專利名稱：：具有trip效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及奧氏體不銹鋼，具體地說，是涉及一種具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼。
背景技術：
：亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼是指以AISI304、AISI301和AISI201為代表的、固溶處理后在室溫下為單相奧氏體組織，而經(jīng)過加工或者冷卻則產(chǎn)生應變誘發(fā)馬氏體或溫降馬氏體的不銹鋼。目前國內(nèi)外廣泛使用的奧氏體不銹鋼，以300系和200系為主，例如SUS304和SUS201等奧氏體不銹鋼，這些奧氏體不銹鋼都含有鎳，而大量鎳的添加導致了這些奧氏體不銹鋼原材料成本的提高。由于我國缺鎳少鉻，鎳、鉻資源匱乏，而且大多數(shù)奧氏體不銹鋼的強度偏低，也限制了這些鋼的應用范圍和可持續(xù)發(fā)展。在奧氏體不銹鋼領域中，基于奧氏體不銹鋼的不同服役條件，各有不同的設計思路。表1列出了一些國內(nèi)外的奧氏體不銹鋼的化學成分及其特征。表1國內(nèi)外奧氏體不銹鋼的化學成分及其特征<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>表1中，日本專利JP54,038，217、JP52，024，914，中國專利公開公報CN1240839A、CN1704497A、CN1213013A描述的都是含鎳的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼。又如中國專利公開公報CN1480550A公開了一種"超純高氮奧氏體不銹鋼"，雖然鋼中不含鎳，但是含鉬，而且按重量百分比計，鋼中氮的含量大于0.4%，是一種高氮穩(wěn)定奧氏體不銹鋼。為了節(jié)約原料成本，并得到一種具有優(yōu)良室溫機械性能、且其性能明顯區(qū)別于現(xiàn)有技術的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼，本發(fā)明者基于分析不銹鋼的基本元素如鉻、錳、碳、氮對不銹鋼室溫組織和機械性能的影響，通過對這些元素的合理組配，設計出一種具有TRIP效應的無鎳、具有寬廣強度范圍的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼。本發(fā)明的目的在于提供一種具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C:0.080.15%、Si<l0/0、Mn:810%、Cr:1516.5%、N:0.150.30%、P<0.03%、S<0.02%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明的具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的一個優(yōu)選方案為所述無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C:0.080.15%、Si<l%、Mn:89%、Cr:1516%、N:0.150.20%、P<0.03%、S<0.02%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。所述具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的室溫屈服強度為3901520MPa，室溫抗拉強度為7451740MPa。下面，對本發(fā)明的具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分作用作詳細敘述。1)C:碳是強烈形成、穩(wěn)定和擴大奧氏體區(qū)的元素，當不銹鋼中不含鎳時，碳對室溫下形成奧氏體組織起到重要作用。但是碳含量太高會降低不銹鋼的塑性，而且對不銹鋼的耐蝕性不利，所以碳要有適當?shù)陌俜趾俊?)Mm錳是比較弱的奧氏體形成元素，但在不銹鋼中是強烈的奧氏體組織穩(wěn)定元素，并能提高氮在鋼中的溶解度。在無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼中，錳與鋼中碳、氮等元素復合作用，以完全取代鎳并且確保不銹鋼在室溫下為奧氏體組織。3)Cr:鉻是不銹鋼中最重要的合金元素，可以確保鋼獲得不銹性和一定的耐蝕性，本發(fā)明中鉻的含量范圍，既能保證鋼具有良好的不銹耐蝕性，又能保證室溫下鋼為單相奧氏體組織。4)N:氮在不銹鋼中是非常強烈地形成、穩(wěn)定和擴大奧氏體區(qū)的元素。氮在不銹鋼中除了可以替代貴重資源如鎳之外，而且在不明顯降低材料塑性和韌性的前提下可以明顯提高材料的強度，還可以提高不銹鋼的不銹性和耐蝕性以及延緩碳化物析出等。但是由于氮在不銹鋼中的溶解度有限，為了避免鋼在凝固過程中出現(xiàn)皮下氣泡，氮含量的確定必須與其它合金元素協(xié)調(diào)作用以確保氮以固溶狀態(tài)存在，并且與其它合金元素復合作用從而確保不銹鋼在室溫下為單相奧氏體組織。5)Si:硅在不銹鋼中是形成鐵素體的合金元素，因此為了確保本發(fā)明的不銹鋼在室溫下為單相奧氏體組織，鋼中硅含量必須加以一定的限制。6)P:磷在不銹鋼中被視為有害元素，應盡量控制得越低越好。7)S:硫在不銹鋼中也被視為有害元素，尤其在本發(fā)明的不銹鋼中，錳含量較高，因此須嚴格控制硫的含量，越低越好。本發(fā)明的具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分配比是利用合金熱力學計算的，如ThermoCalc熱力學計算軟件，首先計算出常壓下鋼液中氮的溶解度和固態(tài)時鋼中氮的固溶度，并結(jié)合鋼的鎳當量和鉻當量計算，參照修正后的Schaeffler室溫下不銹鋼的組織與鎳鉻當量的關系圖，設計出室溫下為奧氏體組織，而且奧氏體為亞穩(wěn)定態(tài)的不銹鋼合金成分。計算過程中，鋼中合金元素按照重量百分比計，鎳當量計算關系式為Nieq二(％Ni)+(%Co)+0.1X(%Mn)—0.01X(%Mn)2+18X(%N)+30X(%C)鉻當量計算關系式為Creq=(%Cr)+1.5X(%Mo)+1.5X(%W)+0.48X(%Si)+2.3X(%V)+1.75X(%Nb)+2.5X(%A1)設計出的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼經(jīng)電爐、A0D、真空爐三步法冶煉或電爐、AOD二步法冶煉或電爐或非真空感應爐單煉后，經(jīng)過連續(xù)鑄造或模鑄鑄造成鋼坯。再經(jīng)過鍛造或軋制、固溶處理(測試固溶態(tài)機械性能時需經(jīng)過固溶處理，測試冷軋態(tài)機械性能時不需要固溶處理)、酸洗等工序制成不銹鋼板材、帶材和棒材等，并測試其固溶態(tài)室溫組織和固溶態(tài)室溫機械性能和冷加工態(tài)室溫組織和機械性能。本發(fā)明具有如下優(yōu)點l)本發(fā)明的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼是一種無鎳的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼，由于鋼中不含鎳，因而顯著降低了奧氏體不銹鋼的原材料成本。2)本發(fā)明的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼在室溫塑性與熱軋退火態(tài)室溫塑性相比無明顯變化的前提下，通過冷加工可以明顯提高鋼的強度，使材料具有寬廣的室溫強度范圍，可滿足多種工況的需求，也就是具有TRIP效應(相變誘發(fā)塑性效應)。3)本發(fā)明的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼通過固溶強化和應變誘發(fā)馬氏體的相變強化方式可以使鋼的室溫屈服強度達到1520MPa，室溫抗拉強度達到1740MPa。4)本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼主要用于生產(chǎn)熱軋帶材，冷軋帶材，熱軋板材，冷軋板材和棒材。圖1是AISI201奧氏體不銹鋼的冷軋態(tài)室溫拉伸力學性能曲線。圖2是實施例1所生產(chǎn)的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼固溶退火后的室溫微觀組織圖。圖3是圖2的局部放大視圖。圖4是實施例3所生產(chǎn)的冷軋壓下量為50%的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的冷軋態(tài)室溫微觀組織圖。圖5是圖4的局部放大視圖。圖6是實施例3所生產(chǎn)的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的冷軋態(tài)室溫拉伸力學性能曲線。圖7是實施例1一4采用不同工藝生產(chǎn)的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的室溫力學性能對具體實施例方式以下用實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作更詳細的描述。這些實施例僅僅是對本發(fā)明最佳實施方式的描述，并不對本發(fā)明的范圍有任何限制。實施例l:采取非真空感應爐單煉法冶煉不銹鋼，模鑄成錠，經(jīng)過鍛造、熱軋制成3.00mm厚的熱軋板。固溶退火，處理溫度為10001100°C。測試所得無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的熱軋態(tài)和熱軋固溶退火態(tài)室溫力學性能，其室溫力學性能如表1所示。表1熱軋態(tài)和熱軋退火態(tài)板材室溫拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本實施例的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分見表5。本實施例的奧氏體不銹鋼固溶退火后的室溫微觀組織見圖2及圖3，從圖2及圖3可以看出此不銹鋼為單相奧氏體組織，而且有較多的攣晶。實施例2:采取電弧爐和AOD兩步法冶煉不銹鋼，連鑄成板坯，熱軋制成3.OOmm厚的熱軋板。經(jīng)過中間退火，壓下量為50%的冷軋。測試所得無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼冷軋固溶退火態(tài)室溫力學性能，其室溫力學性能如表2所示。本實施例的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分見表5。表2冷軋固溶退火態(tài)板材室溫拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例3:采取電弧爐單煉法冶煉不銹鋼，連鑄成板坯，熱軋制成3.00mm厚的熱軋板。經(jīng)過中間退火，分別按照壓下量為7.27%、11.53%、15.54%、20.00%、22.47%、28.89%、29.55%、50%進行冷軋。測試所得無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼冷軋態(tài)室溫力學性能，其室溫力學性能如表3所示，其室溫拉伸力學性能曲線見圖6。表3不同壓下量的冷軋態(tài)板材力學性會<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本實施例的無鎳型亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分見表5。本實施例的奧氏體不銹鋼的冷軋態(tài)微觀組織見圖4及圖5，從圖4及圖5可以看出在室溫下對亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼進行50%的冷軋壓下后，應變誘發(fā)板條狀馬氏體的體積分數(shù)為49.5%。實施例4:采取電爐.、A0D、真空爐三步法冶煉不銹鋼，連鑄成板坯，熱軋制成3.00mm厚的熱軋板。經(jīng)過第一次中間退火，酸洗，第一次冷軋壓下量為50%，第二次中間退火，酸洗，第二次冷軋壓下量30%。測試所得無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼冷軋態(tài)和冷軋成品固溶退火態(tài)室溫力學性能。其室溫力學性能如表4所示。本實施例的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分見表5。表4經(jīng)過兩次冷軋和中間退火后冷軋態(tài)和冷軋退火態(tài)板材室溫拉伸性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表5實施例l一4的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分(wt%)化學成分<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表2、表3和表4可以看出，本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼經(jīng)冷軋后，其冷加工態(tài)室溫屈服強度RpO.2可高達1520MPa，抗拉強度Rm可高達1740MPa，其冷軋固溶退火態(tài)室溫屈服強度達410MPa以上，抗拉強度可達lOOOMPa以上，具有超高強度。將本發(fā)明實施例3中所得的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的冷軋態(tài)室溫拉伸力學性能曲線圖6與AISI201奧氏體不銹鋼的冷軋態(tài)室溫拉伸力學性能曲線圖1作對比。從圖6可以看出當冷軋壓下量小于11.53%時，材料室溫延伸率與熱軋退火態(tài)相比沒有明顯變化的前提下，材料屈服強度從437MPa提高到了852MPa，屈服強度提高了95%，同時抗拉強度由817MPa提高到1173MPa，抗拉強度提高了43%;材料的室溫拉伸性能與壓下量之間的關系分為4個區(qū)間，在I區(qū)，材料延伸率不明顯變化的情況下，屈服強度和抗拉強度明顯提高，也就是在此區(qū)間具有明顯的TRIP效應(相變誘發(fā)塑性效應)，在II區(qū)，材料延伸率急劇下降，而強度也急劇提高，在III區(qū)，材料抗拉強度和屈服強度略有降低，而延伸率略有提高，在IV區(qū)，隨著壓下量的進一步增加，材料延伸率變化不明顯，抗拉強度略有提高，而屈服強度有明顯提高趨勢。而圖1所示的AISI201奧氏體不銹鋼冷軋態(tài)室溫拉伸力學性能曲線顯示，隨著冷軋壓下量的增加，材料屈服強度和抗拉強度提高，而延伸率是逐漸降低的。由此可知，本發(fā)明的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的機械性能與常見亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼相比具有明顯不同的特征，其冷軋態(tài)具有超高強度，且塑性良好。此外，比較本發(fā)明實施例中采用不同工藝生產(chǎn)的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的室溫力學性能，如圖7所示，也可以看出，本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼在不同狀態(tài)下，材料室溫屈服強度為3901520MPa，室溫抗拉強度為7451740MPa，具有寬廣的強度范圍，可滿足多種工況的需求。權(quán)利要求1、一種具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼，其特征在于，所述無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C0.08～0.15％、Si＜1％、Mn8～10％、Cr15～16.5％、N0.15～0.30％、P＜0.03％、S＜0.02％，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼，其特征在于，所述無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C:0.080.15%、Si<l%、Mn:89%、Cr:1516%、N:0.150.20%、P<0.03%、S<0.02%，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼，其特征還在于，所述無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的室溫屈服強度為3901520MPa，室溫抗拉強度為7451740MPa。全文摘要本發(fā)明提供了一種具有TRIP效應的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼。本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼的化學成分以重量比計包括C0.08～0.15％、Si＜1％、Mn8～10％、Cr15～16.5％、N0.15～0.30％、P＜0.03％、S＜0.02％，余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。本發(fā)明的無鎳亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼通過冷加工可提高鋼的強度，使材料具有寬廣的強度范圍，以滿足多種工況需求，特別適用于弱腐蝕性環(huán)境，如交通、建筑和五金等領域，可部分替代AISI304、AISI301和AISI201等含鎳較高的奧氏體不銹鋼，以節(jié)約貴重金屬鎳。文檔編號C22C38/38GK101289729SQ200710039748公開日2008年10月22日申請日期2007年4月20日優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日發(fā)明者季燈平,張志霞,秦孝華,胡錦程申請人:寶山鋼鐵股份有限公司