CN101775560A - 一种节镍奥氏体不锈钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节镍奥氏体不锈钢，化学成分重量百分配比为：C：≤0.1，Si：≤2.0，Mn：3.0～4.9，P：≤0.04，S：≤0.006，Cr：16.0～18.0，Ni：4.0～6.0，Cu：3.0～5.0，N：≤0.1，还添加有0.04～0.1％的Ce或0.002～0.005％的B，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明在现有节镍奥氏体不锈钢基础上添加适量的Cu元素以得到优良塑性，同时再加入一种Ce或B元素以得到良好热加工性的不锈钢。本发明在保持原有低成本的基础上，适当提高了的冷加工成型性能和热加工性能。

Description

一种节镍奥氏体不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种奥氏体不锈钢的配方及其制造方法。

背景技术

随着经济和人们生活水平的不断提高，对不锈钢的需求日渐增大。不锈钢需求的快速增长又刺激了不锈钢价格的波动，同时不锈钢的价格又直接受到镍价波动的剧烈影响。为了降低不锈钢的生产成本，同时为了缓解对镍的依赖，开发节镍低成本的新型产品已成为必然。

对含镍较高的304系奥氏体不锈钢来说，镍是稀缺资源，且因其自身特性或作为合金元素添加的作用，镍必须要稳定、价格合理地供应，最好的解决手段之一就是省镍化。对成为省镍化对象的钢种，不用满足304钢种所有的特性，根据用途可进行适当地代替，从而实现省镍化目标。这样，不但可降低产品价格，还可为节约宝贵镍资源作出贡献。我国是不锈钢制品的主要生产国，据该行业协会统计我国生产的不锈钢制品占世界总产量的67％，而304系列不锈钢冷板是该行业的主要用料品种。可见，针对制品等行业，开发节镍低成本的304系列不锈钢具有很大的市场发展空间。304J1不锈钢产品是节镍304系不锈钢的代表钢种，由于其价格较低且性能优良深受用户欢迎，在一些行业逐渐得到承认和应用，如制品行业，销售量不断扩大，利润十分可观。

以铜代镍是低镍奥氏体不锈钢的发展方向之一。在奥氏体不锈钢中添加铜元素不但可以代替部分镍，以减少材料的成本；还可以适当提高塑性，使材料保持或超过原有钢种的冷加工成型性能。但铜的加入量不易过多，否则会明显降低材料的热加工性能，从而降低了成材率，反而使产品成本增加。因此，在合理选择铜的加入量的同时，还要考虑如何提高材料的热加工性能。而添加对热塑性有益的微量元素是有效手段之一，如Ce和B等元素，这些微量元素的添加既不会损害材料的其他性能，还可以有效地提高材料的热加工性能，且成本低廉。此外，添加适量的锰等奥氏体形成元素也可以起到节约镍的作用，但锰不易添加过多，否则会降低材料的塑性和耐蚀性能。

表1列出了现有技术中的一些主要的含铜节镍奥氏体不锈钢的化学成分。其中，如日本专利公开号JP3224210是开发的一种含铜抗菌奥氏体不锈钢，可以看出其化学成分范围很宽，几乎包括了所有普通奥氏体不锈钢的成分，但其要求必须含有一定量的Al，还要求满足Ni当量≥20，这是与普通奥氏体不锈钢的区别之一。此外，该类抗菌不锈钢种需要增加特殊的热处理生产工艺，使具有抗菌性能的富铜相粒子从基体中析出，以使材料具有抗菌性能。可见这类钢种的制造工艺也与普通不锈钢不同。日本专利公开号JP2003119277也是一种奥氏体抗菌不锈钢，其Ni含量较高7～16％，表1中其他的钢种均含有较高的Mn。Mn含量较高时会影响材料的使用性能，如力学和耐腐蚀性能，且这些钢种中的Ni含量较低，会损失材料的冷加工性能。

表1.以往含铜低镍体不锈钢的化学成分(wt％)

专利号	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	N	Cu	其他
											JP3224210	≤0.1	≤2	≤10			12～25	4～28	≤1	0.5～5	Al：0.1～5.0，Ni当量：≥20
JP2003119277	0.001～0.03	0.1～1	0.5～6	0.005～0.025		15～19	7～16	0.001～0.03	1～3.5	B：0.001～0.01，Mo：0.1～2.5
											CN1213013	≤0.1	≤1	5～9	≤0.01	≤0.05	13～19	0.1～2	0.1～0.4	1～4	B：0.05～0.5
CN1240839	0.01～0.08	0.1～1	5～11	≤0.02	≤0.1	15～17.5	1～4		1～4	Ca：0.01～0.5，B：＜0.05

专利号	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	N	Cu	其他
											CN1978694	0.04～0.07	0.3～0.5	6.0～7.5	≤0.03	≤0.04	16～18	3.5～5.5	0.10～0.15	1.2～2
DE593158T	≤0.15	≤1	6.4～8			16.5～17.5	2.5～5	≤0.2	2～3
											CN1704497	0.03～0.12	0.2～1.0	7.5～10.5			14～16	1～5	0.04～0.25	2～5

发明内容

本发明的目的是通过提供一种节镍奥氏体不锈钢及其制造方法，在现有节镍奥氏体不锈钢基础上添加适量的Cu元素以得到优良塑性，同时再加入一种Ce或B元素以得到良好热加工性的不锈钢。本发明在保持原有低成本的基础上，适当提高了的冷加工成型性能和热加工性能。

本发明实现上述目的的技术方案为：

一种节镍奥氏体不锈钢，化学成分重量百分配比为：C：≤0.1，Si：≤2.0，Mn：3.0～4.9，P：≤0.04，S：≤0.006，Cr：16.0～18.0，Ni：4.0～6.0，Cu：3.0～5.0，N：≤0.1，还添加有0.04～0.1％的Ce或0.002～0.005％的B，其余为Fe和不可避免的杂质。

碳：是增加合金强度并节镍的元素，但不易过多，超过0.1％时会降低耐蚀性和塑性，最好在0.1％以下。

硅：是作为脱氧剂加入的，加入过多，会使材料的强度升高、塑性下降。因此硅的加入控制在2.0％以下为好。

锰：主要考虑到锰为奥氏体形成元素，可起到节镍的作用，还对热塑性起到一定的改善作用，但过多时会降低耐蚀性，应控制在3～4.9％范围内。

磷、硫：出于热塑性和耐蚀性的考虑，这两个元素要尽量低些，应控制P≤0.04％、S≤0.006％。

铬：改善耐蚀性的重要元素，低于16％时，耐蚀性较差，不能达到使用要求，但超过18％时会增大铁素体形成倾向，需要更多的奥氏体元素，从而使材料成本增加，最好控制在16～18％之间。

镍：作为强烈地形成和扩大奥氏体区的元素，要根据其他元素的多少及冷加工成型性能来选择适当的添加量，达到控制组织目的。镍小于4.0％时不易保证奥氏体单相组织，但镍的价格较高，出于成本考虑应控制在6.0％以下。

氮：可提高耐蚀性，还可节约镍，要求N≤0.1％是为了保证合金具有较低的强度和较好的冷加工成型性。

铜：可以提高冷加工成型性、耐蚀性及耐磨性，还可节约镍，但过多时会降低钢的热加工性能，最好控制在3.0～5.0％。

此外，添加一种Ce或B元素，可改善不锈钢的热塑性。但这些元素不能过多，否则会损坏合金的冷加工成型性和使用性能，最好控制Ce：0.04～0.1％，B：0.002～0.005％。

一种节镍奥氏体不锈钢的制造方法，按如下重量百分配比进行冶炼：C：≤0.1，Si：≤2.0，Mn：3.0～4.9，P：≤0.04，S：≤0.006，Cr：16.0～18.0，Ni：4.0～6.0，Cu：3.0～5.0，N：≤0.1，0.04～0.1％的Ce或0.002～0.005％的B，其余为Fe和不可避免的杂质；先将Cu、Ce或B，或Ce、B的合金作为配料加入到不锈钢的原料中进行冶炼，然后采用制造普通奥氏体不锈钢的方法来生产。

不锈钢的冶炼采用真空感应炉、电炉-AOD双联冶炼或电炉-AOD-VOD。

冶炼后模铸或连铸钢坯，热轧后退火处理，得到热轧产品。

热轧后再冷轧，退火处理，抛光，得到冷轧产品。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：在保持原有节镍不锈钢低成本的基础上，适当提高了冷加工成型性能和热加工性能。其室温塑性好，耐腐蚀性能优良，制造工艺简单。

具体实施方式

实施例的试验用奥氏体不锈钢化学成分见表2。其制造方法采用电炉-AOD冶炼不锈钢，连铸钢坯，热轧至6mm厚，初轧温度1200℃，终轧温度900℃，热轧板在1050℃固溶退火，冷轧至2mm厚，1050℃退火，酸洗。

实施例1-4

本实施例1-4和对比例1-5进行热轧试验后，发现对比例1热轧板的边部有裂纹出现，某些部位开裂较严重；而采用同样热轧工艺的实施例1-4的热轧板未发现裂纹，说明添加了硼和稀土等元素后钢的热塑性得到了明显提高。对比例2的热轧板也出现边部小裂现象，可见当Cu超过5％时，即使加入硼和稀土等元素后钢的热塑性仍然较差，不易达到热加工要求。对比例3和4热轧板的边部也出现了裂纹，说明硼和稀土等元素添加较少时钢的热塑性不能得到明显改善，不易达到热加工要求。

对本实施例1-4不锈钢2mm厚冷轧板进行了力学性能检测，力学性能测试结果见表3。可以看出，本实施例1-4不锈钢的塑性均高于原有钢种水平，说明添加较多的铜后可以明显提高钢的塑性。按照不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法(国家标准：GB/T 17897-1999)对本实施例1-4不锈钢进行耐腐蚀性能测试，检测结果见表4，显示本实施例的不锈钢与近似型号节镍型304J1不锈钢相比，耐蚀性相当。

表2.化学成分

序号	标准牌号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N	Cu	微量元素
												实施例1		0.041	0.51	3.0	0.016	0.002	17.2	5.5	0.051	3.1	B：0.003
实施例2		0.046	0.52	4.0	0.017	0.004	16.9	5.1	0.034	3.4	Ce：0.05
												实施例3		0.044	0.57	4.7	0.019	0.002	17.2	4.4	0.032	4.5	B：0.004
实施例4		0.042	0.48	4.9	0.018	0.004	16.9	4.2	0.035	4.9	Ce：0.1

序号	标准牌号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N	Cu	微量元素
												对比例1		0.043	0.50	4.1	0.019	0.003	16.9	5.2	0.031	3.6	-
对比例2		0.041	0.51	4.8	0.021	0.003	17.2	4.1	0.032	5.2	B：0.005
												对比例3		0.043	0.50	4.7	0.022	0.003	17.1	5.1	0.035	3.7	B：0.001
对比例4		0.045	0.53	4.9	0.023	0.003	17.0	5.1	0.034	3.8	Ce：0.03
												对比例5	工业304J1	0.052	0.52	1.80	0.035	0.002	17.0	6.24	0.018	2.29

表3力学性能

序号	抗拉强度，MPa	屈服强度，MPa	延伸率，％
				实例1	657	286	71
实例2	657	292	72
				实例3	643	285	74
实例4	658	294	75
				对比例5	645	295	64

表4耐点腐蚀性能

序号	E′b10，v
		实例1	0.24
实例2	0.23
		实例3	0.22
实例4	0.26
		对比例5	0.24

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种节镍奥氏体不锈钢，其特征在于化学成分重量百分配比为：C：≤0.1，Si：≤2.0，Mn：3.0～4.9，P：≤0.04，S：≤0.006，Cr：16.0～18.0，Ni：4.0～6.0，Cu：3.0～5.0，N：≤0.1，还添加有0.04～0.1％的Ce或0.002～0.005％的B，其余为Fe和不可避免的杂质。

2.一种节镍奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于：按如下重量百分配比进行冶炼：C：≤0.1，Si：≤2.0，Mn：3.0～4.9，P：≤0.04，S：≤0.006，Cr：16.0～18.0，Ni：4.0～6.0，Cu：3.0～5.0，N：≤0.1，0.04～0.1％的Ce或0.002～0.005％的B，其余为Fe和不可避免的杂质；先将Cu、Ce或B，或Ce、B的合金作为配料加入到不锈钢的原料中进行冶炼，然后采用制造普通奥氏体不锈钢的方法来生产。

3.如权利要求2所述的节镍奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于：不锈钢的冶炼采用真空感应炉、电炉-AOD双联冶炼或电炉-AOD-VOD。

4.如权利要求2或3所述的节镍奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于：冶炼后模铸或连铸钢坯，热轧后退火处理，得到热轧产品。

5.如权利要求4所述的节镍奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于：热轧后再冷轧，退火处理，抛光，得到冷轧产品。