[发明专利]一种铬‑锰‑氮奥氏体不锈钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢技术领域，尤其是一种铬-锰-氮奥氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术

一般奥氏体不锈钢均含有一定镍，镍是奥氏体化的主要元素之一，其主要的作用是形成并稳定奥氏体，使不锈钢获得良好的强度、塑性和韧性。奥氏体不锈钢的生产需要消耗大量的镍元素，镍是一种较稀缺且价格昂贵的稀有元素，不利于节约资源型材料的发展，且镍元素具有潜在的致敏作用，对生物体具有致畸、致癌等危害。因此发展以其他元素代替镍或减少镍含量的低镍和无镍奥氏体不锈钢不仅有利于降低成本，还可提高不锈钢的使用安全性。铬锰氮系列不锈钢以Mn-N代替Ni，材料成本显著降低。

中国专利CN200610051695.1、CN200710163986.4、CN200710146063.8、CN200610103367.1、CN201310281613.2、CN201310281614.7等公布了采用锰-氮等代替镍的奥氏体不锈钢制备方法，其中镍含量在0.5％-3.5％之间，这些技术在一定程度上降低了奥氏体不锈钢中的镍含量，但仍然含有少量的镍。目前商用铬-锰-氮不锈钢大多含有少量镍，如0Cr18Mn13Ni3N，由于此类合金是采用单一熔炼对氮的含量控制达不到更高要求，所以含有少量的镍，表现抗拉强度和耐蚀性不够理想。

因此，有必要提供一种无镍而氮含量达到理想要求，强度性能又优于现有商业合金，特别是适用于铸造用的母合金，以解决现有商业铬-锰-氮不锈钢存在的许多缺陷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种不含镍的铬-锰-氮奥氏体不锈钢及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铬-锰-氮奥氏体不锈钢，其特征在于，按重量比计其化学成分包括：

余量为Fe和不可避免杂质。

优选的，所述的不可避免杂质包括磷(P)和硫(S)，按不锈钢总质量计，其中P≤0.035％，S≤0.030％。

优选的，所述的不锈钢还包含占不锈钢总质量0.5-1.5％的钒(V)。

优选的，所述的不锈钢还包含占不锈钢总质量1.0-2.5％的铌(Nb)。

一种制备上述铬-锰-氮奥氏体不锈钢的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将制备上述不锈钢的原料投入非真空中频感应炉中进行熔炼，得到钢液；

(2)将经过步骤(1)熔炼得到的钢液转入氩氧炉(AOD)中吹炼；

(3)将经过步骤(2)吹炼后的钢液转入中间包中，通过水平连铸法，将钢液拉成直径为100mm的母合金圆棒；

(4)将经过步骤(3)连铸得到的母合金圆棒转入中频感应炉中重新熔炼后，精密铸造成各种铸件毛坯。

优选的，经过步骤(1)熔炼得到的钢液的化学成分按重量比计包含碳(C)0.50-0.70％，硅(Si)≤0.25％，锰(Mn)9.0-12.0％，铬(Cr)18.5-23.5％，氮(N)0.4-0.8％，钼(Mo)0.75-1.85％，钒(V)0.5-1.5％，铌(Nb)1.0-2.5％，余量为Fe与不可避免杂质。

优选的，步骤(1)中熔炼时间为135-140min，温度为1480-1580℃，常压。

优选的，步骤(2)钢液吹炼过程中，需要控制铬、锰、氮的含量。

优选的，步骤(2)中吹炼时间为15-20min。

优选的，步骤(4)的母合金圆棒在中频感应炉内，加热到1030±10℃，急冷固溶处理。

本发明是以锰和氮元素进行合金化，使之形成单一的奥氏体组织结构，同时由于氮的固溶强化可以提高该合金的强度，适宜制造承受较重负荷而具有一定耐蚀性的各种铸造件。氮是使合金奥氏体化的重要金属元素之一，其抑制铁素体形成的能力为镍的30倍，用锰合金化不可能获得完全奥氏体组织，只有它们的综合合金化作用才能形成稳定奥氏体基体。

奥氏体不锈钢铸件通常是在较高应力条件下使用的，为了提高铸件的使用寿命，本发明还添加了铌和钒。铌可以提高合金强度(Mpa)，它在合金中能够固定碳，起沉淀硬化作用，从而提高合金的蠕变性能，同时铌也具有细化晶粒作用，因而也可以提高合金的冲击韧性。由于铌通过细小碳化物颗粒的弥散分布，在奥氏体合金中，可以防止氧化介质对晶格间腐蚀。

钒是强碳化及氮元素形成元素，与碳形成碳化物颗粒弥散分布，提高合金的蠕变性和持久性，使铸件产品在具备较高强度的同时由于晶粒细化，保持较好的塑韧性。