[发明专利]高氮低镍沃斯田铁不锈钢合金及其制造方法

说明书

本发明涉及一种高氮低镍沃斯田铁不锈钢合金，以其总重量为100wt％计算，该高氮低镍沃斯田铁不锈钢合金包括下列元素：16～18wt％的铬、1～5wt％的镍、0.4～0.7wt％的氮、1～3wt％的钼、≦0.075wt％的碳、≦1wt％的硅、≦2wt％的锰、0.1～1wt％的钒，其余部分为铁及不可避免的杂质。本发明的高氮低镍含量的不锈钢合金特别加入钒(V)元素，可增加氮溶解度，降低镍的用量，提高该不锈钢合金的抗拉强度及降伏强度，并降低腐蚀速率及制作成本。

技术领域

本发明是有关于一种不锈钢合金及其制造方法，且特别是有关于一种高氮低镍沃斯田铁不锈钢合金及其制造方法。

背景技术

依EN 10088-1的定义，钢中至少含有10.5wt％的铬且含碳量不超过1.2wt％时才称为不锈钢。不锈钢比一般钢材具更佳的抗腐蚀性及耐热性，在大气中可常保金属光泽。不锈钢耐腐蚀的原理是：铬在金属表面形成连续致密的氧化膜(俗称钝化膜)。此钝化膜可隔绝金属与外在环境的接触，所以具有耐腐蚀的功能。不锈钢表面钝化膜，可隔绝金属与外在环境的接触，与一般碳钢涂覆材不同的是，即使表面钝化膜遭外力刮伤后，仍可自行修复而生成新的表面钝化膜。而耐蚀能力与钝化膜的稳定性有关，这除了与不锈钢的化学成份有关外，还与腐蚀介质的种类、温度、压力、流速等有关。

沃斯田铁不锈钢合金主要添加元素为铬、镍、锰，区分为200及300系。200系不锈钢与300系不锈钢同属沃斯田铁系(Austenitic series)。300系不锈钢保持沃斯田铁组织的方法为加镍，而200系则减少镍、铬含量，增加锰、氮含量，以维持沃斯田铁组织的稳定性。部份200系不锈钢会添加铜，除能稳定沃斯田铁组织，同时能提高材料成型性。

沃斯田铁系不锈钢合金的特性应用如下：无法通过热处理改变其机械性质(无淬火硬化性)，但具有优良的延性及韧性，常施以低温加工，使其加工硬化增加强度和硬度。沃斯田铁系不锈钢对一般性腐蚀(General Corrosion)抵抗大，但有粒间腐蚀(Inter-granular Corrosion)的缺点，其原因为600～800℃的温度加热，使铬的碳化物再结晶粒界析出所致。

由于镍的成分是作为降低该不锈钢的腐蚀速率，但是镍的价格较为昂贵，因此对新一代不锈钢材料而言，以氮代镍的资源节约型高氮低镍不锈钢合金则应运而生。

高氮低镍沃斯田铁不锈钢合金是指不锈钢中的氮含量高于在大气下熔炼所制作出不锈钢中的氮含量，对以大气熔炼法所制作的沃斯田铁不锈钢而言，不锈钢中最大氮含量约在重量百分比0.05wt％左右。现今在工业生产，不锈钢熔炼制程均普遍使用电弧炉、感应炉、转炉、氧气氩气脱碳炉、或真空氧气脱碳炉(VOD炉)等设备在大气或低真空环境下熔制不锈钢。以大型VOD炉熔制不锈钢为例，是将氮气吹入炉体底部，以增加不锈钢的氮含量。

再者，若需增加不锈钢氮含量，例如在熔炼制程中常添加含氮合金，此方法最高可制作出氮含量约重量百分比为0.7wt％的不锈钢材料。在高氮气压力下熔炼亦为一种增加不锈钢中氮溶解度有效的方法，Fe-Cr-Mn沃斯田铁不锈钢在高氮气压力下熔炼(氮气压力高达50大气压)可制作出氮含量为重量百分比0.8-1.5wt％或0.8-1.8wt％的不锈钢材料，唯此种高压熔炼设备造价昂贵且生产时需消耗大量氮气，导致制造成本增加，而在高压下进行熔炼亦增加了制程的危险性。

因此，便有需要提供一种高氮低镍沃斯田铁不锈钢合金，解决前述的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的是提供一种高氮低镍沃斯田铁不锈钢合金，其加入钒(V)元素，可增加氮溶解度。

依据上述的目的，本发明提供一种高氮低镍沃斯田铁不锈钢合金，以其总重量为100wt％计算，该高氮低镍沃斯田铁不锈钢合金包括下列元素：