[发明专利]一种高韧性无镍铁素体不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于合金钢领域，主要涉及高韧性无镍铁素体不锈钢及其制造方法。

背景技术

铁素体不锈钢由于不含或含有少量的贵重金属镍，故相对于镍含量较高的奥氏体不锈钢而言，合金成本低，再加上其本身固有的一些特点如耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等局部腐蚀性能优良，目前已广泛应用于民用和工业上。

但是，其也存在一些缺点和不足，如室温、低温韧性差等，突出表现在Cr＞16％的铁素体不锈钢上，影响了中、高铬铁素体不锈钢的扩大应用。

在中铬铁素体不锈钢中，用量最大的牌号是不含镍的SUS430铁素体不锈钢；一般用于制作家用电器、化工设备用酸槽、输送管道等部件。但由于其碳、氮含量较高，在铁素体中的溶解度非常低，因此难以防止碳、氮化合物的析出，导致钢的韧性差(室温、低温韧性)，易脆断，且钢材使用厚度受限制，一般不允许超过4mm，造成部件在低温条件下使用寿命短，不能满足气候寒冷的地区用于化工设备用酸槽、输送管道等要求。

目前，提高铁素体不锈钢韧性(室温、低温韧性)，扩大厚度使用范围，延长产品使用寿命的方法，通常采用最大限度地降低碳、氮等间隙元素，或者在控制钢中C+N总量的同时，添加适量的镍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性无镍铁素体不锈钢及其制造方法，可明显延长低温条件下的使用寿命，相对超低碳、氮和含镍的铁素体不锈钢而言性价比高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种高韧性无镍铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：

C      0.03～0.08

Si     ≤1.0

Mn     ≤1.0

S      ≤0.030

P      ≤0.035

Cr     16～20

N      0.01～0.03

[O_T]   ≤0.0050

稀土RE 0.02～0.1

余量为Fe和不可避免杂质。

在上述化学成份中，铬是使铁素体不锈钢具有铁素体组织并具有良好耐腐蚀性的合金元素。铁素体不锈钢在氧化性介质中，铬能使不锈钢的表面上迅速生成氧化铬(Cr₂O₃)的钝化膜。铁素体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得是由于在介质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。铬对铁素体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性。主要表现在铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能；铬还提高钢耐局部腐蚀，比如晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀以及某些条件下应力腐蚀的性能。本发明属于中铬级别铁素体不锈钢，铬保持在16～20％。

碳和氮，在铁素体不锈钢中是不受欢迎的，但又没有办法完全避免。铁素体中碳和氮，除了能使钢强化外，铁素体不锈钢的所有缺点，例如，脆性转变温度高，室温、低温韧性差，焊后耐蚀性下降等都与钢中的碳、氮有关，碳和氮之所以没有办法完全避免是因为大气中含有很高的氮，且炼钢用原材料铬、废钢等中也含有碳，在冶炼过程中虽然能够去除部分和大部分碳和氮，但若要完全去除则是非常困难的，且钢中碳、氮越低，铁素体不锈钢成本越高，综合考虑，控制(C+N)≤0.06～0.08％。

除了碳、氮外，含稀土铁素体不锈钢中氧含量，不仅对韧性有影响，且使钢的脆性转变温度升高。更重要的是为了有效发挥稀土元素的作用，氧含量严格要求控制在[O_T]≤0.005％。如[O_T]大于0.005％，则相应稀土加入量增加；同时会引起钢中夹杂物总量增加，影响钢的洁净度，导致韧性下降。

本发明添加的稀土RE合金量控制在0.02～0.1％的范围，可获得具有良好室温、低温冲击韧性的无镍含稀土铁素体不锈钢。在铁素体不锈钢中微量稀土元素通过大量吸附碳原子，使铁素体不锈钢析出碳化物的总量减少，同时通过变质夹杂物，使裂纹源区的断口形貌发生了变化，从而提高钢的冲击韧性。如在[O_T]控制≤0.005％、硫控制≤0.030％条件下，过多的加入稀土，会与钢的基体发生反应，形成铁铈脆性相，同时会引起钢中夹杂物总量增加，影响钢的洁净度，导致韧性下降。

本发明高韧性无镍铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤，