[发明专利]一种高强韧高氮奥氏体不锈钢

说明书

技术领域

    本发明涉及一种高强韧高氮奥氏体不锈钢，属于钢铁合金材料技术领域。

背景技术

近年来，氮作为钢的合金化成分已日益受到重视，高氮奥氏体不锈钢优异的力学性能、组织稳定性和耐腐蚀性能使其成为一种应用前景非常广阔的新型钢铁材料。

国外学者将高氮钢定义为含氮量超过在常规条件下钢中所能达到的极限氮含量的钢。在不同的基体组织中氮含量的范围不同：在铁素体基体中，氮的质量分数≤0.08％；在奥氏体基体中，氮的质量分数≤0.4％，超过此氮含量就可以称为高氮钢。

氮在不锈钢中的作用主要体现在对不锈钢基体组织、力学性能和耐蚀性三方面的影响。研究表明，氮是一种非常强烈地形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，在不锈钢中可代替部分镍，降低钢中的铁素体含量，使奥氏体更稳定，防止有害金属间相的析出，甚至在冷加工条件下可避免出现马氏体转变。氮对不锈钢力学性能的影响主要表现在：氮在显著提高不锈钢强度的同时，并不降低材料的塑韧性；氮能提高不锈钢的抗蠕变、疲劳、磨损能力和屈服强度。氮作为改善耐蚀性的元素可在蚀孔内形成NH₄⁺，消除产生的H⁺，抑制PH值降低，从而能抑制点蚀的发生和蚀孔内金属的溶出速度，改善局部腐蚀性能。

传统的304和316奥氏体不锈钢在室温下具有良好的塑性，但强度偏低，而常用的高温奥氏体不锈钢20Cr25Ni20、16CR25Ni20Si2等在高温下的塑性良好，强度也偏低，难以满足日益提高的性能要求。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种高强韧高氮奥氏体不锈钢。

    本发明的高强韧高氮奥氏体不锈钢，具有以下成分及其质量百分比：

  Cr：15~21%        Mn：13~19%

  N：0.50~0.95%      Ni：0~3%

  C：0.1~0.15%       Si：0.5~1.5%

  B：0.001~0.04%      S：＜0.03%

  P：＜0.03%        Mo：0.5~2%

 Nb：0.01~0.05%     Ti：0.01~0.05%    Al：0.05~0.15%

   余量为Fe和不可避免的杂质。

   所述不锈钢的优选成分质量配比为：

  Cr：17~18%        Mn：16~17%

  N：0.70~0.90%      Ni：1.4~1.5%

  C：0.1~0.12%       Si：0.8~0.9%

  B：0.03~0.04%      S：＜0.03%

  P：＜0.03%        Mo：1.0~1.2%

  Nb：0.04~0.05%     Ti：0.04~0.05%   Al：0.10~0.15%

   余量为Fe和不可避免的杂质。

    以下介绍本发明的合金钢中各元素的特点：

    C：碳在奥氏体中有较高的溶解度，可以稳定奥氏体并起到强化作用。

    Cr：铬是奥氏体不锈钢中的主要合金元素，它的主要作用是提高耐腐蚀性能。由于铬使铁基固溶体的电极电位提高和铬吸收铁的电子使铁钝化这两种原因，促使其内部的矛盾运动向着有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展，所以加铬后，不锈钢的耐腐蚀性能够极大地提高。

Mn：增加奥氏体稳定性，且可以强化奥氏体基体，在含量较高时，与氮共同作用，更容易获得全奥氏体组织，且锰降低层错能，使高氮钢具有非常突出的形变强化能力。

N：氮是非常强的促进奥氏体形成的元素，可以促使不锈钢形成奥氏体组织。它可以取代部分昂贵的Ni。它能够提高奥氏体不锈钢的强度，但是并不会显著降低其塑性、韧性。氮还能提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀性能。向钢中加入氮元素可以在减少镍用量的同时稳定奥氏体组织，既可显著降低原材料成本，又能保持奥氏体不锈钢的优异性能。氮的加入除了提高奥氏体不锈钢的强度以外，还提高了材料的加工硬化能力、疲劳性能、耐磨性能以及蠕变性能。