无镍奥氏体不锈钢制造技术

本发明专利技术涉及无镍奥氏体不锈钢，其包含以质量％表示的：10<Cr<21％的量的铬；10<Mn<20％的量的锰；0<Mo<2.5％的量的钼；0.5≤Cu<4％的量的铜；0.15<C<1％的量的碳；0<N≤1％的量的氮，0≤Ni<0.5％的量的镍，当无镍奥氏体不锈钢包含15≤Mn<20％的量的锰时，所述钢包含以质量％表示0.25<C<1％的量的碳，其余部分由铁和来自熔体的任何杂质形成。

Nickel free austenitic stainless steel

The present invention relates to a nickel free austenitic stainless steel, which contains quality%: 10< Cr< 21% of the amount of chromium; 10< Mn< 20% of the amount of manganese; 0< Mo< 2.5% of the amount of molybdenum; 0.5 Cu< 4% of the amount of copper; 0.15< C< 1% of the amount of carbon; 0< N = 1%, the amount of nitrogen, 0 Ni< 0.5% of the amount of nickel, as nickel free austenitic stainless steel containing 15 or Mn< 20% of the amount of manganese, the steel contains a mass% 0.25< C< 1% of the amount of carbon, formed by the rest of iron and from melt any impurities.

【技术实现步骤摘要】
无镍奥氏体不锈钢
本专利技术涉及无镍奥氏体不锈钢组合物。更具体而言，本专利技术涉及特别好地适用于制表业和珠宝领域的无镍奥氏体不锈钢。专利技术背景无镍奥氏体不锈钢组合物对在制表业和珠宝领域中的应用而言是有利的，因为它们是非磁性的且是低变应原的。超过50年以来，已提出许多无镍奥氏体不锈钢组合物。实际上，快速寻求从奥氏体不锈钢组合物中除去镍，这首先是由于成本原因，然后更近期地，由于公众健康原因，因为已知镍导致过敏反应。这些无镍奥氏体不锈钢主要基于元素Fe-Cr-Mn-Mo-C-N。实际上，为替换确保奥氏体结构的镍，已建议使用元素如锰、氮和碳。然而，这些元素具有提高所得合金的一些机械性能如硬度、弹性极限和强度的作用，这使得非常难以通过机械加工和锻造使部件成型，而所述机械加工和锻造是制造制表和珠宝的组件中常用的操作。无镍奥氏体不锈钢的一个实例由EP专利1786941B1公开。在该文件中，Berns和Gavriljuk建议的组合物可通过将成合金元素在大气压力下熔融和固化而得到，但它们包含高浓度的锰、碳和氮，意欲使机械性能最大化。这产生在通过机械加工和锻造成型中困难很大。此外，从耐腐蚀性的观点看，高浓度的锰是不利的。某些近期建议的组合物特别意欲用于生产可能与人体接触的部件(手表、珠宝、医学假肢)。可用于生产与人体接触的部件的无镍奥氏体不锈钢的实例公开在EdelstahlGmbH的EP专利875591B1中。该文件中公开的组合物特别具有高浓度的钼以得到耐腐蚀性，容许这类合金用于医学领域中。然而，为得到低浓度的锰、碳和氮，同时显示出高浓度的钼，这些合金必须经受用氮气过压，即高于大气压力的氮气压力熔融和固化的步骤，由此急剧提高了所得合金的成本。为避免使用用于将合金用氮气过压熔融并固化的专用装置，EP专利申请2455508A1中特别公开了组合物。但是，尽管它们的低浓度锰，这些组合物显示出高浓度的碳和氮，也导致通过机械加工和锻造成型中的困难。通过除去钼，可通过在大气压力下生产合金而降低碳和氮的浓度，如美国专利申请US2013/0149188A1中所公开的，但耐腐蚀性对在制表业和珠宝领域中的应用而言则是不足的。在制表业和珠宝领域中，如果需要制造通常具有复杂形状的大系列部件，则因此必须在可成型性(可机械加工性和可锻造性)与耐腐蚀性之间做出折衷。此外，由于成本原因，必须优选在大气压力下得到的合金。为得到适于与人体接触的奥氏体(以及因此非磁性)不锈钢，镍的不存在必须由增强奥氏体结构的其它γ源(gammagenous)元素补偿。这种选择是有限的且最常见的γ源元素为氮、碳和锰。氮和碳为仅有的能够完全补偿镍的不存在的元素。然而，这些γ源元素具有的作用是通过间隙固溶体显著提高了所得奥氏体钢的硬度，使得这类钢的成型操作如机械加工和冲压非常困难，特别是在制表业和珠宝领域中。在所得奥氏体钢的硬度方面，氮的作用甚至比碳更。因此，氮的浓度必须尽可能低。然而，要求最小的氮含量以得到完全奥氏体结构，因为不同于氮，单独的碳不能在无沉淀物的情况下提供奥氏体结构。这类沉淀物在奥氏体钢的可磨光性和耐腐蚀性方面是有害的。锰仅轻微地促进奥氏体结构。然而，它的存在是提高氮的溶解度以及因此确保无镍完全奥氏体结构的产生而不可缺少的。事实上，加入越多的锰，氮的溶解度越高。然而，锰损害奥氏体钢的耐腐蚀性，并且还是奥氏体钢的硬度提高的原因。因此，锰在所得钢的可机械加工性和可锻造性方面是有害的。少量钼的存在是不可缺少的，因为它提供足够耐腐蚀性，如ISO标准9277所规定的盐喷雾试验所定义。实际上，如合金1.3816和1.3815所示，单独的铬产生对外部钟表组件而言不足的耐腐蚀性。因此，还需要具有少量钼，如许多研究所证明的，其改进所得奥氏体钢的耐腐蚀性。此外，耐腐蚀性随着氮含量而提高，条件是氮在固溶体中。然而，必须限制合金中的钼和铬浓度，因为这些元素促进铁素体结构对奥氏体结构的损害。因此，为补偿钼和铬的影响，不得不提高合金中元素如氮或碳的浓度，这又与合金的可机械加工性和可锻造性性能相违背。生产无镍奥氏体钢有两种可能方式。传统方式在于通过铸造得到半成品，其后再熔融以精制合金的组成，其后是各种热机械处理。由于氮在这里被引入液体合金中，无镍奥氏体不锈钢的固化因此是特别关键的。实际上，特别是取决于合金的组成和氮气分压，可由液态形成铁素体，并且可导致固化合金中的多孔性。由于氮的溶解度在铁素体中比在奥氏体中大得多，因此氮可以以气体形式从液体中“盐析”，由此产生不想要的多孔性。对于防止或者至少限制上述多孔性的形成，存在两个主要可能性。第一可能性在于在铸造或再熔融期间要求氮气过压，例如通过使用称为加压感应熔融或者压力电炉渣再熔融的技术。这容许液体合金中氮的量提高至超过在环境大气压力下的溶解度，由此可限制或防止固化期间铁素体的形成。此外，通过施加于固化的合金上的过压而使孔的形成更加困难。然而，这些技术的使用极大地提高了所得合金的价格，特别是因为生产装置是昂贵的。防止或限制合金固化期间多孔性形成的第二可能性是谨慎地选择包含在合金组合物中的元素，例如通过增加γ源元素(C、Mn、Cu)的浓度和/或通过降低α源(alphagenous)元素(Cr、Mo)的浓度和/或通过增加提高氮的溶解度的元素(Mn、Cr、Mo)的浓度。某些元素具有相反的影响，但未必是在相同比例下。因此，避免氮通过铁素体形成而盐析的完全奥氏体固化在环境大气压力或更低压力下是可能的。涉及将钢在环境大气压力下铸造和再熔融的解决方法因此比涉及用氮气过压加工的解决方法更便宜，因此是优选的。然而，存在的约束是影响可在环境大气压力下铸造的合金的组成。能够用于制造无镍奥氏体钢组件的其它技术使用粉末冶金，例如通过金属注塑，也称为MIM的技术。在那种情况下，不是必需使用100％奥氏体粉末，因为氮也可在烧结期间加入，由此将其余铁素体转变成奥氏体。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提供无镍奥氏体不锈钢组合物克服上述问题以及其它问题，对于所述无镍奥氏体不锈钢组合物，其成型操作被促进，具有足够的耐腐蚀性，并且可通过常规冶金(铸造)，特别是在环境大气压力下，或者通过粉末冶金得到。“足够的耐腐蚀性”意指对外部钟表部件领域和珠宝领域而言足够的耐性，特别是如通过盐喷雾试验(ISO标准9227)所定义的。为此，本专利技术涉及无镍奥氏体不锈钢，其包含以质量％计的：10<Cr<21％的量的铬；10<Mn<20％的量的锰；0<Mo<2.5％的量的钼；0.5≤Cu<4％的量的铜；0.15<C<1％的量的碳；0<N≤1％的量的氮；0≤Ni<0.5％的量的镍，且当无镍奥氏体不锈钢包含15≤Mn<20％的量的锰时，所述钢包含以质量％计的0.25<C<1％的量的碳，其余部分由铁和来自熔体的任何杂质形成。根据本专利技术另一特征，无镍奥氏体不锈钢包含以质量％计的：15<Cr<21％的量的铬；10<Mn<20％的量的锰；0<Mo<2.5％的量的钼；0.5≤Cu<4％的量的铜；0.15％<C<1％的量的碳；0<N≤1％的量的氮；0≤Si<2％的量的硅，0≤N本文档来自技高网...

【技术保护点】
无镍奥氏体不锈钢，其包含以质量％计的：10<Cr<21％的量的铬；10<Mn<20％的量的锰；0<Mo<2.5％的量的钼；0.5≤Cu<4％的量的铜；0.15<C<1％的量的碳；0<N≤1％的量的氮，和0≤Ni<0.5％的量的镍，当无镍奥氏体不锈钢包含15≤Mn<20％的量的锰时，所述钢包含以质量％计的0.25<C<1％的量的碳，其余部分由铁和来自熔体的任何杂质形成。

【技术特征摘要】
2015.09.25 EP 15186980.71.无镍奥氏体不锈钢，其包含以质量％计的：10<Cr<21％的量的铬；10<Mn<20％的量的锰；0<Mo<2.5％的量的钼；0.5≤Cu<4％的量的铜；0.15<C<1％的量的碳；0<N≤1％的量的氮，和0≤Ni<0.5％的量的镍，当无镍奥氏体不锈钢包含15≤Mn<20％的量的锰时，所述钢包含以质量％计的0.25<C<1％的量的碳，其余部分由铁和来自熔体的任何杂质形成。2.根据权利要求1的无镍奥氏体不锈钢，其特征在于所述钢包含以质量％计的：15<Cr<21％的量的铬；10<Mn<20％的量的锰；0<Mo<2.5％的量的钼；0.5≤Cu<4％的量的铜；0.15％<C<1％的量的碳；0<N≤1％的量的氮；0≤Si<2％的量的硅，0≤Ni<0.5％的量的镍，0≤W<4％的量的钨，0≤Al<3％的量的铝，且其余部分由铁和来自熔体的任何杂质形成。3.根据权利要求1的无镍奥氏体不锈钢，其特征在于以质量％表示，其组成由式Fe-17Cr-11Mn-2Mo-1Cu-0.25C-0.4N给出。4.根据权利要求2的无镍奥氏体不锈钢，其特征在于以质量％表示，其组成由式Fe-17Cr-11Mn-2Mo-1Cu-0.25C-0.4N给出。5.根据权利要求1的无镍奥氏体不锈钢，其特征在于以质量％表示，其组成由式Fe-17Cr-12Mn-2Mo-2Cu-0.33C-0.4N给出。6.根据权利要求2的无镍奥氏体不锈钢，其特征在于以质量％表示，其组成由式Fe-17Cr-12Mn-2Mo-2Cu-0.33C-0.4N给出。7.根据权利要求1的无镍奥氏体不锈钢，其特征在于以质量％表示，其组成由式Fe-17Cr-14.5Mn-2Mo-2Cu-0....

【专利技术属性】
技术研发人员：J·布雷，G·普兰克尔特，T·卡罗扎尼，
申请(专利权)人：斯沃奇集团研究和开发有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH