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CN102560286A - 一种无磁硬态节镍奥氏体不锈钢及其制造方法 - Google Patents

一种无磁硬态节镍奥氏体不锈钢及其制造方法 Download PDF

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CN102560286A
CN102560286A CN2012100508096A CN201210050809A CN102560286A CN 102560286 A CN102560286 A CN 102560286A CN 2012100508096 A CN2012100508096 A CN 2012100508096A CN 201210050809 A CN201210050809 A CN 201210050809A CN 102560286 A CN102560286 A CN 102560286A
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China
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stainless steel
magnetic
austenitic stainless
steel
percent
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CN2012100508096A
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张伟
胡锦程
江来珠
陈炳铨
顾学红
包磊
林隆声
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Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
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Abstract

本发明涉及无磁硬态节镍奥氏体不锈钢,其化学成分重量百分比为:C:0.07-0.12%,Si:0.2-1.0%,Mn:6.5-9.0%,Cr:17.0-18.0%,Ni:3.5-4.5%,N:0.16-0.35%,Mo:0.51-0.95%,Cu:0.5-2.0%,以及任选添加V:0.02-0.1%和Nb:0.02-0.1%中的一种或两种,余为Fe和不可避免的杂质。本发明利用C、N元素取代Ni元素,获得室温下的奥氏体组织,可以有效降低昂贵的Ni元素含量,从而降低成本;同时利用Cr、Mo和N的协同作用,保证材料的耐点蚀当量PREN≥18,提高耐腐蚀性,与304相当;通过控制Md30/50温度低于-35℃,最低达到-125℃,冷轧压下0-80%之后,材料屈服强度达到360-1590MPa,但是无马氏体相生成,因此材料仍保持无磁的特性,可以广泛用于电子、仪器仪表等行业,成本与304和305相比明显降低。

Description

一种无磁硬态节镍奥氏体不锈钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及含氮节镍奥氏体不锈钢及其制造方法,尤其一种耐蚀性优良的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢及其制造方法。
背景技术
不锈钢硬态材料常用于电子、仪器仪表等行业。常用的不锈钢硬态材料主要为300系奥氏体不锈钢中的S30400(304)和S30100(301)。所谓的硬态不锈钢是指将不锈钢板或者钢带进行调质轧制,给予钢带一定的冷轧压下量,冷加工后不做退火处理,获得硬态不锈钢产品。硬态不锈钢一般比固溶处理(或退火处理)后的相同材料强度高、硬度高,因此材料更耐磨,使用寿命更长。
常用的不锈钢硬态材料有304和301,其中304的耐蚀性较高,应用较广泛;301的耐蚀性低于304,一般用于制作轨道交通车辆。根据ASTMA240标准,304的标准成分为:C≤0.08%,Si≤0.75%,Mn≤2.0%,Cr:18.0-20.0%,Ni:8.0-10.5%,一般地304的典型成分为C:0.06%,Si:0.4%,Mn:1.0%,Cr:18%,Ni:8%。304经过轧制或者冷变形后,强度和硬度将提高,表1给出了硬态304的力学性能。304的强度和硬度提高的机制有两个:(1)加工硬化;(2)应变诱发马氏体相变硬化。加工硬化指304不锈钢在变形过程中,位错的产生和堆积导致变形阻力增大,产生材料加工硬化,尤其是304奥氏体不锈钢中容易产生孪晶和层错,孪晶和层错进一步阻碍位错的移动,增加加工硬化的程度,使材料的硬度和强度提高。应变诱发马氏体相变硬化指304不锈钢在变形过程中,发生马氏体相变,马氏体相的产生导致材料强度和硬度增加,从而产生相变硬化。上述两个机制是硬态不锈钢调质轧制过程中,强度和硬度增加的主要方式。
表1硬态304力学性能
Figure BDA0000139387080000021
但是,由于应变诱发马氏体相变产生后,材料中存在较高含量的体心立方马氏体相,而马氏体相具有磁性,因此导致整个材料带有磁性。对于电子行业和仪器仪表行业,为了避免材料对设备的干扰,通常要求材料无磁。因此,硬态304不锈钢在这些行业的应用受到了限制。
奥氏体不锈钢304冷加工后出现磁性马氏体相的原因在于其奥氏体组织是亚稳的,在应变作用下将发生马氏体相变,从而产生磁性。为抑制马氏体相变的产生,主要的途径就是加强奥氏体相的稳定性。目前采用的方法是提高镍含量,产生了一个新的不锈钢牌号S30500(305),305的成分为:C≤0.12%,Si≤0.75%,Mn≤2.0%,Cr:17.0-19.0%,Ni:10.5-13.5%。常用的典型成分为:C:0.06%,Si:0.4%,Mn:1.0%,Cr:18%,Ni:10.5%。镍含量提高后,305冷轧后马氏体相含量远远低于同样压下的304不锈钢,因此可以满足无磁或者低磁条件下的应用要求。但是由于305不锈钢中镍含量高达10.5%,因此其成本大大提高。不锈钢中每增加1%的镍,意味着增加10-15%的原材料成本。镍元素的成本占不锈钢原材料成本80%左右。自2005年以来,不锈钢中的重要合金元素镍价格一直处于暴涨暴跌中,导致不锈钢生产和应用企业的风险极大。这使降低不锈钢原材料成本和风险成为钢铁企业发展的关键问题。因此305的应用主要受到成本和价格的限制。
CN1089308A公开了一种新型奥氏体无磁不锈钢,其化学成分为:<0.12%C,<1.0%Si,10-13%Mn,<0.03%P,<0.03%S,12-14%Cr,4-6%Ni,1.5-2.5%Cu,<0.02%Re,其余为Fe,优先选择<0.06-0.1%C,<1.0%Si,10-11%Mn,<0.03%P,<0.03%S,12-14%Cr,4-6%Ni,1.5-2.5%Cu,≤0.02%Re,其余为Fe。其成分特点是含一定量的稀土元素,且Cr含量远低于304。该专利指出该合金即使进行深加工,也不会产生磁性。
CN1050227A公开了一种单相奥氏体无磁不锈钢,其特征在于该钢的具体化学成份为(重量%):C≤0.08%,Si≤1.5%,Mn:1.0-2.0%,Cr:13.2-14.95%,Ni:12.0-13.9%,Cu:2.5-3.5%,P≤0.025%,S≤0.015%,Re:0.005-0.05%,其余为Fe。该材料主要通过添加高含量Ni增加奥氏体的稳定性,经20-80%变形后,仍为单相奥氏体组织,而且导磁率性能稳定。该发明钢主要适用于制作电器设备零部件。但该材料的耐蚀性低于304钢。
从上述专利可以看出,通过提高Ni或者Mn含量,同时添加Cu,可以一定程度上降低Md30/50温度,提高奥氏体相的稳定性,抑制应变诱导马氏体相的产生。如CN1089308A添加了10-13%Mn,1.5-2.5%Cu,都有利于降低Md30/50温度,减少或避免冷加工过程中磁性马氏体相的出现。CN1050227A将Ni含量提高到12.0-13.9%,确保合金经20-80%变形后,仍为单相奥氏体组织。但CN1089308A和CN1050227A的耐蚀性将远低于304奥氏体不锈钢。
CN 1327078A公开了一种精密冲切性优良的奥氏体不锈钢,成份为(C+1/2N)≤0.060质量%,Si≤1.0质量%,Mn≤5质量%,S≤0.006质量%,Cr为15-20重量%,Ni为5-12质量%,Cu≤5重量%,Mo为0-3.0质量%及Fe和杂质,Md30/50值控制在-60~-10℃内。冷轧后钢板的硬度增加优选为维氏硬度20%或更大。钢板的金相组织在终退火状态优选调整到#8~#11晶粒度,该材料的冲切性能得到明显提高。但耐蚀性显著低于304奥氏体不锈钢。
EP593158A1提出了一种含Cu含N的Cr-Ni-Mn奥氏体不锈钢,其中含Cr:16.5-17.5%,Mn:6.4-8.0%,Ni:2.50-5.0%,Cu:2.0-3.0%,C不大于0.15%,N不大于0.2%,Si不大于1%,该合金的冷加工硬化低于201,耐蚀性则接近430。
现有的含氮节镍奥氏体不锈钢产品和专利基本不含Mo,同时采用降低材料中的Ni和Cr含量,以降低成本,但耐蚀性(PREN值)低于传统的304。如CN1129259A公开了一种能节镍铬的含氮奥氏体不锈钢,利用Mn、N取代部分Ni,Ni含量与304中的8%相比显著降低,但是为了保证室温获得全奥氏体相,成分中Cr含量也显著降低到10-15%,这将导致耐蚀性远低于304。
提供一种耐蚀性优良的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢十分有益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无磁硬态节镍奥氏体不锈钢。
为实现上述目的,本发明的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢,其化学成分重量百分比为:C:0.07-0.12%,Si:0.2-1.0%,Mn:6.5-9.0%,Cr:17.0-18.0%,Ni:3.5-4.5%,N:0.16-0.35%,Mo:0.51-0.95%,Cu:0.5-2.0%,以及任选添加V:0.02-0.1%和Nb:0.02-0.1%中的一种或两种,余为Fe和不可避免的杂质。
本发明的另一个目的在于提供上述无磁硬态节镍奥氏体不锈钢的制造方法,该方法包括:
按上述成分冶炼,模铸或连铸形成铸坯,然后锻造或热轧,退火酸洗处理;
将钢板冷轧至要求厚度,称为调制轧制,或者冷锻等加工,获得需要的强度和硬度,由于材料马氏体相变温度低于-35℃,轧硬后不会产生马氏体相,因此获得高强度的同时,钢板不产生磁性,从而制备出具有优良耐蚀性的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢。
优选地,将铬铁、镍铁以及废钢等加入电炉进行融化,熔清后将钢液倒入AOD炉,在AOD炉内进行脱C、脱S和增N、控N的吹炼,当冶炼成分达到要求时,将钢液倒入中间包,并连铸,其中连铸的过热度为30-80℃,板坯拉速为0.6-2m/min;
然后将连铸板坯加热到1100-1250℃,再轧制到所需厚度后卷取;
连续酸洗退火后进行冷轧,压下量为0-80%。
本发明利用C、N元素取代Ni元素,获得室温下的奥氏体组织,可以有效降低昂贵的Ni元素含量,从而降低成本;同时利用C、N等元素显著降低Md30/50温度,提高奥氏体相的稳定性,抑制应变诱发马氏体相的产生,以开发低成本、冷变形后无磁的奥氏体不锈钢。同时通过添加0.51-0.95%的Mo,利用Cr、Mo和N的协同作用,保证材料的耐点蚀当量PREN≥18,提高耐腐蚀性,与304相当;通过控制Md30/50温度低于-35℃,最低达到-125℃,冷轧压下0-80%之后,材料屈服强度达到360-1590MPa,但是无马氏体相生成,因此材料仍保持无磁的特性,可以广泛用于电子、仪器仪表等行业,成本与304和305相比明显降低。
附图说明
图1为本发明实施例2的合金金相图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的特点和优点进行详细的说明。
本发明中,除非另有指明,含量均指重量百分比含量。
为实现本发明的提供无磁硬态节镍奥氏体不锈钢上述目的,各元素成分控制如下:
碳,碳是强奥氏体形成元素,一定程度上可以取代镍,促进奥氏体形成,并稳定奥氏体组织,显著降低Md30/50温度,有效抑制应变过程中磁性马氏体相的形成。但是当碳含量过高时,碳与铬结合后在晶界形成富铬碳化物,导致晶间腐蚀。另外,形成的富铬碳化物还降低钢的冲击韧性。过低的碳含量将增加制备过程中的难度和成本。因此,本发明钢中控制碳含量为0.07-0.12%。
硅,硅是钢铁熔炼中通常含有的元素。硅是铁素体形成和稳定元素。硅在熔炼过程中用于脱氧,同时硅可以提高铁素体相的高温强度,因此一般不锈钢中含有0.2%以上的硅。但是硅含量过高时将降低氮的溶解度,并加速金属间相的析出。因此,本发明钢中控制硅含量为0.2-1.0%。
锰,锰是一种奥氏体形成和稳定元素,可以利用锰一定程度上取代镍,获得奥氏体组织,同时锰的添加可以显著提高氮的溶解度,另外锰的添加也可以降低Md30/50温度,每添加1%Mn,可以使Md30/50温度降低8℃。但是锰对不锈钢的耐腐蚀性的影响基本上都是负面的。评价含氮不锈钢耐点腐蚀性能的经验公式为:PREN(耐点蚀当量)=%Cr+3.3%Mo+30%N-%Mn。本发明钢中为确保耐电腐蚀性,控制Mn含量为6.5-9.0%。
铬,铬是钢获得耐腐蚀性能的最重要元素。由于铬是显著增强耐腐蚀性能的元素,为保证良好的耐蚀性,本发明钢中铬含量控制在17.0%以上。但铬是主要的铁素体形成元素,过高的铬将导致材料中出现铁素体相,不能保证室温状态下获得完全无磁的奥氏体,因此需要相应更高的镍当量与之配合,以保证获得室温奥氏体组织。因此,本发明钢中铬含量控制在17.0-18.0%。
镍,镍是强烈的奥氏体形成和稳定元素,是300系奥氏体不锈钢中主要的奥氏体化元素。镍同时是降低Md30/50温度,提高奥氏体相稳定性的重要元素。但是镍价格昂贵,在300系奥氏体不锈钢中镍的成本占原材料成本的80%以上,不锈钢中每降低1%的镍,意味着降低10-15%的原材料成本,因此本发明钢中镍含量控制在3.5-4.5%,以保证材料具有较低成本,同时确保钢在室温的奥氏体组织。
氮,氮是一种强奥氏体形成元素。本发明通过添加降低Md30/50温度,有效抑制应变过程中磁性马氏体相的形成。更有利的是氮在奥氏体中固溶度较高,与碳容易形成碳化物析出不同,氮化物在奥氏体相中一般不会析出。同时氮的加入有利于提高钢的强度和耐腐蚀性能,尤其是氮和钼的协同作用可以显著提高耐点腐蚀性能和耐缝隙腐蚀性能。但是氮含量过高时,将提高熔炼和热加工的难度,尤其是氮含量的提高将导致严重的热轧边裂,导致难以在现有产线上进行生产。因此,本发明钢中氮含量控制在0.16-0.35%。
钼,钼非常有利于提高钢的耐腐蚀性能。本发明通过添加钼显著促进铬在钝化膜中的富集,从而增强不锈钢钝化膜的稳定性,显著强化钢中铬的耐蚀作用,从而大大提高不锈钢的不锈性和耐各种介质的耐蚀性。同时钼在不锈钢中还能提高钢的再钝化能力,提高耐点蚀和缝隙腐蚀的能力,还对防止以点蚀为起源的应力腐蚀有利,提高不锈钢的耐应力腐蚀和缝隙腐蚀能力。钼还可以与氮协同作用,进一步提高耐点蚀性能。因此本发明钢中的钼含量控制在0.51-0.95%。
铜,铜是一种奥氏体形成元素,本发明通过添加铜提高不锈钢的塑性和在还原性酸中的耐腐蚀性,同时有利于提高耐缝隙腐蚀性能。但是铜含量过高时不利于热加工性能。因此本发明钢中铜含量控制在0.5-2.0%。
钒、铌,作为可选元素,在本发明中的主要作用是细化组织,提高钢液纯净度,提高热加工性能,其含量均控制在0.1%以下。
发明人经过分析304不锈钢中奥氏体向应变诱发马氏体的转变发现,马氏体相变的发生和量的增加取决于奥氏体相的稳定性。一般用Md30/50温度来评价奥氏体相转变为应变诱发马氏体相的趋势,其含义是应变50%时,产生马氏体相含量达到30%的温度。换句话说,材料在该温度下变形50%时,马氏体相含量可达到30%。如果Md30/50温度越高,代表该材料中奥氏体相越不稳定,材料发生应变诱发马氏体相变的趋势就越明显。可以用以下经验公式来计算Md30/50温度,Md30/50=413-9.5Ni%-13.7Cr%-8.1Mn%-9.2Si%-462(C%+N%)。根据该经验公式计算得到304钢的Md30/50(304)=50℃,305不锈钢的Md30/50(305)=27℃。可见,304的Md30/50温度较高,因此在冷轧过程中容易发生应变诱发马氏体相相变,导致材料产生磁性;305的Md30/50温度与304比较降低了23℃,因此其应变诱发马氏体相变发生的量要小于304,305在冷轧压下较小的条件下能够保持无磁或者弱磁的特性。但是,正如前文所述,305中添加了更多的镍,将导致材料成本升高20%以上,因此限制了材料的推广和应用。
根据Md30/50计算公式可以看出,Cr、Ni和Mn元素的添加可以降低Md30/50温度,提高奥氏体的稳定性;更显著的是添加C和N两种元素,可以大大提高奥氏体相的稳定性,抑制冷加工过程中磁性马氏体相的产生。但是,Cr、Ni、Mn、C、N等元素配比不仅决定合金的成本,还影响Cr:Ni当量比,同时决定室温是否具有全奥氏体组织、决定合金中有害析出相的形成风险,其中Cr、N、Mo等还是决定其重要的特性-耐腐蚀性的关键元素,其影响可以根据耐点蚀当量公式PREN=%Cr+3.3%Mo+30%N-%Mn表示。
为此,本发明成分设计过程中,考虑到Ni、N、C、Mn、Cu等是奥氏体形成元素,Cr、Mo、Si等是铁素体形成元素,必须保证足够的奥氏体形成元素,首先确保材料在未冷加工之前具有无磁的全奥氏体组织。
首先,本发明通过控制铬和镍的当量比Creq/Nieq为1.44-1.90来控制相组成,确保本发明钢在室温下获得奥氏体组织,保证材料具有奥氏体组织的无磁性、延伸率高、低温韧性好和成形性好等优点。
本发明通过调整Cr、Ni、Mn等元素,尤其是C和N元素的含量,促使材料的Md30/50温度低于-35℃,与304的Md30/50温度(50℃)和305的Md30/50温度(27℃)相比均显著降低,因此材料的奥氏体相更稳定,可以确保在冷轧等应变后仍保持无磁的奥氏体相,不产生磁性的马氏体相。
本发明通过控制Mo含量低于0.95%,Ni含量为3.5-4.5%,材料中Ni含量与304中的8%相比显著降低,而每降低1%的Ni,可以使原材料成本降低10-15%,因此材料成本显著低于304奥氏体不锈钢。
本发明通过同时用N、Mn取代Ni来降低成本,控制N含量在0.35%以下以不加大冶炼和加工难度,同时不影响成型等性能。
本发明钢确保Cr含量大于17.0%,控制Mn含量低于9%,然后添加一定量的Mo和N。其中Mo能显著促进铬在钝化膜中的富集,从而增强不锈钢钝化膜的稳定性,显著强化钢中Cr的耐蚀作用,从而大大提高不锈钢的不锈性和耐各种介质的耐蚀性。同时Mo在不锈钢中还能提高钢的再钝化能力,其耐点蚀和缝隙腐蚀的能力约为铬的3倍,Mo还对防止以点蚀为起源的应力腐蚀有利,提高不锈钢的耐应力腐蚀和缝隙腐蚀能力。利用Cr、Mo和N三者之间的交互作用,N促进钝化膜中Cr的富集,提高钢的钝化能力,N和Mo还可以提高钝化膜的稳定性;N可以提高微区的PH值,添加一定量的Mo,并综合调整N、Ni、Mn的含量,确保材料的PREN≥18,达到与304奥氏体不锈钢相当的耐腐蚀性。这也是本发明区别于现有节镍奥氏体不锈钢之处,因为现有的节镍奥氏体不锈钢以降低成本为主,耐蚀性低于奥氏体不锈钢304。
本发明的上述耐蚀性优良的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢可以通过常规工艺进行生产。
优选地,通过包含如下步骤的方法制造:
其化学成分重量百分比为:C:0.07-0.12%,Si:0.2-1.0%,Mn:6.5-9.0%,Cr:17.0-18.0%,Ni:3.5-4.5%,N:0.16-0.35%,Mo:0.51-0.95%,Cu:0.5-2.0%,任选添加V:0.02-0.1%和Nb:0.02-0.1%中的一种两种,余Fe和不可避免杂质,通过成分的合理设计使得材料Md30/50温度低于-35℃;
按上述成分冶炼,模铸或连铸形成铸坯,然后锻造或热轧,退火酸洗处理;
将钢板冷轧至要求厚度,称为调制轧制,或者冷锻等加工,获得需要的强度和硬度,由于材料马氏体相变温度低于-35℃,轧硬后不会产生马氏体相,因此获得高强度的同时,钢板不产生磁性,从而制备出具有优良耐蚀性的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢。
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
现有的奥氏体不锈钢304冷轧硬态产品一般具有磁性,影响了其在电子部件等无磁领域的应用。同时304中贵重元素镍的含量达到8%,材料成本较高;高镍的奥氏体不锈钢305中奥氏体比304更稳定,可以保证在一定压下量条件下硬态产品中不产生磁性的应变诱发马氏体相,但是305中贵元素镍的含量高于10.5%,因此成本比304更高,限制了其应用。
本发明利用锰、碳、氮等元素的奥氏体化作用,一方面取代贵重元素镍,确保材料在室温具有奥氏体相,可以有效降低成本;另一方面,利用锰、碳、氮,尤其是碳和氮元素显著降低Md30/50温度,提高奥氏体相的稳定性,确保在冷轧过程中不产生磁性的马氏体相。通过添加适量的铬、钼和氮保证材料具有优良的耐蚀性。
现有的含氮节镍奥氏体不锈钢产品和专利基本不含Mo,同时采用降低材料中的Ni和Cr含量,以降低成本,但耐蚀性(PREN值)低于传统的304。如CN1129259A、CN101338403A、CN1089308A、CN1050227A和EP593158A1公开的材料的耐蚀性将远低于304奥氏体不锈钢。
本发明通过添加C、N、Mn等元素,取代贵重金属Ni,同时利用C、N等显著降低Md30/50温度,提高奥氏体相稳定性,降低冷加工过程中磁性马氏体相的产生,同时通过将Cr含量控制在17-18%,添加0.51-0.95%的Mo元素,保证合金的耐点蚀当量PREN值≥18,耐腐蚀性能与304奥氏体不锈钢相当。
本发明所述的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢可利用现有的不锈钢产线批量生产,产品具有优良的力学性能和耐蚀性能:经冷加工压下0-80%后,屈服强度Rp0.2为360-1590MPa,尤其是材料中不产生磁性的马氏体相;耐点蚀当量值PREN=Cr%+3.3%Mo+30N%-Mn%≥18,与304奥氏体不锈钢相当或高于304奥氏体不锈钢。
表2所示为本发明实施例钢种的化学成分,表2同时给出了作为对比例的标准304奥氏体不锈钢的化学成分。还给出了Md30/50温度、Cr当量、Ni当量、点蚀当量PREN等。
表2本发明实施例和对比例的成分    单位:重量百分比
  编号   C   Si   Mn   Cr   Ni   Mo   Cu   N   V   Nb
  实施例1   0.120   0.8   6.5   17.5   4.1   0.95   1.5   0.20   0.10
  实施例2   0.080   0.4   6.6   17.0   3.8   0.85   1.6   0.16   0.10   0.06
  实施例3   0.076   0.6   7.0   17.9   3.5   0.51   0.8   0.35   0.02   0.05
  实施例4   0.100   0.2   7.8   17.6   4.5   0.70   0.5   0.25   0.10
  实施例5   0.070   0.5   7.0   18.0   4.4   0.68   1.3   0.32   0.07
  实施例6   0.085   0.4   7.2   17.2   3.6   0.85   2.0   0.18   0.05
  实施例7   0.075   1.0   6.8   17.8   3.9   0.71   1.6   0.30   0.07
  实施例8   0.072   0.6   9.0   18.0   4.0   0.90   1.5   0.30   0.02   0.02
  对比例   0.06   0.4   1.0   18.0   8.0   0   0   0
表3实施例和对比例的性能
  编号   Md30/50   PREN   Creq   Nieq   Creq:Nieq
  实施例1   -73.6   20.14   19.65   12.423   1.582
  实施例2   -35.0   18.81   19.25   10.152   1.896
  实施例3   -124.5   23.08   19.31   13.254   1.457
  实施例4   -97.6   19.61   18.6   12.837   1.449
  实施例5   -116.9   22.84   19.43   13.539   1.435
  实施例6   -48.1   18.71   19.15   10.612   1.805
  实施例7   -105.4   22.34   20.01   12.896   1.552
  实施例8   -121.9   20.97   19.80   12.745   1.554
  对比例   50.9   17.00   18.60   9.890   1.881
本发明实施例以电炉-AOD冶炼的生产流程为例:将铬铁、镍铁以及废钢等加入电炉进行融化,熔清后将钢液倒入AOD炉,在AOD炉内进行脱C、脱S和增N、控N的吹炼,当冶炼成分达到要求时,将钢液倒入中间包,并在立弯式连铸机上进行浇铸。连铸的过热度为30-80℃,板坯拉速为0.6-2m/min。将连铸板坯放入辊底式加热炉加热到1100-1250℃,在热连轧机组上轧制到所需厚度后卷取。然后进行连续的酸洗退火,然后进行冷轧压下,压下量0-80%,具体根据用户需要的硬度和强度确定,最终获得耐蚀性优良的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢产品。
试验例1:金相组织
实施例2的合金金相图如图1所示(室温为奥氏体组织),试样经电解腐蚀,腐蚀剂为饱和的草酸溶液,腐蚀电流0.2-0.4A/cm2
试验例2:力学性能
表4给出了本发明钢以及对比钢种冷加工压下不同变形量后的力学性能,利用磁性测试仪检测了不同冷加工压下后材料中磁性马氏体相的含量,并与304进行了对比。力学性能均取自冷轧板,采用JIS 13B标准加工和检测。其结果见表3。
表4本发明实施例和对比例的力学性能
Figure BDA0000139387080000111
Figure BDA0000139387080000121
注:对比例为标准的304奥氏体不锈钢。
由表2-4结果可见,本发明钢由于利用C、N取代贵金属Ni的奥氏体化作用,获得室温奥氏体组织;同时利用C、N、Mn能够降低Md30/50温度的特性,将材料的Md30/50温度降低到-35℃,最低可以降低到-125℃,材料经过冷加工压下后,强度和硬度等显著提高,可以满足电子行业等对材料力学性能的需要,同时由于奥氏体相的稳定性提高,材料的硬化主要通过加工硬化产生,即通过位错和孪晶的产生和堆积产生,而不产生磁性的马氏体相,确保硬态材料的无磁特性。另一方面,保证材料中Cr含量高于17%,通过添加0.51-0.95%的Mo,利用Mo和N的协同作用,提高耐腐蚀性,尤其是通过调整Cr、Mo、N和Mn等元素配比,保证材料的耐点蚀当量PREN≥18,与304奥氏体不锈钢相当或者高于304奥氏体不锈钢,从而制备出一种耐蚀性优良的含钼节镍奥氏体不锈钢,同时具有良好的综合性能和较低的成本。比如实施例1中Ni含量只有4.1%,与304相比Ni降低了4%左右,可以降低成本约30%以上,但是材料仍具有室温下的奥氏体组织,PREN值达到20以上,保持良好的耐蚀性,其Md30/50温度降低至-75℃,冷加工变形30%后,材料中未产生磁性的马氏体相,而304经相同压下后马氏体相含量达到22%。说明本发明材料可以在降低原材料成本的同时保持耐腐蚀性能,同时在冷加工后能够保持无磁的特性,可以大量应用于电子仪器、设备等耐腐蚀性能、强度和硬度要求高且要求必须无磁的领域。

Claims (8)

1.无磁硬态节镍奥氏体不锈钢,其化学成分重量百分比为:C:0.07-0.12%,Si:0.2-1.0%,Mn:6.5-9.0%,Cr:17.0-18.0%,Ni:3.5-4.5%,N:0.16-0.35%,Mo:0.51-0.95%,Cu:0.5-2.0%,以及任选添加V:0.02-0.1%和Nb:0.02-0.1%中的一种或两种,余为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢,其特征在于,V:0.02-0.1%。
3.如权利要求1或2所述的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢,其特征在于,Nb:0.02-0.1%。
4.如权利要求1-3任一所述的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢,其特征在于,铬和镍的当量比Creq/Nieq为1.44-1.90。
5.如权利要求1-4任一所述的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢,其特征在于,其Md30/50温度低于-35℃。
6.如权利要求1-5任一所述的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢,其特征在于,PREN≥18。
7.如权利要求1-6任一所述的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢的制造方法,包括如下步骤:
按上述成分冶炼,模铸或连铸形成铸坯,然后锻造或热轧,退火酸洗处理;
将钢板冷轧或者冷锻加工至要求厚度,获得需要的强度和硬度以及钢板不产生磁性,从而制备出具有优良耐蚀性的无磁硬态节镍奥氏体不锈钢。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,冶炼中,将铬铁、镍铁以及废钢等加入电炉进行融化,熔清后将钢液倒入AOD炉,在AOD炉内进行脱C、脱S和增N、控N的吹炼,当冶炼成分达到要求时,将钢液倒入中间包,并连铸成板坯,其中连铸的过热度为30-80℃,板坯拉速为0.6-2m/min;
然后将连铸板坯加热到1100-1250℃,再轧制到所需厚度后卷取;
连续酸洗退火后进行冷轧,压下量为0-80%。
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