CN1978694A - 耐腐蚀延伸性好的低镍奥氏体不锈钢 - Google Patents
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Abstract
耐腐蚀延伸性好的低镍奥氏体不锈钢,其成分质量百分比为:C0.04~0.07、Mn 6.0~7.5、Si 0.3~0.5、P≤0.040、S≤0.030、Cr 16.0~18.0、Ni 3.5~5.5、Cu 1.2~2.0、N 0.10~0.15、余铁和不可避免杂质与普通不锈钢相同。本发明通过降碳、镍,保证必要的铬含量,以确保其耐腐蚀性能和降低生产成本;选择合适的氮含量,加一定量的锰和铜,以稳定组织和改善性能;进行相平衡计算和成分设计,并逐步优化成分,开发了耐腐蚀性能与SUS304相当、冷加工工艺性能优于ASTM201牌号的YGA201不锈钢;解决了现有201不锈钢腐蚀性能差、强度偏高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及奥氏体不锈钢,特别低镍奥氏体不锈钢。
背景技术
以节镍为主,部分用途可取代最常用的奥氏体不锈钢ASTM 304或SUS304,开发综合性能与304相近的奥氏体不锈钢材料,近几年在国内非常热门,如201不锈钢。201不锈钢是一种节镍型的不锈钢,由于碳、锰含量较高,又有一定量的氮,因此强度偏高,冷加工性能不尽人意。主要表现在加工硬化大,边裂严重,且在市场上大量使用的201材料中含有较高的碳和偏低的铬,使其耐腐蚀性也远不如304牌号。例如一种节镍型不锈钢,C≤0.10%,Si≤0.8%,8.5%<Mn<10.0%,Cr14~15%,Ni≤1.2%,P≤0.05%,S≤0.030%,N≤0.20%,其余为铁。但是,其由于碳、锰含量较高,又有一定量的氮,因此强度偏高,边裂现象非常严重,加工性能不尽人意;此外由于其C、Mn元素高,铬含量低,加上太低的镍,耐腐蚀性能即便是在弱腐蚀环境下也不如常用的奥氏体不锈钢;它的常温组织绝大部分是奥氏体加马氏体,所以加工硬化率高,延伸率不如SUS304,冲压成型性不理想。在五金配件、厨具、制管等行业尽管用量很大,但这类钢延伸率低和耐腐蚀性差一直是比较严重棘手的质量问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强韧性奥氏体不锈钢,以解决现有201不锈钢腐蚀性能差、强度偏高等问题。
为达到上述目的,本发明的技术解决方案是,耐腐蚀延伸性好的低镍奥氏体不锈钢,其成分质量百分比为:
C 0.04~0.07
Mn 6.0~7.5
Si 0.3~0.5
P ≤0.040
S ≤0.030
Cr 16.0~18.0
Ni 3.5~5.5
Cu 1.2~2.0
N 0.10~0.15
余铁和不可避免杂质。
本发明的设计思路是降碳、镍,保证必要的铬含量,以确保其耐腐蚀性能和降低生产成本;选择合适的氮含量,加一定量的锰和铜,以稳定组织和改善性能;进行相平衡计算和成分设计,并逐步优化成分,开发了耐腐蚀性能与SUS304相当、冷加工工艺性能优于ASTM201牌号的YGA201不锈钢。
铬,是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素。奥氏体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得是由于在介质作用下,铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。铬对奥氏体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性。主要表现在铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能;铬还提高钢耐局部腐蚀,比如晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀以及某些条件下应力腐蚀的性能。因此钢中的铬含量不能过低,要求控制在16~18%之间。一般认为铬在此范围及以上含量时,才具有较好的耐蚀性能,设计思路要求其耐蚀性与18-8型的304相当;同时钢中的铁素体量不能超过7%。
碳,是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍。对不锈钢而言,碳是一种有害元素,这主要是由于在不锈和耐蚀用途中的一些条件下,如焊接或450~850度加热,碳与钢中的铬形成高铬的碳化物Cr23C6,使钢的耐腐蚀性能特别是耐晶间腐蚀性能下降。因此在设计成分时,始终把降低碳含量作为衡量其耐腐蚀性能好坏的重要指标,但碳控制过低如C<0.04%,会影响单一奥氏体组织的稳定性及增加冶炼工艺成本,故控制碳在0.04~0.07%范围,比市场上的“201”和标准牌号的201碳含量都低。
镍,是奥氏体不锈钢的最主要元素,它的主要作用是形成并稳定奥氏体组织,它促进铬的钝化,其本身不是耐腐蚀元素。但镍可改善冷热加工性能,使强度、塑性和韧性很好的配合,其价格也是十分昂贵的。根据2004年年初不锈钢行业协会的精神,奥氏体不锈钢的镍含量规定必须在3.5%以上,故明确Ni含量按ASTM 201标准要求的3.5~5.5%范围控制,尽可能靠近下限,因为镍含量越高,成本越高。
氮,是非常强烈地形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素,其形成奥氏体的能力与碳相当,约为镍的30倍。氮的作用除代替部分镍以节约贵重元素外,主要是作为固溶强化元素提高奥氏体不锈钢的强度,但并不显著损害钢的塑性和韧性;同时氮提高钢的耐腐蚀性能,特别是耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。基于氮这些优良的特性,设计时氮含量控制在0.10~0.15%范围,根据碳、锰含量作相应调整。
锰,是弱形成奥氏体元素,但具有强烈稳定奥氏体的作用;锰还可增加氮在奥氏体钢中的溶解度,故200系不锈钢一般氮高锰也高。但随着锰元素的提高强度也提高,冷加工性能变差,因此在确保氮充分溶解的前提下,设计锰含量在6.0~7.5%,比“201”锰含量低,因为锰在多数情况下对耐蚀性是有害的。为保证奥氏体组织,降低马氏体变形温度,成分控制按:碳取上限时,锰、氮取中下限;碳在下限时,锰与氮取中上限。
铜,在奥氏体不锈钢中的作用,能显著降低钢的冷作硬化倾向,提高冷加工成形性能,而且,铜也是弱奥氏体形成元素。但是,现有201不锈钢不含铜,在改善201不锈钢综合性能方面,铜起着举足轻重的作用。因此设计时,铜控制在1.2~2.0%的范围,铜过高会影响钢的强度和奥氏体钢的耐点蚀、耐应力腐蚀性能。
铬、镍当量,相平衡及马氏体转变温度的计算如下:
铬当量%Cr eq=%Cr+%Mo+1.5×%Si+0.5×%Nb
镍当量%Ni eq=%Ni+30×(%C+%N)+0.5×%Mn+0.3×%Cu
冷却中马氏体开始转变温度点:
Ms(℃)=1305-61.1(%Ni)-41.7(%Cr)-33.3(%Mn)-27.8(%Si)-1667(%C+%N)
冷变形诱发马氏体转变温度点:
Md30(℃)=413-9.5%Ni-13.7(%Cr)-8.1(%Mn)-9.2(%Si)-462(%C+%N)
以上公式主要用于设计成分时,确保合适的镍当量和铬当量,当镍当量一定时,铬当量偏低就会发生较多的马氏体转变;铬当量偏高就会产生多余的铁素体。同时对冷加工控制参数Md30以及Ms进行测算,希望控制在较低的马氏体转变温度点。
本发明的优点在于:
在大气和弱酸性介质腐蚀条件下,本发明的产品的冷加工性能、耐腐蚀性能与市场上成本较高且用量较大的常用不锈钢材料304比,性能相当;成材率比按美标或日标生产的201牌号要高,综合性能要好。
附图说明
图1为不锈钢Schaefiler组织图;
图2为本发明与现有ASTM201、SUS304的耐腐蚀性能比较。
具体实施方式
实施例参见表1,
表1 成分单位:质量百分比
从图1和表1中铬、镍当量值可以看出,本发明所设计的YGA201的组织均要求落在abcd区间内,才能保证具有较稳定的奥氏体组织,且马氏体形变温度较低,从而确保钢中尽可能少的马氏体量和铁素体量的形成,达到改善冷加工性能的目的。
本发明的钢种耐腐蚀性能参见图2:
图中第二批3#极化即为本发明YGA201材料;第一批4#极化即为ASTM201材料;其余为经济型SUS304材料。图中曲线表示自腐蚀电位越高自腐蚀电流越小,即极化曲线越靠左,耐腐蚀性能越好,具体数值下见表2。
表2
牌号 | 自腐蚀电位 | 自腐蚀电流 |
YGA201 | -0.18587V | 3.1093×10-5A/cm2 |
SUS304 | -0.40786V | 4.6571×10-4A/cm2 |
ASTM201 | -0.47114V | 3.6533×10-3A/cm2 |
由按YGA201成分设计提供的力学性能五批试样,测试结果见下表3:
表3
试样编号 | 牌号 | 横向性能(MPa) | 纵向性能(MPa) | ||||
σ 0.2 | σ b | δ% | σ 0.2 | σ b | δ% | ||
3#-1 | YGA201 | 274.89 | 651.17 | 59.93 | 287.37 | 636.21 | 58.56 |
3#-2 | 281.15 | 650.00 | 64.16 | 286.52 | 640.30 | 56.47 | |
3#-3 | 275.07 | 648.10 | 59.99 | 273.01 | 622.80 | 63.44 | |
3#-4 | 277.43 | 654.09 | 57.54 | 284.16 | 640.35 | 58.81 | |
3#-5 | 277.48 | 652.31 | 59.40 | 274.42 | 634.90 | 54.84 | |
平均值 | 277.20 | 651.13 | 60.20 | 281.10 | 634.91 | 58.42 |
表4为YGA201综合力学性能纵横向平均值与同等热处理状态下的SUS304和ASTM201的性能比较。
表4
序号 | 牌号 | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | 延伸率% |
1 | YGA201 | 643 | 279 | 59 |
2 | SUS304 | 631 | 223 | 54 |
3 | ASTM201 | 937 | 305 | 44 |
表4说明YGA201延伸率指标优于ASTM201,与SUS304接近;强度指标比SUS304略高,远低于ASTM201,说明冷轧变形抗力要比ASTM201低得多,容易变形且冷轧成材率可显著提高。
Claims (1)
1.耐腐蚀延伸性好的低镍奥氏体不锈钢,其成分质量百分比为:
C 0.04~0.07
Mn 6.0~7.5
Si 0.3~0.5
P ≤0.040
S ≤0.030
Cr 16.0~18.0
Ni 3.5~5.5
Cu 1.2~2.0
N 0.10~0.15
余铁和不可避免杂质。
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