一种高硅含氮奥氏体不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种高硅含氮奥氏体不锈钢，其特征在于：其化学成份质量百分比为：铬Cr：15‑20％，镍Ni：15‑20％，锰Mn：2‑5％，硅Si：4.5‑6.0％，钼Mo：1‑3％，铜Cu：0.5‑1.5％，氮N：0.1‑0.3％，铝Al≤1.0％，稀土元素RE：0.05‑0.5％，碳C≤0.03％，硫S≤0.010％，磷P≤0.02％，铁Fe：余量。本发明专利技术还提出上述的高硅含氮奥氏体不锈钢的制备方法。该高硅含氮奥氏体不锈钢主要用于化工领域，尤其是硫酸工业，还可用在食品餐饮器械、首饰及其环保等领域，本发明专利技术通过优化硅含量，添加氮、铜、铝和稀土元素提高不锈钢的耐蚀性，使该不锈钢具有优良的冷热加工性能和耐蚀性。

High silicon nitrogen containing austenitic stainless steel and preparation method thereof

The invention provides a high silicon nitrogen austenitic stainless steel, which is characterized in that the chemical composition of the quality percentage: Cr:15 20% Ni:15 chromium, nickel manganese Mn:2 20%, 5%, 6% silicon Si:4.5, Mo:1 3% Cu:0.5 copper molybdenum, 1.5%, n N:0.1 0.3%, Al Al 1%, rare earth RE:0.05 carbon 0.5%, C < 0.03%, S < 0.010% P sulfur, phosphorus is less than 0.02%, iron Fe: allowance. The invention also provides the preparation method of the high silicon containing nitrogen austenitic stainless steel. The high silicon nitrogen austenitic stainless steel is mainly used in chemical industry, especially the sulfuric acid industry, can also be used in the field of food and beverage equipment, jewelry and environmental protection, through the optimization of silicon content, adding nitrogen, copper, aluminum and rare earth elements to improve the corrosion resistance of stainless steel, the stainless steel has the machinability and corrosion resistance excellent.

【技术实现步骤摘要】
一种高硅含氮奥氏体不锈钢及其制备方法
本专利技术涉及合金领域，尤其涉及一种耐硫酸腐蚀且具有优良的力学性能的高硅含氮奥氏体不锈钢及其制备方法。
技术介绍
国外从上世纪80年代开始开发与应用耐硫酸用的高硅奥氏体不锈钢，例如加拿大开发的Saramet不锈钢，瑞典开发的SandivikSX不锈钢，硅含量达到6％以上。SX不锈钢已经广泛应用于高温浓硫酸领域，用于制造冷却器和干吸塔等器具。在上世纪90年代中期德国开发了700Si高硅奥氏体不锈钢，硅的含量达到7％以上，具有优良的力学性能和耐蚀性能。国内专门研究高温硫酸用的高硅不锈钢也始于上世纪80年代，其中有SS920不锈钢，硅含量为6％，在高温浓硫酸中具有优良的耐腐蚀性能。尽管提高奥氏体不锈钢中的硅含量可以有效提高不锈钢的耐硫酸腐蚀性能，但是高硅含量严重制约和影响了不锈钢的热加工性能，因此开发具有优良抗硫酸腐蚀，同时具有优良加工性能的奥氏体不锈钢尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种具有优良的耐高温浓硫酸腐蚀和良好冷热加工性能的高硅含氮奥氏体不锈钢及其制备方法。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的高硅含氮奥氏体不锈钢，其化学成份及质量百分比为：铬Cr：15-20％，镍Ni：15-20％，锰Mn：2-5％，硅Si：4.5-6.0％，钼Mo：1-3％，铜Cu：0.5-1.5％，氮N：0.1-0.3％，铝Al≤1.0％，稀土元素RE：0.05-0.5％，碳C≤0.03％，硫S≤0.010％，磷P≤0.02％，余量为铁Fe。优选的，所述的高硅含氮奥氏体不锈钢的化学成份及质量百分比为：铬Cr：16-18％，镍Ni：16-18％，锰Mn：3-4％，硅Si：4.5-5.5％，钼Mo：2-3％，铜Cu：0.8-1.2％，氮N：0.15-0.25％，铝Al≤0.5％，稀土元素RE：0.1-0.2％，碳C≤0.03％，硫S≤0.010％，磷P≤0.02％，余量为铁Fe。优选的，所述稀土元素RE中包含镧，且镧含量占稀土元素RE总量的质量百分比≥90％。根据本专利技术的另一目的，所述的高硅含氮奥氏体不锈钢的制备方法包括如下步骤：冶炼铸锭：将配比好的原料加入冶炼炉中进行冶炼，炉中采用氮气作为保护气氛，合金中的氮元素通过粒状Si3N4高氮合金方式加入；其中，当使用真空感应炉熔炼时，精炼完成后加入氮气作为保护气氛，控制压力为0.02MPa-0.05MPa；采用其它氮气保护气氛熔炼设备冶炼时，氮气压力控制在0.02MPa-0.1MPa；冶炼完成后铸锭；钢锭热加工：将钢锭在1050℃-1200℃均匀化处理4-10小时，充分消除铸锭中的高硅析出相，使钢锭中高硅夹杂物充分固溶；开坯，采用多火锻造成棒材和初轧坯料，终锻温度不低于950℃；坯料热处理：在1100℃-1200℃固溶处理0.5-4小时，空冷或水冷至室温，使铬、铜、钼、氮以及硅的化合物或夹杂充分固溶，其显微组织为单相奥氏体。优选的，在固溶处理后还包括对不锈钢采用时效弥散处理以及预钝化处理的步骤；所述的时效弥散处理是在450℃-600℃时效强化0.5-4小时，使铬、铜、氮以及硅的化合物或其它组成相均匀弥散分布在不锈钢内部和表面；所述的预钝化处理是在100-200℃大气环境下保温预钝化处理0.5-2小时，使不锈钢表面富集的铬、硅、铝、铜、氮等元素和空气中氧气发生氧化反应，表面形成微米厚度的含有铬、硅、铝、铜、氮等元素氧化物的复合钝化膜层。再优选的，在固溶处理后还包括对不锈钢采用时效弥散处理以及阳极极化处理处理的步骤；所述的时效弥散处理是在450℃-600℃时效强化0.5-4小时，使铬、铜、氮以及硅的化合物或其它组成相均匀弥散分布在不锈钢内部和表面；所述的阳极极化处理是在固溶处理后，是将不锈钢在5％硫酸+5％硝酸+2％重铬酸钾水溶液中于200-300mV进行阳极极化，在不锈钢表面形成含有铬、硅、铝、铜、氮等元素的复合钝化膜层。本专利技术的高硅含氮奥氏体不锈钢具有优良的耐高温浓硫酸腐蚀和良好冷热加工性能，以现有铬镍不锈钢为基础，适当降低硅含量，添加氮元素来优化高硅不锈钢的奥氏体组织，提高不锈钢的耐蚀性能和力学性能，同时添加对不锈钢有益的稀土RE元素、钼元素、铜元素和铝元素来提高不锈钢的耐蚀性。本专利技术的高硅含氮奥氏体不锈钢可应用于化工领域，用于硫酸的生产和运输和储存等和硫酸接触的器械和器具，还可以用于食品餐饮器械、首饰及环保等领域。附图说明图1为本专利技术的实施例3的不锈钢1100℃固溶处理1小时的金相照片。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。本专利技术的高硅含氮奥氏体不锈钢，其化学成份及质量百分比为：铬Cr：15-20％，镍Ni：15-20％，锰Mn：2-5％，硅Si：4.5-6.0％，钼Mo：1-3％，铜Cu：0.5-1.5％，氮N：0.1-0.3％，铝Al≤1.0％，稀土元素RE：0.05-0.5％，碳C≤0.03％，硫S≤0.010％，磷P≤0.02％，余量为铁Fe。在一优选的实施方式中，为了保证不锈钢的加工性能，降低加工过程中的开裂倾向，硅的含量为4.5-5.5％。本专利技术的高硅含氮奥氏体不锈钢的制备方法包括如下步骤：冶炼铸锭：将配比好的原料加入冶炼炉中进行冶炼，炉中采用氮气作为保护气氛；使用真空感应炉熔炼时，精炼完成后加入氮气作为保护气氛，控制压力为0.02MPa-0.05MPa，合金中的氮元素主要通过粒状Si3N4高氮合金方式加入；采用其它氮气保护气氛熔炼设备冶炼时，氮气压力应控制在0.02MPa-0.1MPa；冶炼完成后铸锭；钢锭热加工：将钢锭在1050℃-1200℃均匀化处理4-10小时，充分消除铸锭中的高硅析出相，使钢锭中高硅夹杂物充分固溶；开坯，采用多火锻造成棒材和初轧坯料，终锻温度不低于950℃；坯料热处理：在1100℃-1200℃固溶处理0.5-4小时，空冷或水冷至室温，使铬、铜、钼、氮以及硅的化合物或夹杂充分固溶，其显微组织为单相奥氏体。本专利技术的高硅含氮奥氏体不锈钢，在固溶处理后进行产品加工前，为了获得优异的耐蚀性和表面钝化效果需要对不锈钢进行时效弥散处理和预钝化处理或阳极极化处理。其中所述的时效弥散处理是在450℃-600℃时效强化0.5-4小时，使铬、铜、氮以及硅的化合物或其它组成相均匀弥散分布在不锈钢内部和表面；然后进行预钝化处理来获得包含Cr2O3，SiO2，Al2O3和Si3N4等的复合钝化层，在100-200℃大气环境下保温预钝化处理0.5-2小时，使不锈钢表面富集的铬、硅、铝、铜、氮等元素和空气中氧气发生氧化反应，表面形成微米厚度的含有铬、硅、铝、铜、氮等元素氧化物的复合钝化膜层。所述的阳极极化处理是在固溶处理后，将不锈钢在5％硫酸+5％硝酸+2％重铬酸钾水溶液中于200-300mV进行阳极极化，在不锈钢表面形成含有铬、硅、铝、铜、氮等元素的复合钝化膜层。本专利技术的高硅含氮奥氏体不锈钢，为了保证优良的力学性能和耐蚀性能，特别是冷加工性能，本专利技术严格控制合金中的碳含量，碳含量控制在C≤0.03％。本专利技术含有氮元素，首先氮是稳定奥氏体组织的合金元素，氮的奥氏体化能力大约是镍的20-30倍，高硅不锈钢由于硅是铁素体形成元素，氮的加入可以有效增强高硅不锈钢奥氏体的稳定性；其次合金中的氮元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高硅含氮奥氏体不锈钢，其特征在于：其化学成份质量百分比为：铬Cr：15‑20％，镍Ni：15‑20％，锰Mn：2‑5％，硅Si：4.5‑6.0％，钼Mo：1‑3％，铜Cu：0.5‑1.5％，氮N：0.1‑0.3％，铝Al≤1.0％，稀土元素RE：0.05‑0.5％，碳C≤0.03％，硫S≤0.010％，磷P≤0.02％，：余量为铁Fe。

【技术特征摘要】
1.一种高硅含氮奥氏体不锈钢，其特征在于：其化学成份质量百分比为：铬Cr：15-20％，镍Ni：15-20％，锰Mn：2-5％，硅Si：4.5-6.0％，钼Mo：1-3％，铜Cu：0.5-1.5％，氮N：0.1-0.3％，铝Al≤1.0％，稀土元素RE：0.05-0.5％，碳C≤0.03％，硫S≤0.010％，磷P≤0.02％，：余量为铁Fe。2.如权利要求1所述的一种高硅含氮奥氏体不锈钢，其特征在于：其化学成份质量百分比为：铬Cr：16-18％，镍Ni：16-18％，锰Mn：3-4％，硅Si：4.5-5.5％，钼Mo：2-3％，铜Cu：0.8-1.2％，氮N：0.15-0.25％，铝Al≤0.5％，稀土元素RE：0.1-0.2％，碳C≤0.03％，硫S≤0.010％，磷P≤0.02％，余量为铁Fe。3.如权利要求1或2所述的一种高硅含氮奥氏体不锈钢，其特征在于：所述稀土元素RE中包含镧，镧含量占稀土元素RE总量的质量百分比≥90％。4.一种高硅含氮奥氏体不锈钢的制备方法，其包括如下步骤：冶炼铸锭：将按照权利要求1或2的配比准备好的原料加入冶炼炉中进行冶炼，炉中采用氮气作为保护气氛，合金中的氮元素通过粒状Si3N4高氮合金方式加入；其中，当使用真空感应炉熔炼时，精炼完成后加入氮气作为保护气氛，控制压力为0.02MPa-0.05MPa；采用其它氮气保护气氛熔炼设备冶炼时，氮气压力控制在0.02MPa-0.1MPa；冶炼完成后铸锭；钢锭热加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟海平，任伊宾，翟素萍，翟世先，徐华，翟华平，王庆，
申请(专利权)人：江苏星火特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32