[发明专利]高强度耐腐蚀奥氏体不锈钢合金及其制造方法

说明书

本发明公开了一种奥氏体不锈钢合金的制造方法，包括下列步骤：一持温熔炼步骤：将多个熔炼原料放置在一感应熔炼设备内，将感应熔炼设备中的空气抽出，再通入10~30大气压的氮气后，以一熔炼温度持温熔炼使该些熔炼原料熔融成高氮低镍含量的不锈钢熔汤，其中熔炼温度低于该不锈钢熔汤的浇铸温度，该些熔炼原料包括含铁材料、含钒材料、含铬材料、含钼材料、含硅材料、含镍材料及含锰材料；以及一不锈钢熔汤固化步骤：将不锈钢熔汤进行浇铸，以固化成一奥氏体不锈钢合金。本发明的感应熔炼设备只须在10~30大气压的氮气环境下以低于不锈钢熔汤的浇铸温度进行持温熔炼，可避免消耗大量氮气、降低制造成本以及避免在高压下进行熔炼所增加的制程危险性。

技术领域

本发明是有关于一种不锈钢合金及其制造方法，且特别是有关于一种高强度耐腐蚀奥氏体不锈钢合金及其制造方法。

背景技术

依据EN 10088-1的定义，钢中至少含有10.5 wt.%铬且含碳量不超过 1.2 wt.%时才称为不锈钢。不锈钢比一般钢材具更佳的抗腐蚀性及耐热性，在大气中可常保金属光泽。不锈钢耐腐蚀的原理是：铬在金属表面形成连续致密的氧化膜(俗称钝化膜)。此钝化膜可隔绝金属与外在环境的接触，所以具有耐腐蚀的功能。不锈钢表面钝化膜，可隔绝金属与外在环境的接触，与一般碳钢涂覆材料所不同的是，即使表面钝化膜遭外力刮伤后，仍可自行修复而生成新的表面钝化膜。而耐蚀能力与钝化膜的稳定性有关，这除了与不锈钢的化学成份有关外，还与腐蚀介质的种类、温度、压力、流速等有关。

奥氏体不锈钢合金主要是添加元素为铬、镍、锰，区分为200及300系。200系不锈钢与300系不锈钢同属奥氏体系(Austenitic series)。300系不锈钢保持奥氏体组织的方法为加镍，而200系则减少镍、铬含量，增加锰、氮含量，以维持奥氏体组织的稳定性。部份200系不锈钢会添加铜，除能稳定奥氏体组织，同时能提高材料成型性。

奥氏体不锈钢合金的特性应用：无法借热处理改变其机械性质 (无淬火硬化性)，但具有优良的延性及韧性，常施以低温加工，使其加工硬化增加强度和硬度。奥氏体不锈钢对一般性腐蚀(General Corrosion)抵抗大，但有粒间腐蚀(Inter-granularCorrosion)的缺点，其原因为 600～800℃的温度加热，使铬的碳化物再结晶粒子界析出所致。

由于镍的成分是作为降低该不锈钢的腐蚀速率，但是镍的价格较为昂贵，因此对新一代不锈钢材料而言，以氮代镍的资源节约型高氮低镍不锈钢合金则应运而生。高氮低镍含量的不锈钢合金仍具有高强度及低腐蚀速率。

高氮低镍奥氏体不锈钢合金是指不锈钢中的氮含量高于在大气下熔炼所制作出不锈钢中的氮含量，对以大气熔炼法所制作的奥氏体不锈钢而言，不锈钢中最大氮含量约在重量百分比0.05 wt.%左右。现今在工业生产，不锈钢熔炼制程均普遍使用电弧炉、感应炉、转炉、氧气氩气脱碳炉、或真空氧气脱碳炉(VOD炉)等设备在大气或低真空环境下熔制不锈钢。以大型VOD炉熔制不锈钢为例，是将氮气吹入炉体底部，以增加不锈钢氮含量。

再者，若需增加不锈钢氮含量，例如在熔炼制程中常添加含氮化合金，此方法最高可制作出氮含量约重量百分比0.7 wt.%的不锈钢材料。在高氮气压力下熔炼亦为一种增加不锈钢中氮溶解度有效的方法，Fe-Cr-Mn奥氏体不锈钢在高氮气压力下熔炼(氮气压力高达50大气压)可制作出氮含量为重量百分比0.8~1.5 wt.%或0.8~1.8 wt.%的不锈钢材料，但此种高压熔炼设备造价昂贵且生产时需消耗大量氮气，导致制造成本增加，而在高压下进行熔炼亦增加了制程的危险性。

因此，便有需要提供一种具有高氮低镍含量的高强度耐腐蚀奥氏体不锈钢合金，以解决前述的问题。

发明内容

本发明的一目的是提供一种高强度耐腐蚀奥氏体不锈钢合金的制造方法，其以低于不锈钢熔汤的浇铸温度进行持温熔炼。

依据上述的目的，本发明提供一种奥氏体不锈钢合金的制造方法，包括下列步骤：