奥氏体不锈钢的制作方法
【专利说明】奥氏体不锈钢
[0001] 本发明涉及与规格化（standardized)316L/l. 4404型奥氏体不锈钢相比具有改 进的耐点蚀性和改进的强度以及更低的制造成本的奥氏体不锈钢。
[0002] 规格化316L/1. 4404奥氏体不锈钢通常以重量％计含有0.01-0.03%的碳、 0· 25-0. 75 % 的硅、1-2 % 的锰、16. 8-17. 8 % 的铬、10-10. 5 % 的镍、2. 0-2. 3 % 的钼、 0· 2-0. 64 % 的铜、0· 10-0. 40 % 的钴、0· 03-0. 07 % 的氮和 0· 002-0. 0035 % 的硼，其余为铁和 偶存杂质。规格化316L/1. 4404奥氏体不锈钢的保证强度RpQ.2通常为220-230MPa，并且 Rpl.D分别为260-270MPa，同时拉伸强度L为520-530MPa。具有2B光洁度表面的卷材和片 材产品的典型值为RpQ.2290MPa，Rpl.Q330MPa和R" 600MPa。由于镍和钼是昂贵的元素，并且 至少镍的价格多变，316L/1. 4404型奥氏体不锈钢的制造成本高。
[0003] 由CN专利申请101724789已知一种奥氏体不锈钢，其以重量％计含有小于0.04% 的碳、〇. 3-0. 9%的硅、1-2%的锰、16-22%的铬、8-14%的镍、小于4%的钼、0. 04-0. 3%的 氮、0.001-0. 003%的硼和小于0.3%的一种或多种稀土元素铈（Ce)、镝（Dy)、钇（Y)和钕 (Nd)，其余为铁和偶存杂质。将该CN专利申请101724789的合金与316L比较，据称该合金 具有良好的铸模韧性和改善的屈服强度，同时塑性和点蚀保持在相同水平。但是，该CN专 利申请101724789并未提及制造成本。
[0004] JP专利申请2006-291296涉及一种奥氏体不锈钢，其以重量％计含有小于0. 03% 的碳、小于1. 〇 %的硅、小于5 %的锰、15-20 %的铬、5-15 %的镍、小于3 %的钼、小于0· 03 % 的氮、0. 0001-0. 01 %的硼，并且满足Md3。温度为-60°C至-10°C，且SFI(堆垛层错难度指 数）值彡 30,所述值使用下式计算：对％3。= 551-462(C+N)-9. 2Si-8.lMn-29(Ni+Cu)-13. 7Cr-18. 5Mo,对SFI= 2. 2Ni+6Cu-l.lCr-13Si-l. 2Mn+32。该JP专利申请 2006-291296 提 及镍为昂贵元素，最大含量优选为13重量％。
[0005] W0公开2009/082501描述了一种奥氏体不锈钢，其以重量％计含有至多0. 08%的 C、3. 0-6. 0% 的Μη、至多 2. 0% 的Si、17. 0-23. 0% 的Cr、5. 0-7. 0% 的Ni、0. 5-3. 0% 的Mo、 至多1.0%的Cu、0. 14-0. 35%的N、至多4.0%的W、至多0.008%的B、至多1.0%的Co,其 余为铁和偶存杂质。W0公开2011/053460涉及类似的奥氏体不锈钢，其以重量％计含有至 多 0· 20% 的C、2. 0 至 9. 0% 的Μη、至多 2. 0% 的Si、15. 0 至 23. 0% 的Cr、l. 0 至 9. 5% 的Ni、 至多 3. 0% 的Mo、至多 3. 0% 的Cu、0. 05 至 0· 35% 的N、（7. 5(% 〇〈（％Nb+%Ti+%V+% Ta+%Zr)〈1.5,其余为铁和偶存杂质。这些奥氏体不锈钢含有超过2重量％的锰，这对于 300系列的奥氏体不锈钢来说并不常见。这种高锰含量也在钢肩循环方面产生了问题，因为 具有高锰含量的循环钢在原材料定价时不能保持价值。
[0006] GB专利1，365, 773涉及能够在提高的温度下承受高持续载荷的奥氏体不锈钢，即 具有改善的抗蠕变强度性质的奥氏体不锈钢。如果将钒和氮以特定比例与硼一起引入到该 钢中，可以显著改善所述抗蠕变强度性质。按重量％计的钒（V)含量是氮（N)含量的3到4 倍。随后，微细分散的氮化物相在奥氏体基质中沉淀出来，其主要包含简单的氮化钒（VN)。 已经发现这种氮化物相相当显著地强化了奥氏体晶粒的抗蠕变强度。该GB专利1，365, 773 还提及镍和可能的锰应当存在于所述钢中，使得它们一起能够确保基质中的纯奥氏体组 织。基于此，如果锰含量低于3重量％，镍含量必须提高以保证该基质中奥氏体组织的稳定 性。该镍含量因此应当为至少8重量％，并适宜地为至少12重量％。
[0007] 本发明的目的是消除现有技术的一些缺陷，并获得改进的奥氏体不锈钢，因为高 价元素被低价元素部分替代，其制造成本更为低廉，但是并未降低且更像是提高了性能，如 耐点蚀性和强度。本发明的基本特征列举在所附权利要求书中。
[0008] 本发明涉及一种奥氏体不锈钢，其以重量％计含有小于0.03 %的碳（C)、 0· 2-0. 6 % 的硅（Si)、1.0-2. 0 % 的锰（Μη)、19. 0-21.0 % 的铬（Cr)、7. 5-9. 5 % 的镍（Ni)、 0· 4-1. 4%的钼（Mo)、小于1. 0%的铜（Cu)、0· 10-0. 25%的氮（N)、任选小于1. 0%的钴、任 选小于0.006 %的硼（B)，其余为铁（Fe)和偶存杂质。
[0009] 当比较本发明的奥氏体不锈钢与316L/1. 4404型奥氏体不锈钢时，本发明的铬含 量更高，至少部分取代了钼，并且氮含量更高，至少部分取代了钼和镍。尽管存在这些取代， 当与参比316L/1. 4404型奥氏体不锈钢中的Creq/Nieq比进行比较时，络当量和镍当量之间 的Chq/NU比基本保持在类似或更低的水平。在高温退火和快速冷却后以及在焊接后的凝 固组织中，△铁素体（δ-铁素体）含量保持为2-9%。这一特征消除了与热加工和焊接相 关的问题，即热裂纹。本发明的奥氏体不锈钢的保证强度Rpa2通常为320-450MPa，Rpl.。分 别地为370-500MPa，同时拉伸强度R"为630-800MPa。由此该强度值比316L/1. 4404型奥 氏体不锈钢的强度高约70-170MPa。此外，本发明的奥氏体不锈钢具有大于24的PREN值， 并且该钢中的Crq/NU比小于1. 60,该钢具有小于-80°C的Md3。值。
[0010] 下面描述本发明的奥氏体不锈钢的元素的作用和以重量％计的含量：
[0011] 碳（C)是一种有价值的奥氏体形成和奥氏体稳定元素。碳可以添加至最多 0.03%，但是更高的含量对耐腐蚀性具有不利影响。碳含量不应低于0.01%。将碳含量限 制至低碳水平也提高了对其它昂贵的奥氏体形成剂和奥氏体稳定剂的需要。
[0012] 出于在熔炼车间脱氧的目的而将硅（Si)添加到不锈钢中，并且硅不应低于 0. 2%，优选至少0. 25%。硅是一种铁素体形成元素，但是硅在针对马氏体形成的奥氏体稳 定性方面具有更强的稳定化作用。硅含量必须限制低于0. 6%，优选低于0. 55%。
[0013] 锰（Μη)是一种重要的添加剂以确保稳定的奥氏体晶体组织并对抗马氏体变形。 锰还提高了氮对钢的溶解度。但是，过高的锰含量会降低耐腐蚀性和热加工性。因此，锰含 量应为 1. 0-2. 0 %，优选 1. 6-2. 0 %。
[0014] 铬（Cr)负责确保不锈钢的耐腐蚀性。铬是一种铁素体形成元素，但铬也是主要添 加剂以创造奥氏体与铁素体之间的适当的相平衡。提高铬含量提高了对昂贵的奥氏体形成 剂镍、锰的需要，或必需不切实际的高碳和氮含量。更高的铬含量还提高了有益的氮对奥氏 体相的溶解度。因此，铬含量应当为19-21%，优选19. 5-20. 5%。
[0015] 镍（Ni)是一种奥氏体强稳定剂，并提高了成形性和韧性。但是，镍是一种昂贵的 元素，因为，为了保持本发明的钢的成本效益，镍合金化的上限应为9. 5%，优选9. 0%。对 抵抗马氏体形成的奥氏体稳定性具有很大影响，镍必须以狭窄的范围存在。镍含量的下限 因此为7. 5%，优选8.0%。
[0016] 铜（Cu)可以用作作为奥氏体形成剂和奥氏体稳定剂的镍的更廉价的替代品。铜 是奥氏体相的弱稳定剂，但是对耐马氏体形成性具有强的影响。铜通过降低堆垛层错能量 改善了成形性，并改善了某些环境中的耐腐蚀性。如果铜含量高于3. 0%，其降低热加工性。 在本发明中，铜含量范围为0. 2-1. 0%，优选0. 3-0. 6%。
[0017] 钴（Co)稳定奥氏体，并且是镍的替代品。钴还提高了强度。钴非常昂贵，因此其 使用受到限制。如果加入钴，上限为1. 〇%，优选小于〇. 4%，并且该范围优选为0. 1-0. 3%， 当钴天然地来自于回收废料和/或与镍合金化时。
[0018] 氮（N)是强奥氏体形成剂和稳定剂。因此，氮合金化通过能减少使用镍、铜和锰而 改善了本发明的钢的成本效益。氮非常有效地改善了耐点蚀性，尤其是与钼一起合金化时。