CN103276316A

CN103276316A - 一种奥氏体不锈钢及其制造方法

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Publication number: CN103276316A
Application number: CN2013101851923A
Authority: CN
Inventors: 季灯平; 吴狄峰; 江来珠; 陈炳铨; 詹土生
Original assignee: Baosteel Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2013-09-04

Abstract

本发明公开了一种奥氏体不锈钢，其化学元素质量百分含量为：C:0.03～0.12%；Si：0.3～1%；Mn:6.0～8.5%；Cr:16.0～18.0%；Ni:1.0～2.0%；N:0.10～0.25%；Cu:2.0～3.5%；Mo:0.1～0.5%；10×10^-4%≤B≤30×10^-4%；30×10^-4%≤Ca≤60×10^-4%；余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还公开一种奥氏体不锈钢的制造方法。本发明所述的奥氏体不锈钢，在降低产品制造成本的前提下，具有良好的机械性能，优良的耐腐蚀性能，优异的冷加工性能，适合应用于家电制品、建筑装饰以及集装箱等领域，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种奥氏体不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种金属合金及其制造方法，尤其涉及一种不锈钢及其制造方法。

背景技术

304、316等奥氏体不锈钢因其优良的机械性能和耐腐蚀性能，广泛应用于国民经济的各个领域。近年来镍价格的剧烈波动，给304、316等高镍含量奥氏体不锈钢的生产带来了巨大的风险。节镍甚至无镍的奥氏体不锈钢开发已受到人们的高度关注。目前已经有多个节镍型奥氏体不锈钢产品在家电制品、集装箱等领域得到了广泛的应用。但是为了达到相平衡的目的，节镍型奥氏体不锈钢在成分设计时往往会减少一定含量的铬元素，这会使不锈钢的腐蚀性能受到影响，增加使用成本。另外，节镍型奥氏体不锈钢属于亚稳定奥氏体不锈钢，大量的形变马氏体使得材料的冷加工性能变差，增加了产品的制造成本。

公开日2009年8月19日，公开号为CN101509104A，名称为“一种低镍含量的奥氏体不锈钢”的中国专利文献涉及一种低镍含量的奥氏体不锈钢，该低镍含量奥氏体不锈钢的成分组成包括:Cr:13～16.2%，Ni≤1.0%，Cu：1.0～2.2%，Mn：8.0～11.2%，N：0.1～0.2%，C：0.05～0.1%，Si:0.3～0.6%，余量为Fe及其他不可避免的元素。本发明通过以低价的锰，氮来代替部分的高价镍元素，大大降低成本的同时保证奥氏体不锈钢具有较好的耐蚀性以及冷热加工性能；还可以通过加入一定量的B和Ca，进一步改善不锈钢的冷热加工性，避免热轧过程中边裂和M型缺陷的出现。

公布日为2010年6月9日，公布号为CN101724790A，名称为“一种节镍奥氏体不锈钢及其制造方法”的中国专利文献公开了一种节镍奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分比含量为：C：0.05%～0.15%，Si≤1.0%，Mn：9.0%～10.0%，Cr：14%～16%，Ni：0.5%～1.0%，N：0.15%～0.25%，Cu：1.5%～2.0%，B：10×10^-4%～30×10^-4%，Ca：1×10^-4%～50×10^-4%，P＜0.03%，S＜0.02%，余量为Fe和不可避免的其他杂质。

公布日为2011年1月12日，公布号为CN101942612A，名称为“一种具有良好耐腐蚀性能的节镍奥氏体不锈钢”的中国专利文献公开了一种具有良好耐腐蚀性能的节镍奥氏体不锈钢，其化学成分的重量百分比（%）为：C：0.05～0.08；Si：0.3～0.6；Mn：8～10；Cr：14～16；Ni：2～3；S：0～0.01：P：0～0.045；N：0.1～0.15；Cu：1～2；Mo；0.5～1.5；B：15～40ppm；Ca：10～30ppm，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种奥氏体不锈钢，该奥氏体不锈钢在大幅度减少添加昂贵合金金属的前提下，通过对Mn，Cr，Ni，N及Cu等合金元素的成分设计，希望获得具有优良冷加工性能和良好耐腐蚀性能的单一奥氏体组织的不锈钢。

本发明的另一目的是提供一种奥氏体不锈钢的制造方法，其通过合理的成分设计，辅以总氧含量控制、夹杂物改性等手段，旨在减少钢中硬质夹杂物的数量，从而提高冷轧产品的表面质量，同时改善产品的耐腐蚀性能。

为了达到上述发明目的，本发明提供了一种奥氏体不锈钢，其化学元素质量百分含量为：C:0.03～0.12%；Si：0.3～1%；Mn:6.0～8.5%；Cr:16.0～18.0%；Ni:1.0～2.0%；N:0.10～0.25%；Cu:2.0～3.5%；Mo：0.1～0.5%；10×10^-4%≤B≤30×10^-4%；30×10^-4%≤Ca≤60×10^-4%；余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的奥氏体不锈钢的各化学成分设计原理如下：

(1)C：C是强烈形成、稳定和扩大奥氏体区的元素，C对室温下形成奥氏体组织起到重要作用。但是，当C含量太高时，会降低不锈钢的塑性；而且对不锈钢的耐蚀性不利。所以C要有适当的百分含量，因此本技术方案中将C元素的含量设计为0.03～0.12wt%。

(2)Si：Si在低镍奥氏体不锈钢冶炼过程中作为脱氧剂加入。在转炉冶炼时，保持钢中一定还原Si的含量是降低钢中总[O]含量的有效措施，发明人通过研究发现：当Si含量大于0.3%时，钢水中的总[O]含量可以降低至50ppm以下，可以获得纯净度较高的钢水。但是Si在不锈钢中又是铁素体形成元素，为了确保不锈钢在室温下形成单相奥氏体组织，Si含量必须加以一定的限制。因此本技术方案将Si含量控制在0.3～1.0wt%。

(3)Mn：Mn是比较弱的奥氏体形成元素。但在不锈钢中是强烈的奥氏体组织稳定元素，并能提高N在钢中的溶解度。在低镍型奥氏体不锈钢中，Mn与钢中C、N等元素复合作用，部分取代Ni确保不锈钢在室温下为奥氏体组织。但Mn对奥氏体不锈钢的耐蚀性有着负面影响，因此Mn含量也不能太高，因此本技术方案中将Mn元素的含量控制为6.0～8.5wt%。

(4)Cr：Cr是不锈钢中最重要的合金元素，是获得不锈钢的不锈性和耐蚀性的保证。在本技术方案中，将Cr含量控制在16～18wt%范围内，使Cr含量不能太高的原因是为了获得室温下单一的奥氏体组织。

(5)Ni：Ni是形成和稳定奥氏体相最重要的元素，并且还可以增强不锈钢抗还原酸的能力，并提高不锈钢的加工性能。但是由于Ni为贵金属，为了降低生产成本，从而需要大大降低Ni的设计含量。本技术方案涉及的不锈钢为节镍型不锈钢，Ni含量控制在1～2wt%。

(6)N：N在不锈钢中是非常强烈地形成、稳定和扩大奥氏体区的元素。N在不锈钢中除了可以替代贵重合金元素，如Ni之外，还可以在不明显降低材料塑性和韧性的前提下，明显地提高材料的强度，、不锈性和耐蚀性，并且延缓不锈钢中碳化物的析出。但是由于N在不锈钢中的溶解度有限，为了避免不锈钢在凝固过程中出现皮下气泡，N含量必须与其它合金元素的含量匹配以确保N以固溶状态存在，并且在本技术方案中，N元素还需要与其它合金元素复合作用来确保不锈钢在室温下为单相奥氏体组织。因此，本技术方案中N元素的含量为0.10～0.25wt%。

(7)Cu：Cu是可以改善不锈钢冷加工性能的元素。随着Cu含量的提高，不锈钢的冷作硬化指数明显下降。在技术方案中Cu含量应保持在较高的含量，将Cu含量控制为2.0～3.5wt%。

(8)Mo：Mo也是不锈钢中提高耐腐蚀性能的重要元素。由于本发明需要维持一定含量的Cr，因此需要进行Mo微合金化处理来进一步改善耐腐蚀性能。另外，发明人通过大量实验发现，适宜含量的Mo、N元素的复合协同作用对提高不锈钢的耐腐蚀性能具有明显的效果，基于此，本技术方案中将Mo含量控制为0.1～0.5wt%。

(9)Ca：对钢水进行Ca处理可起到对钢中Al₂O₃高熔点夹杂物改性的作用，使Al₂O₃夹杂物转变为CaO-Al₂O₃-SiO₂复合型夹杂物。发明人通过研究发现：当复合型夹杂物中CaO的质量百分比大于20%时，钢中夹杂物的改性效果比较明显。因此，根据钢水中Al含量的计算，Ca元素的含量大于30ppm以上时，可取得理想效果。另外，Ca元素不能太高，否则会造成钢中过多的CaO类夹杂物。所以，将Ca含量控制为30×10^-4%～60×10^-4%。

(10)B：添加一定量的B元素对钢中进行微合金化处理，可以进一步提高产品的热加工性能和抛光性能。因而，在本技术方案中B元素含量设计为10×10^-4%～30×10^-4%。

总的来说，由于本发明所述的奥氏体不锈钢中大幅度降低了Ni元素的含量，因此为了改善冷加工性能，需要通过Cu、Mn、N三种元素的协同添加，使Md30/50(α')降至20℃以下（Md30/50(α')是指真应变量30%的冷变形产生形成50%α'马氏体的温度）。与此同时，为了提高钢中N元素的溶解度，从而改善产品的耐点腐蚀性能，需要添加一定量的Cr、Mn元素。但为了保证不锈钢形成单一的奥氏体组织，Cr含量也不能太高，所以Cr、Mn、N三个元素也必须协同添加。

相应地，本发明还提供了上述奥氏体不锈钢的制造方法，其中：在炉外精炼步骤，保证精炼时间不少于40min，氩气软搅拌时间不少于10min，并采用Ca处理进行改性。

炉外精炼步骤中，保证足够时间的精炼和氩气软搅拌时间，可以促使钢水中夹杂物的充分上浮，提高钢水纯净度。而对于钢中可能存在的高熔点Al₂O₃夹杂，通过Ca处理进行改性，可以减小高熔点夹杂物对后续加工性能的影响，改善成品的表面质量，有利于改善耐腐蚀性能。

与现有技术相比，本发明所述的奥氏体不锈钢在大大减少使用贵金属Ni的前提下，具有单一的奥氏体组织，具备优良的冷加工性能和良好的耐腐蚀性能，可替代304不锈钢在冷藏集装箱、家电制品等领域进行广泛应用。

本发明所述的奥氏体不锈钢的制造方法，通过控制钢水中的总氧含量，保证精炼时间和氩气软搅拌时间，进行夹杂物改性手段，减少了钢中硬质夹杂物的数量，减小了对后续加工性能的影响，改善了冷轧产品的表面质量，增加了产品的耐腐蚀性能，提高了产品的热加工性能，提升了产品抛光性能，降低了产品制造成本和使用成本。

附图说明

图1显示了通过实验室梯度冷轧轧制法绘制出的冷加工曲线。

具体实施方式

以下具体实施例来对本发明所述的奥氏体不锈钢及其制造方法做进一步说明。

实施例1-5

按照下述步骤制造本发明所述奥氏体不锈钢：

采取电炉、AOD的两步法冶炼，冶炼过程控制钢水中还原Si含量大于0.3%，以使总氧含量[O]<50ppm。LF工位精炼时间不小于40min。吹氩软搅拌时间不小于10min。在LF工位终点进行Ca处理、B微合金化，使钢水中Ca元素的含量控制在30～60ppm，B元素的含量控制在10～30ppm。钢水经过连铸得到板坯，板坯再经过热轧、热退酸洗、冷轧、冷退酸洗生产出2B表面状态的带钢。

表1显示了实施例1-5的各奥氏体不锈钢的化学成分配比。

表1（wt%，余量为Fe和其他不可避免的杂质）

表2显示了本技术方案实施例1-5中的LF精炼时间和吹氩软搅拌时间。

表2

表3显示了实施例1-5所涉及的奥氏体不锈钢的常规性能指标。

表3

序号	R_p0.2(MPa)	R_m(MPa)	A_50mm(%)	Md30/50(℃)	E_p(mV)
						实施例1	395	810	54	2.4	251
实施例2	380	785	53	-55	265
						实施例3	405	850	54	13	244
实施例4	385	790	57	10.6	223
						实施例5	395	815	55	19.1	250

注：A50mm是拉伸试样标距为50mm的延伸率，Ep是指材料的点腐蚀电位

由表3可知，实施例1-5所涉及的奥氏体不锈钢，其Rp0.2≥380Mpa，Rm≥785Mpa，A_50mm＞50%，Md30/50＜20℃，Ep≥250mV，说明了在大幅度减少贵重合金元素，大大降低原材料成本的前提下，本技术方案通过合理的合金设计并辅以制造工艺的改善，使得生产的奥氏体不锈钢仍具有良好的机械性能和较高的塑性性能，并且易于加工成形。

除了表3所列出的奥氏体不锈钢的常规性能指标之外，发明人还对于各实施例的奥氏体不锈钢分别进行了下述试验以验证其性能：

1）利用金相法对实施1中的奥氏体不锈钢中的夹杂物等级进行评定，评定依据为GB/T10561-2005，所获得的实施例1的夹杂物评定结果参见表4。

表4

由表4可以看出，实施例1中的奥氏体不锈钢中的夹杂物数量少。由此可见，通过本发明所述的奥氏体不锈钢的制造方法可以获得高纯净度的钢水，有利于提高材料的耐腐蚀性能。

2）根据GB/T17897-1999对实施例2进行材料的点腐蚀性能测试，实施例2的测点腐蚀性能测试结果及其与304不锈钢的测试结果的比较参见表5。

表5

不锈钢钢种	材料的失重率(g/m^2*h)
		本发明实施例2	5.89
304不锈钢	5.81

由表5可以看出，实施例2的奥氏体不锈钢的耐点腐蚀性能接近304不锈钢，表明其具有良好的耐腐蚀性能，可以在实际生产应用中替代304不锈钢。

3）根据GB/T9789-1988对实施例3进行材料的二氧化硫凝露实验，检验材料在还原性腐蚀介质中的耐腐蚀性能，实施例3的二氧化硫凝露实验结果及其与304不锈钢的实验结果的比较参见表6。

表6

由表6可知，实施例3的奥氏体不锈钢在还原性介质中体现出优异的耐腐蚀性能，腐蚀失重率低于304不锈钢。

4）通过实验室梯度冷轧轧制法绘制出实施例4和304不锈钢的冷加工曲线如图1所示，可以看出，本发明钢的加工硬化速率基本接近于304不锈钢，在70%冷变形量下，钢中的形变马氏体含量仅为15%，远低于304不锈钢，体现出材料具有优异的冷加工性能。

综上所述，根据上述说明和相关实验结果，表明了本发明的奥氏体不锈钢在降低了产品制造成本的前提下，具有良好的机械性能，较高的塑性性能，优良的耐腐蚀性能，优异的冷加工性能，产品性价比高，适合应用于家电制品、建筑装饰以及集装箱等领域，具有广阔的市场应用前景。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种奥氏体不锈钢，其特征在于，其化学元素质量百分含量为：C:0.03～0.12%；Si：0.3～1%；Mn:6.0～8.5%；Cr:16.0～18.0%；Ni:1.0～2.0%；N:0.10～0.25%；Cu:2.0～3.5%；Mo:0.1～0.5%；10×10^-4%≤B≤30×10^-4%；30×10^-4%≤Ca≤60×10^-4%；余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于，在炉外精炼步骤，保证精炼时间不少于40min，氩气软搅拌时间不少于10min，并采用Ca处理进行改性。