一种低温用奥氏体不锈钢及其铸件和铸件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种低温用奥氏体不锈钢及其铸件和铸件的制造方法，该奥氏体不锈钢含有C:0.08%以下，Mn：1.0‑1.6%，Si：0.6‑1.2%，Cr：17.0‑20.0%，Ni：10.0‑13.0%，Mo：2.0‑3.0%，N：0.04‑0.12%，其余为Fe和杂质；杂质中P≤0.04%，S≤0.02%，Sn≤0.015%，As≤0.01%，Pb≤0.01%，Sb≤0.01%，其中Sn+As+Pb+Sb≤0.035%。本发明专利技术通过调整化学成分，控制Ms与Md

Austenitic stainless steel for low temperature and method for manufacturing casting and casting thereof

The present invention provides a method for producing low temperature of austenitic stainless steel castings and casting, the austenitic stainless steel containing C:0.08%, Mn:1.0 1.6%, Si:0.6 1.2%, Cr:17.0 20%, Ni:10.0 13%, Mo:2.0 3% N:0.04 0.12%,, Fe and other impurities; impurities in P = 0.04%, S = 0.02% Sn = 0.015%, As = 0.01%, Pb = 0.01%, Sb = 0.01%, Sn+As+Pb+Sb = 0.035%. The invention controls Ms and Md by adjusting chemical composition

【技术实现步骤摘要】
一种低温用奥氏体不锈钢及其铸件和铸件的制造方法
本专利技术涉及奥氏体不锈钢，更具体地讲，涉及一种在液氧、液氮等液态气体等零下196℃环境中应用的低温用奥氏体不锈钢及其铸件和铸件的制造方法。
技术介绍
一般不锈钢依据组织可以分成几大类型：奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢，双相不锈钢，马氏体不锈钢以及析出硬化型不锈钢；其中析出硬化型不锈钢不适用于压力容器焊接件；其它4类不锈钢的最低许用温度见下表。目前，全球范围内低温用（零下100℃以下）不锈钢基本都为奥氏体不锈钢（主要为304或316系）；但因追求尺寸稳定性避免低温下影响密封性能，国内大都采取零下196℃的低温处理（可能一次或两次）使可能的马氏体变态预先发生后，再精加工，以避免低温使用时因马氏体变态产生的体积膨胀导致的尺寸变化影响密封性能。但这样的处理方式仅能解决密封性能问题，无法避免马氏体组织本身的低温脆化而影响到材料本身的塑性与韧性；且一般304与316系材质内的铁素体含量过高时，铁素体本身在低温下也会有脆化问题。因此，如何避免或降低低温下马氏体变态并降低铁素体含量，使材料在不经过低温处理的情况下也能确保足够的塑性与韧性已经成为我们的重要课题；本专利技术即在讨论这个议题并从材料性质与制程上解决这个问题。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题低温用奥氏体不锈钢一般不需要考虑耐蚀性能，因为在低温下就算有腐蚀介质的存在，其化学反应速率也很慢，甚至不会发生，且低温介质一般为液氧、液氮或液化燃气等不含水的液化气体，这些介质的腐蚀性都很弱。但低温下的金属材料都必须具备良好的塑性与韧性、高弹性模数、低热导性能以及良好的焊接性能，亦即主要不能有低温脆性的问题。金属结构一般可分为体心立方（BCC）、体心正方（BCT）、面心立方（FCC）以及HCP等，其中除了FCC结构之外，其它结构在低温下都会有脆化的问题（即具有转脆温度），故低温下使用的钢种必须为具有FCC的金属。奥氏体不锈钢组织为FCC结构，且具备良好的塑性与韧性，以及良好的焊接性能，非常适合作为低温材料。但奥氏体本身在冷却过程中或材料经受应力或应变时，会导致马氏体生成，此马氏体变态为膨胀行为而造成构件尺寸的变化，除了影响材料的密封性能之外，还可能因脆性马氏体的生成而使材料脆化。且奥氏体不锈钢内含有不等量的铁素体，这些铁素体为BCC结构，低温下也会有脆化问题，且因铁素体与奥氏体间的热膨胀系数不同，在低温下因收缩尺寸不同会导致应力（应变），此应力将加剧马氏体生成倾向。因此，本专利技术的目的在于提供一种低温用奥氏体不锈钢及其铸件和铸件的制造方法，通过调整化学性质以提升奥氏体的稳定性，制程控制降低铸件残留应力以避免低温下马氏体的生成，并且控制组织中的铁素体量与分布来提升低温冲击性能。用于解决问题的方案本专利技术的技术方案一是：一种低温用奥氏体不锈钢，其以质量%计含有碳（C）：0.08%以下，锰（Mn）：1.0-1.6%，硅（Si）：0.6-1.2%，铬（Cr）：17.0-20.0%，镍（Ni）：10.0-13.0%，钼（Mo）：2.0-3.0%，氮（N）：0.04-0.12%，其余为铁（Fe）和不可避免的杂质；杂质中的磷（P）≤0.04%，硫（S）≤0.02%，锡（Sn）≤0.015%，砷（As）≤0.01%，铅（Pb）≤0.01%，锑（Sb）≤0.01%，其中Sn+As+Pb+Sb≤0.035%。进一步的优选方案是：所述奥氏体不锈钢的铬镍当量比控制在1.0-1.2，其中铬当量=Cr+1.5Si+1.4Mo+Nb-4.99，镍当量=Ni+30C+0.5Mn+26(N-0.02%)+2.77；其中铌（Nb）被包含在杂质中。进一步的优选方案是：所述奥氏体不锈钢的金相组织中的铁素体含量控制在2-12%。进一步的优选方案是：所述奥氏体不锈钢的Ms温度点控制在零下273℃以下，Md(30/50)温度点控制在零下80℃以下；其中Ms（℃）=1305-41.7Cr-61.1Ni-33.3Mn-27.8Si-36.1Mo-1667(C+N)，Md(30/50)（℃）=306-256.7(C+N)-5.1Si-4.5Mn-7.6Cr-16.1(Ni+Cu)-10.3Mo-37.8Nb-17.8；其中铜（Cu）被包含在杂质中。本专利技术的技术方案二是：一种低温用奥氏体不锈钢铸件，其以质量%计含有碳（C）：0.08%以下，锰（Mn）：1.0-1.6%，硅（Si）：0.6-1.2%，铬（Cr）：17.0-20.0%，镍（Ni）：10.0-13.0%，钼（Mo）：2.0-3.0%，氮（N）：0.04-0.12%，脱氧用残留的钙，剩余部分为铁（Fe）和不可避免的杂质；杂质中的磷（P）≤0.04%，硫（S）≤0.02%，锡（Sn）≤0.015%，砷（As）≤0.01%，铅（Pb）≤0.01%，锑（Sb）≤0.01%，其中Sn+As+Pb+Sb≤0.035%。进一步的优选方案是：所述铸件的铬镍当量比控制在1.0-1.2，其中铬当量=Cr+1.5Si+1.4Mo+Nb-4.99，镍当量=Ni+30C+0.5Mn+26(N-0.02%)+2.77；其中铌（Nb）被包含在杂质中。进一步的优选方案是：所述铸件的金相组织中的铁素体含量控制在2-12%。进一步的优选方案是：所述铸件的Ms温度点控制在零下273℃以下，Md(30/50)温度点控制在零下80℃以下；其中Ms（℃）=1305-41.7Cr-61.1Ni-33.3Mn-27.8Si-36.1Mo-1667(C+N)，Md(30/50)（℃）=306-256.7(C+N)-5.1Si-4.5Mn-7.6Cr-16.1(Ni+Cu)-10.3Mo-37.8Nb-17.8；其中铜（Cu）被包含在杂质中。进一步的优选方案是：所述铸件为低温用阀门。本专利技术的技术方案三是：一种低温用奥氏体不锈钢铸件的制造方法，采用上述配比的低温用奥氏体不锈钢，并包括以下步骤：（1）在不锈钢熔解过程中，加入硅钙脱氧并净化钢液；（2）铸造时，所有铸砂采用特种砂以加快冷激效果，降低铸件表面碳含量；（3）在铸件热处理前，完成铸件的所有焊补，焊补采用高镍含量的焊条；（4）铸件热处理时，将热处理温度控制1080℃-1120℃。专利技术的效果本专利技术的奥氏体不锈钢是镍含量较高且保有一定量氮的低温专用奥氏体不锈钢，该奥氏体不锈钢具备良好的低温冲击韧性，且不会因为马氏体的析出而影响阀门等铸件的密封性能，更不会因为马氏体析出使铁素体脆化而造成低温延韧性能的劣化，而且保有很好的焊接性能，对制造特性不会有影响；因而可以在不经过深冷处理条件下，仍然可以作为极为优秀的低温材料，甚至可以具备更优秀的低温冲击性能。附图说明图1是炉号1试棒取样1的金相组织100×的示意图。图2是炉号1试棒取样2的金相组织100×的示意图。图3是炉号3取样中的Ⅳ型夹杂物1级的示意图。图4是炉号3取样中的Ш型夹杂物2级的示意图。图5是炉号6试棒的A位置金相50×苦味酸腐蚀的示意图。图6是炉号6试棒的A位置金相100×苦味酸腐蚀的示意图。图7是炉号6试棒的A位置金相500×苦味酸腐蚀的示意图。图8是炉号6试棒的B位置金相50×苦味酸腐蚀的示意图。图9是炉号6试棒的B位置金相100×苦味酸腐蚀的示意图。图10是炉号6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温用奥氏体不锈钢，其特征在于：以质量%计含有碳（C）：0.08%以下，锰（Mn）：1.0‑1.6%，硅（Si）：0.6‑1.2%，铬（Cr）：17.0‑20.0%，镍（Ni）：10.0‑13.0%，钼（Mo）：2.0‑3.0%，氮（N）：0.04‑0.12%，其余为铁（Fe）和不可避免的杂质；杂质中的磷（P）≤0.04%，硫（S）≤0.02%，锡（Sn）≤0.015%，砷（As）≤0.01%，铅（Pb）≤0.01%，锑（Sb）≤0.01%，其中Sn+ As+ Pb+ Sb≤0.035%。

【技术特征摘要】
1.一种低温用奥氏体不锈钢，其特征在于：以质量%计含有碳（C）：0.08%以下，锰（Mn）：1.0-1.6%，硅（Si）：0.6-1.2%，铬（Cr）：17.0-20.0%，镍（Ni）：10.0-13.0%，钼（Mo）：2.0-3.0%，氮（N）：0.04-0.12%，其余为铁（Fe）和不可避免的杂质；杂质中的磷（P）≤0.04%，硫（S）≤0.02%，锡（Sn）≤0.015%，砷（As）≤0.01%，铅（Pb）≤0.01%，锑（Sb）≤0.01%，其中Sn+As+Pb+Sb≤0.035%。2.根据权利要求1所述的低温用奥氏体不锈钢，其特征在于：所述奥氏体不锈钢的铬镍当量比控制在1.0-1.2，其中铬当量=Cr+1.5Si+1.4Mo+Nb-4.99，镍当量=Ni+30C+0.5Mn+26(N-0.02%)+2.77；其中铌（Nb）被包含在杂质中。3.根据权利要求2所述的低温用奥氏体不锈钢，其特征在于：所述奥氏体不锈钢的金相组织中的铁素体含量控制在2-12%。4.根据权利要求1、2或3所述的低温用奥氏体不锈钢，其特征在于：所述奥氏体不锈钢的Ms温度点控制在零下273℃以下，Md(30/50)温度点控制在零下80℃以下；其中Ms（℃）=1305-41.7Cr-61.1Ni-33.3Mn-27.8Si-36.1Mo-1667(C+N)，Md(30/50)（℃）=306-256.7(C+N)-5.1Si-4.5Mn-7.6Cr-16.1(Ni+Cu)-10.3Mo-37.8Nb-17.8；其中铜（Cu）被包含在杂质中。5.一种低温用奥氏体不锈钢铸件，其特征在于：以质量%计含有碳（C）：0.08%以下，锰（Mn）：1.0-1.6%，硅（Si）：0.6-1.2%，铬（Cr）：17.0-20.0%，镍（Ni）：10.0-13.0%，钼（Mo）...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚冬花，朱玮，黄进东，
申请(专利权)人：大通互惠集团有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35