一种增氮降镍的316奥氏体不锈钢及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种增氮降镍的316奥氏体不锈钢及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 316不锈钢属于典型的铬镍系奥氏体不锈钢，具有良好的耐海水腐蚀、晶间腐蚀、 冲击韧性等综合性能，被广泛应用于换热器、医用品、管道、化工、海洋领域。中国作为世界 上最大的钢铁生产国和消费市场，2013年不锈钢粗钢产量已经达到1898. 4万吨，虽然钢铁 企业数量较多，但是产业集中度不高，产品结构不尽合理，低端钢材所占比重较大，产能过 剩明显，很多高端钢种仍需进口。
[0003] 由于镍资源成本较高、资源匮乏，所以在保证性能的前提下，降低316奥氏体不锈 钢中镍元素的含量，是目前工业生产的主要发展方向。而含氮不锈钢具有良好的强度、抗疲 劳性能、耐磨性能和抗蠕变性能等，同时也改善了医用不锈钢的生物相容性；另外，氮资源 不但丰富廉价，而且在奥氏体不锈钢中能替代昂贵的镍而保持奥氏体相的稳定性，因此以 氮代镍的资源节约型不锈钢也应运而生。
[0004] 目前关于316奥氏体不锈钢中增氮降镍增强其综合力学性能的新型316奥氏体不 锈钢的制备及应用尚未见相关报道。
【发明内容】
[0005] 为解决以上技术问题，本发明提供一种增氮降镍的316奥氏体不锈钢及其制备方 法，增氮降镍的316奥氏体不锈钢能够提高316奥氏体不锈钢的强度、硬度，提高综合力学 性能，适用于食用品、医用品、管道、化工等领域，并大大降低了生产成本，有着广阔的应用 前景。
[0006] 为达以上目的，本发明一种增氮降镍的316奥氏体不锈钢，其化学成分及重量百 分比计为：C :0· 04-0. 1% ;Si :刍 1% ;Mn :兰 2% ;P :刍 0· 045% ;S :刍 0· 03% ;Cr :16-18% ; Ni :8-11% ;Mo :2-3% ;N :0-0· 36%，其余为基体 Fe。
[0007] -种制备增氮降镍的316奥氏体不锈钢的方法，生产工艺流程为：烘干-装料-抽 真空-原料熔化-布料器加脱氧剂-布料器添加氮化物-浇注，还包括固溶处理工艺，固溶 处理工艺参数为：在1100°C固溶处理Ih后快速冷却，使固溶到基体中的化合物在常温保存 在基体内。
[0008] 本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：
[0009] 本发明增氮降镍的316奥氏体不锈钢能够提高316奥氏体不锈钢的强度、硬度，提 高综合力学性能，此种增氮降镍的316奥氏体不锈钢适用于食用品、医用品、管道、化工等 领域，并大大降低了生产成本，有着广阔的应用前景
[0010] 下面结合附图对本发明进一步说明。
【附图说明】
[0011] 图1是316奥氏体不锈钢显微组织图；
[0012] 图2是本发明增氮降镍316奥氏体不锈钢显微组织图；
[0013] 图3是316奥氏体不锈钢室温拉伸断口形貌图；
[0014] 图4是本发明增氮降镍316奥氏体不锈钢室温拉伸断口形貌图；
[0015] 图5是316奥氏体不锈钢室温冲击断口形貌图；
[0016] 图6是本发明增氮降镍316奥氏体不锈钢室温冲击断口形貌图。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0018] 氮含量的确定：氮作为不锈钢中的合金元素具有稳定奥氏体组织，通过固溶强化 和晶界强化能提高耐腐蚀性能和力学性能的作用。但是在常压下氮很难固溶到基体中，通 常收得率在50%左右，因此本发明采取加入氮化合金（高氮铬铁、高氮锰铁）的方式提高钢 液中的氮含量，设计的氮含量为1.0%，实际生产过程中由于含氮合金的快速分解、钢液凝 固过程中氮气的逸出，最终得到的氮含量〈0. 5%。
[0019] 镍含量的确定：镍作为强奥氏体形成元素，在奥氏体不锈钢中具有稳定奥氏体组 织的作用。由于镍资源成本较高、资源匮乏，因此在不损害钢材性能的前提下选取其它合金 元素来代替镍元素降低生产成本。研宄发现氮在奥氏体不锈钢中的作用相当于镍的18倍， 选取以氮代镍已经成为不锈钢研宄的必然趋势。在保证试验钢获得的组织仍为单一奥氏体 组织的前提下，本发明设计的镍含量为9 %。
[0020] 生产工艺：
[0021] 在增氮降镍316奥氏体不锈钢实际的冶炼过程中，在氮元素、镍元素变化的情况 下应严格要求其余元素的含量。生产工艺流程为：烘干-装料-抽真空-原料熔化-布料 器加脱氧剂-布料器添加氮化物-浇注。
[0022] 固溶处理工艺：
[0023] 1100°C固溶处理Ih后快速冷却，使固溶到基体中的化合物在常温保存在基体内， 减少碳化物或氮化物的析出。
[0024] 高温拉伸工艺：
[0025] 在Gleeble-1500D热模拟实验机上进行高温拉伸试验，试样以20°C /s的加热速率 加热到1150°C，保温2min以消除加热不均匀引起的温度梯度，再以10°C /s的速率分别降 至1100°C、1050°C、1000°C、950°C。以0. 05s4的应变速率进行拉伸直至断裂。
[0026] L 配料
[0027] 本发明是在316奥氏体不锈钢化学成分（C :0· 04-0. 1% ;Si :兰1% ;Mn :兰2% ; P :刍 0· 045% ;S :兰 0· 03% ;Cr :16-18% ;Ni :10-14% ;Mo :2-3%，其余为 Fe)的基础上，利 用高氮铬铁、高氮锰铁、低碳铬铁、钼铁、纯镍、纯铁进行增氮降镍冶炼获得目标钢种，所用 原料化学成分如表1所示。各元素的收得率如表2所示。实施例的化学成分如表3所示。 考虑到实际冶炼过程中有烧损现象的发生，冶炼8Kg实施例的实际加入量如表4所示。
[0028] 表1 :原料化学成分（％ )
[0029]
【主权项】
1. 一种增氮降镍的316奥氏体不锈钢，其特征在于其化学成分及重量百分比计为：C : 0. 04-0. 1% ；Si 1% ；Mn 2% ；P 0. 045% ；S 0. 03% ；Cr ：16-18% ；Ni ：8-11% ； Mo:2-3% ;N:0-0. 36%，其余为基体 Fe。
2. -种制备如权利要求1所述的增氮降镍的316奥氏体不锈钢的方法，生产工艺流程 为：烘干-装料-抽真空-原料熔化-布料器加脱氧剂_布料器添加氮化物-浇注，其特征 在于：还包括固溶处理工艺，工艺参数为：在ll〇〇°C固溶处理lh后快速冷却，使固溶到基体 中的化合物在常温保存在基体内。
【专利摘要】本发明涉及一种增氮降镍的316奥氏体不锈钢，属于冶金产品技术领域。在316奥氏体不锈钢的基础上采取增氮降镍的方法增强钢种综合力学性能，并降低成本；冶炼产品的化学成分及含量(Wt％)：C：0.04-0.1；Si：≦1；Mn：≦2；P：≤0.045；S：≤0.03；Cr：16-18；Ni：8-11；Mo：2-3；N：0-0.36，其余为基体Fe。增氮降镍，能够提高316奥氏体不锈钢的强度、硬度，提高综合力学性能。
【IPC分类】C22C38-44, C22C33-04, C21D6-00, C22C38-58
【公开号】CN104611643
【申请号】CN201510029394
【发明人】杨吉春, 周莉, 董梦瑶, 张剑, 栗宏伟
【申请人】内蒙古科技大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月21日