無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方法
【專利摘要】一種無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方法，它按照下述步驟進(jìn)行：a.確定奧氏體鑄造不銹鋼中形成鐵素體元素Cr、Si、Mo的取值控制范圍及形成奧氏體元素C、Mn的取值控制范圍；b.由公式：GrE=a%Cr+b%Mo+1.5×c%Si+0.5d%Nb中求出GrE；c.按照奧氏體鑄造不銹鋼的磁導(dǎo)率μ取值確定鐵素體最大允許百分比量F%；d.由謝夫列爾組織圖中找出鑄造奧氏體不銹鋼中鎳當(dāng)量最小控制值NiE；e.由公式NiE=e%Ni+30×m%C+0.5×n%Mn中求出鎳元素值。該方法可在滿足奧氏體鑄造不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)的前提下減少昂貴的Ni用量，控制Cr用量，生產(chǎn)出μ≤2.0的奧氏體鑄造不銹鋼。
【專利說(shuō)明】無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)，特別是無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼各主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的控制方法，屬金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]奧氏體不銹鋼是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼，一些儀表產(chǎn)品或某些特殊行業(yè)的奧氏體鑄造不銹鋼要求磁導(dǎo)率μ <2.0。通常α、δ鐵素體為碳在鐵中的間隙固溶體，室溫為體心立方晶格，磁性為鐵磁性有磁的；馬氏體是碳在α鐵中過(guò)飽合固溶體，磁性為鐵磁性有磁的；奧氏體是在Y鐵中間隙固溶體，室溫組織為面心立方晶格，磁性為順磁性無(wú)磁的。在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙向不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼是鐵磁性有磁的，而奧氏體鑄造不銹鋼在常溫下一般具有單一的奧氏體組織，是順磁無(wú)磁性的或弱磁性。但在鑄造過(guò)程中，由于熔煉時(shí)合金含量不同、成份偏析等因素往往會(huì)在奧氏體基體上產(chǎn)生其它相，如奧氏體(Y相)的同素異性體(鐵素體)，鐵素體的出現(xiàn)及量的多少勢(shì)必影響奧氏體鑄造不銹鋼磁導(dǎo)率的大小，當(dāng)鐵素體的量較多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致奧氏體鑄造不銹鋼的磁導(dǎo)率μ > 2.0，同時(shí)鐵素體的出現(xiàn)會(huì)給奧氏體鑄造不銹鋼的性能在某些場(chǎng)合下會(huì)帶來(lái)不利影響。奧氏體鑄造不銹鋼的化學(xué)元素包括C、S1、Mn、Cr, N1、Mo，其中主要元素Cr > 16%,Ni >8%，且低碳，Ni是形成奧氏體的元素，Ni含量的增加有利于降低奧氏體不銹鋼的磁導(dǎo)率，但是Ni的價(jià)格昂貴，增加Ni的含量奧氏體鑄造不銹鋼的成本會(huì)大大提高。按照標(biāo)準(zhǔn)，不同牌號(hào)的奧氏體鑄造不銹鋼都規(guī)定了其化學(xué)成分的取值范圍。在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)精確控制奧氏體鑄造不銹鋼各化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是保證奧氏體鑄造不銹鋼的磁導(dǎo)率μ < 2.0的重要因素。此外，在滿足標(biāo)準(zhǔn)且滿足μ < 2.0的條件下，盡量減少昂貴的Ni元素用量，同時(shí)控制主要合金Cr用量，降低奧氏體鑄造不銹鋼的成本，是業(yè)內(nèi)人士研究的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明用于提供一種無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的控制方法，采用該方法可以在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下實(shí)現(xiàn)奧氏體鑄造不銹鋼的磁導(dǎo)率μ <2.0，同時(shí)還可以減少昂貴的Ni元素和Cr元素用量。
[0004]本發(fā)明所稱問(wèn)題是以下述技術(shù)方案解決的:
一種無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方法，它按照下述步驟進(jìn)行:
a.根據(jù)不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)要求的奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，確定奧氏體鑄造不銹鋼中形成鐵素體元素Cr、S1、Mo的取值控制范圍及形成奧氏體元素C、Mn的取值控制范圍；
b.由步驟a中確定的Cr、S1、Mo等元素取值范圍內(nèi)分別取Cr元素取值a、Si元素取值b、Mo元素取值c、Nb元素取值d，代入經(jīng)驗(yàn)公式:GrE=a%Cr+b%Mo+l.5Xc%Si+0.5d%Nb中求出鉻當(dāng)量值GrE ；C.依據(jù)經(jīng)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析歸納得出的鐵素體與磁導(dǎo)率的關(guān)系經(jīng)驗(yàn)曲線，按照奧氏體鑄造不銹鋼的磁導(dǎo)率μ取值確定鐵素體最大允許百分比量F%;
d.根據(jù)b步驟求出的鉻當(dāng)量值GrE和c步驟確定的鐵素體最大允許百分比量F%，由謝夫列爾組織圖中找出鑄造奧氏體不銹鋼中鎳當(dāng)量最小控制值NiE ；
e.由步驟a中確定的C、Mn元素取值范圍內(nèi)分別取C元素值m、Si元素值n，代入經(jīng)驗(yàn)公式NiE=e%Ni+30Xm%C+0.5Xn%Mn中求出鎳元素值e。
[0005]上述無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方法，所述a步驟中奧氏體鑄造不銹鋼中形成鐵素體元素Cr、S1、Mo的取值控制范圍如下確定:Cr的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的下限值至1.04倍下限值；Si的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的0.5-0.7倍上限值;Mo的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的下限值至
1.1倍下限值。
[0006]上述無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方法，所述a步驟中奧氏體鑄造不銹鋼中形成奧氏體元素C、Mn的取值控制范圍如下確定:C的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的0.70倍上限值至上限值;Mn的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的0.6倍上限值至上限值。
[0007]本發(fā)明針對(duì)解決降低奧氏體鑄造不銹鋼的磁導(dǎo)率問(wèn)題，提出了一種奧氏體鑄造不銹鋼各化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制。該方法基于長(zhǎng)期研究、反復(fù)試驗(yàn)找出了奧氏體鑄造不銹鋼中鐵素體含量與磁導(dǎo)率的關(guān)系曲線，利用該曲線確定磁導(dǎo)率μ≤2.0時(shí)奧氏體鑄造不銹鋼中的鐵素體控制量；進(jìn)而綜合考慮各合金的作用，在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下給出形成鐵素體的Cr、S1、Mo等主要化學(xué)元素的控制范圍和形成奧氏體C、Mn等主要元素的控制范圍；進(jìn)一步依據(jù)謝夫列爾組織圖和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出奧氏體鑄造不銹鋼在磁導(dǎo)率μ ≤2.0時(shí)鎳Ni元素的控制下限。采用該方法優(yōu)化設(shè)計(jì)奧氏體鑄造不銹鋼各主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可在滿足奧氏體鑄造不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)的前提下減少昂貴的Ni元素用量，同時(shí)控制主要合金Cr用量，并生產(chǎn)出μ ≤ 2.0時(shí)奧氏體鑄造不銹鋼。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為鐵素體與磁導(dǎo)率的關(guān)系曲線圖；
圖2為謝夫列爾組織圖(schaeffer diagram圖)。
【具體實(shí)施方式】
[0009]按照不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)要求，不同牌號(hào)的奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素都有其規(guī)定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制范圍，本發(fā)明針對(duì)一些奧氏體鑄造不銹鋼對(duì)磁導(dǎo)率的特殊要求，在符合標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下優(yōu)化奧氏體鑄造不銹鋼各化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍，使其達(dá)到磁導(dǎo)率μ ^ 2.00同時(shí)考慮到奧氏體鑄造不銹鋼的制造成本，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求且滿足μ <2.0的條件下盡可能的減少昂貴的鎳Ni元素用量。以下以ASTM Α351 CF8M奧氏體鑄造不銹鋼為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法予以詳述。
[0010]ASTM Α351 CF8M奧氏體鑄造不銹鋼的化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)要求為C≤0.08 % ;Si ≤1.50% ； M η ≤ 1.50% ；Ρ ≤0.04% ；S ≤0.04% ；Ni9.00-12.00% ；
Crl8.00-21.00%； Mo2.00-3.00%。其主要化學(xué)元素中形成鐵素體元素為Cr、S1、Mo，形成奧氏體元素為N1、C、Mn。由于鐵素體為鐵磁性，奧氏體為順磁無(wú)磁性，所以降低奧氏體鑄造不銹鋼的磁導(dǎo)率需要降低其鐵素體含量，提高奧氏體含量，而降低鐵素體含量則應(yīng)控制形成鐵素體元素。本發(fā)明方法的第一步是確定奧氏體鑄造不銹鋼中形成鐵素體元素Cr、S1、Mo的取值控制范圍及形成奧氏體元素C、Mn的取值控制范圍，其原則為:將形成鐵素體的元素控制在接近標(biāo)準(zhǔn)的下限值，將形成奧氏體的元素控制在接近標(biāo)準(zhǔn)的上限值，此外還要考慮到化學(xué)元素的脫氧性能、冶煉波動(dòng)等因素的影響。形成鐵素體元素Cr、S1、Mo的取值控制范圍如下確定:Cr的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的下限值至1.04倍下限值；Si的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的0.5-0.70倍上限值(由于Si具有脫氧作用，故Si元素的控制量不宜過(guò)低)；Mo的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的下限值至1.1倍下限值。形成奧氏體元素C、Mn的取值控制范圍如下確定:C的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的0.70倍上限值至上限值;Mn的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的0.60倍上限值至上限值。由此，確定ASTM A351 CF8M奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素控制范圍為:C 0.56-0.08%, Si 0.75-1.05%, Mo 2.00-2.20%,Crl8.00-18.72% ；Mn 0.9-1.5%。
[0011]本發(fā)明方法的第二步是求出鉻當(dāng)量值GrE。由第一步中確定的Cr、S1、Mo等元素取值范圍內(nèi)分別取值,代入經(jīng)驗(yàn)公式:GrE=a%Cr+b%Mo+l.5Xc%Si+0.5d%Nb中。本例對(duì)于ASTMA351 CF8M奧氏體鑄造不銹鋼，Cr元素取值a為18.5，Mo元素取值b為2.18,Si元素取值c 為 0.75。則由經(jīng)驗(yàn)公式:GrE=18.5%+2.18%+1.5X0.75%+0.5X0=21.81%。[0012]本發(fā)明的第三步是根據(jù)鐵素體與磁導(dǎo)率的關(guān)系曲線圖，按照奧氏體鑄造不銹鋼的磁導(dǎo)率μ取值確定鐵素體最大允許百分比量F%。鐵素體與磁導(dǎo)率的關(guān)系曲線圖是本發(fā)明經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析歸納總結(jié)而得出的。參看圖1，若實(shí)現(xiàn)不銹鋼的磁導(dǎo)率μ <2.0，則鐵素體在奧氏體不銹鋼中含量< 10%，即當(dāng)磁導(dǎo)率μ =2.0時(shí)鐵素體最大允許百分比量為10%。
[0013]本發(fā)明方法第四步是將已求出的鉻當(dāng)量值GrE和第三步確定的鐵素體最大允許百分比量？%，由謝夫列爾組織圖中找出鑄造奧氏體不銹鋼中鎳當(dāng)量最小控制值NiE。參看圖2，根據(jù)計(jì)算的GrE=21.81%，磁導(dǎo)率μ =2.0時(shí)鐵素體在奧氏體不銹鋼中含量=10%的條件，由謝夫列爾組織圖中查出NiE值為12.3%。
[0014]本發(fā)明方法的第五步是根據(jù)NiE值由經(jīng)驗(yàn)公式NiE=e%Ni+30Xm%C+0.5Χη%Μη中求出鎳元素值。由第一步中所確定的ASTM Α351 CF8M奧氏體鑄造不銹鋼中奧氏體形成元素控制范圍C 0.056-0.08%,Mn 0.9-1.5%取值，C元素取值m為0.065，Mn元素取值η為0.90，則由經(jīng)驗(yàn)公式 12.3% = e%Ni+30X0.065%+0.5X0.90% 得出:Ni= 9.9%(此值是在前幾步已經(jīng)確定其它化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上保證磁導(dǎo)率μ =2.0時(shí)鎳元素的最小取值)。
[0015]經(jīng)過(guò)上述五個(gè)步驟得出ASTM Α351 CF8M奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 C 0.65% ; Si 0.75%； M η0.90%；P ^ 0.04% ；S ( 0.04%；Ni 9.9%； Crl8.50%；Mo 2.20%，按上述質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以保證ASTM A351 CF8M奧氏體鑄造不銹鋼在盡量減少Ni用量的同時(shí)保證μ =2.0。
[0016]以下提供按照本發(fā)明方法確定的幾種無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)值的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方法，其特征在于它按照下述步驟進(jìn)行: a.根據(jù)不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)要求的奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，確定奧氏體鑄造不銹鋼中形成鐵素體元素Cr、S1、Mo的取值控制范圍及形成奧氏體元素C、Mn的取值控制范圍； b.由步驟a中確定的Cr、S1、Mo等元素取值范圍內(nèi)分別取Cr元素取值a、Si元素取值b、Mo元素取值C、Nb元素取值d，代入經(jīng)驗(yàn)公式:GrE=a%Cr+b%Mo+l.5Xc%Si+0.5d%Nb中求出鉻當(dāng)量值GrE ； c.依據(jù)經(jīng)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析歸納得出的鐵素體與磁導(dǎo)率的關(guān)系經(jīng)驗(yàn)曲線，按照奧氏體鑄造不銹鋼的磁導(dǎo)率μ取值確定鐵素體最大允許百分比量F%; d.根據(jù)b步驟求出的鉻當(dāng)量值GrE和c步驟確定的鐵素體最大允許百分比量F%，由謝夫列爾組織圖中找出鑄造奧氏體不銹鋼中鎳當(dāng)量最小控制值NiE ； e.由步驟a中確定的C、Mn元素取值范圍內(nèi)分別取C元素值m、Si元素值n，代入經(jīng)驗(yàn)公式NiE=e%Ni+30Xm%C+0.5Xn%Mn中求出鎳元素值e。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方法，其特征在于:所述a步驟中奧氏體鑄造不銹鋼中形成鐵素體元素Cr、S1、Mo的取值控制范圍如下確定:Cr的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的下限值至1.04倍下限值；Si的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的0.5-0.7倍上限值;Mo的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的下限值至1.1倍下限值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)磁奧氏體鑄造不銹鋼主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方法，其特征在于:所述a步驟中奧氏體鑄造不銹鋼中形成奧氏體元素C、Mn的取值控制范圍如下確定:C的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的0.70倍上限值至上限值;Mn的取值控制范圍為不銹鋼化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)中的0.60倍上限值至上限值。
【文檔編號(hào)】C22C38/44GK103924160SQ201310527063
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】范修謙, 唐永蓉, 袁建強(qiáng), 孫偉濤 申請(qǐng)人:保定風(fēng)帆精密鑄造制品有限公司