專利名稱：一種奧氏體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種奧氏不銹鋼及其生產(chǎn)方法，特別是涉及一種δ鐵素體含量適中的奧氏體不銹鋼，以及相應(yīng)的可避免軋制開裂的生產(chǎn)方法。該奧氏體不銹鋼因其合理的成分設(shè)計(jì)，在凝固過程形成適量鐵素體，能夠滿足熱奧氏體不銹鋼抵抗焊接熱裂紋的要求，此外，合理的工藝參數(shù)，能夠保證該鋼在生產(chǎn)過程的避免奧氏體鋼常易出現(xiàn)的變形裂紋現(xiàn)象。
背景技術(shù)：
鉻鎳奧氏體不銹鋼因其具有優(yōu)越的耐腐蝕性以及良好的綜合力學(xué)性能而得到廣泛的應(yīng)用。然而奧氏體不銹鋼在焊接過程中存在一個(gè)主要問題是焊縫和熱影響區(qū)的熱裂紋以及耐蝕性。研究和事實(shí)證明奧氏體不銹鋼焊接過程中形成的一定數(shù)量的鐵素體(4% 以上)對(duì)降低焊縫和熱影響區(qū)熱裂紋傾向以及耐腐蝕性起著重要的作用。S鐵素體是奧氏體不銹鋼凝固過程中生成并保留至常溫的鐵素體。由于鐵素體含碳量很低，有良好的塑性和韌性，對(duì)S、P、Si和Nb等元素溶解度較大，能防止這些元素的偏析和形成低熔點(diǎn)共晶，從而阻止凝固裂紋產(chǎn)生。另外，由于鐵素體是以分散并均布成小塊狀存在于奧氏體晶粒之間， 削弱奧氏體柱狀晶和樹枝晶的方向性，隔斷奧氏體晶界連續(xù)網(wǎng)狀碳化鉻析出，從而有利于防止晶間腐蝕，因此鐵素體對(duì)提高耐晶間腐蝕的作用有好處。盡管δ鐵素體有以上好處， 但當(dāng)奧氏體不銹鋼中的鐵素體含量增加時(shí)，強(qiáng)度增加，同時(shí)，延展性和沖擊強(qiáng)度減低。鐵素體含量過高還會(huì)損害奧氏體不銹鋼的熱加工性，在高溫?zé)嶙冃芜^程中，因兩相變形能力的差異，導(dǎo)致變形開裂。因而限制鐵素體的含量又是十分必要的。與本發(fā)明在成分上最接近的奧氏體不銹鋼為ASME標(biāo)準(zhǔn)中的ER309L，其成分與本發(fā)明鋼的成分最大的區(qū)別在于Cr、Ni、N、Mn、Mo、Cu以及Si等元素的范圍控制。ER309L中 C S O. 03%, Mn 1. O 2. 5%, Si 0. 3-0. 65%, Cr :23-25%, Ni :12-14. 0，N :無特殊要求， Mo ( O. 75% Cu ( O. 75%, P彡O. 030%, S彡O. 003%，該成分體系Mn含量范圍比本發(fā)明的Mn成分范圍廣，Cr、Ni成分范圍大，也比本發(fā)明的Cr、Ni成分含量高。由于奧氏體不銹鋼中的鐵素體含量與成分有直接關(guān)系。該成分體系中由于成分范圍寬，鋼中鐵素體含量將會(huì)因此波動(dòng)很大，不利于生產(chǎn)工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)，增加實(shí)際生產(chǎn)的難度。且對(duì)S、P含量要求不苛刻，不利于增強(qiáng)鋼的耐腐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種奧氏體不銹鋼，作為安全的不銹鋼焊接材料，使其在使用過程避免焊接熱裂紋，并具有良好的耐腐蝕性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，為了使該不銹鋼在室溫下為穩(wěn)定的奧氏體組織，保證材料具備適量(如8-13%)的鐵素體含量，能夠避免焊接時(shí)的熱裂紋，且滿足一定的耐腐蝕性，本發(fā)明的奧氏體不銹鋼，其重量百分比化學(xué)組成為C :0. 01-0. 025%, Mn :1. 8-2. 25%, Si
O.2-0. 4%,Cr :20-21. 5%,Ni :10. 0-11. 5%,N 0. 02-0. 04%,P ^ O. 020%,S ^ O. 0030%, 其余為不可避免的雜質(zhì)以及Fe元素。以上各元素成分范圍相對(duì)較窄，將非常有利于鋼種鐵素體含量的穩(wěn)定控制。C、N :在不銹鋼中，C、N均為強(qiáng)烈的奧氏體形成元素，勢(shì)必影響材料中的Cr、Ni當(dāng)量比，即影響鋼種鐵素體的含量，此外，C、N含量高，還會(huì)使材料的抗晶間腐蝕能力更加惡化。 兼顧以上二方面的考慮分別將C、N設(shè)計(jì)成C :0. 01-0. 025%, N :0. 02-0. 04%Si :該元素作為脫氧元素加入，過多將會(huì)促進(jìn)奧氏體鋼在時(shí)效時(shí)金屬間相σ的析出，惡化材料的耐晶間腐蝕性，因此Si含量最好在滿足脫氧要求下越低越好。本發(fā)明中硅含量控制在O. 2-0.4%。Cr :不銹鋼要求具有良好的耐蝕性，最低Cr含量要求不小于12 %，為了使本設(shè)計(jì)材料具有一定程度耐腐蝕性并保證該材料中比較好的熱加工性，將Cr含量的設(shè)定在 20-21. 5%。Ni =Ni含量是根據(jù)對(duì)奧氏體相的穩(wěn)定性，成型性以及抗應(yīng)力腐蝕開裂能力以及制造成本等綜合因素來考慮。同時(shí)考慮該鋼中Cr、Ni當(dāng)量比，以保證鋼中的鐵素體含量適中有利于焊接。鋼中的Ni控制在10. 0-11.5%。P :是韌性惡化元素，使材料加工困難，應(yīng)盡可能低。 S :在鋼中形成硫化物夾雜，是有害元素，應(yīng)根據(jù)控制能力，控制在較低的范圍內(nèi)。本發(fā)明還提供上述奧氏體不銹鋼的制造方法。由于本發(fā)明鋼中具備一定量的δ鐵素體，在熱變形過程中如果溫度控制不當(dāng)，將很容易引起開裂現(xiàn)象。如果采用連鑄的制造方法，連鑄坯出加熱爐后，邊部冷卻快，且難于得到溫度補(bǔ)償，因而開坯的過程中，開裂的可能很大，鑒于此，本發(fā)明采用模鑄+鍛打的方法，如果在鍛打過程中，溫度下降快，回爐加熱操作很方便。本發(fā)明的工藝途徑如下真空感應(yīng)爐一模鑄一鍛打一加熱一熱軋一固溶后水冷一冷軋一固溶后水冷一成品。冶煉將原料按照上述的成分范圍要求稱量加入真空感應(yīng)爐，加熱熔化，成分微調(diào)以滿足成分要求，溫度到達(dá)1480±10°C后，澆鑄成Φ100-105πιπι的鋼錠，空冷至室溫。鋼中的鐵素體含量控制在8-13%。滿足焊接對(duì)奧氏體不銹鋼中鐵素體含量的要求。鍛打鋼錠隨爐加熱，加熱到1150±10°C后保溫45-60分鐘。將鋼錠鍛打成坯，始鍛溫度1150°C ±10°C，終鍛溫度大于950-1050°C?？绽洌懘蜻^程中若溫度低于1000°C， 則回爐再次加熱鍛打到1000°C以上再鍛打。鍛打后的尺寸為(35 40mm) X (100 110mm) X (135 150mm)。熱軋加熱溫度范圍1050 1200°C，加熱時(shí)間為40_60分鐘，保證板坯溫度均勻。 如果溫度高于1200°C，該材料在熱軋過程中將會(huì)因?yàn)檫M(jìn)入了高溫雙相區(qū)間而使鐵素體含量增加，熱軋過程容易引起開裂，低于1050°C，將增加軋制應(yīng)力，同樣容易引起開裂。終軋溫度控制在890 920°C，熱軋板厚度控制在4 6mm。熱軋板的熱處理制度固溶溫度為1100 1150°C，固溶時(shí)間為3_10分鐘。該溫度區(qū)間為該材料的高溫奧氏體單相區(qū)，固溶處理后不僅能使鋼中的軋制應(yīng)力消除。而且能夠提高材料的綜合力學(xué)性能。冷軋熱處理制度固溶溫度為1100 1150°C，固溶時(shí)間為O. 5-3分鐘。經(jīng)過本發(fā)明的上述工藝制造出的奧氏體不銹鋼鑄錠中鐵素體含量在8-13%，熱軋過程可避免開裂現(xiàn)象。冷軋焊帶，如(O. 3 O. 5) X (50 73) X長(mm)熔焊后的金屬組織中鐵素體含量在4-13%，可以避免焊后金屬的表面開裂。
與ASME標(biāo)準(zhǔn)中的ER309L相比,本發(fā)明的以上各兀素成分范圍相對(duì)較窄,將非常有利于鋼種鐵素體含量的穩(wěn)定控制，從而有利生產(chǎn)參數(shù)的固化。另外，本發(fā)明鋼中因Cr、Ni成分含量較低，材料成本將低于ER309L。而ER309L還含有一定含量的Mo和Cu，成分體系比本發(fā)明繁雜，將增加生產(chǎn)的難度。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行較為詳細(xì)的說明，這些實(shí)施例是示例性的，不對(duì)本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本發(fā)明實(shí)施例的成分見表1，制造方法的主要控制點(diǎn)見表2，力學(xué)性能見表3。表I本發(fā)明實(shí)施例的成分，Wt %
權(quán)利要求
1.一種奧氏體不銹鋼，其重量百分比化學(xué)組成為C :0.01-0. 025%, Mn :1.8-2. 25%, Si :0.2-0. 4 %, Cr :20-21. 5 %, Ni 10. 0-11. 5 %, N 0. 02-0. 04 %, P ^ O. 020 %, S彡O. 0030%，其余為不可避免的雜質(zhì)以及Fe元素。
2.如權(quán)利要求I所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，其熔焊后的金屬組織中鐵素體含量為4-13%。
3.如權(quán)利要求I或2所述的奧氏體不銹鋼的制造方法，包括冶煉、模鑄、鍛打、熱軋、固溶處理、冷軋及固溶處理；其中，在1470-1490°C溫度，澆鑄成Φ100-105πιπι的鋼錠，空冷至室溫，鋼中的鐵素體含量控制在8-13% ；鋼錠加熱到1140-1160°C后保溫45-60分鐘，鍛打成坯，始鍛溫度1140-1160°C，終鍛溫度大于1000。。，空冷；加熱到1050-1200°C，加熱時(shí)間為40-60分鐘進(jìn)行熱軋；終軋溫度控制在890_920°C，熱軋板厚度控制在4 6mm ；熱軋板在1100-1150°C進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間為3-10分鐘；冷軋板在1100-1150°C進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間為O. 5-3分鐘。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，真空感應(yīng)爐冶煉。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，終鍛溫度為(950 1050°C)。
6.如權(quán)利要求3-5任一所述的方法，其特征在于，鍛打后的尺寸為(35 40mm) X (100 110mm) X (135 150mm)。
7.如權(quán)利要求3-6任一所述的方法,其特征在于，熱軋板固溶處理后水冷。
8.如權(quán)利要求3-7任一所述的方法，其特征在于，冷軋板固溶處理后水冷。
9.如權(quán)利要求3-8任一所述的方法制造的奧氏體不銹鋼，其熔焊后的金屬組織中鐵素體含量為4-13%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種奧氏體不銹鋼，其重量百分比化學(xué)組成為C0.01-0.025％，Mn1.8-2.25％，Si0.2-0.4％，Cr20-21.5％，Ni10.0-11.5％，N0.02-0.04％，P≤0.020％，S≤0.0030％，其余為不可避免的雜質(zhì)以及Fe元素。其制造包括在1470-1490℃溫度，澆鑄成Ф100-105mm的鋼錠，空冷至室溫，鋼中的鐵素體含量控制在8-13％；鋼錠加熱到1140-1160℃后保溫45-60分鐘，鍛打成坯，始鍛溫度1140-1160℃，終鍛溫度大于1000℃，空冷；加熱到1050-1200℃，加熱時(shí)間為40-60分鐘進(jìn)行熱軋；終軋溫度控制在890-920℃，熱軋板厚度控制在4-6mm；熱軋板在1100-1150℃進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間為3-10分鐘；冷軋板在1100-1150℃進(jìn)行固溶處理，固溶時(shí)間為0.5-3分鐘。該鋼可減少焊接熱裂紋傾向并具有良好的耐腐蝕性能。
文檔編號(hào)C21D8/02GK102605285SQ20111002717
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者葉曉寧, 常鍔 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司