[发明专利]一种高成形含氮奥氏体不锈钢及其制造方法

说明书

一种高成形含氮奥氏体不锈钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C 0.001～0.05％，Si 2.50～3.80％，Mn 6.0～8.0％，Cr 13.5～15.0％，Ni 1.0～2.5％，N 0.12～0.15％，Cu 3.5～5.0％，S≤0.004％，V 0.1～0.2％、Nb 0.1～0.2％，余Fe和不可避免杂质，且，C+N≤0.18％，(V+Nb)/C≥5；Si含量×5.59mJ/m²≥14mJ/m²，M_d30/50为40～70℃，平均晶粒尺寸≥90μm，硬度≤HV180。本发明通过氮合金化代Ni并添加Mn、Cu等获得室温奥氏体组织；加Si等显著降低层错能；降低材料初始硬度、控制M_d30/50温度，使应变过程中马氏体相变缓慢发生；杯突值≥14.5、LDR≥2.4，满足复杂成形要求，与高成形、高成本的304DDQ接近，可广泛用于电子、仪器仪表、制品等行业。

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢，特别涉及一种高成形含氮奥氏体不锈钢及其制造方法。

背景技术

奥氏体不锈钢304等具有良好的成形性能，常常用于深冲领域，比如不锈钢水杯、保温瓶等。在要求特别高的深冲领域比如一次成形的水杯或者水槽，常规304在加工深拉制品时也无法满足要求，易产生裂纹、拉穿的现象，影响成品合格率。

为此开发了专门的深冲用材304DDQ，与普通304相比，304DDQ镍含量由8.0％提高到8.5％，添加3.5％左右的Cu，材料的奥氏体具有更匹配的稳定性，材料的延伸率较高(≥53％)，硬度较低(≤170HV)，内部晶粒等级在7.0～8.0之间，深冲性能极佳。但是304DDQ由于Ni、Cu等合金含量高，其成本也比304高20％以上，限制了应用。

通过添加更高的Ni、Cu等改善奥氏体不锈钢的滑移性能，抑制其变形过程中马氏体相变的快速发生，获得更高的成形性。但同时提高了合金成本，阻碍了材料的应用。开发具有相近的高成形性能且同时成本较低的含氮节镍奥氏体不锈钢，有望提供一种高性价比材料，促进不锈钢在高成形领域尤其是需要一次成形的复杂领域的应用。

现有的含氮节镍不锈钢基本以Fe、Cr、Mn、Ni、C、N、Cu等为主加元素，其中Cr含量一般为13～18％不等，Ni含量一般0.5～5％，通过降低铁素体元素Cr、提高奥氏体形成元素Mn、N和C等含量保证室温下获得奥氏体组织，主要用于取代304奥氏体不锈钢，用于装饰面板、制品等行业。在需要成形的应用领域，含氮节镍奥氏体不锈钢由于C、N含量高导致屈服强度较高，同时Ni的降低使材料中奥氏体相稳定性降低，在成形或者变形过程中快速形成大量脆性的马氏体相，材料的加工硬化显著、成形性显著低于304。另一个重要问题是大量马氏体相的生成导致材料的内应力大，产生延迟开裂的问题，成形后必须快速退火，增加了成本和生产组织的难度。

与304奥氏体不锈钢相比，ASTM标准中S20100铬含量为16～18％，通过添加5.5～7.5％的锰和一定量的氮和碳，取代304奥氏体不锈钢中的奥氏体形成元素镍，将镍含量从8％以上降低到5.5％以下，从而降低材料的成本，因为不锈钢中每降低1％的镍，意味着降低10～15％的原材料成本。在使用过程中，为了解决碳含量较高易带来焊接后晶间腐蚀问题，又开发了碳含量低于0.03％的201L和201LN系列。

在中国，200系含氮节镍不锈钢的开发和应用十分广泛。如中国专利CN1129259公开了一种能节镍铬的含氮奥氏体不锈钢，其化学成分(Wt％)为：C0.10；Si1.0；Mn 11～15；P0.03；S0.03；Cr 10～15；Ni 3.6～5；0N≤0.10；其余为Fe；与现有18-8型奥氏体不锈钢(304)相比，可节镍一半，具有价格低廉、性能稳定、生产工艺简便、易于加工成型、成品率高等优点。该专利的特点是利用Mn、N取代部分Ni，Ni含量与304中的8％相比显著降低，为了保证室温奥氏体相，成分中Cr含量也显著降低。