具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢及其制造方法与流程

本公开涉及非磁性奥氏体不锈钢，并且更特别地，涉及可适用于需要耐腐蚀性以及非磁性特性的环境的具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢，及其制造方法。

背景技术：

以sts304为代表的奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性，在退火热处理中表现出非磁性奥氏体组织，并且在各种装置中用作非磁性钢。然而，存在根据应用进行冷加工的情况，在对sts304钢实施冷加工时，由于形变诱导马氏体组织的相转变，因此难以保持非磁性特性，这限制了应用到材料。

因此，使用奥氏体稳定性高于sts304的基于sts316l的钢种用于非磁性应用。然而，在基于sts316l的钢种的情况下，mo含量高，因此在奥氏体基体中通常存在诸如σ-铁素体或δ-铁素体的次生相，并且由于在sts316l钢的连铸期间凝固从δ-铁素体开始，因此难以将由连铸板坯的中心偏析区域中高的cr和mo含量引起的次生相分解，并因此次生相倾向于在热轧和最终热处理之后留下。

当次生相留下时，其充当该区域中磁性增加的原因，并且不利地影响装置的功能。因此，需要能够保持非磁性特性而没有这些次生相的材料。

专利文献1涉及高强度非磁性奥氏体不锈钢，所述不锈钢即使在重度(severe)冷加工之后仍保持非磁性特性，并且可以通过时效处理显著地改善弹性极限应力。

然而，专利文献1的不锈钢的mn含量为2％至9％，因此担心耐腐蚀性由于mn而降低，因此在需要耐腐蚀性的应用中其应用受到限制。为了奥氏体相的稳定，提出旨在即使在冷加工之后仍保持非磁性特性的ni当量范围。然而，由于未提及影响非磁性特性的δ-铁素体，因此有必要解决由δ-铁素体形成引起的非磁性特性的劣化。

(专利文件0001)韩国专利公开第10-2015-0121061号(2015年10月28日)

技术实现要素：

技术问题

因此，为了解决以上问题，本发明的一个方面通过抑制凝固期间的δ-铁素体形成来提供具有优异的非磁性特性的高耐腐蚀性的奥氏体不锈钢。

技术方案

根据本公开的一个方面，具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢按全部组成的重量百分比(％)计包含：c：0.05％或更少，si：1.0％或更少，mn：0.5％至2.0％，cr：16％至24％，ni：10％至16％，n：0.2％或更少，剩余部分为铁(fe)和其他不可避免的杂质，以及满足下式(1)，并且具有1.02μ或更小的磁导率。

(1)ni≥-2.7-5.8*c-1.77*si-0.066*mn+0.893*cr+1.05*mo-0.88*cu-13.8*n

ni、c、si、mn、cr、mo、cu、n意指各元素的含量(以重量％计)。

奥氏体不锈钢按重量百分比(％)计还可以包含：cu：3.0％或更少。

奥氏体不锈钢按重量百分比(％)计还可以包含：mo：4.0％或更少。

奥氏体不锈钢按重量百分比(％)计还可以包含：b：小于0.01％。

奥氏体不锈钢可以满足由下式(2)表示的计算的δ-铁素体分数为0％或更小。

(2)161*{[cr+mo+1.5*si+18]/[ni+30*(c+n)+0.5*(cu+mn)+36]+0.262}-161

cr、mo、si、ni、c、n、cu、mn意指各元素的含量(以重量％计)

奥氏体不锈钢可以满足由下式(3)表示的耐点蚀当量数(pren)在20至30的范围。

(3)cr+3.3*mo+30*n-mn+si

cr、mo、n、mn、si意指各元素的含量(以重量％计)

奥氏体不锈钢可以满足由下式(4)表示的σ相形成指数在18至24的范围。

(4)cr+mo+3*si

cr、mo、si意指各元素的含量(以重量％计)

奥氏体不锈钢可以具有1.012μ或更小的磁导率。

不锈钢的平均晶粒尺寸可以为70μm或更小。

根据本公开的一个方面，具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢的制造方法包括：对板坯进行热轧，所述板坯按全部组成的重量百分比(％)计包含：c：0.05％或更少，si：1.0％或更少，mn：0.5％至2.0％，cr：16％至24％，ni：10％至16％，n：0.2％或更少，剩余部分为铁(fe)和其他不可避免的杂质，以及满足由下式(4)表示的σ相形成指数在18至24的范围；以及对经热轧的材料进行固溶热处理。

(4)cr+mo+3*si

板坯可以满足下式(1)，以及满足由下式(2)表示的计算的δ-铁素体分数为0％或更小。

(1)ni≥-2.7-5.8*c-1.77*si-0.066*mn+0.893*cr+1.05*mo-0.88*cu-13.8*n

(2)161*{[cr+mo+1.5*si+18]/[ni+30*(c+n)+0.5*(cu+mn)+36]+0.262}-161

固溶热处理可以在1100℃至1150℃进行60秒至120秒。

有益效果

根据本公开的一个实施方案的高耐腐蚀性非磁性奥氏体不锈钢可以应用于各种装置中使用的各种非磁性部件。

另外，由于非磁性特性由组分确定而无需对材料进行长时间热处理以除去由δ-铁素体引起的磁性的额外处理，因此可以利用简单的制造工艺提供非磁性奥氏体不锈钢。

另外，可以防止由钢板表面上的桔皮缺陷引起的粗糙度劣化。

附图文字

图1是示出磁导率根据ni含量与ni校正值(niadj)之差的相关性的图。

具体实施方式

根据本公开的一个实施方案的具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢按全部组成的重量百分比(％)计包含：c：0.05％或更少，si：1.0％或更少，mn：0.5％至2.0％，cr：16％至24％，ni：10％至16％，n：0.2％或更少，剩余部分为铁(fe)和其他不可避免的杂质，以及满足下式(1)，并且具有1.02μ或更小的磁导率。

(1)ni≥-2.7-5.8*c-1.77*si-0.066*mn+0.893*cr+1.05*mo-0.88*cu-13.8*n

ni、c、si、mn、cr、mo、cu、n意指各元素的含量(以重量％计)。

发明实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施方案。提供以下实施方案以向本领域普通技术人员传递本公开的技术构思。然而，本公开不限于这些实施方案，并且可以以另外的形式来呈现。在附图中，为了阐明本公开，与说明书无关的部分可能未被示出，并且另外为了容易理解，部件的尺寸或多或少被放大示出。

另外，当一部分“包括”或“包含”要素时，除非存在对其相反的特定描述，否则该部分还可以包括另外的要素，而不排除其他要素。

除非以单数使用的表达和复数表达在上下文中具有明显不同的含义，否则以单数使用的表达涵盖复数表达。

在下文中，描述了这样的非磁性奥氏体不锈钢：通过控制钢的显微组织中存在的δ-铁素体的含量即使其以常规工艺而不需要用于使δ-铁素体分解的额外处理制造，其也可以确保非磁性特性，并且与通常使用的sts316l不锈钢相比具有优越的耐腐蚀性。

本公开提供了即使在没有额外的热处理过程的情况下仅通过控制合金元素组分而表现出优异的非磁性特性的奥氏体不锈钢及其制造方法。

根据本公开的一个实施方案的具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢按全部组成的重量百分比(％)计包含：c：0.05％或更少，si：1.0％或更少，mn：0.5％至2.0％，cr：16％至24％，ni：10％至16％，n：0.2％或更少，剩余部分为铁(fe)和其他不可避免的杂质，以及满足下式(1)。

(1)ni≥-2.7-5.8*c-1.77*si-0.066*mn+0.893*cr+1.05*mo-0.88*cu-13.8*n

在下文中，将描述本公开的实施方案中的合金组分元素含量的数值限度的原因。在下文中，除非另有说明，否则单位以重量％计。

c的含量为0.05％或更少。

c是强的奥氏体相稳定化元素，并且是通过固溶强化来增加材料强度的有效元素。然而，当含量过多时，其容易在铁素体-奥氏体相界处与对耐腐蚀性有效的碳化物形成元素(例如cr)结合，从而降低晶界附近的cr含量而降低耐腐蚀性。因此，c的含量被限制为0.05％或更少。为了使碳化物析出(这可以抑制耐腐蚀性)的风险最小化，期望将c的含量限制为0.03％或更少。

si的含量为1.0％或更少。

si在改善耐腐蚀性方面有效，其也充当铁素体相稳定化元素，但是当其过量时，其会促进金属间化合物例如σ相的析出，从而降低与冲击韧性相关的机械特性和耐腐蚀性，并且被限制为1.0％或更少。

mn的含量为0.5％至2.0％。

mn为如c和ni的奥氏体相稳定化元素，其可以改善n的溶解度，并且添加0.5％或更多。但是，当需要耐腐蚀性时，mn含量的增加是不期望的，因为这涉及诸如mns的夹杂物的形成，因此为了确保耐腐蚀性，优选将mn含量限制为2.0％或更少。

cr的含量为16.0％至24.0％。

cr是不锈钢的耐腐蚀性增强元素中含量最高的元素，并且必须包含16％或更多以用于表现出耐腐蚀性。然而，cr为铁素体稳定化元素。随着cr含量增加，铁素体分数增加。因此，为了获得非磁性特性，由于必须包含大量的ni，因此成本增加，并且促进了σ相的形成，从而导致机械特性和耐腐蚀性降低。因此，优选将cr含量限制为24％或更少。

ni的含量为10.0％至16.0％。

ni为奥氏体相稳定化元素中最有效的元素，并且必须包含10％或更多以获得非磁性特性。但是，由于ni含量的增加与原料价格的增加直接相关，因此优选将ni含量限制为16％或更少。

n的含量为0.2％或更少。

n为可用于使奥氏体相稳定以及改善在氯气氛中的耐腐蚀性的元素。然而，优选将n含量限制为0.2％或更少，因为当大量添加时热加工性降低，从而降低钢的屈服百分比。

另外，根据本公开的一个实施方案，按重量％计，还可以包含3.0％或更少的cu。

cu具有改善在硫酸气氛中的耐腐蚀性的优点，因此其可以选择性地添加。然而，在氯气氛中，存在降低耐点蚀性和降低热加工性的缺点，因此其被限制为3.0％或更少。

另外，根据本公开的一个实施方案，按重量％计，还可以包含4.0％或更少的mo。

mo的含量为4.0％或更少。

mo是对改善耐腐蚀性有用的元素，并且可以预期改善耐腐蚀性，因此其可以选择性地添加。当添加时，优选添加2.0％或更多。然而，mo为铁素体稳定化元素，并且当大量添加时，则由于铁素体分数增加而难以获得非磁性特性，并且还促使σ相的形成，导致机械特性和耐腐蚀性降低。因此，mo的含量被限制为4.0％或更少。

另外，根据本公开的一个实施方案，按重量％计，还可以包含小于0.01％的b。

b的含量小于0.01％。

b具有改善热加工性的作用，因此其可以以小于0.01％的范围添加。然而，当其以多于这个添加时，由于形成低熔点硼化物而热加工性反而降低，因此优选限制为小于0.01％。

在利用钢的非磁性特性的各种装置中，对于正常装置运行，应用于部件的钢的磁导率必须为1.02μ或更小。为了满足该要求，必须控制在钢凝固期间形成的δ-铁素体的分数。

通常，奥氏体不锈钢的显微组织中存在的δ-铁素体由于具有体心立方结构的组织的特性而成为磁性的，而奥氏体由于面心立方结构而未成为磁性的。因此，可以通过控制δ-铁素体的分数来获得期望大小的磁特性，并且在非磁性钢的情况下，必须使δ-铁素体的分数尽可能低或者消除δ-铁素体的分数。

奥氏体不锈钢的显微组织中存在的δ-铁素体的分数可以通过各种合金元素的含量来确定，如将稍后描述的式(2)中所示。特别地，可以通过添加奥氏体稳定化元素来降低δ-铁素体分数。由于所含的ni可用于使奥氏体稳定而不会使其他物理特性劣化，因此可以控制ni含量以抑制δ-铁素体的形成。

ni校正式(在下文中，niadj)意指在给定的组成组分中防止δ-铁素体形成的最小ni含量，并且可以如下表示。

[niadj]

-2.7-5.8*c-1.77*si-0.066*mn+0.893*cr+1.05*mo-0.88*cu-13.8*n

当实际钢中包含的ni含量大于niadj值时，不能形成δ-铁素体，从而表现出非磁性特性。即，为了满足非磁性特性，这意味着钢中包含的ni的含量应大于用c、si、mn、cr、mo、cu和n组分的含量组合的niadj。

(1)ni≥-2.7-5.8*c-1.77*si-0.066*mn+0.893*cr+1.05*mo-0.88*cu-13.8*n

图1是示出磁导率根据ni含量与niadj值之差的相关性的图。参照图1，可以看出当钢中包含的ni含量与niadj值之差为正时，钢的磁导率满足1.02μ或更小。

然而，ni为昂贵的合金元素，并且添加越多的ni，成本越高。因此，优选使实际ni含量与niadj值之差小于8％。

此外，根据本公开的一个实施方案，具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢可以满足由下式(2)表示的计算的δ-铁素体分数为0％或更小。

(2)161*{[cr+mo+1.5*si+18]/[ni+30*(c+n)+0.5*(cu+mn)+36]+0.262}-161

式(2)是可以通过以常规炼钢工艺生产奥氏体不锈钢时各组分的含量来预测钢的δ-铁素体含量的式。当通过式(2)计算的δ-铁素体的分数为0％或更小时，可以满足本公开中要实现的非磁性特性。

根据式(1)和/或(2)的本公开的非磁性奥氏体不锈钢可以表现出1.02μ或更小，并且更优选1.012μ或更小的磁导率，从而实现完全的非磁性特性。

另一方面，为了改善钢的耐腐蚀性，有效的是添加诸如cr、mo、si和n的改善耐腐蚀性的合金元素。另外，当添加大量的mn时，由于形成钢中的水溶性夹杂物如mns并且降低了耐腐蚀性，因此必须控制mn含量。

通常，作为表示奥氏体不锈钢的耐腐蚀性的指数，采用由cr、mo和n含量的组合计算的耐点蚀当量数。然而，如上所述，由于mn和si的含量也极大地影响钢的耐腐蚀性，因此还需要考虑到这些元素的新耐点蚀当量数。

根据本公开的一个实施方案，具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢可以满足由下式(3)表示的耐点蚀当量数(pren)值在20至30的范围。

(3)cr+3.3*mo+30*n-mn+si

本发明人发现，由式(3)表示的包括mn和si含量的耐点蚀当量数很好地反映了钢的耐腐蚀性，并且已经确定当式(3)的范围为20至30时，耐腐蚀性可以等于或高于常规sts316l的耐腐蚀性。

然而，当cr、mo和si的含量增加时，不仅成本增加，而且σ相的形成促进了脆性，并且形成了cr和mo耗尽区，这不利地影响耐腐蚀性。因此，需要设定可以在获得期望的耐腐蚀性的同时使σ相的形成最小化的适当的cr、mo、si含量范围。

根据本公开的一个实施方案，具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢可以满足由下式(4)表示的σ相形成指数在18至24的范围。

(4)cr+mo+3*si

当σ相形成指数小于18时，cr和mo含量太低以致难以确保钢的耐腐蚀性，因此其被限制为18或更大。

通过将σ相形成指数限制为24或更小，可以将σ相分数控制为小于1.0％，更优选为0.8％或更小。当σ相形成指数大于24时，可能发生由于σ相形成过多引起的降低的耐腐蚀性和脆性材料劣化。通过确保低的σ相分数，可以进一步改善非磁性特性。

另一方面，σ相形成控制可以通过如本公开中控制合金组分组成来抑制σ相的形成，但是所形成的σ相也可以通过控制固溶热处理条件而被分解。对于σ相的分解，有效的是在高温下长时间退火，但是在这种情况下，由于晶粒尺寸生长过度，在表面上引起桔皮缺陷的可能性增加。在此，桔皮缺陷是指当钢由粗大的晶粒尺寸形成时在表面上出现不均匀的粗糙度从而破坏美观表面的缺陷。

根据本公开的一个实施方案，具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢的平均晶粒尺寸可以为70μm或更小。

对于一般的300系奥氏体不锈钢，固溶热处理在约1100℃下进行约60秒至100秒。为了降低成型期间桔皮缺陷的发生率，不锈钢的平均晶粒尺寸应为70μm或更小，并且出于该目的，可以通过在1100℃至1150℃下对热轧材料进行固溶热处理60秒至120秒将本公开的具有优异的耐腐蚀性的非磁性奥氏体不锈钢的平均晶粒尺寸控制为70μm或更小。

在下文中，将通过本公开的一个优选实施方案更详细地进行描述。

实施例

将具有表1中所示的合金组成的钢在真空感应炉中溶解之后，进行热轧，并且进行固溶热处理以制备厚度为6mm的热轧板。

[表1]

在表1中列出的s1至s17型钢的一些中，改变固溶热处理条件以改变晶粒尺寸，并且当形成具有各晶粒尺寸的钢时，研究桔皮缺陷的发生率并示于下表2中。

[表2]

如表2中所示，比较例15和16中使用的s5钢种满足本公开的全部组分，但是固溶热处理温度在超过1150℃的1180℃下进行120秒或更长时间，并且平均晶粒尺寸超过70μm，并且成型之后的桔皮缺陷大于15％。

随着固溶热处理温度变化，钢的晶粒尺寸改变。随着热处理温度和时间增加，发现平均晶粒尺寸增加。当平均晶粒尺寸为70μm或更大时，发现桔皮缺陷的发生率为15％或更大，与其他热处理条件相比显著增加。

另外，对于表1中所述的s1至s17钢种，测量了根据式(1)至(4)的计算的值、磁导率和σ相分数并且在下表3中示出。

[表3]

如表3中所示，当由式(1)表示的ni-niadj值为正时，发现磁导率满足1.02μ或更小，特别地，本公开的实施例满足1.012μ或更小。当根据式(2)计算的δ-铁素体分数为0％或更小时，发现测量的δ-铁素体分数为0％。此外，当σ相形成指数为24或更大时，σ相分数为0.8％或更大，其接近1.0％，表明与其他钢类型相比，σ相分数显著增加。

比较例13由于因s1钢种的cr含量不足而引起的低pren(式(3))值而不满足耐腐蚀性要求，并且σ相形成指数(式(4))也小于18。

比较例14由于s4钢种包含过量的cr而不满足式(1)和(2)，并且具有高的σ相分数，因此测量磁导率为1.042μ，并且不满足本公开的期望的非磁性特性。σ相形成指数也超过24，表明σ相分数接近1.0％。发现通过增加cr含量促进了σ相形成，从而形成了cr耗尽区。

比较例17由于s8钢种包含过量的mo而不满足式(1)和(2)，并且具有高的σ相分数，因此测量磁导率为1.026μ，并且不满足本公开的期望的非磁性特性。σ相形成指数也超过24，表明σ相分数接近1.0％。发现通过增加mo含量促进了σ相形成，从而形成了mo耗尽区。由此，确定当添加额外的mo时，其应当以4.0％或更少添加。

比较例18由于因s9钢种过量地包含n而引起的高的pren值而不满足耐腐蚀性要求。

比较例19由于因s14钢种包含过量的mn而引起低的pren值从而不满足耐腐蚀性要求，并且发现由于因mn含量的增加而引起夹杂物形成从而无法确保耐腐蚀性。

在比较例20中，由于s17钢包含过量的si导致σ相形成指数超过24，并且尽管满足式(1)和(2)，但由于作为磁性次生相的σ相，磁导率仍高达1.028μ。确定si在改善耐腐蚀性方面有效，但是当其过量时，其促进了金属间化合物如σ相的析出，从而降低了耐腐蚀性和非磁性特性，并因此应以1.0％或更少添加。

尽管已参照示例性实施方案特别描述了本公开，但是本领域技术人员应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节上的改变。

工业适用性

根据本公开的奥氏体不锈钢可以被应用作为各种电子装置的非磁性部件，并且可以在没有额外的处理例如长时间热处理的情况下确保非磁性特性。