CN109207846A - 一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢 - Google Patents

一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢 Download PDF

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Abstract

本发明涉及不锈钢制造技术领域，具体涉及一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，其具有如下的质量百分比的组分：C：0.03‑0.12％，Si：0.3‑1.0％，Mn：4.0‑9.0％，Cr：18.0‑20.0％，Ni：2.0‑4.0％，Cu：1.0‑3.0％，P≤0.045％，S≤0.0050％，N：0.16‑0.30％；Mo：≤1.0％，Nb≤0.20％；V≤0.20％；Ti≤0.20％；B≤0.0050％；Ca≤0.0050％；余量为Fe。本发明的有益效果在于：本发明的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢不仅成本低，而且具有高的耐腐蚀性和良好的力学性能,冷加工后无磁性。

Description

一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢
技术领域
本发明涉及不锈钢制造技术领域，具体涉及一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢。
背景技术
奥氏体不锈钢可根据铬、镍、锰含量分为Cr-Ni系、Cr-Ni-Mn系两大类。其中，Cr-Ni系不锈钢虽然具有优良的耐腐蚀性和良好的机械性能，但是贵重金属Ni含量至少高达8％以上，因而价格较为昂贵。近年来随着不锈钢产量的增加，镍消耗量不断增长。另外，高镍三元动力电池也发展迅速，使镍资源越发紧缺，镍价格随之大幅上涨，Cr-Ni系不锈钢的成本进一步增加。因此在一些耐腐蚀性要求不是很高的环境中，和Cr-Ni-Mn系钢相比没有优势。受镍价格上涨影响，为了降低生产成本，全球不锈钢生产企业都在大力开发和推广低成本的节镍不锈钢。
Cr-Ni-Mn系虽然以Mn合金部分替代Ni降低了生产成本，但Mn对奥氏体稳定性的影响比Ni差，为保持单一的室温奥氏体组织，要么将铁素体形成元素铬降低，要么添加过高的锰，这些都会显著降低点蚀当量PREN＝Cr+3.3Mo+16N-0.5Mn，从而损害耐腐蚀性，导致Cr-Ni-Mn系不锈钢耐蚀能力降低，明显不如304不锈钢，使得应用范围严重受限。如申请号为200810060212.3的中国发明专利公开的“一种节镍含锰氮奥氏体不锈钢”铬含量为15.5-17.0％、耐点蚀当量为13.71；如申请号为200710146063.8的中国发明专利公开的“铬锰氮奥氏体不锈钢”的锰含量高达12.1-14.8％，耐点蚀当量最高为15.88，都低于304不锈钢的18.30，耐腐蚀性不如304。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的技术问题，提供一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为提供一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，具有如下的质量百分比的组分：C：0.03-0.12％，Si：0.3-1.0％，Mn：4.0-9.0％，Cr：18.0-20.5％，Ni：2.0-4.0％，Cu：1.0-3.0％，P≤0.045％，S≤0.0050％，N：0.16-0.30％；Mo：≤1.0％，Nb≤0.20％；V≤0.20％；Ti≤0.20％；B≤0.0050％；Ca≤0.0050％；余量为Fe和不可避免的杂质元素。
优选的，上述的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢具有如下的质量百分比的组分：C：0.083％；Cr：18.1％；Si：0.38％；Mn：5.7％；S：0.0027％；P：0.032％；Ni：2.02％；Cu：2.05％；N：0.240％；Fe余量和不可避免的杂质元素。
优选的，上述的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢具有如下的质量百分比的组分：C：0.065％；Cr：18.8％；Si：0.43％；Mn：6.1％；S：0.0021％；P：0.033％；Ni：2.32％；Cu：1.64％；N：0.220％；Fe：余量和不可避免的杂质元素。
优选的，上述的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢具有如下的质量百分比的组分：C：0.045％；Cr：19.9％；Si：0.55％；Mn：7.5％；S：0.0014％；P：0.037％；Ni：2.81％；Cu：1.74％；N：0.250％；Fe：余量和不可避免的杂质元素。
优选的，上述的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢具有如下的质量百分比的组分：C：0.11％；Cr：18.5％；Si：0.37％；Mn：5.3％；S：0.0020％；P：0.032％；Ni：2.03％；Cu：1.79％；N：0.215％；Mo：0.48％；Fe：余量和不可避免的杂质元素。
本发明的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢的制造工艺：高炉或电弧炉→AOD炉→LF炉(或不经过LF炉)→CC连铸→热轧→固溶酸洗。
本发明的有益效果在于：高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢属Cr-Ni-Mn-N系，具有稳定的奥氏体组织，Mn、N配合代替部分Ni，使得保证Cr大于18％的前提下仍能得到室温单一奥氏体组织。另外，高N合金化，固溶于基体材料中，既起固溶强化作用，也能提高不锈钢的点蚀当量，显著改善本发明不锈钢的耐蚀性和机械性能。与传统奥氏体不锈钢相比，本发明的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢不仅成本低，而且具有与304不锈钢同等的耐腐蚀性、更高的强度，冷形变后还基本无磁性。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：本发明的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢中，Mn、N配合代替部分Ni，使得保证Cr含量大于18％的前提下仍能得到室温单一奥氏体组织。
本发明体系的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢组分百分比限定的原理如下：
C为奥氏体形成元素，可有助于得到奥氏体组织，但过高容易形成Cr的碳化物，在此最适为0.03-0.12％。
Si为1.00％以下，如果Si超过1.0％会使韧性降低，且生产加工困难。
Mn为4.0-9.0％，锰是奥氏体形成元素，添加Mn可以减少贵重合金元素Ni的投入，同时Mn对提高钢水中N的溶解度有较大帮助。但过高的锰含量，会损害耐腐蚀性。
Cr：18.00-20.05％；为本发明不锈钢主要的添加元素，现有技术中一般在10.5％以上，因可生成Cr2O3钝化保护膜，是不锈钢具有耐蚀性最大的原因，Cr含量的增加，保护膜的稳定度也相对提升，耐腐蚀性相应提高。
Ni：2.0-4.0％；提高奥氏体稳定性，保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代替。
N：0.16-0.3％；氮能提高钢的强度，增加奥氏体稳定性，还能提高耐腐蚀性，但过高的氮含量会降低低温韧性。
P：0.045％以下，在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接和冷弯性能变差。
S：0.0050％以下，硫在通常情况下为有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在轧制时成裂纹。硫对焊接性能、耐腐蚀性也不利。所本发明要求硫含量小于0.0050％。
Cu：1.0-3.0％；Cu为提高耐腐蚀性的元素，特别是在还原性酸的环境中更为有利。此外，Cu可以提高韧性。但Cu含量过高，则热加工性降低。
本发明除上述必须元素而得到的目的特性，还可根据所希望的特性，选择性添加Mo：≤1.0％，Nb≤0.20％；V≤0.20％；Ti≤0.20％；B≤0.0050％；Ca≤0.0050％。
实施例1
一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，具有如下的质量百分比的组分：C：0.083％；Cr：18.1％；Si：0.38％；Mn：5.7％；S：0.0027％；P：0.032％；Ni：2.02％；Cu：2.05％；N：0.240％；Fe余量和不可避免的杂质元素。本发明的制造工艺：高炉或电弧炉→AOD炉→LF炉(或不经过LF炉)→CC连铸→热轧→固溶酸洗。
具体而言，本发明高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢的冶炼工艺如下：
(1)对上述组成化学成分通过高炉或电炉冶炼：在高炉或电炉中采用常规工艺冶炼钢水。
(2)合金化处理：通过添加中间合金的方式将冶炼得到的钢水进行合金化处理。
(3)AOD精炼：采用通入设定比例的氮氧混合气体对钢水进行脱碳保铬处理，即AOD脱碳保铬处理。
(4)调整成分：将AOD脱碳保铬处理得到的钢水进行吹氩处理，调整合金成分及控氮处理，最后将调整后的钢水向钢包出钢。
(5)LF精炼：在钢包精炼炉中进行精炼，进行成分微调及去气去杂质处理，精准控制合金元素在规定范围内，得到纯净度良好的钢水。
(6)CC连铸：采用常规工艺连铸为板坯或方坯或圆坯。
(7)热轧：采用常规工艺将板坯或方坯或圆坯轧制为板材或棒材。
(8)固溶酸洗：对热轧的板材或棒材进行固溶热处理，将碳化物重新固溶至基体，避免敏化现象，以及酸洗处理，获得表面质量良好的固溶态白皮不锈钢。
通过上述制造方法获得厚度为3mm，宽1250mm的节镍高氮奥氏体不锈钢白皮钢卷。其室温屈服强度Rp0.2为372MPa、抗拉强度Rm为720MPa，断后伸长率为55.1％，点腐蚀速率4.62g/(m2*h)。
实施例2
一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，具有如下的质量百分比的组分：C：0.065％；Cr：18.8％；Si：0.43％；Mn：6.1％；S：0.0021％；P：0.033％；Ni：2.32％；Cu：1.64％；N：0.220％；Fe：余量和不可避免的杂质元素，制造方法如实施例1。
通过上述制造方法获得厚度为3mm，宽1250mm的节镍高氮奥氏体不锈钢白皮钢卷。其室温屈服强度Rp0.2为381MPa、抗拉强度Rm为725MPa，断后伸长率为53.8％，点腐蚀速率4.51g/(m2*h)。
实施例3
一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，具有如下的质量百分比的组分：C：0.045％；Cr：19.9％；Si：0.55％；Mn：7.5％；S：0.0014％；P：0.037％；Ni：2.81％；Cu：1.74％；N：0.250％；Fe：余量和不可避免的杂质元素，制造方法如实施例1。
通过上述制造方法获得厚度为3mm，宽1250mm的节镍高氮奥氏体不锈钢白皮钢卷。其室温屈服强度Rp0.2为394MPa，抗拉强度Rm为742MPa，断后伸长率为53.0％，点腐蚀速率4.28g/(m2*h)。
实施例4
一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，具有如下的质量百分比的组分：C：0.11％；Cr：18.5％；Si：0.37％；Mn：5.3％；S：0.0020％；P：0.032％；Ni：2.03％；Cu：1.79％；N：0.215％；Mo：0.48％；Fe：余量和不可避免的杂质元素，制造方法如实施例1。
通过上述制造方法获得厚度为3mm，宽1250mm的节镍高氮奥氏体不锈钢白皮钢卷。其室温屈服强度Rp0.2为363MPa，抗拉强度Rm为721MPa，断后伸长率为52.6％，点腐蚀速率4.02g/(m2*h)。
对比实施例
本发明高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢与304不锈钢及两件对比文件公开的不锈钢(对比文件1的申请号：200810060212.3，对比文件2的申请号200710146063.8)的耐点蚀性及力学性能对比见下表1。
表1
注：PREN＝Cr+3.3Mo+16N-0.5Mn
本发明高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢材料的力学性能和耐点腐蚀性能，与常规304奥氏体不锈钢相当。但生产成本明显优于常规304奥氏体不锈钢，可凭更低使用成本和更高性价替代部分304的使用领域。与两件对比文件公开的不锈钢相比，力学性能优良，无明显差异。而点腐蚀评价指标PREN值更高，耐点腐蚀性能会更好。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，其特征在于，具有如下的质量百分比的组分：C：0.03-0.12％，Si：0.3-1.0％，Mn：4.0-9.0％，Cr：18.0-20.0％，Ni：2.0-4.0％，Cu：1.0-3.0％，P≤0.045％，S≤0.0050％，N：0.16-0.30％；Mo：≤1.0％，Nb≤0.20％；V≤0.20％；Ti≤0.20％；B≤0.0050％；Ca≤0.0050％；余量为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，其特征在于，具有如下的质量百分比的组分：C：0.083％；Cr：18.1％；Si：0.38％；Mn：5.7％；S：0.0027％；P：0.032％；Ni：2.02％；Cu：2.05％；N：0.240％；Fe余量和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，其特征在于，具有如下的质量百分比的组分：C：0.065％；Cr：18.8％；Si：0.43％；Mn：6.1％；S：0.0021％；P：0.033％；Ni：2.32％；Cu：1.64％；N：0.220％；Fe：余量和不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1所述的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，其特征在于，具有如下的质量百分比的组分：C：0.045％；Cr：19.9％；Si：0.55％；Mn：7.5％；S：0.0014％；P：0.037％；Ni：2.81％；Cu：1.74％；N：0.250％；Fe：余量和不可避免的杂质元素。
5.根据权利要求1所述的高耐蚀节镍高氮奥氏体不锈钢，其特征在于，具有如下的质量百分比的组分：C：0.11％；Cr：18.5％；Si：0.37％；Mn：5.3％；S：0.0020％；P：0.032％；Ni：2.03％；Cu：1.79％；N：0.215％；Mo：0.48％；Fe：余量和不可避免的杂质元素。
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