一种高强度含氮经济型奥氏体不锈钢及其制造方法技术

一种高强度含氮经济型奥氏体不锈钢及其制造方法，该钢化学成分重量百分比为：C：0.05～0.15％，Si：0.3～1％，Mn：8.5～11.0％，Cr：14.0～16.0％，Ni：1.0～2.5％，N：0.10～0.25％，P

A High Strength Economic Austenitic Stainless Steel Containing Nitrogen and Its Manufacturing Method

A high strength economical austenitic stainless steel containing nitrogen and its manufacturing method are described. The chemical composition weight percentage of the steel is C:0.05-0.15%, Si:0.3-1%, Mn:8.5-11.0%, Cr:14.0-16.0%, Ni:1.0-2.5%, N:0.10-0.25%, P

【技术实现步骤摘要】
一种高强度含氮经济型奥氏体不锈钢及其制造方法
本专利技术涉及一种高强度含氮经济型奥氏体不锈钢及其制造方法，更具体地涉及一种通过反复热机械变形+柔性退火获得纳米级晶粒而得到的高强度含氮经济型奥氏体不锈钢及其制造方法。
技术介绍
随着工业技术的进步，各行各业对金属材料的要求不断提高，低成本、高强度将是未来金属材料的发展趋势。例如在汽车、航空等领域的轻量化发展要求，就需要材料具有更高的强度和更好的塑性，同时成本不能太高。另外，在精密电子行业，同样需要大量的高强度薄带，满足电子产品尺寸日益减小的要求。不锈钢由于兼具一定的强度和耐腐蚀性能，是工业领域用材的重要选择。但传统的奥氏体不锈钢304、316的强度偏低，不能很好满足高强度材料的要求，而且，这些产品含有较高的镍含量，成本比较高。另外，由于Ni价格波动大，这些产品的价格波动也大，带来比较大的经济风险。因此，如果能开发出一种经济型不锈钢，并通过技术手段使材料满足高强度的要求，从而实现低成本高强度的目的，将具有十分重要的意义。事实上，近年来，人们利用N合金化手段，获得了节镍甚至无镍的奥氏体不锈钢，大大降低了成本，并一定程度上提高了强度，这些产品在家电制品、集装箱等领域得到了广泛的应用。但目前开发的节镍型奥氏体不锈钢的N含量通常在0.2％以下，屈服强度仅为400MPa左右，抗拉强度仅能达到700～800MPa，强度还不能完全满足高强度不锈钢的要求。若将氮含量提高至0.4％以上，制备高氮不锈钢可以达到高强度不锈钢的要求，例如屈服强度达到600MPa以上，抗拉强度达到1000MPa以上。但高氮钢在实际工业生产过程的难度很大，目前还不能制备宽幅的高氮钢板材。因此，当前为达到高强度的目的，均采用调质轧制的方法，也就是通常所说的硬态不锈钢，利用形变马氏体的产生提高材料强度，301系列硬态不锈钢是典型的例子。尽管调质轧制在生产高强度不锈钢方面得到了较好的应用，但在生产薄规格或者极薄规格带钢上，由于调质压下量很难精确控制，往往遇到强度控制不均匀，带钢板型难以控制的问题，这些问题的存在使生产高质量高强度不锈钢薄带面临困难。中国专利CN200810042817.X通过添加较高的Mn含量，确保奥氏体组织的稳定性，从而获得冷变形条件下保持无磁性能。该专利中含有较高含量的N，在冷变形条件下，材料的强度会大大增加，获得高强度性能。但该专利获得高强度依然是通过冷轧变形，这和传统的调质一样，面临着同板性能差异大，板型难以精确控制等问题。中国专利CN201310367890.5公开了一种高氮奥氏体不锈钢，其N含量大于1.0％。实际上，在工业大规模生产模式下，目前还不能稳定生产N含量高于1.0％的产品。因此，高氮钢的生产还基本上处于实验室或者中试阶段，尺寸受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高强度含氮经济型奥氏体不锈钢及其制造方法，该钢的金相组织中晶粒尺寸在500nm以下，其屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥35％，显著提高钢材料强度并保持良好的塑性，同时具有钢同板性能差异小、板型良好的优点。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种高强度含氮经济型奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.05～0.15％，Si：0.3～1％，Mn：8.5～11.0％，Cr：14.0～16.0％，Ni：1.0～2.5％，N：0.10～0.25％，P<0.08％，S<0.01％，Cu：0.5～2.0％，Mo：0.1～0.5％，其余为Fe和不可避免杂质，且上述元素需同时满足如下关系：Md30/50≥20℃，Md30/50计算公式如下：Md30/50＝413-462*(C％+N％)-9.2*Si％-8.1*Mn％-9.5*Ni％-3.7*Cr％-18.5*Mo％。优选的，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢中Mn：9.5～10.5％，以重量百分比计。优选的，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢中Cr：14～15％，以重量百分比计。优选的，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢中Ni：1.5～2.0％，以重量百分比计。优选的，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢中N：0.10～0.20％，以重量百分比计。优选的，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢中Cu：1.0～1.5％，以重量百分比计。优选的，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢中Mo：0.1～0.5％，以重量百分比计。进一步，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢的金相组织为单一的奥氏体组织，晶粒尺寸≤500nm。所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢的屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥35％。本专利技术钢成分设计中各元素的作用：C：C是强烈形成、稳定和扩大奥氏体区的元素，C对室温下形成奥氏体组织起到重要作用。但是C含量太高会降低不锈钢的塑性，而且对不锈钢的耐蚀性不利，因此，本专利技术控制C含量为0.05～0.15％。Mn：Mn是比较弱的奥氏体形成元素，但在不锈钢中是强烈的奥氏体组织稳定元素，并能提高N在钢中的溶解度。在低镍型奥氏体不锈钢中，Mn与钢中C、N等元素复合作用，部分取代Ni确保不锈钢在室温下为奥氏体组织。但Mn对奥氏体不锈钢的耐蚀性有着负面影响，因此Mn含量也不能太高，本专利技术控制Mn含量为8.5～11％，优选的，Mn：9.5～10.5％。Cr：Cr是不锈钢中最重要的合金元素，是获得不锈钢不锈性和耐蚀性的保证。本专利技术的Cr含量控制在14～16％，不能太高的原因是为了获得室温下单一的奥氏体组织。本专利技术中Cr含量优选范围为14～15％。Mo：Mo也是不锈钢中提高耐腐蚀性能的重要元素，本专利技术为了改善耐腐蚀性能，进行了Mo微合金化，研究表明，Mo、N元素的协调对提高不锈钢的耐腐蚀性能具有明显的效果。但Mo是贵金属元素，因此，本专利技术钢添加Mo的含量较少，控制在0.1～0.5％，优选的，Mo：0.1～0.5％。Ni：Ni是形成和稳定奥氏体相最重要的元素，并且还可以增强不锈钢抗还原酸的能力和提高加工性能，但为了降低成本，本专利技术大大降低Ni的含量，控制在1～2.5％，优选的，Ni：1.5～2.0％。N：N在不锈钢中是非常强烈地形成、稳定和扩大奥氏体区的元素。N在不锈钢中除了可以替代贵重资源如Ni之外，还可以在不明显降低材料塑性和韧性的前提下明显提高材料的强度，还能提高不锈钢的不锈性、耐蚀性以及延缓碳化物的析出等。但由于N在不锈钢中的溶解度有限，为了避免钢在凝固过程中出现皮下气泡，N含量的确定必须与其它合金元素协调作用以确保N以固溶状态存在，并且与其它合金元素复合作用来确保不锈钢在室温下为单相奥氏体组织。因此，本专利技术控制N含量为0.10～0.25％，优选的，N：0.10～0.20％。Cu：Cu可以改善不锈钢冷加工性能，随着Cu含量的提高，不锈钢的冷作硬化指数明显下降，因此，本专利技术钢的Cu含量保持在较高的含量，具体控制在0.5～2.0％，优选的，Cu：1.0～1.5％。Si：Si在低镍奥氏体不锈钢冶炼过程中作为脱氧剂加入，因此，为了控制钢中低的总[O]含量，钢中必须具有一定的还原Si含量。但Si在不锈钢中又是铁素体形成元素，为了确保不锈钢在室温下为单相奥氏体组织，Si含量必须加以限制。本专利技术控制Si含量为0.3～1.0％。P：P在不锈钢中被视本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度含氮经济型奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.05～0.15％，Si：0.3～1％，Mn：8.5～11.0％，Cr：14.0～16.0％，Ni：1.0～2.5％，N：0.10～0.25％，P<0.08％，S<0.01％，Cu：0.5～2.0％，Mo：0.1～0.5％，其余为Fe和不可避免杂质，且上述元素需同时满足如下关系：Md30/50≥20℃，Md30/50计算公式如下：Md30/50＝413‑462*(C％+N％)‑9.2*Si％‑8.1*Mn％‑9.5*Ni％‑3.7*Cr％‑18.5*Mo％。

【技术特征摘要】
1.一种高强度含氮经济型奥氏体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.05～0.15％，Si：0.3～1％，Mn：8.5～11.0％，Cr：14.0～16.0％，Ni：1.0～2.5％，N：0.10～0.25％，P<0.08％，S<0.01％，Cu：0.5～2.0％，Mo：0.1～0.5％，其余为Fe和不可避免杂质，且上述元素需同时满足如下关系：Md30/50≥20℃，Md30/50计算公式如下：Md30/50＝413-462*(C％+N％)-9.2*Si％-8.1*Mn％-9.5*Ni％-3.7*Cr％-18.5*Mo％。2.根据权利要求1所述的高强度含氮经济型奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢化学成分中Mn：9.5～10.5％，以重量百分比计。3.根据权利要求1或2所述的高强度含氮经济型奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢化学成分中Cr：14～15％，以重量百分比计。4.根据权利要求1-3任一项所述的高强度含氮经济型奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢化学成分中Ni：1.5～2.0％，以重量百分比计。5.根据权利要求1-4任一项所述的高强度含氮经济型奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢化学成分中N：0.10～0.20％，以重量百分比计。6.根据权利要求1-5任一项所述的高强度含氮经济型奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢化学成分中Cu：1.0～1.5％，以重量百分比计。7.根据权利要求1-6任一项所述的高强度含氮经济型奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高强度含氮经济型奥氏体不锈钢化学成分中Mo：0.1～0.5％，以重量...

【专利技术属性】
技术研发人员：季灯平，王勇，方徽源，
申请(专利权)人：宝钢不锈钢有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31