一种低镍奥氏体不锈钢以及该钢的用途的制作工艺流程

　　专利名称：低镍奥氏体不锈钢以及该钢的用途的制作方法

　　技术领域：

　　本发明涉及一种高度可成形的低镍奥氏体不锈钢，与市场上现有的低Ni奥氏体不锈钢种相比，其具有高的抗延迟开裂性。本发明还涉及该钢在由加工方法制造的金属产品中的用途。

　　背景技术：

　　镍价格的高起伏增加了人们对Cr-Ni合金化的奥氏体不锈钢的低镍和无镍替代品的兴趣。以下在描述元素含量时，如果未作另外说明，则所述含量为重量％。锰合金化的200系列奥氏体不锈钢通常具有与Cr-Ni合金化的300系列钢种大体上相等的成形能力，并且它们的其它性质是相当的。但是，大部分锰合金化的钢种，特别是那些具有0% -5%的特别低镍含量的钢种，易于发生延迟开裂现象，这阻碍了它们在需要重度深拉延操作的应用中的使用。目前可用的低镍钢种的另一个缺点是为了确保完全的奥氏体晶体组织，它们具有降低的铬含量。例如，具有约I %镍的低镍钢种通常仅含有15%的铬，这损害了它们的耐腐蚀性。低Ni的Mn合金化钢种的一个例子是钢种AISI 204 (UNS S20400)，其可通过用铜(Cu)合金化以改性方式制成。根据标准ASTM A 240-0%和EN指定等级I. 4597，所述新的铜合金化材料在标准中被命名为S20431。这些钢广泛用于家用器具、浅锅和平底锅以及其它消费产品。然而，目前可用的钢非常容易发生延迟开裂，因此不能用于材料经受深拉延的应用。已经提出了一些具有降低的镍含量的奥氏体不锈钢种，其被设计用以抵抗延迟开裂。GB专利1419736公开了一种具有低的延迟开裂敏感性的不稳定奥氏体不锈钢，其基于低的C和N含量。然而，所讨论的钢具有规定为6. 5%的最小Ni含量，从而有损钢的成本效

　　Mo国际公开W095/06142公开了一种奥氏体不锈钢,通过限制C和N的含量并且通过控制描述所述钢的奥氏体稳定性的Md3tl温度使其抵抗延迟开裂。然而，该国际公开的钢中含有最低6%的镍，因此没有成本效益。EP专利2025770公开了一种镍降低的奥氏体不锈钢，通过控制Md3tl温度使其抵抗延迟开裂。然而，该EP专利的钢含有最低3%的镍，从而降低了该钢的成本效益。另外，已提出许多合金以便寻找关于常规的Cr-Ni合金化钢种的成本有效的替代品。然而，现有合金均不兼具低的镍含量(约1% )和高的抗延迟开裂性。例如，EP专利0694626公开了一种含有I. 5-3. 5%镍的奥氏体不锈钢。这种钢含有9-11%的锰，然而这可能损害钢的表面品质和耐腐蚀性。US专利6274084公开了一种含1-4%镍的奥氏体不锈钢。US专利3893850公开了一种不含镍的奥氏体不锈钢，它含有至少

　　8.06%的锰和不超过0. 14%的氮。EP专利0593158公开了一种奥氏体不锈钢，其含有至少

　　2.5%的镍，因此不具有最佳的成本效益。此外，上述钢均未被设计用于抵抗延迟开裂，这限制了它们在需要进行苛刻的成形操作的应用中的使用。

　　发明内容

　　本发明的目的是消除现有技术的一些缺点，以及提供一种低镍奥氏体不锈钢，所述钢相较于目前市售的低镍不锈钢，具有显著更低的延迟开裂敏感性。通过仔细设计的钢的化学组成来确保对延迟开裂的抵抗性，所述钢表现出奥氏体稳定性以及碳和氮含量的最优组合。本发明的目的还在于所述钢在通过加工方法制造的金属产品中的用途，在所述方法中可能发生延迟开裂。在所附权利要求书中列出本发明的基本特征。本发明的奥氏体不锈钢的优选化学组成如下(按重量％ )0. 02-0. 15% C0. 1-2% Si7-15% Mn

　　14-19% Cr0. 1-4% Ni0. 1-3% Cu0. 05-0. 35% N,其余为铁和不可不避免的杂质。本发明的钢可任选地含有下组中的至少一种最多3%的钥(Mo)，最多0. 5%的钛(Ti)，最多0. 5%的铌(Nb)，最多0. 5%的钨(W)，最多0. 5%的钒(V)，最多50ppm的硼(B)和/或最多0.05%的铝(Al)。本发明的钢表现出如下性能 屈服强度 Rp(l.2%高于 260MPa， 极限拉伸强度Rni高于550MPa， 断裂延伸率A8tlmm高于40 %， 耐点蚀当量 PRE(PRE=% Cr+3. 3% Mo+16% N)高于 17。本发明钢表现出如下性能在深拉延中实现高达至少2. 0或甚至更高的拉延比而不发生延迟开裂。拉延比被定义为具有变化直径的圆形坯料与深拉延操作中使用的具有恒定直径的冲头的直径比值。本发明的奥氏体不锈钢可用于抵抗通过深拉延(de印drawing)、拉伸成形、弯曲、旋压(spinning)、液压成形和/或轧制成形或这些加工方法的任意组合而制造的金属产品中的延迟开裂。下面对本发明奥氏体不锈钢中元素的作用和按重量％计的含量进行描述碳(C)是有价值的奥氏体形成和稳定元素，其使得能够减少使用昂贵的元素Ni、Mn和Cu。碳合金化的上限是由碳化物析出的风险而定，所述碳化物析出会使钢的耐腐蚀性劣化。因此，碳含量应当被限制在低于0. 15%，优选低于0. 12%，且适宜地低于0. 1%。通过脱碳工艺将碳含量降低至低水平是不经济的，因此碳含量应当不低于0. 02%。将碳含量限制在低水平也增加了对其它昂贵奥氏体形成剂和稳定剂的需要。在熔炼车间中将硅(Si)加入不锈钢以用于脱氧目的，并且硅不应低于0. 1%。由于硅是铁素体形成元素，因此其含量必须被限制在低于2%，优选低于I %。锰(Mn)是本发明钢的关键元素，其确保稳定的奥氏体晶体结构并且使得能够减少较昂贵的镍的使用。锰还增加氮向钢中的溶解度。为了利用尽可能低的镍合金化来实现完全奥氏体且足够稳定的晶体结构，锰含量应当高于7%。高锰含量使钢的脱碳工艺较为困难，损害表面品质，并且降低钢的耐腐蚀性。因此，锰含量应低于15%，优选低于10%。铬(Cr)有助于确保钢的耐腐蚀性。铬还稳定奥氏体组织，因此对于避免延迟开裂现象是重要的。因此，铬含量应当最少为14%。在此水平上增加含量，可提高钢的耐腐蚀性。铬是铁素体形成元素。因此，增加铬含量会增加对昂贵的奥氏体形成剂Ni、Mn、Ni的需要或者使得需要不切实际高的C和N含量。因此，铬含量应当低于19%，优选低于17. 5%。镍(Ni)是一种强的奥氏体形成剂和稳定剂。但是它是昂贵的元素，因此为了维持本发明钢的成本效益，镍合金化的上限应当为4%。优选地，为进一步提高成本效益，镍含量应当低于2%，适宜地为1.2%。非常低的镍含量将使得需要与其它奥氏体形成和稳定元素进行不切实际的高合金化。因此，镍含量应当优选高于0. 5 %，且更优选高于I %。铜(Cu)可用作镍的较廉价替代物，作为奥氏体形成剂和稳定剂。由于热延展性的损失，铜含量不应高于3%。优选地,铜含量不应超过2. 4%。氮(N)是一种强的奥氏体形成剂和稳定剂。因此，氮合金化由于能够降低镍、铜和锰的使用从而提高了本发明钢的成本效益。为了确保上述合金化元素的合理低使用，氮含量应当至少为0. 05%，优选高于0. 15%。高的氮含量增加钢的强度，因此使成形操作较为困难。此外，随着氮含量的增加，氮化物析出的风险增加。出于这些原因，氮含量不应超过

　　0.35%,氮含量优选应低于0. 28%。钥(Mo)是任选的元素，可添加钥用于提高钢的耐腐蚀性。但是由于成本高，钢中的Mo含量应低于3%。参照以下附图

　　，对本发明进行更详细的描述，其中图I就碳和氮含量的总和(C+N)以及测得的Md3tl温度说明了本发明钢的化学组成范围，图2示出了对于本发明钢，表I中的合金2的显微组织，图3示出了由本发明钢(合金I)深拉延的杯状物，图4示出了由本发明钢(合金2)深拉延的杯状物，图5示出了由含I. I %镍的常规钢深拉延的杯状物。除了上述的各个合金化元素的范围，应对Md3tl温度与钢中碳和氮含量的总和(C+N)的组合进行调整，以使该组合处在图I中区域ABCD所限定的区域内。图I中的点AB⑶具有如下值

　　权利要求

　　1.具有高抗延迟开裂性的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于，所述钢按重量％计含有0. 02-0. 15% 的碳，7-15% 的锰，14-19% 的铬，0. 1-4% 的镍，0. 1-3% 的铜，0. 05-0. 35% 的氮，所述钢的余量为铁和不可避免的杂质，并且在不发生延迟开裂的情况下所述钢在深拉延中实现了至少2.0的拉延比，并且就碳含量和氮含量的总和(C+N)以及测量的Md3tl温度而言，化学组成范围处在由点ABCD限定的区域内，点ABCD具有如下值

　　2.根据权利要求I的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于所述钢含有15-17.5%的铬。

　　3.根据权利要求I或2的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于所述钢含有7-10%的锰。

　　4.根据权利要求1、2或3的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于所述钢含有1-2%的镍。

　　5.根据前述权利要求中任一项的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于所述钢含有0.1-2. 4% 的铜。

　　6.根据权利要求I的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于所述钢任选地含有如下组中的至少一种最多3%的钥，最多0. 5%的钛，最多0. 5%的铌，最多0. 5%的钨，最多0. 5%的钒，最多50ppm的硼和/或最多0. 05%的招。

　　7.根据前述权利要求中任一项的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于屈服强度Rpa2高于260MPa，且极限抗拉强度Rni高于550MPa。

　　8.根据前述权利要求中任一项的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于断裂延伸率A8tl■高于40%。

　　9.根据前述权利要求中任一项的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于耐点蚀当量PRE高于17。

　　10.根据前述权利要求中任一项的低镍奥氏体不锈钢，其特征在于，在不发生延迟开裂的情况下所述钢在深拉延中实现至少2. 0的拉延比，并且就碳含量和氮含量的总和(C+N)以及Md3tl温度而言，化学组成范围处在由点DEFG限定的区域内，点DEFG具有如下值

　　11.具有高抗延迟开裂性的低镍奥氏体不锈钢的用途，其特征在于，所述钢按重量％含有 0. 02-0. 15% 的碳，7-15% 的锰，14-19% 的铬，0. I-4% 的镍，0. 1_3% 的铜，0. 05-0. 3% ^氮，所述钢的余量为铁和不可避免的杂质，其用于抵抗通过深拉延、拉伸成形、弯曲、旋压、液压成形和/或轧制成形或这些加工方法的任意组合而制造的金属产品中的延迟开裂。

　　全文摘要

　　本发明涉及一种具有高抗延迟开裂性的低镍奥氏体不锈钢以及所述钢的用途。所述钢按重量％含有0.02-0.15％的碳，7-15％的锰，14-19％的铬，0.1-4％的镍，0.1-3％的铜，0.05-0.3％的氮，所述钢的余量为铁和不可避免的杂质，并且就碳含量和氮含量的总和(C+N)以及测量的Md30温度而言，化学组成范围在由点ABCD限定的范围内，点ABCD具有如下值

　　文档编号C22C38/54GK102985579SQ201180022905

　　公开日2013年3月20日 申请日期2011年4月18日 优先权日2010年5月6日

　　发明者J·塔罗奈恩, T·陶拉夫尤里, S·柯杜库拉 申请人:奥托库姆普联合股份公司