0％。
表1
参照表1，由于钢种17至30满足通过本公开内容限定的合金组成范围并且其表达式(1)的值为负值，因此其铁素体分数为0％。相反，由于钢种1至16的表达式(1)的值为正值，因此尽管钢种1至16的合金组成在本公开内容提供的范围内，但在热处理之后仍残留有铁素体。
图1是示出铁素体分数根据表1的表达式(1)的值的变化的图。参照图1，可以确定在其中表达式(1)的值从0变为正值的点处，铁素体分数趋于增加。即，作为将表达式(1)的值控制为负值的结果，可以基于图1在视觉上确定铁素体分数趋于0％。
基于上述结果，可以通过将表达式(1)的值调节为负值而将铁素体分数控制成0％。因此，可以获得目标非磁性特性。
同时，即使在具有超过0.0％的铁素体分数的钢种1至16的情况下，可以通过经由控制显微组织来加速铁素体的分解而将磁导率控制在低水平下。下表2的评估结果由其中由于铁素体分数超过0.0％而残留有铁素体相的钢种1至16获得。将厚度为6mm的钢种1至16的热轧卷材冷轧至1mm或更小的厚度并进行退火。
表2中所示的表达式(2)的值是在冷轧之后使用光学显微镜通过图像分析而得出的。
表2的铁素体分数通过使用接触型铁素体测试仪测量冷轧、冷退火卷材的铁素体分数而得出。当在接触状态下未获得值时，铁素体分数确定为0％。
表2中所示的磁导率(μ)使用为接触型磁导率计的Ferromaster测量。通过施加各种压下率将钢种1至16冷轧至1mm或更小的厚度。
表2
参照表2，当控制显微组织使得表达式(2)的值为70或更大时，残留铁素体在轧制过程之后在退火过程期间完全分解，使得铁素体分数变为0.0％。因此，可以获得1.02或更小的磁导率。相反，当表达式(2)的值小于70时，残留铁素体在轧制过程之后在退火过程期间没有完全分解，使得磁导率超过1.02。
图2是示出磁导率根据表2的表达式(2)的值的变化的图。参照图2，可以确定在其中表达式(2)的值超过70的点处磁导率趋于小于1.02。即，在本公开内容中，当将表达式(2)的值控制为70或更大时，可以基于图2在视觉上确定磁导率趋于1.02或更小。
基于上述结果，即使当在热轧和退火过程之后残留有铁素体时，可以通过经由将表达式(2)的值控制成70或更大来在冷轧过程之后在冷退火过程期间加速残留铁素体的分解而获得期望的非磁性特性。
尽管已经参照示例性实施方案具体描述了本公开内容，但是本领域技术人员应理解，可以在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下做出形式和细节上的各种改变。

Claims (2)

1.一种非磁性奥氏体不锈钢，按重量百分比(重量％)计包含0.01％至0.1％的碳(C)、1.5％或更少但不包括0的硅(Si)、0.5％至3.5％的锰(Mn)、16％至22％的铬(Cr)、7％至15％的镍(Ni)、3％或更少的钼(Mo)、0.01％至0.3％的氮(N)，以及剩余部分的铁(Fe)和不可避免的杂质，
其中当厚度为1mm或更小时，磁导率为1.02或更小，
其中在冷轧之前铁素体相的分数大于0％，以及
其中在冷轧之后退火之前以下表达式(2)的值为70或更大：
(2)ΣA5/ΣA x 100
其中在表达式(2)中，∑A5是面积为5μm2或更小的铁素体晶粒的面积总和，以及∑A是所有铁素体晶粒的面积总和。
2.根据权利要求1所述的非磁性奥氏体不锈钢，按重量百分比(重量％)计还包含2.5％或更少的铜(Cu)。
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