一種無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料及其制備方法，該材料化學成分以重量百分比計，含有C：0.05～0.10%、Si：0.2～0.5%、Mn：9～11%、Cr：16～17%、N：0.30～0.35%、Mo：0.8～1.5%、P<0.01%、S<0.01%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼通過冷加工+退火處理后，材料不僅具有傳統(tǒng)無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼強度高的特點，同時塑性得到明顯提高，可廣泛應(yīng)用于弱腐蝕性環(huán)境下的交通、建筑等領(lǐng)域，實現(xiàn)對含貴重金屬鎳的奧氏體不銹鋼（如AISI301等）的替代。
【專利說明】一種無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 奧氏體不銹鋼中奧氏體的穩(wěn)定性隨成分的不同而存在差異。當奧氏體組織為亞穩(wěn) 狀態(tài)時，奧氏體晶粒冷變形后會轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變誘導馬氏體，這類板條狀組織含有高密度的位 錯和缺陷，為奧氏體逆轉(zhuǎn)變提供了大量形核位置。亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的這一特性在鉻鎳系 和鉻錳系不銹鋼中普遍存在，在改善材料冷成型性的同時，還大幅度提高了材料強度。以 AISI 301、AISI 201等為代表的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通、建筑等領(lǐng)域。
[0003] 傳統(tǒng)亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼中，諸如AISI 301等鉻鎳系不銹鋼由于添加了大量鎳元 素導致原材料成本較高，而諸如AISI 201等鉻錳系不銹鋼雖然降低了成本，但室溫力學性 能和耐蝕性偏低。以上因素嚴重制約了這類鋼種的應(yīng)用和發(fā)展。
[0004] 中國專利 CN 101077425 A、CN 102787277 A、CN 1519387 A、CN 102888566 A 中 公開了無鎳奧氏體不銹鋼雖然具有優(yōu)良的力學性能，但由于其氮含量較高，屬于高氮穩(wěn)定 奧氏體不銹鋼，并不能產(chǎn)生應(yīng)變誘導馬氏體。
[0005] 中國專利CN 101289729 A公開了一種"無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼"，雖然其具有寬廣 的高強度范圍，但延伸率普遍較低（A5CI〈30%)，沒有表現(xiàn)出良好的綜合力學性能。
[0006] 由此可見，無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼需要在保持低成本及高強度等優(yōu)點的同時，進 一步提高塑韌性，以期獲得優(yōu)良的室溫綜合力學性能，達到拓展其應(yīng)用領(lǐng)域的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在提供一種具有優(yōu)良強韌性的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料。本發(fā)明還提 供了無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料的制備方法。
[0008] 本發(fā)明提供的一種無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料，化學成分以重量百分比計，含有 碳 C :0· 05 ?0· 10%、硅 Si :0· 2 ?0· 5%、錳Μη :9 ?11%、鉻 Cr :16 ?17%、氮 N :0· 30 ?0· 35%、 鑰Mo :0. 8?1. 5%、磷P〈 0. 01%、硫S〈 0. 01%，余量為鐵Fe和不可避免雜質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼由于不含貴重元素鎳，需要通過其它奧氏體化合 金元素(諸如氮、錳、碳等)的含量控制和元素配比來得到單相亞穩(wěn)態(tài)奧氏體組織。下面將本 發(fā)明無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料的主要化學成分的作用做詳細敘述： 氮是一種非常廉價的奧氏體化元素，能夠形成、穩(wěn)定和擴大奧氏體相區(qū)。在奧氏體不 銹鋼中，氮元素的奧氏體化能力是鎳元素的2(Γ30倍，可替代鎳元素進行奧氏體化。氮的 加入可以提高奧氏體不銹鋼的強度，同時不會明顯降低塑韌性。氮元素還可以提高奧氏體 不銹鋼的耐縫隙腐蝕、耐晶間腐蝕和點腐蝕性能。為確保氮以間隙原子的形式固溶于奧氏 體不銹鋼的晶格中，同時保證室溫組織為單相亞穩(wěn)態(tài)奧氏體，氮含量應(yīng)控制在〇. 30?0. 35 (wt) %之間。
[0010] 錳是一種強烈的奧氏體穩(wěn)定化元素，可提高氮元素在奧氏體不銹鋼中的溶解度， 形成奧氏體的能力較弱。較高的錳含量是奧氏體不銹鋼無鎳化的重要特征，同時為了得到 亞穩(wěn)態(tài)奧氏體組織，錳含量應(yīng)控制在9?11 (wt) %之間。
[0011] 鉻是奧氏體不銹鋼中主要的抗腐蝕性元素，固溶于鋼中的鉻可顯著提高固溶體中 的氮含量。由于鉻元素會縮小奧氏體相區(qū)，為保證耐蝕性，亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼中的鉻含量 應(yīng)控制在16?17 (wt) %之間。
[0012] 碳是重要的奧氏體化元素，與氮、錳等其它元素一起作用可確保得到單相奧氏 體組織，但碳含量過多會嚴重影響奧氏體不銹鋼的塑性和耐蝕性，因此碳含量應(yīng)控制在 0· 05 ?0· 10 (wt) % 之間。
[0013] 鑰是提高奧氏體不銹鋼耐腐蝕性能的重要元素，可進一步提高鋼中的氮含量。鑰 與氮結(jié)合更有利于奧氏體不銹鋼的鈍化，但含量過多會降低鋼的韌性，因此鑰含量應(yīng)控制 在0· 8?1. 5 (wt)%之間。
[0014] 硅是不銹鋼中的鐵素體形成元素，鋼中硅含量應(yīng)控制在0. 2?0. 5 (wt) %之間。
[0015] 磷、硫是不銹鋼中的有害元素，含量越低越好，應(yīng)控制在0.01 (wt) %以下。
[0016] 通過研究各化學成分對奧氏體穩(wěn)定性及材料性能的影響，最終設(shè)計出合理的元素 配比，得到了亞穩(wěn)奧氏體結(jié)構(gòu)的無鎳不銹鋼材料。
[0017] 本發(fā)明提供的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料的制備方法，包括以下步驟： ① 采用真空感應(yīng)爐在氮氣保護氣氛下進行冶煉； ② 步驟①冶煉出的鑄錠在加熱爐內(nèi)加熱至期望溫度，所述期望溫度范圍在1200°c? 1250°C之間，保溫時間100?150分鐘； ③ 步驟②完成后，對鑄錠進行多道次熱軋，終軋溫度不低于950°C，熱軋態(tài)組織為單相 奧氏體； ④ 熱乳板酸洗后進行變形量為60%?80%的冷乳變形,冷乳態(tài)組織為應(yīng)變誘導馬氏 體； ⑤ 步驟④軋制出的冷軋板在退火爐內(nèi)加熱至期望溫度，所述期望溫度范圍在700°C? 1000°C之間，保溫時間3?15分鐘，退火態(tài)組織為細晶奧氏體； ⑥ 最終得到的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼，冷軋退火態(tài)的室溫屈服強度為500?800MPa， 室溫抗拉強度為900?llOOMPa，延伸率為30?55%。
[0018] 所述步驟③中的多道次熱軋，具體幾道次熱軋要視原始鑄坯厚度來定。
[0019] 本發(fā)明創(chuàng)造的創(chuàng)新點：本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼通過冷加工+退火處理 后，材料不僅具有傳統(tǒng)無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼強度高的特點，同時塑性得到明顯提高，可廣 泛應(yīng)用于弱腐蝕性環(huán)境下的交通、建筑等領(lǐng)域，實現(xiàn)對含貴重金屬鎳的奧氏體不銹鋼（如 AISI 301等）的替代。
[0020] 本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼由于不含貴重合金元素鎳，因此顯著降低了原材料成 本；通過冷加工及退火處理得到的細晶奧氏體組織可使材料具有較高的室溫強度，室溫屈 服強度可達到800MPa，室溫抗拉強度可達到llOOMPa ;本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼與 其它同類鋼種相比，在保持高強度范圍的基礎(chǔ)上，獲得了良好的塑性，延伸率能達到55%。材 料可用于生產(chǎn)冷軋帶材和冷軋板材。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是實施例1生產(chǎn)的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼熱軋態(tài)微觀組織照片。
[0022] 圖2是實施例2生產(chǎn)的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼冷軋退火態(tài)的微觀組織照片。

【具體實施方式】
[0023] 下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0024] 實施例1 : 本實施例無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的組分與重量百分比含量為： C ：0. 11 %, Si ：0. 21%, Μη ：10. 01%, Ρ ：0. 008%, S ：0. 01%, Cr ：16. 05%, Mo ：1. 01%, N ： 0. 33% ； 該無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的制備方法為： ① 采用真空感應(yīng)爐在氮氣保護氣氛下進行冶煉；采用50kg真空感應(yīng)爐冶煉不銹鋼， ② 步驟①冶煉出的鑄錠在加熱爐內(nèi)加熱，加熱至1210°C保溫2. 5h ; ③ 步驟②完成后，對鑄錠進行多道次熱軋，終軋溫度不低于950°C，熱軋態(tài)組織為單 相奧氏體，熱乳成4. 00mm厚熱乳板，具體步驟為： 經(jīng)過5道次的熱軋，道次壓下量為25%、30%、33%、33%、20%，開軋溫度為1150°C，終軋溫 度為 1000°C。
[0025] 熱軋態(tài)微觀組織為單相奧氏體組織。詳見圖1。
[0026] ④熱軋板酸洗后進行總變形量為80%的冷軋變形，冷軋為0. 8mm厚冷軋板，冷軋 道次變形量在10%左右，冷軋態(tài)組織為應(yīng)變誘導馬氏體； ⑤ 步驟④軋制出的冷軋板在退火爐內(nèi)加熱至期望溫度，所述期望溫度為850°C，保 溫時間5分鐘，水冷至室溫，退火態(tài)組織為細晶奧氏體。
[0027] 本實施例最終得到的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼，冷軋退火態(tài)的室溫屈服強度為 745MPa，室溫抗拉強度為1013MPa，延伸率為35%。
[0028] 實施例2 : 本實施例無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的組分與重量百分比含量為： C ：0. 099%, Si ：0. 20%, Μη ：9. 34%, Ρ ：0. 005%, S ：0. 007%, Cr ：16. 43%, Mo ：1. 24%, N ： 0. 31% ； 該實施例無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的制備方法與實施例1的方法基本相同，區(qū)別在于： 本實施例采用500kg真空感應(yīng)爐冶煉不銹鋼，鑄錠在加熱爐內(nèi)加熱至1250°C保溫2h， 熱軋成5. 00mm厚熱軋板，酸洗后經(jīng)變形量為80%的多道次冷軋變形得到1. 00mm厚冷軋板， 冷軋板退火工藝中的退火溫度為：800°C，其室溫力學性能室溫屈服強度Rpa2、室溫抗拉強 度匕、延伸率A 5(l如表1所示。
[0029] 冷軋退火態(tài)的微觀組織照片見圖2所示。
[0030] 實施例3 : 該實施例的組分、配比與實施例2相同，制備方法與實施例2基本相同，區(qū)別在于：冷軋 板退火工藝中的退火溫度為：900°C，其室溫力學性能如表1所示。
[0031] 實施例4: 該實施例的組分、配比與實施例2相同，制備方法與實施例2基本相同，區(qū)別在于：冷軋 板退火工藝中的退火溫度為：1000°c，其室溫力學性能如表1所示。
[0032] 表1不同退火工藝下冷軋態(tài)板材力學性能

【權(quán)利要求】
1. 一種無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料，其特征在于：含有以下重量百分比的化學成分： C :0· 05 ?0· 10%、Si :0· 2 ?0· 5%、Μη :9 ?11%、Cr :16 ?17%、N :0· 30 ?0· 35%、Mo : 0.8?1.5%、P〈 0.01%、S〈 0.01%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。
2. -種權(quán)利要求1所述的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼材料的制備方法，其特征在于：包括 以下步驟： ① 采用真空感應(yīng)爐在氮氣保護氣氛下進行冶煉； ② 步驟①冶煉出的鑄錠在加熱爐內(nèi)加熱至期望溫度，所述期望溫度范圍在1200°C? 1250°C之間，保溫時間100?150分鐘； ③ 步驟②完成后，對鑄錠進行多道次熱軋，終軋溫度不低于950°C，熱軋態(tài)組織為單 相奧氏體； ④ 熱乳板酸洗后進行變形量為60%?80%的冷乳變形,冷乳態(tài)組織為應(yīng)變誘導馬氏 體； ⑤ 步驟④軋制出的冷軋板在退火爐內(nèi)加熱至期望溫度，所述期望溫度范圍在 700°C?1000°C之間，保溫時間3?15分鐘，退火態(tài)組織為細晶奧氏體； ⑥ 最終得到的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼，冷軋退火態(tài)的室溫屈服強度為500?800MPa， 室溫抗拉強度為900?llOOMPa，延伸率為30?55%。
【文檔編號】C22C38/38GK104152804SQ201410375005
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】舒瑋, 郝文慧, 羅剛, 林鴻亮, 田奇 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司