專利名稱：耐腐蝕奧氏體鋼的制作方法
耐腐蝕奧氏體鋼本發(fā)明涉及一種耐腐蝕奧氏體鋼及其生產(chǎn)方法以及這種鋼的用途。奧氏體鋼的強(qiáng)度尤其通過(guò)碳和氮元素的間隙式固溶原子提高。為了將揮發(fā)性元素氮溶解于熔體之中，通常添加合金元素鉻和錳。單用鉻有助于鐵素體形成，而用錳則可通過(guò)所謂的固溶退火獲得可通過(guò)淬火至室溫而穩(wěn)定化的奧氏體組織。奧氏體鋼類是所謂TWIP鋼(Twinning Induced Plasticity，孿晶誘導(dǎo)塑性)，其中，在塑性變形過(guò)程中發(fā)生孿晶集中形成。該過(guò)程通常在很小的負(fù)荷作用下就會(huì)發(fā)生，并且能增強(qiáng)鋼的強(qiáng)度，使其斷裂伸長(zhǎng)率超過(guò)60%。這些特性使得這種鋼出色地適合用來(lái)生產(chǎn)汽車工業(yè)領(lǐng)域的薄板，尤其是用于和事故相關(guān)的車身區(qū)域的薄板。TWIP鋼通常具有約為 0. 02 0. 5質(zhì)量％的碳含量，作為合金元素使用含量為20 30質(zhì)量％的錳，在某些TWIP 鋼中還使用含量分別為最多3質(zhì)量％的鋁和硅。EP 0 889 144公開(kāi)了一種所謂輕型結(jié)構(gòu)鋼的TWIP鋼，其顯示最大IlOOMI3a的抗拉強(qiáng)度，含有1 6質(zhì)量％的硅，1 8質(zhì)量％的鋁，其中鋁和硅的總量不大于12質(zhì)量％，以及 10 30質(zhì)量％的錳。所公開(kāi)的鋼的特征在于，最高400MPa的屈服應(yīng)力，以及最大70%均勻伸長(zhǎng)率和最大90%的斷裂伸長(zhǎng)率。該專利公開(kāi)中的鋼的缺點(diǎn)是耐腐蝕性低。DE 101公開(kāi)了一種高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼，其特征在于，可在大約1巴正常大氣壓力下進(jìn)行熔煉，并除了鐵以外，還含有12 15質(zhì)量％的鉻、17 21質(zhì)量％的錳、< 0. 7質(zhì)量％的硅、總計(jì)0. 4 0. 7質(zhì)量％的碳和氮，和總計(jì)< 1. 0質(zhì)量％的其它制備引起的元素， 其中碳含量和氮含量之比在0. 6 1. 0之間。所公開(kāi)的這種鋼不顯示TWIP效應(yīng)，并且可以在強(qiáng)烈變形時(shí)形成馬氏體，這主要表現(xiàn)為機(jī)械伸長(zhǎng)率比較小。W02006/025412公開(kāi)了一種耐腐蝕TWIP鋼，其含有鐵、鋁、硅、錳、鉻和鎳作為主要元素。所獲得的鋼顯示高于50%的均勻伸長(zhǎng)率值，抗拉強(qiáng)度介于600 SOOMI^之間。機(jī)械特性可以與EP 0 889 144所公開(kāi)的基于鐵、鋁、硅和錳的鋼相媲美，但是鎳的添加提高生產(chǎn)成本，并且缺少間隙式固溶原子會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度較低。W02006/027091公開(kāi)了另一種含有碳和氮作為合金元素的奧氏體鋼，所述的這種鋼除了含有量分別為16 21質(zhì)量％的合金金屬鉻和錳之外，還含有量為0. 5 2. 0%的鉬以及總計(jì)量為0. 8 1. 1質(zhì)量％的碳和氮， 且碳和氮的比例為0. 5 1. 1。所公開(kāi)的這種鋼顯示了機(jī)械強(qiáng)度、可鍛性、耐磨性和耐腐蝕性，并且沒(méi)有鐵磁性。但缺點(diǎn)是，在這些合金在生產(chǎn)過(guò)程中凝固時(shí)出現(xiàn)初生鐵素體形成，從而可能導(dǎo)致氮在熔煉和/或者焊接過(guò)程中逸出。本發(fā)明的任務(wù)基于，提供一種可焊接的耐腐蝕奧氏體鋼，其不僅具有很高的屈服極限，而且也具有很高的抗拉強(qiáng)度以及90%以上的斷裂伸長(zhǎng)率，同時(shí)還具有耐腐蝕性。本發(fā)明的主題是一種耐腐蝕奧氏體鋼，除了含有鐵之外，還含有(分別基于100質(zhì)
量％ )20 32%猛，10 15%鉻，總計(jì)為0. 5 1. 3%的碳和氮，其中碳與氮之比為0. 5 1. 5，以及熔煉引起的雜質(zhì)。本發(fā)明所述的奧氏體鋼顯示TWIP特性(TWIP =孿晶誘導(dǎo)塑性)以及良好的耐腐蝕性。這種TWIP鋼的主要特性是可以通過(guò)孿晶界的形成獲得塑性與良好的耐腐蝕性，即在變形時(shí)在其微結(jié)構(gòu)中形成大量孿晶界的鋼由此被顯著而且均勻地強(qiáng)化，在拉伸試驗(yàn)過(guò)程中具有很高的機(jī)械伸長(zhǎng)率，并且能完全保持在奧氏體，而不形成馬氏體。本發(fā)明的鋼具有穩(wěn)定化的奧氏體結(jié)構(gòu)，其通過(guò)主要合金元素鐵、錳和鉻以及間隙元素碳和氮組合形成。本發(fā)明所述的鋼在拉伸試驗(yàn)中顯示高于90%的斷裂伸長(zhǎng)率、高于 400MPa的屈服極限以及高于900MPa的抗拉強(qiáng)度。由于將很高的斷裂伸長(zhǎng)率和屈服極限相結(jié)合，因此本發(fā)明所述的鋼極其容易變形。除此之外，本發(fā)明所述的合金在定向變形之后不形成利用X射線衍射法可檢測(cè)到的α-馬氏體或者ε -馬氏體。已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所述含有上述份額的鉻、錳、碳和氮的合金能夠使初生奧氏體凝固， 從而獲得既不會(huì)在凝固過(guò)程中、也不會(huì)在焊接過(guò)程中逸出氮的熔體。因此可以在常壓下生產(chǎn)以及加工該合金。本發(fā)明所述的合金顯示防止鐵素體形成的穩(wěn)定奧氏體結(jié)構(gòu)。合金金屬鉻以及所存在的氮促成了比現(xiàn)有技術(shù)的TWIP鋼更高的耐腐蝕性。合金金屬絡(luò)和錳以及添加劑氮和碳的各用量比以這樣的比例進(jìn)行調(diào)整，使得鉻的量不僅改善氮在熔體中的溶解度，而且也有利地對(duì)合金的耐腐蝕性產(chǎn)生影響，而不在熔體凝固過(guò)程中形成初生鐵素體。鐵素體的形成是不利的，因?yàn)殍F素體會(huì)使得氮的溶解度變小， 從而導(dǎo)致氣孔形成。此外，在本發(fā)明所述的合金中還會(huì)使得析出物(例如碳化物和氮化物) 的形成向較低的溫度移動(dòng)，這允許奧氏體化溫度較緩慢地冷卻，并且無(wú)問(wèn)題地生產(chǎn)比較大的構(gòu)件橫斷面。通過(guò)避免在熔焊之后的凝固過(guò)程中的氮析出，并且避免隨后在焊縫的固態(tài)材料和熱影響區(qū)冷卻到室溫的過(guò)程中形成析出物，因此對(duì)本發(fā)明所述合金的可焊接性也有正面影響。這尤其在技術(shù)上是重要的，因?yàn)樵诓牧虾附又笙鄬?duì)緩慢地冷卻，并且并非所愿地在焊縫上以及熱影響區(qū)中形成析出物。錳的量改善變形性(塑性，形變能力)。其它成分碳和氮改善機(jī)械特性和耐腐蝕性，而不形成氮化物和碳化物。本發(fā)明所述碳和氮的比例能夠?qū)崿F(xiàn)完全奧氏體凝固，而不在熔煉過(guò)程中逸出氣體，或者不在加速冷卻過(guò)程中形成碳化物或氮化物。優(yōu)選所需量的氮在熔體中的溶解性是在1500°C且1巴壓力時(shí)提供的。在優(yōu)選實(shí)施方式中，合金金屬錳的量為22. 0 30. 0質(zhì)量％，鉻的量為11. 0 13. 0質(zhì)量％，尤其為12. 0 13. 0質(zhì)量％。證實(shí)特別有利的是碳和氮的總含量在0. 5 0. 8 質(zhì)量％之間，且碳與氮的比例為0. 5 0. 8。該實(shí)施方式的合金顯示有利的材料特性，使得其適合應(yīng)用于輕型結(jié)構(gòu)。在另一種實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的合金含有可用來(lái)進(jìn)一步改變機(jī)械特性的次要合金金屬，所述次要合金元素優(yōu)選選自鉬、硅、鈮、鉿、釩、鋯、鈦和釹。這些合金金屬中鉬的含量?jī)?yōu)選為1. 0 2. 0質(zhì)量％，硅的含量為0. 1 2質(zhì)量％?？砂^少量的金屬鈮、鉿、 釩、鋯、鈦和釹，并且將它們稱作微合金元素。微合金元素中釹的含量可以為0.02 0. 1質(zhì)量％，金屬鉿、釩、鋯、鈦和釹的含量分別獨(dú)立地為0 0. 5質(zhì)量％。本發(fā)明的另一個(gè)主題是生產(chǎn)具有TWIP特性的耐腐蝕奧氏體鋼的方法，其中在常壓下熔煉各種合金金屬，并且在1000 1250°C之間的溫度范圍進(jìn)行1 72小時(shí)的時(shí)間的擴(kuò)散退火，隨后進(jìn)行淬火和熱變形/冷變形。可以在800_1000mbar壓力下在純氮中或者在相當(dāng)于大約800mbar氮分壓的環(huán)境壓力下的開(kāi)放爐中進(jìn)行熔煉。本發(fā)明的另一個(gè)主題涉及將本發(fā)明所述的奧氏體鋼用于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件，尤其用于生產(chǎn)汽車工業(yè)的結(jié)構(gòu)件的用途。
實(shí)施例下列表1中提供了本發(fā)明所述合金的實(shí)施例表 權(quán)利要求
1.耐腐蝕奧氏體鋼，除了含有鐵之外，分別基于100質(zhì)量％，還含有 20 32%錳，10 15%鉻，總計(jì)為0.5 1.3%的碳和氮，其中碳與氮之比為0.5 1.5， 以及熔煉引起的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，所述鋼含有選自鉬、硅、鈮、 鉿、釩、鋯、鈦、釹和/或者鈷的其它合金成分。
3.耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，包含量為1.0 2.0質(zhì)量％的鉬。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，包含量為0.1 2.0質(zhì)量％的硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，包含量為 0. 02 0. 1質(zhì)量％的鈮。
6.根據(jù)權(quán)利要求2 5中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，包含量分別為最多0. 5質(zhì)量％的鉿、釩、鋯、鈦和釹。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，包含量為22 30%質(zhì)量的錳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，包含量為 11.0 13. 0質(zhì)量％的鉻。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，碳和氮的總量為 0. 5 0. 8質(zhì)量％，且碳與氮之比在0. 5 0. 8之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，所述鋼具有 TffIP特性。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 10中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，所述鋼具有> 900MPa的抗拉強(qiáng)度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 11中任一項(xiàng)所述的耐腐蝕奧氏體鋼，其特征在于，所述鋼具有> 400MPa屈服極限和> 90%斷裂伸長(zhǎng)率。
13.生產(chǎn)耐腐蝕奧氏體鋼的方法，其中a)在常壓下熔煉各種合金金屬，b)在1000 1250°C之間的溫度范圍進(jìn)行1 72小時(shí)退火，c)接著進(jìn)行淬火。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，緊接在方法步驟c)之后進(jìn)行熱變形和/或者冷變形。
15.耐腐蝕奧氏體鋼用于生產(chǎn)建筑物中的結(jié)構(gòu)件，尤其是汽車工業(yè)中的結(jié)構(gòu)件的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及耐腐蝕奧氏體鋼，分別基于100質(zhì)量％，含有20～32％的錳、10～15％的鉻、總計(jì)為0.5～1.3％的碳和氮，余量的鐵以及熔煉引起的雜質(zhì)，其中碳與氮的比例為0.5～1.5。所述的鋼可以在常壓下生產(chǎn)和加工，并且具有TWIP特性，尤其適合用于生產(chǎn)建筑物中，例如汽車工業(yè)領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)件。
文檔編號(hào)C22C38/04GK102365382SQ201080011598
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者L·姆吉卡隆瑟里, S·韋博 申請(qǐng)人:麥克思普朗克鐵研究院有限公司