专利名称：一种新型稀土铬锰氮系列不锈钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型稀土铬锰氮系列不锈钢；属于金属材料领域。
背景技术：
铬锰氮系列不锈钢属于节镍型奥氏体钢，节镍型奥氏体钢以形成奥氏体的C、Mn、N、Cu等元素取代部分贵重稀缺金属Ni，在目前全球镍资源紧张而不锈钢需求量激增的形式下，开发节镍型不锈钢具有现实意义。如中国专利申请(95118510.1)一种中锰奥氏体耐磨铸钢，其化学成分及其含量如下C0.75～1.0，Mn7～8.5，Si0.4～0.7；Cr1.2～1.5，Re0.02～0.04，P≤0.06，S≤0.04，Mo0.9～1.2，虽然该专利申请所制成的中锰奥氏体钢和高锰钢相比，在冶炼、铸造和热处理等生产条件不变的情况下，具有成本低的缺点；但是该专利申请的化学成分中Cr的含量太低，抗氧化耐高温性能较差，无法形成不锈钢，此外所述的中锰奥氏体钢利用其它元素全部替代Ni，因此其加工性能较差，而且无法加强铬氧化膜对基体的保护作用，材料的抗腐蚀性能较差。
发明内容
本发明针对现有技术中的奥氏体耐磨铸钢的抗氧化耐高温性能较差，无法形成不锈钢，以及材料的抗腐蚀性能较差的缺点提供一种抗氧化耐高温性能较好，全面提高材料的内在质量、热加工性能、机械性能和抗腐蚀性能的新型稀土铬锰氮系列不锈钢。
本发明的上述技术方案是通过以下技术问题得以实施的一种新型稀土铬锰氮系列不锈钢，其特征在于该不锈钢的成份重量百分比为C0.04-0.15％、Si0.20-0.95％、Mn6.5-12.0％、P≤0.080％、S≤0.040％、Cr12.0-17.0％、Ni0.90-1.5％、Cu1.0-3.0％、N0.04-0.20％、RE0.010-0.020％、Fe余量。
本发明的材料中C、Mn、N、Cu、Ni均为形成奥氏体元素，Si、Cr为形成铁素体元素，在成分设计时引用铬、镍当量控制各元素范围，将铬、镍当量比值控制在一定数据区间。经金相测定材料奥氏体比例超过98％，铁素体比例小于2％，本发明中的材料在常温下呈稳定的奥氏体组织，无磁性。
其中本发明各成份的作用机理C除稳定奥氏体外，还可提高材料强度，但C的含量过高材料加工时容易于晶界析出碳化物导致晶间腐蚀；Si主要用来脱氧、净化钢液、提高材料的红硬性并有一定的抗氧化性，但Si的含量过高会提高铁素体比例，增加高温脆性，不利于材料加工；Mn稳定奥氏体的元素，有效取代部分Ni；Cr不锈钢中最主要的元素，在材料表面形成氧化膜保护基体不被氧化，当材料中Cr≥12％时，该材料具有较强的耐高温抗氧化特性，可称为不锈钢；但Cr＞17％时在本发明中会导致铁素体比例提高，影响奥氏体组织的稳定性并影响热加工性能；Ni为不锈钢中次重要元素，贵重金属，本发明中用C、Mn、N等元素代替部分镍以稳定奥氏体组织，并大幅度降低成本。添加重量百分数为0.90-1.5％的Ni是因为Ni可改善材料加工性能，而且加强铬氧化膜对基体的保护作用，提高材料的抗腐蚀能力。
Cu形成奥氏体元素，有效改善材料冷加工性能，但Cu的含量过高过高不仅增加成本，而且还会导致材料热加工性能恶化；N强烈形成奥氏体元素，主要的节镍元素之一，但在N元素的重量百分含量的范围控制难度大，本发明中将N元素的重量百分含量控制在0.04-0.20％是生产本材料的技术重点和难点；本发明人在AOD和出钢后进行吹氩以控制N的含量。
RE在本发明中为精炼变质剂，通过一定工艺加入不锈钢中可起到以下作用1)RE能有效起到固熔强化和弥散强化作用，并抑制铸态组织碳化物在晶间析出，从而大幅度提高材料的力学性能和抗腐蚀性能；2)RE能净化钢水，消除气体，改善晶界夹杂物的形态、大小、分布，起到晶界强化作用，从而改善钢的热塑性、热加工性，减少热轧碎边缺陷，提高成材率；3)RE能明显细化晶粒，提高晶界结合强度，提高材料的综合性能；4)RE能促进材料表面迅速形成氧化皮保护膜，改善氧化膜粘着性，提高材料的抗腐蚀性和耐热性。
在上述的一种新型稀土铬锰氮系列不锈钢，所述的成份的优化重量百分比为C0.05-0.10％、Si0.20-0.90％、Mn8.5-10.0％、P≤0.060％、S≤0.030％、Cr13.5-15.0％、Ni1.0-1.3％、Cu1.5-2.0％、N0.06-0.15％、RE0.015-0.018％、Fe余量。
本发明钢种的生产工艺为1、配料、电炉根据钢种的成分要求，结合各种原材料的成分，按相应比例装入电炉进行熔化，造渣，加入铁合金，调整成分，达到出钢温度后出钢。冶炼时间为120分钟，出钢温度大于等于1630℃2、AOD通过吹入Ar、O、N的混合气体对钢水进行搅拌，分钢种成分要求加入锰、铜等调整成分。成分测试合格后调整温度至1670±10℃出渣后将钢水倒入大包测温后吊至连铸台。AOD冶炼时间70分钟。
3、连铸钢水注入中间包后加入覆盖剂，钢水注入结晶器后加入保护渣防止二次氧化。每十分钟对中间包测温，根据钢水温度调整拉速。坯切割后按炉号集中堆放。
4、板坯修磨坯冷却后，用磨光机对切口进行修磨，同时修磨表面的气孔、夹渣等缺陷，判级后入库。
5、加热炉、轧钢、焊接坯按规格、炉号装入加热炉，加热至开轧温度后，经立轧调整宽度，高压水除鳞，初轧开坯至精轧要求的厚度后，切头，精轧，收卷。待红带冷却后，按钢种、规格组织焊接，件重3～5吨。
6、固熔处理、酸洗红带经固熔处理后达到符合要求的硬度，经酸洗洗去表面的氧化皮，同时在表面形成铬的钝化膜。
7、成品带钢带酸洗后，修磨掉残留的气泡、夹渣等缺陷，判级后入库。
因此本发明具有以下优点1、本发明利用N元素扩大奥氏体区，降低C、Mn的加入量，改善本发明不锈钢的耐蚀性，使Ni的重量百分含量降低至0.90-1.5％，大大降低了生产成本，同时添加重量百分含量为1.0-3.0％的Cu克服现有技术不锈钢的防腐蚀性、冲压性能差的缺点。
2、采用本发明的材料制备的新型稀土铬锰氮系列不锈钢可以满足热轧、冷轧、冲压的要求；力学性能较好和批量生产的要求。
具体实施例方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明；但是本发明并不限于这些实施例。
实施例按表1所示成份配料，1、配料、电炉根据钢种的成分要求，结合表1中各种原材料的成分，按相应比例装入电炉进行熔化，造渣，加入铁合金，调整成分，达到出钢温度后出钢。冶炼时间为120分钟，出钢温度大于等于1630℃2、AOD通过吹入Ar、O、N的混合气体对钢水进行搅拌，分钢种成分要求加入锰、铜等调整成分。成分测试合格后调整温度至1670±10℃出渣后将钢水倒入大包测温后吊至连铸台；AOD冶炼时间70分钟。
3、连铸钢水注入中间包后加入覆盖剂，钢水注入结晶器后加入保护渣防止二次氧化。每十分钟对中间包测温，根据钢水温度调整拉速。坯切割后按炉号集中堆放。
4、板坯修磨坯冷却后，用磨光机对切口进行修磨，同时修磨表面的气孔、夹渣等缺陷，判级后入库。
5、加热炉、轧钢、焊接坯按规格、炉号装入加热炉、加热至开轧温度后，经立轧调整宽度，高压水除鳞，初轧开坯至精轧要求的厚度后，切头，精轧，收卷。待红带冷却后，按钢种、规格组织焊接，件重3～5吨。
6、固熔处理、酸洗红带经固熔处理后达到符合要求的硬度，经酸洗洗去表面的氧化皮，同时在表面形成铬的钝化膜。
7、成品带钢带酸洗后，修磨掉残留的气泡、夹渣等缺陷，判级后入库。
表1本发明的新型稀土铬锰氮系列不锈钢组分(重量百分比)
利用上述工艺及其成份制备成18mm厚的钢板、测得其力学性能如表2所示表2实施例1～5的力学性能
综上所述本发明的新型稀土铬锰氮系列不锈钢板的固溶态屈服强度σs≥379Mpa、抗拉强度σb≥758Mpa、σ5≥52％、Ak≥163J/cm2且耐腐蚀性优于201不锈钢。
本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
权利要求
1.一种新型稀土铬锰氮系列不锈钢，其特征在于该不锈钢的成份重量百分比为C0.04-0.15％、Si0.20-0.95％、Mn6.5-12.0％、P≤0.080％、S≤0.040％、Cr11.5-17.0％、Ni0.90-1.5％、Cu1.0-3.0％、N0.04-0.20％、RE0.010-0.020％、Fe余量。
2.根据权利要求1所述的一种新型稀土铬锰氮系列不锈钢，其特征在于该不锈钢的成份重量百分比为C0.05-0.10％、Si0.20-0.90％、Mn8.5-10.0％、P≤0.060％、S≤0.030％、Cr13.5-15.0％、Ni1.0-1.3％、Cu1.5-2.0％、N 0.06-0.15％、RE0.015-0.018％、Fe余量。
全文摘要
本发明涉及一种新型稀土铬锰氮系列不锈钢；属于金属材料领域。该不锈钢的成份重量百分比为C0.04－0.15％、Si0.20－0.95％、Mn6.5－12.0％、P≤0.080％、S≤0.040％、Cr12.0－17.0％、Ni0.90－1.5％、Cu1.0－3.0％、N0.04－0.20％、Re0.010－0.020％、Fe余量。1.本发明利用N元素扩人奥氏体区，降低C、Mn的加入量，改善本发明不锈钢的耐蚀性，使Ni的重量百分含量降低至0.90－1.5％，大大降低了生产成本，同时添加重量百分含量为1.0－3.0％的Cu克服现有技术不锈钢的防腐蚀性、冲压性能差的缺点。2.采用本发明的材料制备的新型稀土铬锰氮系列不锈钢可以满足热轧、冷轧、冲压的要求；力学性能较好和批量生产的要求。
文档编号C22C38/58GK101082113SQ20061005169
公开日2007年12月5日 申请日期2006年5月30日 优先权日2006年5月30日
发明者邢勇 申请人:宁波华光不锈钢有限公司