[发明专利]耐磨耐蚀高氮高锰奥氏体不锈钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种奥氏体不锈钢，特指一种耐磨耐蚀高氮高锰奥氏体不锈钢。

背景技术

奥氏体不锈钢是最重要的一类不锈钢，钢号众多，其使用量和生产量占不锈钢总用量及产量的绝大多数。多年来，国内外使用最广泛的是镍铬不锈钢，其镍含量较高，但是这样的不锈钢有两个比较严重的问题。首先是其奥氏体的微观组织硬度、强度偏低，所以，限制其广泛的使用；其次，由于镍和铬元素的地矿藏量相对较少，尤其是镍，是非常昂贵的“战略资源”，所以制取成本很高。因此，各国开展了大量的研究来解决这些问题。首先，提高奥氏体不锈钢的强度，人们开展了奥氏体不锈钢中掺杂氮的研究，发现氮不但可以稳定奥氏体组织，还可以极大地提高奥氏体钢的强度，其作用比碳及其他合金元素强，氮减少奥氏体密排面上不全位错，限制了含间隙杂质原子团的Splintered位错运动；掺杂氮同样可以提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀、如晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀。最初由于钢铁冶炼条件的限制，在常压下能加入的氮浓度比较低，因此氮在奥氏体不锈钢中的作用不明显。随着加压冶金技术的发展，氮作为强烈间隙元素，以廉价、易得等特点再次引起人们的注意。仅从1988年到1995年，高氮钢的国际性会议便召开了6次。日前高氮钢的研究在日本、瑞典、德国、法国和俄罗斯等国家迅速发展。国内对控氮型和中氮型奥氏体不锈钢的研究、开发作了大量工作，对高氮型奥氏体不锈钢的研究工作还刚刚开始。其次，目前学术界和产业界开展了高锰低镍、高锰无镍钢的研究，首先，该类钢可以极大地减少镍的用量，所以能够降低成本；其次，氮的溶解度会随合金中铬和锰含量的增加而增大，因此高的锰含量可以提高氮在奥氏体中的固溶度。因而用锰取代镍作为主要的奥氏体化合金元素是必然趋势。锰和氮的共同作用，可以稳定奥氏体组织并提高材料的强度，提高其耐磨损性能，而且其耐蚀性不受影响。因此，耐磨耐蚀高锰奥氏体不锈钢具有优异的性能，将会得到越来越广泛的重视。

最近也出现了一些奥氏体不锈钢的设计及专利，如专利号为200510063018.7提到的“少镍奥氏体不锈钢”含有较低含量的锰，不含氮，因此其抗拉强度等力学性能较低；专利号为200410041285.X公布的“一种奥氏体不锈钢”，这种钢虽然降低了镍成分，但是其抗拉强度等力学性能有所减弱；专利号为01111434.7公布的“一种奥氏体不锈钢”，它含有一定量的Mo和Al，具有良好的耐酸碱腐蚀性能，但是，其缺点是强度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良耐磨、耐蚀性能、成本低廉、综合力学性能良好、使用温度范围宽的高氮高锰奥氏体不锈钢。

耐磨耐蚀高氮高锰奥氏体不锈钢，其特征在于：按质量分数计算，包含以下组分：0.40～0.65％的N、≤0.05％的C、18.0～25.0％的Mn、0～3.50％的Ni、18.00～20.00％的Cr、≤0.05％的S、≤0.05％的P、≤1.00％的Si、余量为Fe。

优选含量为：

①0.50～0.65％N、≤0.05％C、22.00～25.00％Mn、1.00～3.50％Ni、18.00～20.00％Cr、≤0.05％S、≤0.05％P、≤1.00％Si、余量为Fe。

确定上述主要化学成分范围的理由如下：

1.锰：锰是奥氏体形成元素，具有强烈的稳定奥氏体组织的作用，并且提高氮在钢中的溶解度。在节镍奥氏体不锈钢中，锰是非常重要的合金元素之一，常与镍等元素共同加入到钢中，以节约镍或取代镍。

2.铬：铬是不锈钢中最重要的元素，是钢获得不锈性、抗蚀性的重要元素。本发明的奥氏体不锈钢的铬含量范围既保证钢有良好的不锈耐蚀性能，又保证获得奥氏体组织。

3.镍：镍是强烈的形成、稳定奥氏体组织并扩大奥氏体区的元素。但是镍降低了氮在合金中的溶解度，降低钢的热加工性能，而且恶化钢的生物相容性。因此，本发明的奥氏体不锈钢基本上无镍或含有少量的镍，目的是降低钢的制造成本，并且改善热加工性能，提高生物相容性。

4.氮：氮是非常强烈地形成并稳定奥氏体组织的元素，可以使得钢在低温下也保持奥氏体组织。氮在奥氏体不锈钢中可以代替部分镍，从而降低钢的制造成本。氮属于固溶强化元素，可以提高奥氏体不锈钢的强度但是并不显著损害钢的塑性和韧性。而且，氮的加入可以延缓碳化物的析出，从而使其耐晶间腐蚀性能得到提高。

5.碳：碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成、稳定并扩大奥氏体区的元素。但是碳含量过高影响钢的塑性，不利于冷加工，并且降低钢的耐蚀性能。