鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼的製作方法
2023-05-23 04:34:41
專利名稱：鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼的製作方法
技術領域：
本發明涉及奧氏體不鏽鋼，特別涉及 一 種鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，該鋼種用來替代傳統的18-8型奧氏體不鏽鋼。
技術背景18-8系列奧氏體不鏽鋼，如lCrl8Ni9、 1Crl8Ni9Ti、 0Crl8Ni9等是 傳統的奧氏體不鏽鋼，俗稱"304"，該系列鋼因其良好的耐腐性能、熱加 工性能、冷加工性能及綜合機械性能，在生產上得到廣泛穩定的長期應用。 但是該鋼種由於含有較髙的貴金屬Ni,產品價格十分昂貴，加之Ni資源在全世界非常緊缺，再該鋼種的自身強度偏低，抗磨損腐蝕能力較小。因 而限制了更廣泛的運用空間及諸多的應用領域。因此，開發一種節鎳型、 能替代傳統18-8型奧氏體不鏽鋼鋼種具有無限的現實意義及歷史意義，然 而至今為止，能在耐腐蝕性能、耐磨損耐腐蝕性能、綜合機械性能及加工 性能上超過傳統18-8型(304 )的節鎳不鏽鋼鋼種尚未見有報導。以節鎳 為主，部分用途可取代最常用的奧氏體不鏽鋼ASTM304或SUS304,開發綜 合性能與304相近的奧氏體不鏽鋼材料，近幾年在國內非常熱門，如201 不鏽鋼。201不鏽鋼是一種節鎳型的不鏽鋼，巿場上大量使用的201材料 中含有較高的碳和偏低的鉻，其耐腐蝕性也遠不如304牌號。例如一種節 鎳型不鏽鋼，C《0.10%， Si《0.8%, 8. 5% <Mn<10. 0%,Crl4-15%,Ni 《1.27。，P《0.057。，S《0.03S,N《0.20^，其佘為鐵。鉻含量低，加上太低的鎳，耐腐蝕性能即便是在弱腐蝕環境下也不如常用的奧氏體不鏽鋼； 儘管用量很大，但這類鋼耐腐蝕性差一直是比較嚴重棘手的質量問題。腐蝕、磨損和疲勞斷裂是金屬材料在使用過程中導致功能失效最主要的原因, 所以在對材料的保護要求有靜態腐蝕、動態腐蝕(磨損腐蝕)。材料磨損 腐蝕分磨粒磨損、表面疲勞磨損、微動磨損、空泡腐蝕及多相流腐蝕與應 力腐蝕、衝刷腐蝕，磨蝕磨損或磨損腐蝕，簡稱磨蝕。鉻錳氮系列不鏽鋼(以下簡稱200系鋼)以Mn-N代Ni,材料成本顯著降低，性能也出現一系列變 化，降低Ni後，為了保證奧氏體組織必須有足夠高的Mn、 C和N來增加鎳 當量，因此造成鉻錳氮系列不鏽鋼具有下列問題(l)固溶處理後的抗拉強 度偏高， 一般為800 — llOOMPa; (2)冷加工硬化率急劇上升，冷加工強化 係數K〉15，加工難度大，過程成本增加；(3) 200系鋼彎曲成形、冷鐓和衝 壓性能較差；(4)傳統的200系鋼對晶間腐蝕很敏感，而且加穩定化元素也 無法改變其敏感性；(5) 200系鋼使用性能研究數據缺乏。200系鋼由於其穩 定奧氏體元素含量比304相對要高，抗磁性能優於304,這類鋼存在的問 題較多，主要是成份設計不太科學合理，在這類鋼種，有的不含鎳，但其 強度偏高，延伸率較低，冷加工硬化指數高，冷軋成材率低，耐蝕性能差 等等缺點，故其應用也受到限制。發明內容本發明的目的在於提供一種綜合機械性能、耐腐蝕性能、塑韌性、耐 磨性能優於國標304奧氏體不鏽鋼水平，在化學成份中含鎳又低或不含鎳的節鎳型鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼。針對上述目的，本發明的技術方案通過對合金元素與相平衡及冷變形 馬氏體轉變溫度點關係的計算，通過研究合金元素對節鎳型奧氏體含稀土 不鏽鋼各種性能的影響，並通過微合金化，來提高鋼的各項性能，在此基 礎上科學地設計了鋼種的化學成份。
為達到上述目的，本發明的技術解決方案是鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其成分質量百分比為CO. 06-0. 11，Mnl4-19,Si0-3,P《0. 054, S《0. 03， Crl6-18, N 0.1—0.4, Cul. 0-2. 5, MoO—3, Ni0-2， ReO—0. 22,餘鐵和不可避免雜質。所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼還含鈥，其質量百分比為 0-0. 8。所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼還含鈮，其質量百分比為0-1。所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼還含釩，其質量百分比為0-2。所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼還含鋁，其質量百分比 為4-5。本發明的設計思路是降碳、鎳，保證必要的鉻含量，以確保其耐腐蝕 性能和降低生產成本;選擇合適的氮含量，加一定量的錳、銅、矽、鉬和稀 土元素，以穩定組織和改善性能；進行相平衡計算和成分設計，並逐步優化 成分，開發綜合機械性能、耐腐蝕性能、塑韌性、耐磨性能優於國標304 奧氏體不鏽鋼水平的奧氏體不鏽鋼新鋼種。鉻，是奧氏體不鏽鋼中最主要的合金元素。奧氏體不鏽鋼的不鏽性和 耐蝕性的獲得是由於在介質作用下，鉻促進了鋼的鈍化並使鋼保持穩定鈍 態的結果。鉻對奧氏體不鏽鋼性能影響最大的是耐蝕性，主要表現在鉻提髙鋼的耐氧化性介質和酸性氯化物介質的性能；鉻還提高鋼耐局部腐蝕，比 如晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕以及某些條件下應力腐蝕的性能；因此鋼中的鉻含量不能過低，要求控制在16-18%之間；鉻、銅和鉬的配合使不 鏽鋼的耐蝕性能有極大的提高。碳，是強烈形成並穩定奧氏體且擴大奧氏體區的元素。碳形成奧氏體 的能力約為鎳的30倍，對不鏽鋼而言，碳是一種有害元素，這主要是由於
在不鏽和耐蝕用途中的一些條件下，如焊接或450-850度加熱，碳與鋼中 的鉻形成高鉻的碳化物Cr23C6,使鋼的耐腐蝕性能特別是耐晶間腐蝕性能下 降；因此在設計成分時，始終把降低碳含量作為衡量其耐腐蝕性能好壞的 重要指標，但碳控制過低如C<0. 06%,會影響單一奧氏體組織的穩定性 及增加冶煉工藝成本，故控制碳在0. 06-0. 11%範圍。矽元素的加入有脫氧效果，當矽以固溶態的形式存在時，他可以提高 基體的屈服強度，但會使材料的韌脆轉變溫度提高，同時可在鋼的表面上 形成緻密的Si02膜，阻礙酸向鋼內部進一步侵蝕，對提高鋼在高濃度硝酸 中的耐蝕性尤為有效，含矽量過高使鋼度變形困難。所以將其含量按0-3% 範圍控制。氮，是非常強烈地形成並穩定奧氏體且擴大奧氏體相區的元素，其形 成奧氏體的能力與碳相當，約為鎳的30倍。氮的作用除代替部分鎳以節約 貴重元素外，主要是作為固溶強化元素提高奧氏體不鏽鋼的強度，但並不 顯著損害鋼的塑性和韌性；同時氮提高鋼的耐腐蝕性能，特別是耐晶間腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕等；基於氮這些優良的特性，設計時氮含量控制在0. 1-0.4%範圍，根據碳、錳含量作相應調整。錳，是弱形成奧氏體元素，但具有強烈穩定奧氏體的作用；錳還可增加氮在奧氏體鋼中的溶解度，故200系不鏽鋼一般氮高錳也高；但隨著錳元素 的提高強度也提高，因此在確保氮充分溶解的前提下，設計錳含量在14-19 %。為保證奧氏體組織，降低馬氏體變形溫度，成分控制按:碳取上限時， 錳、氮取中下限;碳在下限時，錳與氮取中上限。銅，在奧氏體不鏽鋼中的作用，能顯著降低鋼的冷作硬化傾向，能顯著降低的熱加工性，特別是當奧氏體不鏽鋼中鎳含量較低時更為明顯；能
提高冷加工成形性能，進一步提高含鉬奧氏體不鏽鋼在還原性介質中的耐 蝕性，可使鉻鎳奧氏體不鏽鋼的室溫強度降低，塑性提高；而且銅也是弱奧氏體形成元素。但是，現有201不鏽鋼不含銅，在改善201不鏽鋼綜合性 能方面，銅起著舉足輕重的作用，因此設計時，銅控制在l. 0-2. 5%的範圍， 銅過高會影響鋼的強度和奧氏體鋼的耐點蝕、耐應力腐蝕性能。鎳，是奧氏體不鏽鋼的最主要元素，它的主要作用是形成並穩定奧氏 體組織，它促進鉻的鈍化，其本身不是耐腐蝕元素。但鎳可改善冷熱加工 性能，使強度、塑性和韌性很好的配合，其價格也是十分昂貴的，故明確Ni 含量按0-2%範圍控制，儘可能靠近下限，因為鎳含量越髙，成本越高。成 分控制按鎳取上限時，錳、銅取中下限；鎳在下限時，錳與銅取中上限。鋁，在奧氏體不鏽鋼中的作用，提高不鏽鋼的耐腐蝕性能，提高鋼在 低溫下的軔性、抗氧化性，但鋁含量小於4%時，鋼的耐腐蝕性能不明顯， 鋁含量提高，鋼的耐腐蝕性能也隨之提髙，但熱加工性能變差，在扎制、 鍛造時易開裂，其含量按4-5%範圍控制；加鋁時，矽取中上限。鈦和鈮作為穩定鋼中碳的元素，優先與碳結合形成TiC或NbC,減少M23C6 的形成，達到防止敏化態晶間腐蝕的目的；鈦和鈮在鋼中能形成金屬間相， 可提高不鏽鋼的強度。釩使鋼能耐鹽酸、稀硫酸、鹼溶液和海水的腐蝕，鉬能進一步提高不 鏽鋼對硫酸或還原性介質的耐腐蝕性能。微量稀土元素不僅能淨化鋼液，而且能細化鋼的凝固組織，改變夾雜 物的性質、形態和分布，從而提髙鋼的各項性能。稀土能增加碳的溶解度， 抑制以M(Cr)23C6型為主的富鉻a相的析出，細化a相，使a相的腐蝕過程顯著得到改善；稀土是表面活性元素，富集於晶界，可 提高晶界的潔淨度;稀土又是局域弱化的強抑制劑，可改善了鋼的延塑性和韌性等。稀土對熱軋板硬化指數、強度、韌性的影響；材料的強度、韌性、硬化指數是決定熱軋板冷軋性能以及材料深衝性能的關鍵，適當的降低熱 軋板的硬度、提高材料的韌性可以提高冷軋板加工的單道次壓下量，減少碎邊現象的出現；而適當地調節材料的強度、硬化指數使之達到合理的匹配 可以提高冷軋板的深衝性能，降低產品的材料消耗，減少工藝環節，節約 生產工藝成本。稀土的添加具有明顯的效果，使得韌性、硬化指數得到了 提高，材料的強度降低，為生產的工藝改進提供了理論指導。本發明稀土 元素控制在O-0.22%的範圍，以真正實現節鎳，同時叉保證性能優良的目的。在鋼種成分設計中，還考慮了鉻、鎳當量相平衡及馬氏體轉變溫度的 計算。鉻、鎳當量相平衡及馬氏體轉變溫度的計算如下 鉻當量％(:^。= 7。Cr十7。Mo十1. 5X7。Si十0. 5X%Nb 鎳當量％1^6(1= %Ni + 30X(%C+%N)十O. 5X%Mn+0. 3X%Cu 冷卻中馬氏體開始轉變溫度點Ms (°C) = 1305 — 61. 1 (%Ni) —41. 7(%Cr) —33. 3(%Mn) —27. 8(%Si) 一1667 (7。C十7。N)冷變形誘發馬氏體轉變溫度點Md30(。C) = 413 — 9. 5(%Ni) —13. 7 (%Cr) —8. 1 (%Mn) —9. 2(%Si) —462 (%C+%N) 以上公式主要用於設計成分時，確保合適的鎳當量和鉻當量，當鎳當 量一定時，鉻當量偏低就會發生較多的馬氏體轉變；鉻當量偏高就會產生多餘的鐵素體。同時對冷加工控制參數Md30以及Ms進行測算，希望控制在較低的馬氏體轉變溫度點。通過相關研究計算表明，本發明鋼種落在不鏽 鋼組織相圖的奧氏體區間內。本發明鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼與傳統18-8型(304 )相比 有以下特點 本發明鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼是 一種節鎳的鋼種，它可 以節鎳80-100%,大大降低了不鏽鋼產品的成本，更節約了緊缺的金屬資 源。令本發明鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼有著良好的力學性能。它 的屈服強度、抗拉強度、耐蝕耐磨性能都優於傳統18-8型(304 )鋼種， 更讓人們驚喜的是它的塑性、韌性優良，延展率指標高出傳統18-8型(304 ) 50%以上。本發明鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼可達到如下常規力學性能屈 服強度300-450MPa,抗拉強度700-80畫Pa,延伸率5大於50%。本發明力學 性能、塑性、韌性和耐蝕耐磨性能優於國標304，按GB/T6W1-M(^方法評 定，鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼式樣的保護等級為9級，本發明綜合 性能良好，可實現節鎳降低成本，可替代國標304奧氏體不鏽鋼。
具體實施方式
實施例1:一種鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其成分質量百分比為CO. 11, Mnl6. 88， SiO. 39， PO. 054, SO. 003， Crl6. 05, NO. 16， Cul. 65， MoO. 25,
Nil. 08， ReO. 044，餘鐵和不可避免雜質，其屈服強度375MPa，抗拉強度 700MPa,延伸率5 54.5%。按GB/T10125-1997試驗方法，試樣在5°/。NaCl, 溫度(35 ± 2)。C,PH6. 5-7. 2條件下進行24小時連續噴霧試驗；按 GB/T6461-2002方法評定，鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼式樣的保護 等級為9. 5級；按GB/T4334. 5-2000試驗方法，試樣在硫酸-硫酸銅溶液中 進行16沸騰試驗，經檢驗，鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼絲無晶間腐 蝕傾向。
實施例2:
一種鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其成分質量百分比為CO. 10, Mnl4. 48, SiO. 70, PO. 020， SO. 007， Crl6. 28， NO. 18， Cul. 50， MoO. 18， NiO. 40,陽.095， ReO. 005,餘鐵和不可避免雜質，其屈服強度4權Pa, 抗拉強度770MPa,延伸率5 61.5t按GB/T10125-1997試驗方法，試樣在 5。/。NaCl,溫度(35土2)。C,PH6. 5-7.2條件下進行24小時連續噴霧試驗；按 GB/T6461-2002方法評定，鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼式樣的保護 等級為9級；按GB/T4334. 5-2000試驗方法，試樣在硫酸-硫酸銅溶液中進 行16小時沸騰試驗，經檢驗，鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼絲無晶間 腐蝕傾向。
實施例3:
一種鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其成分質量百分比為CO. 09, Mnl7. 16, SiO. 69, PO. 034, SO. 003， Crl6. 85, NO. 26， Cu2. 10， MoO. 85， NiO. 88, ReO. 06，餘鐵和不可避免雜質，其屈服強度380MPa,抗拉強度 700MPa,延伸率5 54.5%。按GB/T10125-1997試驗方法，試樣在5°/。NaCl， 溫度(35 ± 2KC，PH6. 5-7. 2條件下進行24小時連續噴霧試驗；按GB/T6461-2002方法評定，鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼式樣的保護 等級為9. 5級；按GB/T4334. 5-2000試驗方法，試樣在硫酸-硫酸銅溶液中 進行16小時沸騰試驗，經檢驗，鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼絲無晶 間腐蝕傾向。 實施例4:
一種鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其成分質量百分比為C0. 08 ， Mnl6. 38， Sil.70, PO. 020, SO. 007, Crl7. 68, NO. 26, Cul. 90， MoO. 72， NiO. 30, NbO. 12, ReO. 015,餘鐵和不可避免雜質，其屈服強度425MPa,抗 拉強度765MPa,延伸率5 70.0%。按GB/T10125-1997試驗方法，試樣在 5，aCl，溫度(35士2)。C,PH6.5-7. 2條件下進行24小時連續噴霧試驗；按 GB/T6461-2002方法評定，鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼式樣的保護 等級為9級；按GB/T4334. 5-2000試驗方法，試樣在硫酸-硫酸銅溶液中進 行16小時沸騰試驗，經檢驗，鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼絲無晶間 腐蝕傾向。
權利要求
1、鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其成分質量百分比為C0.06-0.11，Mn14-19，Si0-3，P≤0.054，S≤0.03，Cr16-18，N0.1-0.4，Cu1.0-2.5，Mo0-3，Ni0-2，Re0-0.22，餘鐵和不可避免雜質。
2、 根據權利要求1所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其特徵 在於它還含鈦，其質量百分比為0-0.8。
3、 根據權利要求1或2所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其 特徵在於它還含鈮，其質量百分比為0-1。
4、 根據權利要求1或2所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其 特徵在於它還含釩，其質量百分比為0-2。
5、 根據權利要求1或2所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其 特徵在於它還含鋁，其質量百分比為4-5。
6、 根據權利要求3所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其特徵 在於它還含釩，其質量百分比為0-2。
7.根據權利要求3所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其特徵 在於它還含鋁，其質量百分比為4-5。
8、 根據權利要求4所述的鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其特徵 在於它還含鋁，其質量百分比為4-5。
全文摘要
本發明公開了一種鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼，其成分質量百分比為C0.06-0.11，Mn14-19，Si0-3，P≤0.054，S≤0.03，Cr16-18，N0.1-0.4，Cu1.0-2.5，Mo0-3，Ni0-2，Re0-0.22，餘鐵和不可避免雜質。該鉻錳銅鉬系奧氏體耐蝕耐磨不鏽鋼的強度、塑韌性及耐蝕耐磨性能均能達到或優於國標304奧氏體不鏽鋼，其化學成分中含鎳又低或不含鎳，生產成本低。
文檔編號C22C38/38GK101148740SQ20071013432
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月10日 優先權日2007年10月10日
發明者方榮華 申請人:江蘇省方通新型不鏽鋼製品股份有限公司