专利名称：具有优良延展性的奥氏体钢材的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有优良的延展性以及耐磨性、抗腐蚀性或非磁性的奥氏体钢，作为钢其用于要求延展性和耐磨性的工业机械和结构中，要求非磁性能的超导应用设备和通用电子设备中，采矿、运输和储存领域中，以及石油和天然气工业中，例如伸缩管用钢、浆料管用钢或耐酸性钢等。
背景技术：
近来，对于用作超导应用设备(如线性机车轨道和聚变反应堆等)和通用电子设备中的结构材料的奥氏体钢(非磁性钢)的需求不断增长。非磁性钢的一个典型实例是 AISI 304(18Cr-8Ni基)奥氏体不锈钢。但是，AISI 304奥氏体不锈钢可能不经济，因为其屈服强度低且其中包含了大量的昂贵元素，如Cr和Ni。特别地，对于要求根据负载稳定的非磁性能的结构材料，这种奥氏体钢可由于形变诱导的转变所诱导的铁磁性铁素体相而表现出磁性，因此，其在用途和应用中会受到限制。奥氏体高锰钢已不断地开发，其中在奥氏体不锈钢中的昂贵的镍被锰取代。对于奥氏体高锰钢，必要的是通过合适地改变锰和碳的含量以确保奥氏体结构的稳定性。在锰含量高的情况中，即使碳含量低也可得到稳定的奥氏体结构。然而，在锰含量低的情况中，必须加入大量的碳以用于奥氏体化。结果，在高温下碳化物通过沿着奥氏体晶界形成网络而沉淀，并且该沉淀可快速降低钢的物理性能，特别是延展性。为了抑制具有网络形式的碳化物沉淀，提出了一种在高温下进行固溶处理或通过在热加工后进行快速冷却至室温而制备高锰钢的方法。但是，在钢厚度很厚或如同必须伴随有焊接的情况一样的制备条件不易改变的情况下，可能不能抑制具有网络形式的碳化物沉淀，结果，钢的物理性能可快速下降。另外，在对高锰钢的钢锭或钢坯进行固化的过程中，不可避免地发生由于合金元素(如锰和碳)所导致的偏析，并且偏析在后处理(如热轧)过程中变得更严重。最后，最终产品中碳化物沿着强化的偏析区以网络形式发生部分沉淀，从而促进了微结构的非均匀性并降低了物理性能。为了抑制偏析区内的这种碳化物的沉淀，增加锰含量可作为通常采用的方法。但是，这样会最终导致合金含量和制造成本的增加，并因此，要求对加入与锰相比更有效抑制炭化物形成的元素进行研究，以解决上述限制。同样，因为与普通含碳钢相比，高锰钢的抗腐蚀性水平由于加入了锰而降低，所以其应用在要求抗腐蚀性的领域会受到限制，因此，要求对改善高锰钢的抗腐蚀性进行研究。
发明内容
技术问题本发明的一个目的是提供一种具有改善的延展性和耐磨性的合金，其通过合适地控制碳和锰的含量以稳定奥氏体，并且经济地抑制可在奥氏体晶界处形成的网络形式的碳化物的产生。
技术方案根据本发明的一个方面，提供了一种具有优良延展性的奥氏体钢，其包括8wt%至15wt%的锰(Mn) ;3wt%以下(不包括Owt % )的铜(Cu);含量满足33. 5C+Mn彡25和33. 5C-Mn ( 23关系的碳(C);以及作为剩余物的铁(Fe)和不可避免的杂质。此时,所述钢还可包括8wt%以下(不包括0wt%)的铬(Cr)。同样,所述钢还可包括O. 05wt%以下(不包括0wt%)的钛(Ti)和O.lwt1^以下(不包括Owt % )的银(Nb)。所述钢的屈服强度可为500MPa以上。所述钢还可包括O. 002wt %至O. 2wt %的氮(N)。 所述钢的微结构可包含面积分率为95%以上的奥氏体。所述钢在20%拉伸应变下的磁导率可为I. 01以下。发明效果根据本发明的一个方面，通过加入与锰相比有利于抑制碳化物形成的铜(Cu)并且合适地控制碳和锰的含量，稳定了奥氏体，并且抑制了奥氏体晶界处的网络形式的碳化物的产生，因此，可改善延展性和耐磨性，并且通过加入铬(Cr)也可改善钢的抗腐蚀性。
图I是展示本发明的碳和锰的组成范围的图表。图2是展示本发明的钢板的微结构的一个实例的照片。图3是展示本发明的钢板的微结构的另一个实例的照片。
具体实施例方式本发明可提供一种具有优良延展性的奥氏体钢，其通过控制组分体系中的碳、锰和铜的含量以稳定奥氏体，并且抑制了奥氏体晶界处的网络形式的碳化物的产生。根据本发明的一个方面，提供了一种具有优良延展性的奥氏体钢，以重量％计，其包含8wt %至15wt %的猛(Mn) ；3wt %以下(不包括Owt % )的铜(Cu);含量满足33. 5C+Mn彡25和33. 5C_Mn ( 23关系的碳(C);以及作为剩余物的铁(Fe)和不可避免的杂质。猛(Mn):8wt% 至 15wt%Mn作为本发明中加入高锰钢中的最重要的元素，是一种用于稳定奥氏体的元素。考虑到在本发明中控制碳含量以改善非磁性能，Mn的含量优选为8wt%以上以稳定奥氏体。即，在Mn含量为8wt%&下的情况中，由于铁素体(一种铁磁相)变成主要结构，无法充分获得奥氏体结构。同样，在Mn含量高于15wt%的情况中，由于形成不稳定的ε-马氏体，并且由于形变很容易转变成铁素体，因此无法保持稳定的奥氏体结构。结果，磁性会增加和疲劳性能会降低，此外，由于锰的过量加入，会导致抗腐蚀性降低、制造工艺困难以及制造成本增加。碳(C)33. 5C+Mn 彡 25 和 33. 5C_Mn ( 23C是一种通过稳定奥氏体使得在室温下可得到奥氏体结构的元素，并且具有增加钢的强度和耐磨性的效果。特别地，碳用于通过冷却处理或加工而降低Ms和Md—从奥氏体到马氏体的转变点。本发明中C的含量可同时满足33. 5C+Mn彡25和33. 5C_Mn ( 23的关系，并且本发明中控制的碳和猛的含量范围可由图I确定。在33. 5C+Mn的值小于25的情况中，由于奥氏体稳定性不足，可形成一种α-马氏体结构(一种铁磁相)，因此无法得到足够量的奥氏体结构。在33. 5C-Mn的值大于23的情况中，由于碳含量变得过高，在晶界形成过量碳化物，因此，会快速降低材料的物理性能。因此，碳和锰的含量要求控制在上述范围内，其结果是可确保足够的奥氏体并且可抑制碳化物的形成。因此，可改善延展性和非磁性能。铜(Cu):3wt% 以下(不包括 0wt% )Cu在碳化物中具有极低的溶解性并且在奥氏体中具有低扩散性，并因此富集在奥氏体和成核的碳化物之间的界面上。结果，Cu通过抑制碳的扩散有效地延迟了碳化物的生 长，并最终具有抑制碳化物形成的效应。但是，由于当Cu的含量大于3wt%时钢的热加工性能会降低，其上限限制为3wt%。特别地，为了充分达到抑制碳化物形成的效果，Cu的加入量优选为O. 3wt%以上，并且例如，当Cu的优选加入量为2wt%以上时，能更有效地使上述效果最大化。此时,可通过还包含8wt%以下(不包括0wt% )的铬(Cr)额外地改善钢的抗腐蚀性。铬(Cr):8wt% 以下(不包括 Owt % )通常，锰是一种降低钢的抗腐蚀性的元素，并且具有上述范围的锰含量的钢的抗腐蚀性会低于常规碳钢的抗腐蚀性。但是，在本发明中，通过加入Cr将改善抗腐蚀性。另夕卜，通过加入具有上述范围的Cr来稳定奥氏体，可以增加延展性，并且也可通过固溶强化增加强度。在Cr含量大于8wt%的情况中，不仅不能降低制造成本，而且其通过沿着晶界与材料中溶解的碳形成碳化物，可降低对硫化物应力腐蚀开裂的抗性，并且由于铁素体的形成而无法得到足够分率的奥氏体。因此，其上限优选限制为8wt%。特别地，为了使改善抗腐蚀性的效果最大化,Cr的加入量可为2wt%以上。通过加入Cr可改善抗腐蚀性，并因此，本发明的钢可广泛应用于浆料管用钢或抗酸性钢。另外,所述钢通过还包含O. 05wt%以下(不包括Owt % )的钛(Ti)和O. Iwt %以下(不包括0wt%)的银(Nb)可进一步改善屈服强度,并因此,钢的屈服强度可达到500MPa以上。钛(Ti):0.05 ^% 以下(不包括 0wt% )Ti与氮结合形成TiN，并因此通过在高温下抑制奥氏体颗粒的生长，从而展现出提高钢的屈服强度的效果。但是，在过量加入Ti的情况中，由于钛沉淀粗大化，钢的物理性能会降低。因此，其上限可限制为0.05wt%。银(Nb)0. lwt% 以下(不包括 0wt% )Nb是一种通过溶解和沉淀硬化效果来增加强度的元素，并且特别地，可通过增加钢的再结晶停止温度(Tnr)在低温轧制时通过晶粒微细化而提高屈服强度。但是，在Nb的加入量大于O. lwt%的情况中，由于形成粗大的沉淀，反而会降低钢的物理性能。因此，其含量的上限可限制为O. lwt%。另外,如果钢还包含O. 002wt%至O. 2wt%的氮(N),可进一步改善本发明的效果。
氮(N):0.至 O. 2wt%氮与碳同样是一种可稳定奥氏体的元素，并且也可通过固溶强化来改善钢的强度。在形成不稳定的奥氏体的情况中，N可根据形变将形变诱导的转变诱导为ε_马氏体和α-马氏体，由此极大地降低了物理性能和非磁性能。因此，通过合适地加入氮来稳定奥氏体，由此可改善钢的物理性能和非磁性能。在N含量小于O. 002wt %的情况中，无法预期其稳定的效果，而在N含量大于O. 2wt%的情况中，由于形成粗大的氮化物，可能会降低钢的物理性能。因此，N含量可限制在O. 002wt %至O. 2wt %范围内。例如，在N加入量为O. 05wt %以上的情况中，可通过奥氏体稳定化而更有效地改善非磁性能。在本发明中，包括铁(Fe)和其他不可避免的杂质作为剩余物。但是，由于在通常的制钢过程中从原材料或周围环境中不可避免地会引入无法预料的杂质，所以无法排除这种无法预料的杂质。由于无法预料的杂质对于本领域技术人员是显而易见的，在本说明书中没有具体提供其详细说明。 奥氏体在具有上述组成的本发明的钢中是主要的相，并且包含的奥氏体的面积分率可为95%以上。在满足上述组成的情况中，为了抑制晶界碳化物的沉淀(通常的钢所受的限制)无需进行快速冷却(水冷)也可确保所需的奥氏体结构分率。即，在钢中可形成几乎与冷却速率无关的所需微结构，结果，可得到高延展性和耐磨性。另外，通过加入具有上述范围的Cr可以改善抗腐蚀性，并且也可通过固溶强化改善强度。此外，上述钢在20%的拉伸应变时优选具有I. 01以下的磁导率。在本发明中，通过稳定地确保奥氏体可改善非磁性能，并且特别地，通过加入氮使得即使在20%的拉伸应变时也可得到极低的磁导率，这样可得到优良的非磁性能。更优选地，通过控制磁导率在20%的拉伸应变时具有1.005以下的值，可进一步改善非磁性能。在本发明中，可根据常用制钢方法制造满足上述组分体系的板坯，并且例如，优选地，可通过在再加热上述板坯后进行粗轧和精轧，然后进行冷却而制造本发明的板坯。发明实施方式在下文中，将根据实施方案详细阐述本发明。但是，以下各实施例仅用于对本发明提供更清晰的理解，而不是限制其范围。实施例通过一系列热轧和冷却处理制造了满足表I至4中所述的组分体系和组成范围的板坯，然后测量了其微结构、伸长率、强度和磁导率等，并且其结果列于下表2中。根据浸溃实验的腐蚀速率测试结果列于下表3中，并且根据磨损试验(ASTM G65)的样品的重量损失列于表4中。[表 I]
权利要求
1.一种具有优良延展性的奥氏体钢，其包含 8wt% 至 15wt% 的猛(Mn)； 3wt%以下(不包括Owt % )的铜(Cu)； 含量满足33. 5C+Mn彡25和33. 5C_Mn ( 23关系的碳(C)；以及 作为剩余物的铁(Fe)和不可避免的杂质。
2.权利要求I的具有优良延展性的奥氏体钢，其中所述钢还包含8wt%以下(不包括Owt % )的铬(Cr) ο
3.权利要求I或2的具有优良延展性的奥氏体钢，其中所述钢材还包含O.05wt%以下(不包括Owt % )的钛(Ti)和O. Iwt %以下(不包括Owt % )的银(Nb)。
4.权利要求3的具有优良延展性的奥氏体钢，其中所述钢的屈服强度为500MPa以上。
5.权利要求3的具有优良延展性的奥氏体钢，其中所述钢还包含O.002被％至0. 2wt%的氮(N)。
6.权利要求I或2的具有优良延展性的奥氏体钢，其中所述钢的微结构包含面积分率为95%以上的奥氏体。
7.权利要求6的具有优良延展性的奥氏体钢，其中所述钢在20%拉伸应变下的磁导率为I. 01以下。
全文摘要
在本发明的一个方面，提供了一种具有优良延展性的奥氏体钢材，包含以重量％计，8wt％至15wt％的锰(Mn)和3wt％以下(不包括0wt％)的铜(Cu)，具有满足33.5C+Mn≥25和33.5C-Mn≤23的碳(C)含量，且包含余量的铁(Fe)和不可避免的杂质；其中可改善延展性和耐磨性，同时还可确保出色的经济可行性，因为通过加入与锰相比更有利于抑制碳化物形成的铜(Cu)并且合适地控制碳和锰的含量，稳定了奥氏体，并且抑制了奥氏体晶界处的网络形式的碳化物的产生。
文档编号C22C38/18GK102906294SQ201080064846
公开日2013年1月30日 申请日期2010年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者李淳基, 崔钟教, 赵县宽, 卢熙君 申请人:Posco公司