CN100545292C - 奥氏体不锈钢组合物及其在生产陆上运输工具结构零件和集装箱中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及奥氏体不锈钢组合物，它含有以重量百分数计：C≤0.03%，14%≤Cr≤17%、8%≤Ni≤10%、2.0%≤Mo≤3.5%、Mn≤2.0%、Si≤1.0%、N≤0.20%、Cu≤1.0%、Ti≤0.01%、Co≤0.5%、Sn≤0.4%、P≤0.045%、S≤0.030%，余下部分是由铁和生产带来的不可避免的杂质。本发明还涉及所述组合物在生产集装箱和陆上运输工具结构部件中的用途。

Description

奥氏体不锈钢组合物及其在生产陆上运输工具结构零件和集装箱中的用途
技术领域
本发明涉及改进的钢组合物，它特别可以用于生产陆上运输工具的结构零件，以及用于生产所有工业类型的集装箱(container)，例如像化学工业或农产食品加工业的集装箱。
更一般地，这种新组合物可以有利地用于所有需要很大的吸收能量潜力(尤其在意外情况下)以及良好的耐点状腐蚀与耐遍体腐蚀的应用。
背景技术
减轻重量的问题是一般运输工具制造商，特别是运输槽制造商和使用者始终忧虑的问题。例如，由于卡车受到重量的限制，这些卡车制造商总在寻找一些能够降低其结构重量，同时提高运输产品体积和减少制造槽所需的钢用量并且降低所用钢板厚度的技术解决办法。
另一方面，不希望降低这些卡车的安全性，如果这种钢的吸收能量潜力有提高，则才可以允许减少钢板厚度。这种吸收能量潜力也称之抗撞击性，可以用Rm×A积值进行评价，其中Rm代表用MPa表示的钢抗拉强度，A代表用％表示的钢伸长率。其改进因此取决于这两个因子及其变化。
另外，人们可能不希望钢的耐蚀性降低，在经常有酸性液体，甚至腐蚀性液体储存与运输的化学或农产食品加工领域的应用中尤其是如此。
市场上现有这些钢牌号不能够同时满足高抗撞击性与良好耐蚀性的要求。因此，301、301 LN、304或305类的牌号不具有良好的耐蚀性特性，而316双相钢牌号不满足令人满意的抗撞击性。
发明内容
考虑到这些方面，本发明的目的是提出一种改进的钢组合物，它具有良好的耐点状腐蚀和遍体腐蚀特性，以及比现有技术钢牌号更高的能量吸收潜力。
本发明的第一个主题是由奥氏体不锈钢组合物构成的，该组合物含有以重量％计：
C≤0.03％
14％≤Cr≤17％
8％≤Ni≤10％
2.0％≤Mo≤3.5％
Mn≤2.0％
Si≤1.0％
N≤0.20％
Cu≤1.0％
Ti≤0.01％
Co≤0.5％
Sn≤0.4％
P≤0.045％
S≤0.030％
余量是由铁和由生产带来的不可避免的杂质构成的。
本发明的这种钢组合物能够得到具有奥氏体结构的不锈钢，但其奥氏体在室温下非常不稳定(Md值)，并且它的耐蚀性与牌号316L是同一水平的，涉及点状腐蚀尤其如此，还可通过控制δ铁素体含量而具有良好的加工能力。
本发明的钢组合物还可以具有下述的附加特征(单个或组合)：
-该钢组合物含有小于16.0％的铬。
-该钢组合物含有小于9.5％的镍。
-该钢组合物具有用下式确定的奥氏体的稳定指数值Md30：
Md30＝497-462(％C+％N)-9.2×％Si-8.1×％Mn-13.7×％Cr-20×％Ni-18.5×％Mo
是-130至+90℃，优选地0-60℃，更特别优选地0-30℃。
-该钢组合物的δ铁素体含量低于或等于7％，
-该钢组合物的Rm×A积值大于32000，优选地大于34000，其中Rm是该钢的抗拉强度，A是该钢的伸长率。
本发明的第二个主题是由本发明的钢在制造集装箱和在制造陆上运输工具结构零件中的用途构成的。
在本申请的范围内，陆上运输工具应该理解是机动车辆，但也应该理解是任何种类的铁路运输工具。本发明所指的集装箱特别可以用于运输任何种类的液体、固体或气体物质，例如像酸、乳或酒。
具体实施方式
现在详细地描述本发明，权利要求的范围当然不受这种描述的限制。
本发明的奥氏体不锈钢组合物含有最高达0.03％的碳。在一个优选实施方式中，碳含量是0.022-0.027％。
该组合物还含有铬，它的含量是14-17％，优选地14-16.5％，更特别优选地14-16.0％，更好地15-15.2％。铬是该牌号钢耐蚀性的必需元素。因铬影响奥氏体结构的稳定性而应限制其含量。
该组合物还含有镍，它的含量是8-10％，优选地8-9.5％，更特别优选地8-9.0％，更好地8.9-9.1％。这种元素的主要效果是它对耐遍体腐蚀的有利作用。因其高成本与其对奥氏体结构稳定性的影响而限制其含量。
该组合物还含有钼，它的含量是2.0-3.5％，优选地2.0-3.0％，更特别优选地2.9-3.1％。这个元素能够改进该牌号钢的耐蚀性，特别是耐点状腐蚀性，但因其硬化作用而应限制其含量。
该组合物还可以含有最高达2.0％锰，有利地最高达1.45％锰。在一个优选实施方式中，锰含量是1.3-1.45％。
该组合物还可以含有最高达1.0％硅，有利地最高达0.5％硅。在一个优选实施方式中，硅含量是0.35-0.5％。这个元素在生产该牌号钢时可以用作脱氧剂，但因它对该牌号钢成型性有不利的影响而应该加以限制。
该组合物还可以含有氮，它的最大含量是0.20％，优选地是0.03％。在一个优选实施方式中，氮含量是0.02-0.03％。
这个元素在钢中以固溶体存在时具有硬化作用。于是，它可以有助于提高抗拉强度Rm，但它同时降低伸长率A值。因此，应该将其加入量限制在上述值的范围内。
该组合物还可以含有铜，它的最大含量是1.0％，优选地是0.4％。铜在钢中以固溶体存在时也起到硬化元素的作用。铜的含量因它对该牌号钢的耐蚀性起到负面影响，并且对其热成型性也起到负面影响而限制在0.4％。
最后，该组合物可以含有残留元素，例如钛，它的最大含量是0.01％，钴，它的最大含量是0.5％，锡，它的最大含量是0.4％，磷，它的最大含量是0.045％和硫，它的最大含量是0.030％。
特别地将硫的含量限制到0.030％，优选地0.0080％，更特别优选地0.0060％，因为它对耐蚀性有不利的影响。另外，它可能与锰很容易结合生成不期望的MnS类夹杂物。
实施例
机械特性
生产出表1汇集其组成的钢，然后连续浇铸成扁钢坯，并热扎制直至达到厚度8mm。热扎制的带再在温度1150℃下连续进行退火，然后冷扎制直至达到最后厚度4.2mm。
这些冷扎制带再在温度1040℃下连续进行退火。
测量了每个冷扎制带的机械特性，并汇集于表2中。
采用下述缩写：
-A：代表钢的伸长率，以％表示，
-Rm：代表钢的抗拉强度，以MPa表示，
-Δ：代表δ铁素体含量，以％表示，是在电抛光后采用RX衍射测量的，钢A和B的组成是本发明的，而钢C的组成是对比实施例。
表1
  钢   C％   Cr％   Ni％   Mo％   Mn％   Si％   N％   Cu％   P％   Sppm
  A   0.026   15.14   8.92   2.99   1.36   0.38   0.032   0.23   0.023   90
  B   0.020   15.47   9.08   3.01   1.5   0.39   0.037   0.17   0.025   20
  C   0.029   17.3   11.1   2.06   1.36   0.46   0.019   0.29   0.03   40
表2
  钢   Rm(MPa)   A(％)   Rm×A   颗粒尺寸(ASTM)   Δ(％)   Md30(℃)
  A   615   60   36900   8.5   4.5   +14.559
  B   610   62   37820   9   5   +5.704
  C   623   49   30527   10   7   -37.544
耐蚀性
根据下述方法测量了试样的耐点状腐蚀和遍体腐蚀：
点状腐蚀
根据标准ASTM G 61，这些钢试样在含有0.5M NaCl的溶液中进行浸渍，该溶液为pH 6.6和温度23℃。然后，这些试样用1200 SiC砂纸进行湿磨。
由自由腐蚀势能出发，以速度100mV/min评价了每个试样的断裂势能。最后电流是50μA/cm2。
遍体腐蚀
根据标准ASTM G 61，这些钢试样在含有2M H2SO4的溶液中在温度23℃下进行浸渍。然后，这些试样用1200 SiC砂纸进行湿磨。
然后，在速度10mV/min，-750mV/ECS至1200mV/ECS下评价了每个试样的临界电流(在活性相中达到的电流最大值)，并评价了重量损失。
采用了下述缩写：
-BP：代表相对于ECS(饱和甘汞电极)的断裂势能，以mV表示。
-CC：代表临界电流，以μA/cm2表示。
-WL：代表重量损失，以mm/年表示。
这些腐蚀试验结果汇集于表3中。
表3
  钢   BP(mV/ECS)   CC(μA/cm<sup>2</sup>)   WL(mm/年)
  B   485   16.6   0.19
  C   465   15.8   0.19
根据这些试验可以看到的，本发明的钢组合物能够达到非常高的Rm×A积的水平，这主要地归因于伸长率的改进，Rm值则保持稳定。这个改进伸长率值的附加优点是有利于以后生产集装箱，因为这种钢更容易成型。
低的δ铁素体含量还有利于该牌号钢的焊接性和耐蚀性。
这种新的钢组合物能够显著降低生产集装箱所要求的钢板厚度，这样降低其成本，能够增加可运输负载量，该集装箱空返时还可能节约能量。
因此，可以指出，钢板厚度减少0.1mm可增加35kg运输负载量。如果考虑本发明牌号钢的性能，在大多数情况下可以实现钢板厚度减少0.2mm。

Claims (11)

1.奥氏体不锈钢组合物用于生产陆上运输工具的结构零件或用于生产集装箱的用途，该组合物含有以重量％计：
C≤0.03％
14％≤Cr≤17％
8％≤Ni＜9.5％
2.0％≤Mo≤3.5％
Mn≤2.0％
Si≤1.0％
N≤0.20％
Cu≤1.0％
Ti≤0.01％
Co≤0.5％
Sn≤0.4％
P≤0.045％
S≤0.030％
余量是由铁和由生产带来的不可避免的杂质构成的。
2.根据权利要求1所述的用途，该组合物还含有14％≤Cr＜16.0％。
3.根据权利要求1所述的用途，该组合物还含有以重量％计：
0.022％C≤0.027％
15％≤Cr≤15.2％
8.9％≤Ni≤9.1％
2.9％≤Mo≤3.1％
1.3％≤Mn≤1.45％
0.35％≤Si≤0.5％
0.02％≤N≤0.03％
Cu≤0.4％
Ti≤0.01％
Co≤0.5％
Sn≤0.4％
P≤0.045％
S≤0.030％
余量是由铁和由生产带来的不可避免的杂质构成的。
4.根据权利要求1和3中任一项权利要求所述的用途，其特征在于用下式确定的奥氏体的稳定指数值Md30：
Md30＝497-462(％C+％N)-9.2×％Si-8.1×％Mn-13.7×％Cr-20×％Ni-18.5×％Mo
是-130至+90℃。
5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于用下式确定的奥氏体的稳定指数值Md30：
Md30＝497-462(％C+％N)-9.2×％Si-8.1×％Mn-13.7×％Cr-20×％Ni-18.5×％Mo
是0-60℃。
6.根据权利要求1和3中任一项权利要求所述的用途，其特征在于该组合物的δ铁素体含量低于或等于7％。
7.根据权利要求1和3中任一项权利要求所述的用途，其特征在于Rm×A积值大于32000，其中Rm是钢的抗拉强度，A是钢的伸长率。
8.根据权利要求7所述的用途，其特征在于Rm×A积值大于34000，其中Rm是钢的抗拉强度，A是钢的伸长率。
9.根据权利要求2所述的用途，其特征在于Rm×A积值大于32000，其中Rm是钢的抗拉强度，A是钢的伸长率。
10.根据权利要求1所述的用途，其特征在于Rm×A积值大于32000，其中Rm是钢的抗拉强度，A是钢的伸长率。
11.根据权利要求4所述的用途，其特征在于Rm×A积值大于32000，其中Rm是钢的抗拉强度，A是钢的伸长率。
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