[发明专利]高硅锰系奥氏体钢及制造方法

说明书

本发明属于奥氏体钢及制造方法，特别是利用高硅和中高锰合金元素制造高强度和高韧性、高温减摩耐磨性、耐蚀性、非磁（或弱磁）性的综合性能良好的奥氏体钢及制造方法。

目前应用的奥氏体不锈钢以镍铬为主要合金元素，例如美国钢铁学会（AISI）标准的304钢含Cr18-20%、Ni8-10%，镍铬系奥氏体钢中Si≤3%、Mn2%，这些钢种需用多量贵重金属Ni、Cr，成本高。为节约Ni，现有铬镍锰系奥氏体钢。如上述标准规定的201、202、205钢，以锰代替了部份镍，硅为1%，过去认为硅超过3%，将使晶粒粗大，韧性降低。

高锰钢含Mn11-14%，是一种奥氏体抗磨钢，不含Ni、Cr，Si＜0.8%，其耐蚀性不好，机械性能也较低。

锰铝系奥氏体非磁性钢，如15Mn26Al4钢可不用镍铬，但耐蚀性不好、综合机械性能较低。

目前，经检索世界上没有用高硅中高锰合金元素制造奥氏体钢的工艺方法，与本发明接近的现有技术是日本太田鸡-发明的高硅钢（シリコロイ），详见日本专利：（1）特许第619383号、（2）特许第661246号、（3）特许第671064号、（4）特许第750973号，太田鸡-发明的高硅钢成份范围是：C≤0.05%、Si2-7%、Mn≤2%、Ni4-16%、Cr8-28%、Mo+V1-4%、Cu2-4%或W1-4%、Co≤2%。其特征为，在镍铬系奥氏体钢的基础上提高硅含量，利用高硅和铬、镍等元素的综合作用进一步改善强韧性、耐蚀性、耐热性、耐磨性。并由于高温氧化条件下钢的表面形成二氧化硅膜使其具有良好的高温润滑性和减摩、抗磨性。其缺点是使用多量镍铬等贵重金属，成本高。

本发明的目的是以廉价丰富的硅和锰为主要合金元素。节约镍、铬等贵重金属。除具有高硅钢上述优点外，并可降低成本。本发明的含硅量范围高于上述高硅钢。因此可以进一步改善高温润滑性和减摩抗磨性，并且由于硅的固溶强化作用进一步加强，也可改善强韧性和耐蚀性。

本发明化学成份：（重量%）C＜0.05%、Si4-10%、Mn5-35%、P＜0.03%、S＜0.03%、NiO-8%、Cr3-10%、CuO-3%、MoO-2%、CoO-2%、V0-1.0%，TiO-0.5%，其余为Fe。

为细化晶粒，改善机械性能和耐蚀性可在钢水中加入TiB₂0.05-0.3%或相应数量的Fe-Ti合金和Fe-B合金，进行晶粒细化处理。

上述成份合金，经固溶化和淬火处理后可获得高硅固溶强化奥氏体为特征的基体组织，奥氏体化温度一般为1100℃，可根据成份略作调整，在上述成份范围内调整各合金元素含量和（或）进行时效析出处理可在奥氏体基体上析出分散分布强化相，以提高其机械性能。

在上述成份范围内调整各成份比例可制造下列不同性能的合金：

1、一种非磁性钢，组织为奥氏体，其特征为非磁性、强度高，具有一定耐蚀性，抗拉强度60-80kg/mm²，延伸率16-25%。

2、一种高强度高韧性钢，组织为奥氏体和强化相，其特征为强度高、韧性高，具有一定耐蚀性，抗拉强度120-160kg/mm²，延伸率18-24%。

3、一种耐热抗磨钢，组织为奥氏体和强化相，其特征为高温减摩和抗磨性良好，抗接强度80-125kg/mm²延伸率15-25%硬度≥HS42，适用于800-1000℃重载荷磨损零件。

4、一种耐蚀钢，组织为奥氏体和强化相，其特征为对稀硫酸溶液等有较好耐蚀性。抗拉强度70-120kg/mm²。延伸率15-25%，在30℃、10%体积比H2SO4水溶液中24小时浸渍腐蚀减量低于0.02g/cm²小时。

本发明的非磁性钢比锰铝系非磁性钢（如15Mn26Al4钢）强度高、耐蚀性好、成本相当。本发明的高强度高韧性钢比镍铬系析出硬化型钢（如SUS631钢。含Cr17%、Ni7%，抗拉强度105-125kg/mm²延伸率20-40%）机械性能高、成本低。本发明的高温抗磨钢比镍铬系耐热钢（如ASTM-HT·SCH-15钢，含Ni33-37%、Cr15-19%）高温减摩抗磨性，高温机械性能优越，成本低。本发明的耐蚀钢比镍铬系不锈钢耐稀硫酸腐蚀能力强、成本低。

实施例