一种高铬奥氏体不锈钢的制作方法

本发明属于不锈钢
技术领域：
，特别涉及一种高铬奥氏体不锈钢，性能优异。
背景技术：
：奥氏体不锈钢由于具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和冷热加工性能，得到了广泛的应用。为了适应现代工业发展中耐苛刻介质腐蚀的需求，在304、316等不锈钢基础上提高钢中的钼含量，发展了高性能奥氏体不锈钢，比如含4.5％Mo的317LM和904L，含有6％Mo的Al-6X，随后出现了含有8Mo的高性能奥氏体不锈钢。由于钼含量高，已有的高性能奥氏体不锈钢的组织热稳定性欠佳，铸坯中因偏析含有低熔点相，在热加工和焊接过程中容易析出金属间相，导致其热加工性能和焊接性能降低。随后，发展了含氮的6Mo(比如254SMO和AL-6XN)和7Mo(比如654SMO)超级奥氏体不锈钢，虽然其铸锭偏析和热加工析出倾向较不含氮的8Mo高性能奥氏体不锈钢有所减轻，但还不能完全避免上述问题。而且Mo是一种非常昂贵的元素，导致合金成本升高，限制了上述高性能奥氏体不锈钢和超级奥氏体不锈钢的应用。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高铬奥氏体不锈钢，避免了已有的高性能奥氏体不锈钢和超级奥氏体不锈钢由于形成低熔点第二相导致材料热加工性能偏低的问题，同时提高了材料的力学性能和耐腐蚀性能。本发明的高性能奥氏体不锈钢的成分重量百分数为：C≤0.035，Si≤1.0，3.0≤Mn≤6.5，P≤0.035，S≤0.030，28.0≤Cr≤31.5，18.0≤Ni≤25.0，3.0≤Mo≤6.0，0.01≤Cu≤3.0，0.60≤N≤0.90，余量为Fe。合金中还含有其它残余元素和改善热加工性能的元素，如O、Ca、Ti、Nb、B、La、Ce、Al、Zr、V、Mg等。在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：进一步，控制上述高铬奥氏体不锈钢的合金元素，使得耐点腐蚀指数[PittingResistanceEquivalentNumber,PREN＝Cr(wt.％)+3.3×Mo(wt.％)+30×N(wt.％)]不小于68。进一步，控制上述高铬奥氏体不锈钢的Cu合金元素，其含量在1.2～3.0之间。本发明的有益效果是：通过提高合金元素Cr的含量，限制合金元素Mo的含量，抑制低熔点相在铸锭的奥氏体柱状晶晶界形成，使得上述高铬奥氏体不锈钢具有良好的热加性能；通过添加适量的合金元素Mn，获得超过0.6的高氮含量，使得上述高铬奥氏体不锈钢具有较高的力学性能；通过提高Cr、N元素的含量，获得不小于68的PREN值，发挥Cr、Mo、N等合金元素的协同作用，使得上述高性能奥氏体不锈钢具有优异的耐局部腐蚀性能；通过添加适量的Cu合金元素，使得上述高性能奥氏体不锈钢具有优异的耐均匀腐蚀性能。1)C≤0.035C在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体的元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。但是在奥氏体不锈钢中由于C可与钢中的Cr形成高Cr的Cr23C6型碳化物，从而导致局部贫Cr，使钢的耐腐蚀性能特别是耐晶间腐蚀性能下降。因此为了防止晶间腐蚀性能降低，C元素的含量应不大于0.035。2)Si≤1.0Si元素在常规铬镍奥氏体不锈钢中一般作为脱氧元素添加。Si元素会促进钢中的铁素体和金属间相(比如σ相)形成，从而影响钢的性能。因此钢中的Si元素控制在不大于1.0为宜。3)3.0≤Mn≤6.5Mn是提高钢中的氮固溶度的主要元素之一，因此为了获得高的氮含量，应添加一定量的Mn；同时，Mn和S结合形成MnS，改善钢的热加工性能；但是过高的Mn会对钢的耐蚀性能造成损害。因此钢中的Mn元素控制在3.0～6.5为宜。4)P≤0.035，S≤0.030P、S等杂质元素在奥氏体中的溶解度低，随着凝固的进行在钢液中逐渐富集，最后偏聚在奥氏体柱状晶晶界，降低奥氏体不锈钢晶界的结合力，在热加工过程中容易开裂，降低铸锭的热加工性能。因此奥氏体不锈钢中的P、S含量应该尽量的低，钢中的P、S元素分别控制在不大于0.035和0.030为宜。5)28.0≤Cr≤31.5Cr是提高不锈钢耐腐蚀性的主要元素，因此为了提高耐腐蚀性，应尽量提高Cr含量；同时，在高Mo奥氏体不锈钢中，较高的Cr含量可降低凝固偏析，抑制低熔点第二相的形成，提高铸锭的热加工性能；但是Cr在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定铁素体的元素，过高的Cr含量会形成过多的铁素体，导致热加工性能恶化。因此钢中的Cr含量控制在28.0～31.5之间为宜。6)18.0≤Ni≤25.0Ni在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体的主要元素，同时也能提高钢在还原性腐蚀介质中的耐均匀腐蚀性能；但是由于金属镍昂贵，在不锈钢中大量加入会极大的提高原材料的成本。因此Ni含量控制在18.0～25.0之间为宜。7)3.0≤Mo≤6.0Mo元素提高不锈钢耐腐蚀性能的能力是Cr元素的3.3倍，Mo元素的存在极大地提高奥氏体不锈钢的各种耐蚀性能；但是Mo含量过高容易在凝固时生成低熔点相，降低钢的热加工性能；同时金属钼价格昂贵，在不锈钢中大量加入会极大的提高原材料的成本。因此Mo元素含量控制在3.0～6.0之间为宜。8)0.60≤N≤0.90N元素是奥氏体不锈钢的有益合金元素。适量的氮的加入，在不明显降低材料的塑性和韧性的情况下可以大大提高奥氏体不锈钢的强度，同时氮还可以强烈提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，其有益作用是Cr的30倍。但是过高的氮含量降低钢的冲击韧性。因此氮含量控制在0.60～0.90为宜。9)0.01≤Cu≤3.00Cu在奥氏体不锈钢中是奥氏体形成元素，Cu元素还可以降低奥氏体不锈钢的加工硬化速率，过高的Cu元素烈恶化奥氏体不锈钢的热加工性能。因此钢中的Cu元素含量控制在0.01～3.0为宜。进一步，为了获得良好的耐硫酸腐蚀性能，Cu元素含量控制在1.2～3.0之间。10)耐点腐蚀指数Cr、Mo和N元素对奥氏体不锈钢的耐局部腐蚀性能的影响可以用耐点蚀指数来表征。耐点蚀指数越高，奥氏体不锈钢具有越高的耐局部腐蚀性能。控制Cr(wt.％)+3.3×Mo(wt.％)+30×N(wt.％)]≥68，高铬奥氏体不锈钢可以获得良好的耐局部腐蚀性能。附图说明图1为4#铸锭(29.6Cr-5.2Mo)和13#铸锭(24.3Cr-7.4Mo)的热加工性能曲线图。图2为4#铸锭(29.6Cr-5.2Mo)的高倍组织图。图3为13#铸锭(24.3Cr-7.4Mo)的高倍组织图。图4为Cr、Mo含量对高铬奥氏体不锈钢铸锭在1250℃时的热加工性能的影响图。图5为发明例1#、2#的锻造开坯后的形貌图。图6为对比例11#、13#的锻造开坯后的形貌图。图7为氮含量对高铬奥氏体不锈钢板材力学性能的影响图。图8为耐点蚀指数对高铬奥氏体不锈钢板材耐局部腐蚀性能的影响图。图9为合金元素Cu含量对高铬奥氏体不锈钢板材耐均匀腐蚀性能的影响图。具体实施方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。采用感应炉熔炼了13炉钢，化学成分见表1，其中对比例13#的成分符合7Mo超级奥氏体不锈钢654SMO的要求。凝固组织和热加工性能试样在铸锭上取样，采用Gleeble3800热力加工试验机测定了铸锭拉伸试样在1100-1300℃温度区间的断面收缩率，用其来表征材料的热加工性能，断面收缩率越高，铸锭的热加工性能越好。铸锭在1260℃加热后锻造开坯，然后热轧成12mm厚板材(若锻造开裂,热轧前采用机加工去除板坯表面缺陷)，热轧板材经1150℃-1250℃保温30分钟后水冷。力学性能和耐腐蚀性能试样在固溶热处理后的板材上取样，测定了板材的室温屈服强度和-40℃冲击韧性，用来表征材料的力学性能，屈服强度和冲击韧性值越高，板材的力学性能越好；测定了板材在6％FeCl3+1％HCl中的临界缝隙腐蚀温度，用来表征材料的耐局部腐蚀性能，临界缝隙腐蚀温度越高，板材的耐局部腐蚀性能越好；测定了板材在80℃的50％硫酸中的均匀腐蚀速率，用来表征材料的耐均匀腐蚀性能，腐蚀速率越低，耐均匀腐蚀性能越好。表1实施例高铬奥氏体不锈钢的化学成分炉号CSiMnPSCrNiMoCuNFePREN备注10.0220.174.30.0220.00428.418.74.40.270.63余61.8发明例20.0130.185.20.0120.00528.719.45.60.480.72余68.8发明例30.0180.196.10.0280.00629.323.65.80.890.78余71.8发明例40.0190.24.30.0170.00929.624.85.21.240.69余67.5发明例50.0170.44.60.0170.00429.722.75.71.770.65余68.0发明例60.0220.534.40.0260.00230.323.95.82.360.87余75.5发明例70.0120.253.50.0090.00430.824.33.72.920.74余65.2发明例80.0150.211.80.0070.00726.722.14.30.150.47余55.0对比例90.0250.331.70.0110.00328.321.36.60.160.56余67.9对比例100.0260.424.40.0170.00231.220.16.90.230.83余78.9对比例110.0310.296.90.0210.00332.421.92.83.470.97余70.7对比例120.0160.775.20.0110.00431.718.24.70.171.02余77.8对比例130.0180.234.50.0130.00324.322.57.40.490.51余64.0对比例实施例1高铬奥氏体不锈钢的凝固组织和热加工性能附图1示出了4#铸锭(29.6Cr-5.2Mo)和13#铸锭(24.3Cr-7.4Mo)的热加工性能曲线。在1100～1250℃热加工温度区间内，4#铸锭的热加工性能较13#铸锭高；4#铸锭的热加工性能在1250℃明显下降，其断面收缩率为8％，远低于4#铸锭的35％。结果表明，过高的Mo含量和过低的Cr含量对高铬奥氏体不锈钢铸锭的高温区热加工性能有不利影响。附图2和图3分别示出了4#铸锭(29.6Cr-5.2Mo)和13#铸锭(24.3Cr-7.4Mo)的高倍组织。可见，13#铸锭(24.3Cr-7.4Mo)由于铬低钼高，其偏析程度明显高于4#铸锭。附图4示出了Cr、Mo含量对铸锭在1250℃时的断面收缩率的影响，可见当Cr含量在28.0～31.5之间，Mo含量不大于6.0时，铸锭具有较好的热加工性能。锻造开坯后，发明例1#～7#的板坯表面没有明显的锻造开裂缺陷，而对比例8#～13#的板坯表面均出现了较为严重的锻造开裂缺陷。附图5和图6分别示出了发明例1#、2#铸锭和对比例11#、13#铸锭锻造后的形貌，可见发明例的铸锭热加工性能较对比例要好得多。实施例2高铬奥氏体不锈钢的力学性能附图7示出了N对高铬奥氏体不锈钢的力学性能，可见，随着氮的升高，高铬奥氏体不锈钢的强度增加。当N含量达到0.6以上时,板材的屈服强度可以达到600MPa以上。在N含量高于0.9以上时，其-40℃的冲击韧性值低于27J，已无实际工程应用价值。氮含量控制在0.60～0.90之间，高铬奥氏体不锈钢可获得良好的力学性能。实施例3高铬奥氏体不锈钢的耐局部腐蚀性能图8示出了高铬奥氏体不锈钢的临界缝隙腐蚀温度和耐点腐蚀指数PREN值的关系，可见随着高铬奥氏体不锈钢的PREN值的增加，临界耐缝隙腐蚀体不锈钢升高，表明其耐局部腐蚀性能提高。当PREN值大于68时，其临界缝隙腐蚀温度达到60℃及以上，已高于现有的7Mo超级奥氏体不锈钢654SMO。实施例4高铬奥氏体不锈钢的耐均匀腐蚀性能图9示出了高铬奥氏体不锈钢在80℃的50％硫酸中的均匀腐蚀速率和Cu合金元素含量的关系，可见随着高铬奥氏体不锈钢中Cu含量的增加，均匀腐蚀速率降低，表明其耐均匀腐蚀性能提高。其Cu含量高于1.2时，其均匀腐蚀速率低于0.1mm/年，具有良好的耐硫酸腐蚀性能。以上所述仅为本发明的所有实施例的一部分，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3