一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢及其制备方法技术

一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢及其制备方法，其重量百分比化学成分为：C≤0.10%，Si≤1.00%，Mn3.50

【技术实现步骤摘要】
一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于奥氏体不锈钢
，具体涉及一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，煤矿瓦斯抽采管一般采用304不锈钢等材质，然而由于其抗拉强度、屈服强度较低，管材需采用较大壁厚才能满足其矿井下运行强度、刚度及抗碰撞冲击等性能要求，其壁厚增加会导致管路重量增加，给井下管路运输及安装带来了不利影响。此外，煤矿瓦斯抽采管工作运行环境地质构造变动频繁，瓦斯抽采管的受力比地面运行更为复杂。因此，从安全生产角度考虑，结构安全性重要指标“屈强比”是其管材重点关注力学性能指标。屈强比表征材料由塑性变形到最后断裂过程的形变容量。为保证钢材受力构件及设备的安全性，要求钢材在断裂之前具有足够的塑性变形，即要求钢材具有较低的屈强比。因此，有必要开发一种高强度、低屈强比的瓦斯抽采管用不锈钢材料。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢及其制备方法，采用提高材料强度、降低屈强比的思路，开发了一种结构安全性更好的不锈钢，从而满足矿山瓦斯抽采管等对不锈钢材料的需求。
[0004]本专利技术通过以下技术方案予以实现。
[0005]一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢，其化学成分的质量百分配比为：C ≤0.10%，Si ≤1.00%，Mn 3.50
‑
5.50%，Cr 15.00
‑
17.00%，Ni 4.50
‑
5.50%，N ≤0.10%，P ≤0.045%，S ≤0.030%，其余为Fe与不可避免的杂质；其中，其中，Cwt%+Nwt%的质量百分比之和为0.12
‑
0.18%。
[0006]C：C是能够强烈形成并稳定且扩大奥氏体区的元素，可与Mn、N等其它奥氏体化元素一起作用，促进奥氏体形成。但C含量过多时，C会与Cr形成富Cr碳化物，降低材料的耐腐蚀性能。因此，本专利技术中C含量限定在≤0.10%。
[0007]Si：Si是铁素体形成元素，它一般在冶炼时起到脱氧作用，但是Si含量过多会降低钢的冲击韧性和耐蚀性能。因此，本专利技术中Si含量限定在≤1.00%。
[0008]Mn：Mn是比较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈的稳定奥氏体的作用，可与C、N等元素复合，在一定程度上取代Ni，但Mn含量过高则会降低钢的冲击韧性。因此，本专利技术中Mn含量限定在3.50
‑
5.50%。
[0009]Cr：Cr是钢获得耐腐蚀性能的重要元素，在不锈钢中Cr≥12.5%，即可以形成稳定的表面钝化膜，提高钢的耐蚀性，本专利技术中的Cr含量控制在15.00%以上；但Cr是主要的铁素体形成元素，过高的Cr含量必须在钢中加入较多的Ni、Mn等元素才能保证获得单相奥氏体组织，从而增加材料成本。因此，本专利技术钢中Cr含量限定在15.00
‑
17.00%。
[0010]Ni：Ni是强烈的扩大并稳定奥氏体的元素，但是其价格昂贵，Ni含量过高会增加材
料成本，过低则降低材料韧性。因此，本专利技术中Ni含量限定在4.50
‑
5.50%。
[0011]N：N是强烈的形成并稳定奥氏体的元素，其形成能力与C相当，约为Ni的30倍，同时其作为合金元素加入钢中还有利于提高强度以及耐蚀性能。但是，随着N含量增加，其氮化物析出倾向增大，对材料的冲击性能不利。因此，本专利技术中N含量限定在≤0.10%。
[0012]P、S：P、S是不锈钢中的有害元素，对材料的热塑性和性能影响不利，本专利技术钢中P限定在0.045%以下，S限定在0.030%以下。
[0013]C+N：C和N元素为固溶强化元素，其会显著提高材料强度，同时C和N元素还是影响α
′
马氏体相强度的主要元素，而α
′
马氏体的形成在提高强度的同时势必会降低材料的塑韧性指标，因此，为了保证本专利技术具有高强度的同时匹配良好的塑韧性以及低的屈强比，本专利技术奥氏体不锈钢控制C+N总量在0.12
‑
0.18%范围。
[0014]进一步地，所述奥氏体不锈钢的M
d30
温度为50
‑
80℃；M
d30
温度为合金经30%冷变形将导致50%的奥氏体转变为马氏体的温度，单位为℃，M
d30
温度越低，代表该材料对马氏体转化的抗性越高，进而由马氏体导致的加工硬化倾向越低。M
d30
根据以下公式计算：M
d30
=551
‑
462（Cwt%+Nwt%）
‑
9.2Siwt%
‑
8.1Mnwt%
‑
29Niwt%
‑
13.7Crwt% 。
ꢀꢀ
(1)进一步地，所述奥氏体不锈钢的γ
SFE
为4.5
‑
9.5 mJ/m2；γ
SFE
为金属层错能，表示形变过程中奥氏体形变诱导形成马氏体的难易程度。γ
SFE
根据以下公式计算：γ
SFE
（mJ/m2）=
‑
53+6.2Niwt%+0.7Crwt%+3.2Mnwt% 。
ꢀꢀ
(2)一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢的制备方法，首先，奥氏体不锈钢原料经电炉+AOD或VOD+LF冶炼，经连铸工艺制成连铸坯；其次，连铸坯经热连轧工艺轧制成板材；再次，板材在连续退火酸洗生产线中进行退火、酸洗，制成成品板材，其特征在于：连铸坯轧制前板坯的加热温度控制在1230
‑
1270℃之间；热连轧工艺的轧制温度控制在不低于970℃；轧制的板材退火温度控制在1040℃
‑
1100℃之间，退火时间控制在0.7
‑
1.2min/mm，冷却方式为空冷以上冷速。
[0015]进一步地，制得的奥氏体不锈钢在固溶退火态下为奥氏体组织，并具有高强度、低屈强比的特点，室温力学性能为：屈服强度R
p0.2
≥300MPa，抗拉强度R
m
≥1000MPa，屈强比≤0.40，断后伸长率≥40%。
[0016]与现有技术相比本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的高强度、低屈服比奥氏体不锈钢，通过选择合理的成分体系并匹配合金元素成分及含量，进一步优化限定M
d30
、γ
SFE
以及C+N总量，充分调控奥氏体形变诱导马氏体的转变。通过奥氏体形变诱导马氏体转变并结合材料加工硬化机制，获得了满足高强度、低屈强比奥氏体不锈钢，解决了其它钢强度提高而屈强比下降的矛盾，可以有效满足煤矿瓦斯抽采管对不锈钢材料的高强度、高屈强比安全性要求，同时具有耐蚀、质轻的优势。
附图说明
[0017]图1为实施例1制备的奥氏体不锈钢热轧板材固溶退火态的微观组织图。
具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢，其特征在于：奥氏体不锈钢的化学成分的质量百分配比为：C ≤0.10%，Si ≤1.00%，Mn 3.50
‑
5.50%，Cr 15.00
‑
17.00%，Ni 4.50
‑
5.50%，N ≤0.10%，P ≤0.045%，S ≤0.030%，其余为Fe与不可避免的杂质；其中，Cwt%+Nwt%的质量百分比之和为0.12
‑
0.18%。2.根据权利要求1所述的一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢，其特征在于：所述奥氏体不锈钢的M
d30
温度为50
‑
80℃；M
d30
温度为合金经30%冷变形将导致50%的奥氏体转变为马氏体的温度，单位为℃，M
d30
根据以下公式计算：M
d30
=551
‑
462（Cwt%+Nwt%）
‑
9.2Siwt%
‑
8.1Mnwt%
‑
29Niwt%
‑
13.7Crwt%
ꢀꢀ
(1)。3. 根据权利要求1所述的一种高强度低屈强比奥氏体不锈钢，其特征在于：所述奥氏体不锈钢的γ

【专利技术属性】
技术研发人员：王贵平，李莎，王鑫潮，莫金强，张威，孙铭山，
申请(专利权)人：山西太钢不锈钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：