專利名稱：低鎳奧氏體不銹鋼以及該鋼的用途的制作方法

　　技術領域：

　　本發明涉及一種高度可成形的低鎳奧氏體不銹鋼，與市場上現有的低Ni奧氏體不銹鋼種相比，其具有高的抗延遲開裂性。本發明還涉及該鋼在由加工方法制造的金屬產品中的用途。

　　背景技術：

　　鎳價格的高起伏增加了人們對Cr-Ni合金化的奧氏體不銹鋼的低鎳和無鎳替代品的興趣。以下在描述元素含量時，如果未作另外說明，則所述含量為重量％。錳合金化的200系列奧氏體不銹鋼通常具有與Cr-Ni合金化的300系列鋼種大體上相等的成形能力，并且它們的其它性質是相當的。但是，大部分錳合金化的鋼種，特別是那些具有0% -5%的特別低鎳含量的鋼種，易于發生延遲開裂現象，這阻礙了它們在需要重度深拉延操作的應用中的使用。目前可用的低鎳鋼種的另一個缺點是為了確保完全的奧氏體晶體組織，它們具有降低的鉻含量。例如，具有約I %鎳的低鎳鋼種通常僅含有15%的鉻，這損害了它們的耐腐蝕性。低Ni的Mn合金化鋼種的一個例子是鋼種AISI 204 (UNS S20400)，其可通過用銅(Cu)合金化以改性方式制成。根據標準ASTM A 240-0%和EN指定等級I. 4597，所述新的銅合金化材料在標準中被命名為S20431。這些鋼廣泛用于家用器具、淺鍋和平底鍋以及其它消費產品。然而，目前可用的鋼非常容易發生延遲開裂，因此不能用于材料經受深拉延的應用。已經提出了一些具有降低的鎳含量的奧氏體不銹鋼種，其被設計用以抵抗延遲開裂。GB專利1419736公開了一種具有低的延遲開裂敏感性的不穩定奧氏體不銹鋼，其基于低的C和N含量。然而，所討論的鋼具有規定為6. 5%的最小Ni含量，從而有損鋼的成本效

　　Mo國際公開W095/06142公開了一種奧氏體不銹鋼,通過限制C和N的含量并且通過控制描述所述鋼的奧氏體穩定性的Md3tl溫度使其抵抗延遲開裂。然而，該國際公開的鋼中含有最低6%的鎳，因此沒有成本效益。EP專利2025770公開了一種鎳降低的奧氏體不銹鋼，通過控制Md3tl溫度使其抵抗延遲開裂。然而，該EP專利的鋼含有最低3%的鎳，從而降低了該鋼的成本效益。另外，已提出許多合金以便尋找關于常規的Cr-Ni合金化鋼種的成本有效的替代品。然而，現有合金均不兼具低的鎳含量(約1% )和高的抗延遲開裂性。例如，EP專利0694626公開了一種含有I. 5-3. 5%鎳的奧氏體不銹鋼。這種鋼含有9-11%的錳，然而這可能損害鋼的表面品質和耐腐蝕性。US專利6274084公開了一種含1-4%鎳的奧氏體不銹鋼。US專利3893850公開了一種不含鎳的奧氏體不銹鋼，它含有至少

　　8.06%的錳和不超過0. 14%的氮。EP專利0593158公開了一種奧氏體不銹鋼，其含有至少

　　2.5%的鎳，因此不具有最佳的成本效益。此外，上述鋼均未被設計用于抵抗延遲開裂，這限制了它們在需要進行苛刻的成形操作的應用中的使用。

　　發明內容

　　本發明的目的是消除現有技術的一些缺點，以及提供一種低鎳奧氏體不銹鋼，所述鋼相較于目前市售的低鎳不銹鋼，具有顯著更低的延遲開裂敏感性。通過仔細設計的鋼的化學組成來確保對延遲開裂的抵抗性，所述鋼表現出奧氏體穩定性以及碳和氮含量的最優組合。本發明的目的還在于所述鋼在通過加工方法制造的金屬產品中的用途，在所述方法中可能發生延遲開裂。在所附權利要求書中列出本發明的基本特征。本發明的奧氏體不銹鋼的優選化學組成如下(按重量％ )0. 02-0. 15% C0. 1-2% Si7-15% Mn

　　14-19% Cr0. 1-4% Ni0. 1-3% Cu0. 05-0. 35% N,其余為鐵和不可不避免的雜質。本發明的鋼可任選地含有下組中的至少一種最多3%的鑰(Mo)，最多0. 5%的鈦(Ti)，最多0. 5%的鈮(Nb)，最多0. 5%的鎢(W)，最多0. 5%的釩(V)，最多50ppm的硼(B)和/或最多0.05%的鋁(Al)。本發明的鋼表現出如下性能 屈服強度 Rp(l.2%高于 260MPa， 極限拉伸強度Rni高于550MPa， 斷裂延伸率A8tlmm高于40 %， 耐點蝕當量 PRE(PRE=% Cr+3. 3% Mo+16% N)高于 17。本發明鋼表現出如下性能在深拉延中實現高達至少2. 0或甚至更高的拉延比而不發生延遲開裂。拉延比被定義為具有變化直徑的圓形坯料與深拉延操作中使用的具有恒定直徑的沖頭的直徑比值。本發明的奧氏體不銹鋼可用于抵抗通過深拉延(de印drawing)、拉伸成形、彎曲、旋壓(spinning)、液壓成形和/或軋制成形或這些加工方法的任意組合而制造的金屬產品中的延遲開裂。下面對本發明奧氏體不銹鋼中元素的作用和按重量％計的含量進行描述碳(C)是有價值的奧氏體形成和穩定元素，其使得能夠減少使用昂貴的元素Ni、Mn和Cu。碳合金化的上限是由碳化物析出的風險而定，所述碳化物析出會使鋼的耐腐蝕性劣化。因此，碳含量應當被限制在低于0. 15%，優選低于0. 12%，且適宜地低于0. 1%。通過脫碳工藝將碳含量降低至低水平是不經濟的，因此碳含量應當不低于0. 02%。將碳含量限制在低水平也增加了對其它昂貴奧氏體形成劑和穩定劑的需要。在熔煉車間中將硅(Si)加入不銹鋼以用于脫氧目的，并且硅不應低于0. 1%。由于硅是鐵素體形成元素，因此其含量必須被限制在低于2%，優選低于I %。錳(Mn)是本發明鋼的關鍵元素，其確保穩定的奧氏體晶體結構并且使得能夠減少較昂貴的鎳的使用。錳還增加氮向鋼中的溶解度。為了利用盡可能低的鎳合金化來實現完全奧氏體且足夠穩定的晶體結構，錳含量應當高于7%。高錳含量使鋼的脫碳工藝較為困難，損害表面品質，并且降低鋼的耐腐蝕性。因此，錳含量應低于15%，優選低于10%。鉻(Cr)有助于確保鋼的耐腐蝕性。鉻還穩定奧氏體組織，因此對于避免延遲開裂現象是重要的。因此，鉻含量應當最少為14%。在此水平上增加含量，可提高鋼的耐腐蝕性。鉻是鐵素體形成元素。因此，增加鉻含量會增加對昂貴的奧氏體形成劑Ni、Mn、Ni的需要或者使得需要不切實際高的C和N含量。因此，鉻含量應當低于19%，優選低于17. 5%。鎳(Ni)是一種強的奧氏體形成劑和穩定劑。但是它是昂貴的元素，因此為了維持本發明鋼的成本效益，鎳合金化的上限應當為4%。優選地，為進一步提高成本效益，鎳含量應當低于2%，適宜地為1.2%。非常低的鎳含量將使得需要與其它奧氏體形成和穩定元素進行不切實際的高合金化。因此，鎳含量應當優選高于0. 5 %，且更優選高于I %。銅(Cu)可用作鎳的較廉價替代物，作為奧氏體形成劑和穩定劑。由于熱延展性的損失，銅含量不應高于3%。優選地,銅含量不應超過2. 4%。氮(N)是一種強的奧氏體形成劑和穩定劑。因此，氮合金化由于能夠降低鎳、銅和錳的使用從而提高了本發明鋼的成本效益。為了確保上述合金化元素的合理低使用，氮含量應當至少為0. 05%，優選高于0. 15%。高的氮含量增加鋼的強度，因此使成形操作較為困難。此外，隨著氮含量的增加，氮化物析出的風險增加。出于這些原因，氮含量不應超過

　　0.35%,氮含量優選應低于0. 28%。鑰(Mo)是任選的元素，可添加鑰用于提高鋼的耐腐蝕性。但是由于成本高，鋼中的Mo含量應低于3%。參照以下附圖

　　，對本發明進行更詳細的描述，其中圖I就碳和氮含量的總和(C+N)以及測得的Md3tl溫度說明了本發明鋼的化學組成范圍，圖2示出了對于本發明鋼，表I中的合金2的顯微組織，圖3示出了由本發明鋼(合金I)深拉延的杯狀物，圖4示出了由本發明鋼(合金2)深拉延的杯狀物，圖5示出了由含I. I %鎳的常規鋼深拉延的杯狀物。除了上述的各個合金化元素的范圍，應對Md3tl溫度與鋼中碳和氮含量的總和(C+N)的組合進行調整，以使該組合處在圖I中區域ABCD所限定的區域內。圖I中的點AB⑶具有如下值

　　權利要求

　　1.具有高抗延遲開裂性的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于，所述鋼按重量％計含有0. 02-0. 15% 的碳，7-15% 的錳，14-19% 的鉻，0. 1-4% 的鎳，0. 1-3% 的銅，0. 05-0. 35% 的氮，所述鋼的余量為鐵和不可避免的雜質，并且在不發生延遲開裂的情況下所述鋼在深拉延中實現了至少2.0的拉延比，并且就碳含量和氮含量的總和(C+N)以及測量的Md3tl溫度而言，化學組成范圍處在由點ABCD限定的區域內，點ABCD具有如下值

　　2.根據權利要求I的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于所述鋼含有15-17.5%的鉻。

　　3.根據權利要求I或2的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于所述鋼含有7-10%的錳。

　　4.根據權利要求1、2或3的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于所述鋼含有1-2%的鎳。

　　5.根據前述權利要求中任一項的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于所述鋼含有0.1-2. 4% 的銅。

　　6.根據權利要求I的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于所述鋼任選地含有如下組中的至少一種最多3%的鑰，最多0. 5%的鈦，最多0. 5%的鈮，最多0. 5%的鎢，最多0. 5%的釩，最多50ppm的硼和/或最多0. 05%的招。

　　7.根據前述權利要求中任一項的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于屈服強度Rpa2高于260MPa，且極限抗拉強度Rni高于550MPa。

　　8.根據前述權利要求中任一項的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于斷裂延伸率A8tl■高于40%。

　　9.根據前述權利要求中任一項的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于耐點蝕當量PRE高于17。

　　10.根據前述權利要求中任一項的低鎳奧氏體不銹鋼，其特征在于，在不發生延遲開裂的情況下所述鋼在深拉延中實現至少2. 0的拉延比，并且就碳含量和氮含量的總和(C+N)以及Md3tl溫度而言，化學組成范圍處在由點DEFG限定的區域內，點DEFG具有如下值

　　11.具有高抗延遲開裂性的低鎳奧氏體不銹鋼的用途，其特征在于，所述鋼按重量％含有 0. 02-0. 15% 的碳，7-15% 的錳，14-19% 的鉻，0. I-4% 的鎳，0. 1_3% 的銅，0. 05-0. 3% ^氮，所述鋼的余量為鐵和不可避免的雜質，其用于抵抗通過深拉延、拉伸成形、彎曲、旋壓、液壓成形和/或軋制成形或這些加工方法的任意組合而制造的金屬產品中的延遲開裂。

　　全文摘要

　　本發明涉及一種具有高抗延遲開裂性的低鎳奧氏體不銹鋼以及所述鋼的用途。所述鋼按重量％含有0.02-0.15％的碳，7-15％的錳，14-19％的鉻，0.1-4％的鎳，0.1-3％的銅，0.05-0.3％的氮，所述鋼的余量為鐵和不可避免的雜質，并且就碳含量和氮含量的總和(C+N)以及測量的Md30溫度而言，化學組成范圍在由點ABCD限定的范圍內，點ABCD具有如下值

　　文檔編號C22C38/54GK102985579SQ201180022905

　　公開日2013年3月20日 申請日期2011年4月18日 優先權日2010年5月6日

　　發明者J·塔羅奈恩, T·陶拉夫尤里, S·柯杜庫拉 申請人:奧托庫姆普聯合股份公司