[发明专利]一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢及其制备方法

说明书

一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢及其制备方法，属于马氏体不锈钢技术领域，解决低铬马氏体不锈钢室温下冲击韧性较低的技术问题，制备方法包括以下步骤：合金冶炼、铸造成形→预热→热轧→退火，制得的铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比为：C:0.005~0.200%，Cr:10.5~15.0%，Nb:0.05~0.30%，N≤0.020%，Si≤0.50%，Mn≤0.50%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明对钢的成分进行限定，并优化了生产工艺，使铌单稳定型低铬马氏体不锈钢室温下的冲击功≥100J，屈服强度≥400 MPa，抗拉强度≥500 Mpa，为高韧性法兰用钢提供了低成本可选材料。

技术领域

本发明属于马氏体不锈钢技术领域，具体涉及一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢及其制备方法。

背景技术

马氏体不锈钢由于不含镍，故相对于镍含量较高的奥氏体不锈钢、双相钢等而言，制造原料成本低，而相对于铁素体不锈钢对碳含量控制要求不高，冶炼工艺相对简单，主要应用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械等。低铬马氏体不锈钢板作为汽车法兰用钢，在满足耐蚀性的前提下，还必须有良好的力学性能，尤其是优良的冲击韧性。虽然采用现代先进的不锈钢生产技术，已经能够保证典型的杂质元素P、S、N、O等的含量保持在较低的范围内；但是，其也有一些缺点或不足，如室温下韧性不足，例如传统的低铬马氏体不锈钢12Cr13，室温（～25℃）下冲击功仅有50J左右，极大限制了其作为汽车法兰的应用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，解决低铬马氏体不锈钢室温下冲击韧性较低的技术问题，本发明提供一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢及其制备方法，为需要较高冲击韧性的汽车法兰用材提供低成本材料。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，其化学成分及其重量百分比为：C:0.005~0.200%，Cr:10.5~15.0%，Nb:0.05~0.30%，N≤0.020%，Si≤0.50%，Mn≤0.50%，其余为Fe和不可避免的杂质。铌单稳定型低铬马氏体不锈钢室温下（~25℃）的冲击功（AK）≥100J，屈服强度（Rp0.2）≥400 MPa，抗拉强度（Rm）≥500 MPa。

本发明提供的铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，成分设计优化，通过添加适量的Nb元素保证低铬马氏体不锈钢具有良好的低温冲击韧性以及高强度，利用Nb元素固定钢中的C、N元素，并控制钢中O、S、P等杂质元素，保证不锈钢具有优良的耐腐蚀性和良好的加工性，同时降低Si、Mn等合金元素，以减弱其对冲击韧性的影响。

具体地，在本发明的成分设计中：

Nb：铌是一种强碳、氮化合物形成元素，通过在晶粒间析出碳、氮化合物可推迟热轧状态的晶粒长大，在退火过程也可限制晶粒长大。由于铌元素的晶粒细化效果，可提高马氏体不锈钢的强度和冲击韧性。但过多的铌元素加入，会导致碳化物析出过多，其钢中形态由点状或细链条状转变为条片状，从而降低钢的冲击韧性。因此，本发明将其含量限定在0.05 ~ 0.30wt％；

N：氮在马氏体不锈钢中的溶解度非常低，因此在高温加热和在随后的冷却过程中，不可避免的要析出氮化物（CrN和Cr₂N）而产生贫Cr 区，导致这些区域的耐腐蚀性显著下降。另外，氮过高也不利于韧脆转变温度的降低。因此，氮含量限定在不大于0.02wt％；

Cr:铬是使马氏体不锈钢具有良好耐蚀性的合金元素。Cr对马氏体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性，主要表现在提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能，马氏体不锈钢在氧化性介质中，铬能使不锈钢的表面上迅速生成氧化铬(Cr₂O₃)钝化膜。因此，本发明将铬含量限定在10.5~15.0wt％；

Mn、Si：锰、硅是作为脱氧元素而添加的，如果过低不利于钢质的纯净，过高则对提高冲击韧性不利。因此，本发明将Mn、Si元素的含量限定在不大于0.50wt％，并在实际生产中尽可能向低控制。