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CN108220821B - 一种高强度奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高强度奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法，该合金材料包括以下质量百分比的各组分：C 0.08％，S 0.02％，P 0.02％，Cr 12.0～16.0％，Ni 7.0～9.0％，Si≤0.5％，Mn 5.0～7.0％，Cu 0.5～1.0％，N 0.5～0.9％，稀土元素：0.01～0.1％，还含有Nb、Ti和Mo元素中的一种或多种，其中0≤Nb+Ti≤2％，Mo≤1％，Fe余量。采用冶炼、铸造、铸锭或铸坯开坯、热轧、冷轧和轧后退火酸洗等工序制备而成，力学性能优良，深拉深冲性能优越，最高可达1150MPa，还具有较好的加工成型性能，其耐蚀性能和SUS316L奥氏体不锈钢相当，但其成本远低于SUS316L。

Description

一种高强度奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于不锈钢技术领域，具体涉及一种高强度奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法。
背景技术
奥氏体不锈钢是指在常温下具有稳定的奥氏体组织的不锈钢，具有面心立方晶体结构。这类钢一般含镍较高，无磁性，具有良好的焊接性和耐蚀性能等，用来制作设备衬里和输送管道等耐酸设备。但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，但冷加工时必须减少热处理次数以增大冷形变量才能提高奥氏体不锈钢的抗拉强度。然而,奥氏体不锈钢经较大的冷变形后又会诱发不锈钢发生马氏体相变,析出大量硬而脆的金属间相,这些析出相会降低奥氏体不锈钢的韧塑性,增加其脆性,给奥氏体不锈钢应用的普及与推广应用方面造成不小的困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的奥氏体不锈钢经较大的冷变形后又会诱发不锈钢发生马氏体相变,析出大量硬而脆的金属间相,这些析出相会降低奥氏体不锈钢的韧塑性,增加其脆性,给奥氏体不锈钢应用的普及与推广应用方面造成不小的困难的缺陷，提供一种高强度奥氏体不锈钢合金材料及其制备方法。
一种高强度奥氏体不锈钢合金材料，包括以下质量百分比的各组分：C≤0.08％，S≤0.02％，P≤0.02％，Cr 12.0～16.0％，Ni 7.0～9.0％，Si≤0.5％，Mn 5.0～7.0％，Cu0.5～1.0％，N 0.5～0.9％，稀土元素：0.01～0.1％，还含有Nb、Ti和Mo元素中的一种或多种，其中0≤Nb+Ti≤2％，Mo≤1％，Fe余量。
进一步的，所述稀土元素为镧、铈或钇元素中的一种或多种。
进一步的，所述稀土元素由镧、铈、钇中的任意一种或多种与镨、钕、钷、钐中的任意一种或多种组成。其中，镧、铈和钇的任意一种占稀土元素总量的质量分数小于≦51％，镧、铈和钇的任意两种占稀土元素总量的质量分数≥99.5％。
一种高强度奥氏体不锈钢合金材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤
(1)、冶炼
(2)、铸锭或铸锭开坯
(3)、热轧
(4)、冷轧
(5)、轧后退火并酸洗。
进一步的，所述冶炼采用真空感应炉或者电炉+炉外精炼或者转炉+炉外精炼；在出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃。
进一步的，所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1050-1200℃，终锻温度控制在850-1000℃。
进一步的，热轧时坯料加热温度为1000-1200℃，开轧温度控制在1050-1200℃，终轧温度控制在850-1000℃。
进一步的，退火温度为950-1100℃，保温1-5分钟，随炉冷却到室温时取出并酸洗。
本发明各元素成分及其机理如下：
碳：C在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定且扩大奥氏体区的元素。碳是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。但碳过高，会与钢中的铬形成Cr23C6型碳化物，使钢的耐晶间腐蚀性能下降。因此，本发明C含量范围为C≤0.8％。
铬：Cr是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素，主要作用就是提高不锈钢的耐蚀性。奥氏体不锈钢的不锈性和耐腐蚀性的获得主要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。但铬含量过高时，一方面成本过高，另一方面加工性能变差。所以本发明专利Cr含量范围为12.0～16.0％。
镍：Ni是奥氏体形成元素，使钢获得完全奥氏体组织，从而使钢具有良好的强度和塑性、韧性的配合，并具有优良的冷、热加工性和冷成形性以及焊接等性能；同时提高奥氏体不锈钢的热力学稳定性，而且由于表面膜稳定性的提高.从而使钢具有更加优异的耐腐蚀性能。本专利中Ni含量范围为7.0～9.0％。
硅:Si是铁素体形成元素,在奥氏体不锈钢中能起到耐酸腐蚀性能，但硅含量过高时钢的延展性会变差。本发明中Si含量范围为≤0.5％。
锰：Mn是奥氏体形成元素，能强烈稳定奥氏体组织，起到固溶强化效果，但也会降低钢的韧塑性，因此本发明Mn含量范围在5.0～7.0％。
铜：Cu是非常弱的奥氏体形成元素，可有效提高钢的耐蚀性和加工成型性能。因此，本发明Cu含量控制在0.5-1.0％。
铌、钛：Nb和Ti在奥氏体不锈钢中能稳定碳元素，优先与碳结合形成TiC或NbC，防止或减少M23C6的形成，从而达到防止敏化态晶间腐蚀的目的。
氮：N是强烈地形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素。氮在奥氏体不锈钢中可以代替部分镍，降低钢中的铁素体含量，可以使奥氏体更稳定，还可以抑制碳化物析出和延缓σ相等二次相的形成；另外，作为间隙元素的氮还能起到固溶强化作用，可显著提高奥氏体钢的强度，且断裂韧性并不降低。本发明综合考虑了奥氏体不锈钢的性能和成本等方面因素，控制N的含量范围为0.5～0.9％。
此外，本专利的另一特点是加入稀土元素镧、铈或钇或它们其中的任一混合稀土，它们在钢中起到提高强度的同时，还能增加钢的韧性；另外，还能提高富Cr钝化膜的稳定性，提高耐腐蚀性；此外，固溶在钢中的稀土还能改善钢的冷加工性能及提高高温抗氧化性。
本发明合金材料的力学性能优良，还具有较好的加工成型性能。其耐蚀性能和SUS316L奥氏体不锈钢相当，但其成本远低于SUS316L；另外，本发明合金的r值比SUS316L的高，所以深拉深冲性能优越，最高可达1150MPa。可用于汽车零部件及建筑装饰等对材料强度要求高的行业，并可大幅降低原料成本和减少材料用量。所以，如果以其取代SUS316L奥氏体不锈钢不但材料成本降低，而且材料寿命也会大幅提高，这对发展节约型社会有着比较重要的意义。
附图说明
图1：为本发明实施例所述的制备的合金的室温抗拉强度随稀土含量变化的影响曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例不对本发明构成任何限制。
实施例
各实施例的元素配比如表1所示，经过冶炼-铸锭或铸锭开坯-热轧–冷轧-轧后退火并酸洗。
(1)所述冶炼采用真空感应工艺，出钢浇铸前加入稀土，浇铸温度控制在1500-1650℃。
(2)铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1050-1200℃，终锻温度控制在850-1000℃。
(3)热轧时坯料加热温度1000-1200℃，开轧温度控制在1050-1200℃，终轧温度控制在850-1000℃。
(4)轧后退火酸洗为钢锻造或热轧后退火并酸洗，冷轧后退火并酸洗，退火温度950-1100℃，保温1-5分钟，随炉冷却到室温时取出并酸洗。
本发明不锈钢的力学性能和腐蚀试验等试样均直接从冷轧退火酸洗后的板材上横向取样。
对比例1-3：为便于对比，还同时冶炼了SUS316L、OCr18Ni12Mo2Ti和SUS304奥氏体不锈钢，依次标注为对比例1、2、3。对比试验均在与实施例相同的冶炼、锻造、轧制、力学性能测试和腐蚀试验等条件下进行。
表1实施例1-9制备的合金和对比例1-3钢号的化学成分(wt％)
Figure BDA0001538110720000061
表2各实施例的室温机械性能
Figure BDA0001538110720000071
表3各实施例在30℃3.5％(wt.％)NaCl溶液中的点蚀试验结果
Figure BDA0001538110720000081
由表1-3可知本发明的合金材料的深拉深冲性能优越，尤其是实施例5的夏比V型冲击功高达180Akv/J，硬度为446(HV)，r值为1.2，而且其点蚀指数为32.44，点蚀电位为361(mv)，耐蚀性能和SUS316L奥氏体不锈钢相当，但其成本远低于SUS316L。

Claims (1)

1.一种高强度奥氏体不锈钢合金材料，其特征在于，包括以下质量百分比的各组分：C0.08％，S0.003％，P0.016％，Cr 15.68％，Ni 8.74％，Si 0.33％，Mn 6.46％，Cu 0.82％，N 0.87％，Mo0.86％，Nb0.44％，Ti0.65％，La和Ce0.046％,Fe余量；
高强度奥氏体不锈钢合金材料的制备方法，所包括如下步骤
(1)、冶炼
(2)、铸锭或铸锭开坯
(3)、热轧
(4)、冷轧
(5)、轧后退火并酸洗；
所述冶炼采用真空感应炉或者电炉+炉外精炼或者转炉+炉外精炼；在出钢浇铸前加入稀土元素，浇铸温度控制在1500-1650℃；
所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或连铸连轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1050-1200℃，终锻温度控制在850-1000℃；
热轧时坯料加热温度为1000-1200℃，开轧温度控制在1050-1200℃，终轧温度控制在850-1000℃；
退火温度为950-1100℃，保温1-5分钟，随炉冷却到室温时取出并酸洗。
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