[发明专利]在焊接热影响区具有优异机械加工性及韧性的耐磨奥氏体钢及其生产方法

说明书

本发明提供一种在焊接热影响区具有优异机械加工性及韧性的耐磨奥氏体钢及其生产方法。所述奥氏体钢包含按重量％计的15％至25％的锰(Mn)，0.8％至1.8％的碳(C)，满足0.7C‑0.56(％)≤Cu≤5％的铜(Cu)，余量为铁(Fe)及其他不可避免的杂质，焊接热影响区在‑40℃下的夏比冲击值为100J或者更高。根据本发明，提供具有优异机械加工性的奥氏体钢，其中在焊接后的焊接热影响区内碳化物的形成得到抑制，以防止焊接热影响区的韧性降低，且耐腐蚀性得到改善，以使钢在腐蚀环境中长时间使用。

本申请是题为“在焊接热影响区具有优异机械加工性及韧性的耐磨奥氏体钢及其生产方法”的第201280070684.1号发明专利申请的分案申请。原申请对应国际申请PCT/KR2012/011535，申请日为2012年12月27日，优先权日为2011年12月28日。

技术领域

本公开涉及可用于各种应用中的奥氏体钢，更具体而言，涉及在焊接热影响区具有优异机械加工性(machinability)及韧性的耐磨奥氏体钢及其生产方法。

背景技术

奥氏体钢因其性能例如加工淬透性和非磁性而用于多种应用中。具体而言，尽管以铁素体或马氏体为主要微观结构的铁素体碳钢或马氏体碳钢已广泛应用，但由于铁素体碳钢或马氏体碳钢的性能局限性，因此奥氏体钢作为铁素体碳钢或马氏体碳钢的替代物的使用日益增加，从而克服铁素体碳钢和马氏体碳钢的缺点。

奥氏体钢的使用在许多要求钢材具有延展性、耐磨性及氢脆性(hydrogenembrittlement)的工业应用中稳步上升，所述工业应用例如磁悬浮铁路系统的轨道、普通电气设备和核聚变反应堆超导设备的非磁性结构部件、矿井中的采矿机器、普通的运输工具、胀管设备、泥浆管道、防酸气材料以及石油和天然气(石油)工业中用于开采、运输和存储的材料。

在相关技术领域中，奥氏体不锈钢AISI304(18Cr-8Ni)是一种典型的非磁性钢材。然而，由于这种奥氏体不锈钢因其具有低屈服强度而不适合用于结构部件，并且由于所述钢材含有大量相对昂贵的铬(Cr)和镍(Ni)而不具有经济性。具体而言，如果在奥氏体不锈钢中通过应变诱导相变(strain induced transformation)形成具有铁磁特性的铁素体，则奥氏体不锈钢就会转化成一种磁性材料，使其不适合用于一些要求具有稳定非磁性特性并且不会根据负载量变化的结构部件。也就是说，奥氏体不锈钢的应用受到限制。

此外，随着矿业、石油、天然气工业的发展，用于矿业、运输和炼油应用的钢材的磨损成了需要解决的难题。具体而言，尽管近来油砂(oilsand)确已发展成为一种非传统的石油来源，但是由包含油、碎石和沙子的泥浆所造成的钢部件的磨损成为增加油砂炼油生产成本的主要因素之一，因此，日益需要开发和具体实现具有高度耐磨性钢。在采矿行业，具有高度耐磨性的高锰钢(Hadfield steel)已被广泛使用。高锰钢是一种奥氏体钢，其中，随着形变的发生，发生微观结构向具有高度硬度的马氏体的转变。

通过增加锰和碳的含量，各种奥氏体钢的微观结构可保持为奥氏体。然而，在这种情况下，沿着奥氏体的晶边处，在高温下形成网状结构的碳化物，从而使奥氏体钢的性能、尤其是延展性变差。此外，在加热到高温并随后冷却的焊接部分(焊接热影响区)形成大量碳化物，因而焊接热影响区的韧性显著降低。

为了防止网状碳化物沉淀的形成，提出一种制造高锰钢的方法，所述方法通过在高温下对高锰钢进行固溶热处理(solution heat treatment)或热加工过程之后将高锰钢快速冷却至室温而进行。然而，如果通过所述提出的方法生产厚钢板，则通过快速冷却并不能足以实现防止碳化物沉淀的效果。另外，由于焊接热影响区的热历史的影响，因而无法阻止所述焊接热中的碳化物沉淀。

此外，既然奥氏体高锰钢的机械加工性因高加工淬透性而变差，那么切削工具的寿命变短，因此切削工具的成本增加。此外，由于需要频繁更换切削工具而使过程暂停时间增加。因此，生产成本会增加。

发明内容