本发明涉及不锈钢制备与生产的技术领域，尤其是涉及一种304亚稳态奥氏体不锈钢及其制备工艺。
背景技术：
304不锈钢是不锈钢中常见的一种材质，密度为7.93g/cm3，业内也叫做18/8不锈钢，为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有18％以上的铬，8％以上的镍含量。市场上常见的标示方法中有0cr19ni9，sus304，其中06cr19ni10一般表示国标标准生产，304一般表示astm标准生产，sus304表示日标标准生产。304不锈钢耐高温可达800℃，具有加工性能好、韧性高的特点，是一种通用性的不锈钢，它广泛地用于制作要求良好综合性能(耐腐蚀和成型性)的设备和机件，如板式换热器、波纹管、家庭用品(1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸)，汽车配件(风挡雨刷、消声器、模制品)，医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件等。
304不锈钢在加工形变过程中会产生trip(transformationinducedplasticity)效应，即304不锈钢在整体变形和各种局部变形条件下残余奥氏体均可以发生马氏体相变，具有形变诱发相变、相变诱导塑性的特点。而马氏体的屈服强度、抗拉强度和硬度等一般均比奥氏体高，导致304不锈钢在再结晶温度一下发生塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低，即304不锈钢一般具有一定的加工硬化率。
由于304不锈钢在进行拉伸冲压等形变加工时自身塑性和韧性降低，拉伸冲压容易产生裂纹甚至发生断裂，导致304不锈钢的拉伸性能降低，最终影响不锈钢的加工成型性能。
技术实现要素：
本发明的目的一是提供一种硬度适中、韧性和拉伸性能优异的304亚稳态奥氏体不锈钢。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
一种304亚稳态奥氏体不锈钢，具有下述钢成分，该钢成分以质量％计含有c:0.02％以下、si:1.0-1.5％、mn：1.0-2.0％、cr：19-21％、ni：9-12％、cu：1.5-2.5％、nb：0.03-0.05％、n:0.035％以下，余量包含fe及不可避免的杂质；铁素体相分数为50％-80％，剩余部分包括奥氏体相；由(a)式给出的md30值为-20～20℃，md30＝551-462(c+n)-9.2(si)-8.1(mn)-29(ni+cu)-13.7(cr)-18.5(mo)…(a)。
通过采用上述技术方案，在奥氏体不锈钢中随着c含量的提高，其在临界温度范围内退火时所形成的奥氏体体积分数也提高，因此，增加钢中c元素的含量，可显著提高显微组织中残余奥氏体含量。但是，不锈钢中含碳量太高会导致不锈钢硬度增大、耐蚀性和成型性能降低，同时影响焊接性能，因此含碳量不高于0.02％。
si提高c在铁素体中的活度，起到净化铁素体中c原子的作用，使奥氏体富c，增加过冷奥氏体的稳定性。冷却过程中，si元素抑制碳化物的形核与析出，使珠光体转变“c”曲线右移，滞缓了珠光体的形成。在贝氏体转变区等温时，由于si元素为非碳化物形成元素，又以置换固溶体的形式存在，扩散很困难，故使碳化物形核困难，导致贝氏体铁素体和过冷奥氏体中均无碳化物析出。si元素在含量为1.0-1.5％的情况下，可以导致最终显微组织中残余奥氏体的体积分数显著提高。
mn元素有较强的稳定奥氏体的作用，mn元素主要影响奥氏体生成后向铁素体长大的过程及奥氏体与铁素体的最终平衡。加入mn元素使先共析铁素体析出线右移，这样使退火冷却过程中铁素体析出量较少，以保证最终显微组织中残余奥氏体含量。mn元素含量较高时，会导致不锈钢中生成带状组织，但是si元素存在可消除不锈钢中的带状组织。mn的含量变化为1.0-2.0％，既提高显微组织中残余奥氏体含量，也可以与si元素达到平衡，减少带状组织生成。
cu在高温下有很强的固溶强化作用，其通过细化晶粒来提高强度，减少贝氏体相变过程中碳化物的形成，使参与奥氏体的稳定性得到提高，综合力学性能最佳。
nb能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性、提高强度，在不锈钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力，并改善焊接性能。n能提高不锈钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
在不锈钢中添加si、mn、cu、nb和n等元素，通过抑制碳化物的析出或使奥氏体中富c，提高奥氏体稳定性和奥氏体残余量，减少在拉伸冲压过程中生成的马氏体含量，提高不锈钢形变加工时自身塑性和韧性,使304不锈钢在拉伸冲压不易产生裂纹或发生断裂，从而具有良好的拉伸性能，便于加工成型。
进一步设置为：所述钢成分以质量％还含有选自mo：0.3-0.6％、v：0.1-0.4％、ti：0.2-0.4％、w：0.8-1.0％、al：0.05-0.1％中的1种或2种以上。
通过采用上述技术方案，mo能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。不锈钢中加入mo，不仅能提高机械性能,还可以抑制不锈钢由于退火而引起的脆性。ti是不锈钢中的强脱氧剂，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性并改善焊接性能，在奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可减少晶间腐蚀。w熔点高，比重大，是贵生的合金元素。w与c形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性，在不锈钢中加w，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。al是不锈钢中常用的脱氧剂，不锈钢中加入少量的al，可细化晶粒，提高冲击韧性。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，al与cr、si合用，可显著提高不锈钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。
进一步设置为：拉伸试验中的0.2％屈服强度低于400mpa，断裂延伸率为40％以上。
本发明的目的二是提供一种该304亚稳态奥氏体不锈钢的制备工艺。
一种304亚稳态奥氏体不锈钢的制备工艺，包括以下工序：
s1.熔钢铸造：将具有权利要求1-3任意一项记载的钢成分的不锈钢原料在熔钢温度t1为1150-1300℃条件下熔化精炼，出炉铸造成不锈钢坯；
s2.热轧退火处理：将s1步骤中得到的不锈钢坯进行热轧、退火处理，其中退火采用等温退火方法，得到热轧不锈钢黑皮卷；
s3.冷轧处理：将s2步骤中得到的热轧不锈钢黑皮卷进行冷轧处理，再经酸洗钝化后得到成品不锈钢带。
进一步设置为：所述s2步骤中，热轧开始温度t2规定为1150℃以上，轧制结束温度t3规定为1050℃以上，且进行各道次的间隔时间t1为2-60s的多道次轧制，轧制压力p不超过4200t。
进一步设置为：所述s2步骤中，等温退火处理温度t4为600-800℃，退火时间t2为4-6h。
进一步设置为：所述s2步骤中得到的热轧不锈钢黑皮卷满足单位卷重19-20kg/mm，屈服强度在600-800n/mm2。
通过采用上述技术方案，不锈钢通过热轧处理破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。成型速度快、产量高，且不损伤涂层，可以做成多种多样的截面形式，以适应使用条件的需要。不锈钢冷轧处理可以使不锈钢产生很大的塑性变形，从而提高了不锈钢的屈服点，降低钢的硬度、提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工。同时消除钢件中的残余应力，以稳定钢件的尺寸，防止和减少模具最终热处理后的变形和开裂，而且具有细化晶粒、均匀钢的组织和成分、改善钢的组织与性能的作用。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
(1)在不锈钢中添加si、mn、cu、nb和n等元素，通过抑制碳化物的析出或使奥氏体中富c，提高奥氏体稳定性和奥氏体残余量，减少在拉伸冲压过程中生成的马氏体含量，提高不锈钢形变加工时自身塑性和韧性,使304不锈钢在拉伸冲压不易产生裂纹或发生断裂，从而具有良好的拉伸性能，便于加工成型；
(2)在不锈钢中添加mo、ti、w、al，通过细化晶粒、提高内部组织致密性来提高不锈钢强度，并减少晶间腐蚀、降低脆性、提高耐磨焊接性和硬度、耐磨性，从而提高不锈钢的综合性能；
(3)不锈钢进行热轧处理和冷轧处理，热轧处理消除不锈钢显微组织的缺陷，焊合浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，并降低钢的硬度、提高塑性，减少钢材拉伸冲压时所形成的裂纹和开裂，拉伸打磨后表面更加光滑，表面质量更高。
具体实施方式
一种304亚稳态奥氏体不锈钢，具有下述钢成分，该钢成分以质量％计含有c:0.02％以下、si:1.0-1.5％、mn：1.0-2.0％、cr：19-21％、ni：9-12％、cu：1.5-2.5％、nb：0.03-0.05％、n:0.035％以下、mo：0.3-0.6％、v：0.1-0.4％、ti：0.2-0.4％、w：0.8-1.0％、al：0.05-0.1％中的1种或2种以上，余量包含fe及不可避免的杂质；铁素体相分数为50％-80％，剩余部分包括奥氏体相；由(a)式给出的md30值为-20～20℃，md30＝551-462(c+n)-9.2(si)-8.1(mn)-29(ni+cu)-13.7(cr)-18.5(mo)…(a)。拉伸试验中不锈钢的0.2％屈服强度低于400mpa，断裂延伸率为40％以上。
该304亚稳态奥氏体不锈钢的制备工艺，包括以下工序：
s1.熔钢铸造：将上述钢成分的不锈钢原料在熔钢温度t1为1150-1300℃条件下熔化精炼，出炉铸造成不锈钢坯；
s2.热轧退火处理：将s1步骤中得到的不锈钢坯进行热轧、退火处理，其中退火采用等温退火方法，等温退火处理温度t4为600-800℃，退火时间t2为4-6h，得到热轧不锈钢黑皮卷，热轧不锈钢黑皮卷满足单位卷重19-20kg/mm，屈服强度在600-800n/mm2。热轧开始温度t2规定为1150℃以上，轧制结束温度t3规定为1050℃以上，且进行各道次的间隔时间t1为2-60s的多道次轧制，压制次数n为3-7次，轧制压力p不超过4200t。
s3.冷轧处理：将s2步骤中得到的热轧不锈钢黑皮卷进行冷轧处理，再经酸洗钝化后得到成品不锈钢带。
以下结合实施例对本发明进行具体说明。
实施例1：一种304亚稳态奥氏体不锈钢，具有下述钢成分，该钢成分以质量％计含有如表1所示含量的元素。该304亚稳态奥氏体不锈钢的制备工艺如上所述，且各参数如表2所示。
表1实施例1-10钢成分含量表(％)
表2实施例1-10的制备工艺参数表
本实施例的实施原理及有益效果为：在不锈钢中添加si、mn、cu、nb和n等元素，通过抑制碳化物的析出或使奥氏体中富c，提高奥氏体稳定性和奥氏体残余量，减少在拉伸冲压过程中生成的马氏体含量，提高不锈钢形变加工时自身塑性和韧性,使304不锈钢在拉伸冲压不易产生裂纹或发生断裂，从而具有良好的拉伸性能，便于加工成型。同时在不锈钢中添加mo、ti、w、al，通过细化晶粒、提高内部组织致密性来提高不锈钢强度，并减少晶间腐蚀、降低脆性、提高耐磨焊接性和硬度、耐磨性，从而提高不锈钢的综合性能。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。