專利名稱：：一種低鎳型奧氏體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于合金領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及不銹鋼，更具體地，本發(fā)明涉及民用廚衛(wèi)、五金等制品行業(yè)的奧氏體不銹鋼。
背景技術(shù)：
：近幾年來隨著人民生活水平的不斷提高，不銹鋼材料受到人們越來越多的青睞，其中奧氏體不銹鋼因其特有的耐腐蝕、易加工成型和漂亮的外觀，深受歡迎且更加廣泛地應(yīng)用于家用電器、廚衛(wèi)制品和五金等行業(yè)。為了得到穩(wěn)定的奧氏體組織，必須在奧氏體不銹鋼中添加大量的貴重金屬元素鎳，而鎳是目前世界上非常緊缺的戰(zhàn)略資源。奧氏體不銹鋼的需求增加，引起鎳價的進一步上漲，繼而影響到奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)成本。為此人們紛紛尋找無鎳或鎳含量較低可替代高鎳含量的奧氏體不銹鋼材料，以緩解來之不堪重負(fù)的昂貴的奧氏體不銹鋼材料成本的壓力，不同鎳含量和相關(guān)合金元素等的低鎳奧氏體不銹鋼相近專利的成分范圍見表一。表l成分范圍(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>專利號為99110134.0:C、Ni含量較低Cu元素含量較高，未提及比較關(guān)鍵的奧氏體元素N的匹配和控制，關(guān)注S含量的控制和B、Ca等處理手段給材料的耐蝕性帶來的相關(guān)影響。從實施例的成分控制看，該專利為平衡組織對N含量控制較高，達(dá)0.2%以上，故其熱軋加工硬化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，為減小軋機負(fù)荷，熱軋工序不得不提高加熱溫度，熱軋邊裂缺陷就不可避免地會產(chǎn)生。專利申請?zhí)枮?00410047238.6:Mn和Cu元素較高，Cr含量較低，且廉價元素N含量也在0.05%以下，該專利對熱加工邊裂敏感元素Cr、N含量控制較低，故熱加工性能會好些但耐腐蝕性能會降低。以上兩個專利文獻都屬低鎳型奧氏體不銹鋼，前者強調(diào)耐蝕性，但是且都未涉及由于降低鎳含量而造成相比例變化，并由此帶來的熱加工生產(chǎn)過程中普遍存在的邊裂缺陷，還影響到軋制成材率。后者強調(diào)抗菌性，調(diào)低了耐蝕元素避開熱加敏感問題，盡管加銅提高了材料的抗菌性能卻因減少Cr、N含量，降低了材料的耐腐蝕性能。本發(fā)明者通過不斷摸索，調(diào)整了鋼種各元素及其配比，并調(diào)整了鋼種的制造工藝，最終既達(dá)到鎳含量低又達(dá)到熱軋邊裂缺陷大幅減小的效果，從而完成了本發(fā)明。因此，本發(fā)明第一個目的在于提供一種低鎳型奧氏體不銹鋼。本發(fā)明第二個目的在于提供這種低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一方面提供一種低鎳型奧氏體不銹鋼，該不銹鋼包括以下化學(xué)元素C:0.040.07%、Si:0.2~0.6%、Mn:5.5~7.5%、Cr:15.516.5%、Ni:3.04.5%、N:0.05~0.15%、Cu:1.5~2.0%、P:《0.040%、S:《0.008%、其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明提供一種優(yōu)選的低鎳型奧氏體不銹鋼，該不銹鋼所含的化學(xué)元素還包括Mo:0,01%0.5%。上述各元素的主要作用如下C是一種間隙元素，通過固溶強化可顯著提高鋼的強度，形成并穩(wěn)定奧氏體組織且擴大奧氏體區(qū)；適當(dāng)提高C含量還有利于奧氏體鋼的冷加工脹、塑、成型性能，并使熱加工不容易產(chǎn)生邊裂。但在多數(shù)情況下，C與鋼中的鉻結(jié)合會形成Cr23C6型碳化物，使鋼的耐蝕性特別是耐晶間腐蝕性能下降，從耐蝕性角度考慮，一般要求C越低越好，但過低的C會使奧氏體組織不穩(wěn)定，且增加冶煉工序成本。因此兼顧奧氏體組織和耐蝕性，控制C在0.040.07%。Si是一種脫氧元素，當(dāng)Si小于1.0%時會降低奧氏體不銹鋼的耐蝕性并顯著提高鋼的固溶態(tài)晶間腐蝕的敏感性，且其又是鐵素體形成元素，故盡可能控制Si含量不要太高，控制在0.20.6%。Mn是較弱的奧氏體形成元素，但顯著提高N在奧氏體鋼中的溶解度，錳、氮的復(fù)合加入?？商娲撝械陌嘿F、稀缺元素Ni。但Mn的加入會使其與鋼中的雜質(zhì)元素S形成MnS而降低鋼的耐蝕性，過高的Mn還降低奧氏體鋼的焊接性能。因此，MnCr是鐵素體相的形成元素，是不銹鋼中耐蝕性的最主要的元素。Cr與不銹鋼中的C形成碳化物，雖然降低鋼的耐蝕性，引起晶間腐蝕，但當(dāng)碳含量一定時，隨鋼中Cr量增加，晶間腐蝕敏感性則下降。當(dāng)Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼Cr含量提高時，會使鋼的高溫組織不穩(wěn)定，產(chǎn)生高溫鐵素體相，引起熱加工性能變差，產(chǎn)生邊裂。因此，Cr過低耐蝕性不夠，過高熱加工性能變差，控制在15.516.5%。Ni是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴大奧氏體相區(qū)的元素。隨著鎳含量的增加，鋼的強度降低而塑性提高，有利于熱、冷加工及成形性能。但鎳是昂貴的稀缺元素，嚴(yán)重影響奧氏體不銹鋼的成本，若Ni過低不僅使鋼的鈍化效果變差造成鋼的耐蝕性下降，還導(dǎo)致冷、熱加工等性能變差。因此，在保證不銹鋼性能的前提下，盡可能的降低Ni，控制其在3.04.5%。Cu是弱奧氏體形成元素，可提高鋼的不銹性和耐蝕性，特別是在硫酸等還原性介質(zhì)中的作用更為明顯。Cu還可顯著降低鋼的強度和冷加工硬化傾向，但過高會降低奧氏體不銹鋼的熱塑性，從而影響鋼的熱加工性。因此控制Cu在1.52.0%。N作為固溶強化元素提高奧氏體不銹鋼的強度，但不顯著降低鋼的塑、韌性。對奧氏體不銹鋼而言，N含量超過0.15n/。時，鋼的冷、熱加工性能將會有所下降。N不僅顯著提高奧氏體不銹鋼的綜合耐腐蝕性能，而且提高其耐晶間腐蝕性。因此，控制在0.050.15%。P和S均為不可避免的雜質(zhì)元素，但對性能有不利的影響，控制P《0.04%。由于S會與鋼中的Mn產(chǎn)生MnS引起點腐蝕，為保證鋼的耐腐蝕性，控制S《0.008X。本發(fā)明另一方面提供一種低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法，包括冶煉、澆鑄、熱軋、熱帶退火酸洗、冷軋和冷帶退火酸洗，其中，冶煉澆鑄步驟中，澆鑄前鎳當(dāng)量為12.08-12.74%，鉻當(dāng)量為16.27-17.03%;熱軋步驟中，加熱爐出鋼溫度為1180-1230°C。本發(fā)明提供的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為，在熱軋步驟中，加熱爐出鋼溫度為1180-122(TC。本發(fā)明提供的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為，在澆鑄步驟中，連鑄溫度控制在1468-1483'C，拉速為1-1.3米/分。本發(fā)明提供的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為，在熱軋步驟中，精軋終軋溫度〉1000'C。本發(fā)明提供的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為，在熱軋步驟中，層流冷卻采用前段快速冷卻，巻取溫度為620XT65(TC。本發(fā)明提供的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為，在熱帶退火酸洗步驟中，退火固溶處理溫度為1020-1100°C,保溫時間l-5分鐘。本發(fā)明提供的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為，在冷軋步驟中，累計壓下率》50%。本發(fā)明提供的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法中，一種優(yōu)選的實施方式為，在冷帶退火酸洗步驟中，退火溫度為1020-1100°C。綜上所述，本發(fā)明提供的制造方法中，各主要步驟的工藝要求分析如下1、冶煉和澆鑄本發(fā)明提供的低鎳型奧氏體不銹鋼可在電爐+氬氧爐(AOD)中冶煉，AOD爐中進行脫S、保Mn、Cr的同時脫C，并使鋼在澆鑄前的目標(biāo)成分滿足鎳當(dāng)量為12.0812.74%,鉻當(dāng)量為16.2717.03%，隨后出鋼澆鑄；連鑄時溫度控制在過熱度的上限，一般為1468-1483。C，拉速為l1.3米/分，鋼液溫度偏高時拉速控制偏下限，鋼液溫度偏低時拉速偏上限控制。其中，鎳當(dāng)量(Nieq)和鉻當(dāng)量(Creq)公式如下表示Nieq=30X(C+N)%+0.5XMn%+Ni%+0.3XCu%;Creq=Cr%+1.5XSi0/o。2、熱軋連鑄坯加熱根據(jù)熱回收段和預(yù)熱段緩慢升溫，加熱段快速升溫，和均熱段溫度不能過高的加熱規(guī)則，將加熱爐出鋼溫度控制在1180°C1230°C，優(yōu)選為1180°C1220°C，精軋終軋溫度控制在IOOO'C以上，層流冷卻采用前段快速冷卻，巻取溫度620°C~650°C。在1230。C以下熱軋和確保上述鉻、鎳當(dāng)量的前提條件下，由于此時鋼的組織是單相奧氏體組織，整個熱變形過程沒有塑性較差的第二相組織存在，因此熱軋不易產(chǎn)生邊裂。3、熱帶退火和酸洗熱軋后采用連續(xù)退火和酸洗工藝，退火固溶處理溫度保持在1020110(TC，保溫時間1-5分鐘，快速冷卻。根據(jù)冷軋原料使用的特點，選擇不同溫度范圍的固溶溫度點，選擇的原則為得到偏硬的鋼選溫度下限，偏軟的鋼選溫度上限。由于不易產(chǎn)生邊裂，退火酸洗前可不用切邊。4、冷軋不銹鋼熱軋板帶在連退酸洗后到獲得冷軋成品之間可采用一個軋程或二個軋程的加工，累計壓下率至少大于50%。壓下率過低將導(dǎo)致最終產(chǎn)品的性能和表面質(zhì)量下降。5、冷帶退火和酸洗冷軋后的退火酸洗處理中，退火溫度保持在10201100'C，可以不進行保溫而直接快速冷卻、酸洗。根據(jù)使用要求可選擇不同的固溶處理溫度，選擇的原則為表面耐磨性好偏硬的鋼選低溫退火、深沖性好偏軟的鋼選高溫退火。有益效果本發(fā)明在成分設(shè)計時選定了較合適的鎳當(dāng)量和鉻當(dāng)量，使低鎳型不銹鋼在高溫?zé)峒庸r保持單相奧氏體溫度區(qū)間熱軋，防止熱軋經(jīng)常出現(xiàn)的邊裂缺陷產(chǎn)生。同時又保證了一定量的Cr、N、Cu等對耐腐蝕性有益但對加工性不利的元素，嚴(yán)格控制S，適當(dāng)降低Mn，來提高低鎳型奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性。圖1BN4與304對比10%NaCl溶液浸泡腐蝕的試驗結(jié)果，其中圖l-A為304的腐蝕試驗結(jié)果，圖l-B為BN4的腐蝕試驗結(jié)果。圖2BN4與304對比20%NaCl溶液浸泡腐蝕的試驗結(jié)果，其中圖2-A為304的腐蝕試驗結(jié)果，圖2-B為BN4的腐蝕試驗結(jié)果。圖3BN4與304對比飽和NaCl溶液浸泡腐蝕的試驗結(jié)果，其中圖3-A為304的腐蝕試驗結(jié)果，圖3-B為BN4的腐蝕試驗結(jié)果。具體實施方式下面用實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但這些實施例絕非對本發(fā)明有任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本說明書的啟示下對本發(fā)明實施中所作的任何變動都將落在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。實施例1冶煉表2所示化學(xué)成分的合金并澆鑄，再經(jīng)熱軋、熱帶退火酸洗、至少大于50%壓下量的冷軋和冷帶退火酸洗。其中熱軋巻工藝參數(shù)、熱處理參數(shù)、冷處理參數(shù)和邊裂情況見表7，冷加工后的力學(xué)性能見表8。表2化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例2按表3所示化學(xué)成分的比例，根據(jù)實施例l所述工藝步驟進行操作。其中熱軋巻工藝參數(shù)、熱處理參數(shù)、冷處理參數(shù)和邊裂情況見表7，冷加工后的力學(xué)性能見表8。表3化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例3按表4所示化學(xué)成分的比例，根據(jù)實施例1所述工藝步驟進行操作。其中熱軋巻工藝參數(shù)、熱處理參數(shù)、冷處理參數(shù)和邊裂情況見表7，冷加工后的力學(xué)性能見表8。表4化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例4按表5所示化學(xué)成分的比例，根據(jù)實施例l所述工藝步驟進行操作。其中熱軋巻工藝參數(shù)、熱處理參數(shù)、冷處理參數(shù)和邊裂情況見表7，冷加工后的力學(xué)性能見表8。表5化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例5按表6所示化學(xué)成分的比例，根據(jù)實施例l所述工藝步驟進行操作。其中熱軋巻工藝參數(shù)、熱處理參數(shù)、冷處理參數(shù)和邊裂情況見表7，冷加工后的力學(xué)性能見表8。表6化學(xué)成分(％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>工藝參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>514751.2119010106501100無邊裂注冷帶和熱帶退火溫度范圍均一致；且保溫時間控制在1~5分鐘，偏厚的帶鋼取時間上限，偏薄的帶鋼取時間下限。腐蝕實驗根據(jù)本發(fā)明所述化學(xué)元素及制造工藝生產(chǎn)而得的鋼BN4與304對比NaCl溶液浸泡腐蝕的試驗結(jié)果見圖1-圖3，其中，圖l-A為304的腐蝕試驗結(jié)果，圖l-B為BN4的腐蝕試驗結(jié)果；圖2-A為304的腐蝕試驗結(jié)果，圖2-B為BN4的腐蝕試驗結(jié)果；圖3-A為304的腐蝕試驗結(jié)果，圖3-B為BN4的腐蝕試驗結(jié)果。其中，圖1:試驗條件為7天，所用NaCl濃度為10%,溫度4(TC;圖2:試驗條件為7天，所用NaCl濃度為20%，溫度40'C;圖3:試驗條件為7天，所用NaCl為飽和溶液，溫度4(TC。從圖1-圖3可以看出，幾乎看不出BN4與304在NaCl三種濃度溶液浸泡試驗中的明顯區(qū)別。從均勻腐蝕的極化曲線參數(shù)自腐蝕電位和自腐蝕電流比較判斷，兩者耐蝕性也非常接近，沒有很大差別。說明適當(dāng)降低鎳，調(diào)整其它合金元素，不僅大大節(jié)約了不銹鋼的成本，還不顯著降低鋼的耐蝕性和熱加工性能。結(jié)果測試表8冷加工后的力學(xué)性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.一種低鎳型奧氏體不銹鋼，其特征在于，包括以下化學(xué)元素C0.04～0.07％，Si0.2～0.6％，Mn5.5～7.5％，Cr15.5～16.5％，Ni3.0～4.5％，N0.05～0.15％，Cu1.5～2.0％，P≤0.040％，S≤0.008％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。2.如權(quán)利要求l所述的低鎳型奧氏體不銹鋼，其特征在于，所述低鎳型奧氏體不銹鋼還含有Mo:0.01%0.5%。3.—種如權(quán)利要求1所述的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法，包括冶煉、澆鑄、熱軋、熱帶退火酸洗、冷軋和冷帶退火酸洗，其特征在于，在冶煉澆鑄步驟中，澆鑄前鎳當(dāng)量為12.08-12.74%，鉻當(dāng)量為16.27-17.03%;在熱軋步驟中，加熱爐出鋼溫度為腦-1230。C。4.如權(quán)利要求3所述的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，在所述熱軋步驟中，加熱爐出鋼溫度為1180-122(TC。5.如權(quán)利要求3所述的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，在所述澆鑄步驟中，連鑄溫度控制在1468-1483°C，拉速為1-1.3米/分。6.如權(quán)利要求3所述的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，在所述熱軋步驟中，精軋終軋溫度>1000°0。7.如權(quán)利要求3所述的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，在所述熱軋步驟中，層流冷卻采用前段快速冷卻，巻取溫度為620tT65(TC。8.如權(quán)利要求3所述的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，在所述熱帶退火酸洗步驟中，退火固溶處理溫度為1020-1100°C，保溫時間l-5分鐘。9.如權(quán)利要求3所述的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，在所述冷軋步驟中，累計壓下率》50%。10.如權(quán)利要求3所述的低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法，其特征在于，在所述冷帶退火酸洗步驟中，退火溫度為1020-1100°C。全文摘要本發(fā)明提供一種低鎳型奧氏體不銹鋼，包括以下化學(xué)元素C0.04～0.07％、Si0.2～0.6％、Mn5.5～7.5％、Cr15.5～16.5％、Ni3.0～4.5％、N0.05～0.15％、Cu1.5～2.0％、P≤0.040％、S≤0.008％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明還提供這種低鎳型奧氏體不銹鋼的制造方法。本發(fā)明所述低鎳型不銹鋼在熱軋時不會產(chǎn)生邊裂缺陷，且該不銹鋼具有一定的耐腐蝕性。文檔編號B22D37/00GK101328565SQ20071009387公開日2008年12月24日申請日期2007年6月22日優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日發(fā)明者軍徐,軍楊,勇田,祝方義申請人:寶山鋼鐵股份有限公司