一种超纯高氮奥氏体不锈钢及其制备方法技术

一种超纯高氮奥氏体不锈钢，其特征在于化学成分组成为重量百分比：铬Ｃｒ：１７～１９，锰Ｍｎ：１２～１６，钼Ｍｏ：２～３，铜Ｃｕ：０．５～１．５，镍Ｎｉ≤０．２，氮Ｎ：０．４０－０．６，碳Ｃ≤０．０５，硅Ｓｉ≤０．５，硫Ｓ≤０．００９，磷Ｐ≤０．００９，铁Ｆｅ：余量。采用真空感应炉冶炼，要求气氛中Ｎ≥０．４０（ｗｔ％），合金中的氮通过粒状高氮合金ＦｅＣｒＮ、ＣｒＮ、ＭｎＮ的方式加入。本发明专利技术不锈钢不仅适于医疗器械、食品餐饮器械、首饰及其它与人体经常接触的不锈钢产品方面，而且可广泛用于化工、环保等领域。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无镍高氮奥氏体不锈钢和真空感应炉冶炼工艺。
技术介绍
奥氏体不锈钢中通常含有8％以上的镍来稳定其中的奥氏体相，但是由于元素镍的价格昂贵，以及价格的无控变化，导致钢铁材料制造商开发以氮代镍的低镍含量或无镍的高氮奥氏体不锈钢。发展无镍高氮奥氏体不锈钢不仅可以降低钢的成本，又可以节约宝贵的战略资源，但是制约其发展的其中一个因素就是高氮钢的冶炼。由于氮是气体元素，在钢中的溶解度较低，因此采取经济有效的方法来冶炼高氮钢一直备受关注。目前高氮钢的冶炼通常采用加压电渣重熔和反压铸造来制造高氮钢(氮含量最高可达到1％以上)，其他还有采用热等静压熔炼、加压感应熔炼及粉末冶金法等冶炼工艺，但是这些冶炼工艺均需要特殊的冶炼设备，并且使用以上冶炼方法来控制钢中极低的杂质元素含量，都将极大地增加冶炼成本，难以达到以氮代镍降低成本的初衷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耐蚀耐磨，具有优良的强韧性组合，且价格较便宜的高氮无镍奥氏体不锈钢，同时，本专利技术也提供了一种真空感应炉冶炼高氮钢的冶炼工艺。本专利技术提供了一种超纯高氮奥氏体不锈钢，其特征在于化学成分组成为重量百分比铬Cr17～19，锰Mn12～16，钼Mo2～3，铜Cu0.5～1.5，镍Ni≤0.2，氮N0.40-0.6，碳C＜0.05，硅Si≤0.5，硫S≤0.009，磷P≤0.009，铁Fe余量。本专利技术所提供的超纯高氮奥氏体不锈钢中，最好控制镍Ni≤0.08，碳C＜0.03。本专利技术无镍奥氏体不锈钢由于抛弃了贵重的镍元素，所以廉价的氮元素就成为一种重要的合金元素，氮的奥氏体化能力大约是镍的20-30倍，为保证钢的单一奥氏体相，氮含量应≥0.40(wt)％。同时氮还可提高钢的耐点蚀性能。碳也是重要的奥氏体化元素，但过多的碳会严重影响钢的塑性和耐蚀性，因此碳含量控制应在0.05(wt)％以下锰是一种较弱的奥氏体化元素，氮锰增加了氮在钢中的溶解度，因此应至少有12(wt)％以上的锰元素。铬是铁素体元素，尽管如此，由于它是不锈钢中主要的耐蚀元素，而且也提高氮的溶解度，铬含量可控制在不大于19(wt)％。钼的加入可提高氮的溶解度和钢的耐点蚀性能，但含量过多会降低钢的韧性，因此控制在2-3(wt)％。铜也是较强的奥氏体化元素，还适当提高耐蚀性，铜的含量若高于4(wt)％就会明显影响钢的可锻性，所以必须控制铜含量不大于1.5(wt)％。硅可促使铁素体的形成，因此硅含量低于0.5(wt)％。杂质元素硫和磷应分别控制在0.009(wt)％和0.009(wt)％以提高钢的综合性能。本专利技术还提供了一种上述超纯高氮奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于采用真空感应炉冶炼，要求气氛中N≥0.40(wt％)，合金中的氮通过粒状高氮合金FeCrN、CrN、MnN的方式加入。本专利技术超纯高氮奥氏体不锈钢的制备方法中，合金的后处理工艺为热加工钢锭于1050～1150℃均匀化处理2～6小时，开坯，分多火锻造成棒材和初轧坯料，终锻温度不低于950℃；热处理1100～1150℃固溶处理0.5～4小时，空冷或水冷至室温，所得组织为单相奥氏体。本专利技术不锈钢不仅适于医疗器械、食品餐饮器械、首饰及其它与人体经常接触的不锈钢产品方面，而且可广泛用于化工、环保等领域。附图说明图1为无镍高氮奥氏体不锈钢经变形前后X-射线衍射图；图2为无镍高氮奥氏体不锈钢热处理后的金相照片。具体实施例方式本专利技术使用普通真空感应炉(不加正压)，第一步先将配比好的原料加入炉中熔化和精炼。根据氮在钢中的溶解特性，控制炉内充氩气的压力，可适当加入少量的氮气，分步分批加入氮的合金化合物(包括氮化铬、氮化硅、氮化锰等氮化物)，并交叉加入脱杂原料，在浇注前控制浇注温度，避免钢中饱和气体上浮形成气孔。本专利技术冶炼所得无镍高氮奥氏体不锈钢经过以下加工及热处理热加工钢锭于1100℃±15℃均匀化处理2小时以上，开坯，分两火锻造成棒材和初轧坯料，终锻温度不低于950℃。初轧坯料在1100℃以上温度开轧，经多道次轧制成性能测试坯料。热处理1100℃±5℃固溶处理(1±0.1)小时，空冷或水冷至室温，所得组织为单相奥氏体。所得棒材和轧制板材的力学性能σb≥780MPa，σ0.2≥400MPa，δ5≥50%，ψ≥60％，Hv0.5＝190-320，ak≥120J/cm2。实施例根据本专利技术所设定的化学成分范围，在25公斤真空感应炉内冶炼了5炉钢，其具体化学成分如表1所示。这5炉钢分别浇注成φ120×450钢锭各一个，并按以上加工及热处理规范进行加工。所有测试试样均沿垂直于轧制方向取样，按以上热处理后本专利技术钢在室温状态下为单一奥氏体组织(如图1、图2所示)，测得无镍高氮奥氏体不锈钢的力学性能如表2所示。从实施例可以看出，本专利技术冶炼的无镍奥氏体不锈钢的强韧性和塑性已达到和超过传统镍铬不锈钢的水平。氮的添加有效地替代了镍的作用，而且在不损害韧性的条件下，提高了钢的强度。表1真空感应炉冶炼的高氮钢的化学成分 表2真空感应炉冶炼的高氮钢的力学性能 工艺试验表明，该无镍奥氏体不锈钢具有良好的热加工和冷加工性能。权利要求1.一种超纯高氮奥氏体不锈钢，其特征在于化学成分组成为重量百分比铬Cr17～19，锰Mn12～16，铝Mo2～3，铜Cu0.5～1.5，镍Ni≤0.2，氮N0.40-0.6，碳C＜0.05，硅Si≤0.5，硫S≤0.009，磷P≤0.009，铁Fe余量。2.按照权利要求1所述超纯高氮奥氏体不锈钢，其特征在于镍Ni≤0.08，碳C＜0.03。3.一种权利要求1所述超纯高氮奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于采用真空感应炉冶炼，要求气氛中N≥0.40(wt％)，合金中的氮通过粒状高氮合金FeCrN、CrN、MnN的方式加入。4.按照权利要求3所述超纯高氮奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于所述合金的后处理工艺为热加工钢锭于1050～1150℃均匀化处理2～6小时，开坯，分多火锻造成棒材和初轧坯料，终锻温度不低于950℃；热处理1100～1150℃固溶处理0.5～4小时，空冷或水冷至室温，所得组织为单相奥氏体。全文摘要一种超纯高氮奥氏体不锈钢，其特征在于化学成分组成为重量百分比铬Cr17～19，锰Mn12～16，钼Mo2～3，铜Cu0.5～1.5，镍Ni≤0.2，氮N0.40－0.6，碳C≤0.05，硅Si≤0.5，硫S≤0.009，磷P≤0.009，铁Fe余量。采用真空感应炉冶炼，要求气氛中N≥0.40(wt％)，合金中的氮通过粒状高氮合金FeCrN、CrN、MnN的方式加入。本专利技术不锈钢不仅适于医疗器械、食品餐饮器械、首饰及其它与人体经常接触的不锈钢产品方面，而且可广泛用于化工、环保等领域。文档编号C22C38/22GK1480550SQ0213285公开日2004年3月10日 申请日期2002年9月3日 优先权日2002年9月3日专利技术者任伊宾, 杨柯, 张炳春, 梁勇 申请人:中国科学院金属研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超纯高氮奥氏体不锈钢，其特征在于化学成分组成为重量百分比：铬Ｃｒ：１７～１９，锰Ｍｎ：１２～１６，钼Ｍｏ：２～３，铜Ｃｕ：０．５～１．５，镍Ｎｉ≤０．２，氮Ｎ：０．４０－０．６，碳Ｃ＜０．０５，硅Ｓｉ≤０．５，硫Ｓ≤０．００９，磷Ｐ≤０．００９，铁Ｆｅ：余量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任伊宾，杨柯，张炳春，梁勇，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]