專利名稱：：韌性高鉻鐵素體合金的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及金屬功能材料，具體地說，涉及一種具有優(yōu)良軔性的高鉻鐵素體合金。
背景技術：
：近來年稀有金屬鎳的價格飛漲，使奧氏體不銹鋼價格翻番，鎳基奧氏體不銹鋼的應用受到嚴重影響，而鐵素體、馬體系不銹鋼使用范圍進一步擴大，高鉻(25-31%)鐵素體不銹鋼，不僅有優(yōu)良的耐蝕性能，且極好的耐應力腐蝕、耐縫隙腐蝕、耐孔蝕能力，可代替昂貴的鎳基和鈦等高級耐蝕合金材料。高鉻鐵素體不銹鋼的耐蝕性雖優(yōu)良，但嚴重的脆性阻礙其被廣泛選用。鐵素體在不銹鋼中存在C、N間隙元素強烈形成并穩(wěn)定奧氏體，對鐵素體不銹鋼十分有害，主要是因為C、N元素在鐵素體不銹鋼中的擴散速度快，約為在奧氏體中的600倍，在高溫加熱后的冷卻過程中會有碳、氮化物沉淀析出，導致了鐵素體不銹鋼475'C脆性、高溫脆性、室溫韌性低、脆性轉變溫度高、對缺口敏感等缺點。因此，冶金工作者長期致力于降低鐵素體不銹鋼中的碳、氮含量，從而克服鐵素體不銹鋼的上述不足。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種韌性高鉻鐵素體合金，其具有優(yōu)異耐蝕性能，還具有良好的韌性。本發(fā)明提供的軔性高鉻鐵素體合金，其化學成份質量百分比為(X0.001,fKO.005,Si《0.05，Mn《0.05,Cr29—31,Mo《0.12,P<0.014,S《0.003,余量為Fe及不可避免的雜質，穩(wěn)定性比Mo/(C+N)為8-20。所述的韌性高鉻鐵素體合金還含鋁，其化學成份質量百分比為A1《0.15。本發(fā)明的設計思路是降碳、氮，保證必要的鉻、鉬含量，以確保其耐腐蝕性能和韌性；以穩(wěn)定組織和改善性能；進行成分設計，并逐步優(yōu)化成分。影響高鉻鐵素體合金脆性的因素1、韌脆轉變溫度高鉻鐵素體合金在較高溫度時，韌性很好；當溫度降至某一溫度以下時，韌性突然降得很低、很脆。該臨界溫度被稱為韌脆轉變溫度。一般純度的高鉻鐵素體不銹鋼韌脆轉變溫度在60-8(TC左右。大多數(shù)高鉻鐵素體合金設備的使用溫度以下，所以限制了其使用。2、M2A析出合金中鉻含量很高，且鐵素體中碳的溶解度比奧氏體中低得多，因而M23C6析出傾向強烈。如在高于80(TC以上析出，多以顆立狀在晶界析出，對脆性影響不大；在晶界以網(wǎng)狀的析出速度很快，在各種熱工藝后的冷卻過程中，很難避免。其不僅使合金變脆，且引起嚴重的晶界腐蝕，是高鉻鐵素體合金被限制使用的另一重要原因。3、a相析出根據(jù)Fe-Cr相圖，在含30%Cr的鐵素體合金中，約700。C以下才開始析出cj相，60(TC長期保溫后，a相可達40%左右。cr相是脆的，合金中如含有較多的ci相時，是不能被選用的。但由于高鉻鐵素體合金中的cr相析出溫度低，析出速度緩慢，約需幾個個小時才開始析出。因此在各種熱工藝后的冷加過程中，一般不會析出，不影響使用，但不宜在a相易析出溫度下使用。解決高鉻鐵素體合金脆性的途徑1.防止cj相析出由于(T相形成溫度低，析出速度緩慢，在熱加工、熱處理、焊接等熱工藝后的冷卻過程中，一般較易避免，不會引起脆性;但是該類合金不宜在cr相析出的300—70(TC溫度范圍內使用。2.M23C6相在晶界以網(wǎng)狀析出當合金中含碳量不夠低時，在500一70(TC溫度范圍內，只需要幾分鐘，甚至幾秒鐘，即可在晶界上形成網(wǎng)狀NW:6。因此各種熱工藝后的冷卻過程中，M23C6的網(wǎng)狀析出幾乎是不可避免的，需要找途徑解決。下表為碳、氮在高鉻鐵素體合金中的最大溶解度<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>由表可知，當高鉻鐵素體合金中，碳含量低于0.004%時，927C時效不再析出M^6。當溫度降至70(TC時，不析出M23C6的碳量要求降得更低。但如合金中的碳含量能降到0.004%的水平，M2A析出傾向將大大降低，析出數(shù)量也會很少，不會造成較大的影響。由表中還可看出，氮含量低于0.006%時，593'C長期時效也不會析出Cr2N故當?shù)窟_到該水平時，不用擔心由此引起的脆性。3.降低合金的韌脆轉變溫度高鉻鐵素體合金的裝置大都在室溫上工作，但設備安裝和檢修都在室溫下進行。如在室溫下很脆的材料，是不能被選用的。因此，如何使合金中高鉻鐵素體合金的韌脆轉變溫度降至室溫以下，是使其廣泛應用的前提。我國東北地區(qū)，冬季室溫外溫度有時達零2(T3(TC,所以要求韌脆轉變溫度降這個水平。我們對高鉻鐵素體合金的韌脆轉變溫度了大量工作，發(fā)現(xiàn)碳、氮的影響最大。表(1)、(2)列出了碳和氮含量對Cr30Mo2合金韌脆轉變溫度的影響。表(1)碳含量對Cr30Mo2合金韌脆轉變溫度的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>含N2:0.0057-0.0083%，02:0.0032—0.0040%表(2)氮含量對韌脆轉變溫度的影響※氮(％)0.00550.00750.0145溫度(°c)-40-20-30-200-20※合金中含C:0.0018_0.0024%,02:0.0017—0.0045%根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，高鉻鐵Cr30Mo2合金中，將碳降至0.003%以下，氮含量降至0.007%以下，脆性轉變溫度降至-40-20。綜上所述，解決高鉻鐵素體合金脆性關鍵是降低合金中的碳和氮的含量，特別是碳的含量。對于每種具體高鉻鐵素體合金不脆的允許碳、氮的最高含量，不僅與合金成份有關，還與具體使用條件有關，還需逐個合金研究，但一般條件下，要求碳要低于0.001%，氮要低于0.005%。根據(jù)本發(fā)明的鐵素體不銹鋼的特征是第一，在本發(fā)明中，與過去的鐵素體不銹鋼相類似，作為穩(wěn)定性元素，添加Mo，但是其添加的目的不同。在本發(fā)明中，以新闡明的Mo對耐腐蝕性產(chǎn)生影響的研究結果為基礎，在考慮到Mo的添加量與C+N的關系后而進行調整。第二，在過去的鐵素體不銹鋼中，以A1作為脫氧劑添加的，但在本發(fā)明中以Al對軔性產(chǎn)生影響的研究結果為基礎，對A1的含量進行控制，與此同時考慮Al氧化物對耐腐蝕性產(chǎn)生的負面影響，通過控制氧的含量而限制Al氧化物的大小。為了使韌性的降低最小化，應對上述C及N的含量分別控制在0.001%以下及0.005%以下，并且由于其含量越少，材料的性質則越好，所以不限制其最低限度。另外，考慮到敏感性，使C+N為0.006%以下為好。上述Si作為提高脫氧及耐氧化性的元素，為了抑制軔性的降低，應控制在0.05%以內。上述Mn作為提高脫氧的元素，因其降低介物MNs的耐腐蝕性，故應控制在0.05%以內。因上述P不僅降低耐腐蝕性而且還降低軔性，故控制在0.014%以內。因上述S降低耐腐蝕性，故控制在0.003%以內。到目前為止，上述A1主要是為了脫氧而添加的，但為了耐腐蝕性而最大限度地控制了其在鋼中的含量。與此不同，在本發(fā)明中考慮到Al對軔性產(chǎn)生的影響，作為積極添加的元素，起到一種防止因添加Mo而使韌性降低的效果。但是，若過量添加Al,則因產(chǎn)生Al氧化物而降低耐腐蝕性，故Al控制在0.15%以內。在本發(fā)明中，為了最大限度地控制由于添加Al而產(chǎn)生的耐腐蝕性降低，把Al氧化物的大小控制在約小于l帥比較好。上述Mo是為了防止敏感性而添加的，若添加O.12%以上，則由于析出而使軔性降低，故最大含量為0.12%。穩(wěn)定性比Mo/(ON)是考慮耐腐蝕性及韌性而決定的。在耐腐蝕性方面來說，適當?shù)姆€(wěn)定性比為8左右，其可防止晶間腐蝕。如上所述，在本發(fā)明中，材料性質(耐腐蝕性，韌性)的最佳化方面，為了不使抗晶間腐蝕性因敏感化而急速降低，及為了同時確保韌性而把最佳穩(wěn)定性比設定為8-20。雖然上述Mo提高耐腐蝕性，但由于高溫相(a，x)析出而引起韋刃性降低，故Mo的適當范圍為0.12%以內。雖然上述Cr提高耐腐蝕性，但是隨著Cr含量的增加，Cr(C，N)及Cr氮化物的析出度增加，從而引起韌性了低，故Cr的適當范圍為29-31%。具體實施方式實施例一一種韌性鐵-鉻-鉬鐵素體合金，其化學成份質量百分比為CO.001，NO.005,SiO.05,MnO.05，Cr31，MoO.12,PO.014，SO.003，余量為Fe及不可避免的雜質，穩(wěn)定性比Mo/(C+N)為20。實施例二一種軔性鐵-鉻-鉬鐵素體合金，其化學成份質量百分比為CO.001,NO.004,SiO.04，MnO.04，Cr30,MoO.05,PO.012,SO.002，余量為Fe及不可避免的雜質，穩(wěn)定性比Mo/(C+N)為10。實施例三一種韌性鐵-鉻-鉬鐵素體合金，其化學成份質量百分比為CO.001,NO.003，SiO.03，MnO.03，Cr29，MoO.032，PO.010，SO.002，余量為Fe及不可避免的雜質，穩(wěn)定性比Mo/(C+N)為8。權利要求1、韌性高鉻鐵素體合金，其化學成份質量百分比為C≤0.001，N≤0.005，Si≤0.05，Mn≤0.05，Cr29-31，Mo≤0.12，P≤0.014，S≤0.003，余量為Fe及不可避免的雜質，穩(wěn)定性比Mo/(C+N)為8-20。2、根據(jù)權利要求l所述的軔性高鉻鐵素體合金，其特征在于它還含鉬，其化學成份質量百分比為Al《0.15。全文摘要本發(fā)明公開了一種韌性高鉻鐵素體合金，其化學成份質量百分比為C≤0.001，N≤0.005，Si≤0.05，Mn≤0.05，Cr29-31，Mo≤0.12，P≤0.014，S≤0.003，余量為Fe及不可避免的雜質，穩(wěn)定性比Mo/(C+N)為8-20。該韌性高鉻鐵素體合金不僅具有優(yōu)異的耐蝕性能，還具有良好的韌性。文檔編號C22C38/30GK101525724SQ20081001867公開日2009年9月9日申請日期2008年3月8日優(yōu)先權日2008年3月8日發(fā)明者華徐,翟世先,翟華平,翟海平,翟玉亭申請人:江蘇星火特鋼有限公司