一种半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢及其制备方法，属于材料技术领域。以重量百分比计，该奥氏体不锈钢的化学成分为：Cr:16.0～18.0％，Ni:12.0～15.0％，Mo:2.0～3.0％，N:0.1～1.0％，B:0.001～0.02％，Ce:0.0001～0.01％，Si<0.1％，C<0.01％，Mn<0.05％，Al<0.01％，P<0.004％，S<0.002％，O<0.003％，余量为铁。该奥氏体不锈钢的制备方法为：配料

【技术实现步骤摘要】
一种半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢及其制备方法，属于材料


技术介绍

[0002]半导体行业用高纯度电子特殊气体(电子特气)是现代集成电路产业的基础，是集成电路(IC)制造的物质载体。高纯电子特气(体积纯度达到6个9，即99.9999％)是推动半导体行业进步的关键因素，高纯电子特气作为半导体等产业链的上游，是高端电化学制程链中最薄弱的环节之一。
[0003]被誉为高端电化学制程链“血液”的高纯度电子特气是衡量制程技术的核心产品，电子特气目前存在三大技术壁垒：1)深度提纯技术难度较大，2)包装和储运跟不上，超高纯气体的生产和应用都要求使用高质量的气体包装储运容器；3)电子特气的成分分析检验观念落后，对电子特气生产应用领域分析检测技术研究开发尚不够重视。电子特种气体国产化势在必行。
[0004]目前，大部分国内气体公司的供应产品仍较为单一，半导体压力容器所用的材质基本上是316L奥氏体不锈钢，已不能满足我国半导体行业的发展要求，尤其在集成电路等高端领域所用的高纯度特气的储运容器、以及相应的气体输送管线、阀门和接口方面尚未取得突破，我国目前特气所用压力容器材料材质和表面处理工艺整体技术落后，尚未建立高纯度电子特气与气瓶的材质选择、内壁表面处理等之间的相应材料和工艺标准体系。因此为了推进高纯度电子特气的发展，促进高纯度电子特气的国产化，必须针对特气存储和运输所需气瓶材质所需的高纯奥氏体不锈钢进行研发。
专利
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢及其制备方法，采用创新性的超低碳低锰的合金成分设计思想，通过降低晶界上的易腐蚀碳化物的数量提高电解抛光的表面光洁度，增加一定的氮含量，控制铬当量和镍当量，保证获得完全的马氏体组织，此外通过冷加工充分发挥固溶氮的强化作用，提高奥氏体基体的强度和硬度。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢，以重量百分比计，其化学成分为：Cr:16.0～18.0％，Ni:12.0～15.0％，Mo:2.0～3.0％，N:0.1～1.0％，B:0.001～0.02％，Ce:0.0001～0.01％，Si<0.1％，C<0.01％，Mn<0.05％，Al<0.01％，P<0.004％，S<0.002％，O<0.003％，余量为铁。
[0008]所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢，优选的N：0.2～0.5％。
[0009]所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢，优选的B:0.004～0.008％，
Ce:0.001～0.005％。
[0010]所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)按比例将各化学成分混合，经过纯净化冶炼和浇注获得钢锭；
[0012](2)将获得的钢锭在奥氏体相区锻造；
[0013](3)锻造后的钢锭进行热轧：轧制温度为1100℃～1200℃，轧制每道次压下量控制为20％～30％，总压下量控制为60％～80％，热轧后空冷至室温；
[0014](4)热轧后进行热处理；
[0015](5)热处理后的板材进行冷轧。
[0016]所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(2)中，锻造工艺为：锻造温度1100℃～1200℃，锻造比大于6，锻后空冷至室温。
[0017]所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(4)中，热处理工艺为：在1150℃
±
50℃保温20min～40min后进行水淬至室温。
[0018]所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢的制备方法，步骤(5)中，冷轧工艺为：每道次压下量小于20％，总压下量控制为30％～50％。
[0019]所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢的制备方法，冷轧后的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢，屈服强度大于350MPa，抗拉强度大于800MPa，延伸率大于40％，满足焊接无粉尘要求。
[0020]本专利技术中主要元素含量范围说明如下：
[0021]Cr：铬是高铬不锈钢中的一种重要元素，是决定不锈钢耐腐蚀性能的首要元素，这是因为铬提高了钢本身的耐蚀性，同时使钢很容易在其上形成氧化铬层，但是当Cr含量小于15％时，不能获得不锈钢所要求的最低耐蚀性。另一方面，Cr含量超过18％时，金属间化合物容易析出，导致热加工性能和机械性能受损。因此，本专利技术中铬的含量控制为：16.0～18.0wt％。
[0022]Ni：镍是奥氏体不锈钢完全奥氏体组织控制的重要元素。为了保证奥氏体组织稳定，当Ni含量小于10％时，奥氏体组织不稳定，另一方面，当Ni含量较高时，超过一定含量后，Ni的影响趋于饱和，与此同时生产成本逐渐增加。因此，为了获得完全的奥氏体组织和经济性，将Ni含量的范围限制在12.0～15.0wt％。
[0023]Mo：奥氏体不锈钢中添加一定含量的钼可以显著提高其耐腐蚀性能，但钼是铁素体形成元素，能力相当于铬，过高的Mo含量将促进高温铁素体相形成，恶化材料的加工性能和焊接性能。因此，可以在不损害热加工性、焊接性等其他性能的范围内，添加具有提高耐蚀性作用的钼。因此，本专利技术钢中钼的含量控制为：2.0～3.0wt％。
[0024]N和B：氮为强烈的奥氏体形成元素，扩大奥氏体相区，缩小铁素体相区，可以抑制钢中高温铁素体的形成。因为本奥氏体不锈钢采用了超低碳和低锰的成分设计思路，在镍含量一定的情况下，为了获得全奥氏体组织，在钢种加入一定含量的氮，制衡镍当量和铬当量，保证获得完全的奥氏体组织。此外，在最终的冷加工过程中，氮可以大幅度提升本专利技术钢的强度，但是氮含量过高容易形成CrN，从而降低其耐腐蚀性能。通过在本专利技术钢中添加一部分硼来细化晶粒，此外硼是一种能产生氮化物的元素，在奥氏体不锈钢中复合加入B和N，形成极细小的BN，可明显提高加工性能。要达到这一效果，N含量应在0.01～1.0％之间，B含量应在0.001％以上。另一方面，当B含量超过0.01％时，氮化物析出过多，导致腐蚀性能
和加工硬化能力下降。因此，本专利技术钢中优化的氮和硼含量分别为：N:0.2～0.5wt％，B:0.004～0.008wt％。
[0025]Ce：钢中含有一定量的稀土可以明显地提高钢的塑性和韧性，改善钢材横向性能和低温韧性。稀土有净化钢液、变质夹杂、微合金化的作用，有利于提高钢的冷冲压成型性和耐蚀性。此外，由于硒在电弧焊中具有提高电弧稳定性的作用，并具有抑制熔融金属形状变化的作用。当硒含量小于0.001％时，无法获得上述效果。另一方面，当硒含量超过0.01％时，会形成大块状的稀土夹杂物，从而削弱了耐蚀性，严重恶化材料的性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢，其特征在于，以重量百分比计，其化学成分为：Cr:16.0～18.0％，Ni:12.0～15.0％，Mo:2.0～3.0％，N:0.1～1.0％，B:0.001～0.02％，Ce:0.0001～0.01％，Si<0.1％，C<0.01％，Mn<0.05％，Al<0.01％，P<0.004％，S<0.002％，O<0.003％，余量为铁。2.根据权利要求1所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢，其特征在于，优选的N：0.2～0.5％。3.根据权利要求1所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢，其特征在于，优选的B:0.004～0.008％，Ce:0.001～0.005％。4.一种权利要求1～3任一所述的半导体行业高纯度电子特气用奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按比例将各化学成分混合，经过纯净化冶炼和浇注获得钢锭；(2)将获得的钢锭在奥氏体相区锻造；(3)锻造后的钢锭进行热轧...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅威，石全强，徐昕，吕佑龙，杨勇，
申请(专利权)人：坤石容器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：