一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢.pdf

一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，它包含如下重量百分组成的成分：C0.06～0.12％，Si0.30～0.60％，Mn9.0～10.5％，P≤0.035％；S≤0.015％，Cr17.00～18.00％，Ni4.00～6.00％，N0.20～0.35％，其余为Fe。本发明通过加入较高含量的锰、碳、氮元素并进行合理配比，提高材料的强度和耐磨性，且达到了扩大奥氏体组织的目的，这显著地降低了本发明所得不锈钢的磁性。

1、  一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，它包含如下重量百分组成的成分：C0.06～0.12％，Si0.30～0.60％，Mn9.0～10.5％，P≤0.035％；S≤0.015％，Cr17.00～18.00％，Ni4.00～6.00％，N0.20～0.35％，其余为Fe。

2、  根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其特征在于：C的百分含量为0.08～0.10％。

3、  根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其特征在于：S的百分含量为≤0.005％。

4、  根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其特征在于：Cr的百分含量为17.20～17.80％。

5、  根据权利要求1所述的一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其特征在于：N的百分含量为0.25～0.30％。

一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢
技术领域
本发明涉及一种奥氏体不锈钢，特别涉及一种成本较低的耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢。
背景技术
随着经济的发展，各种工业需求的特殊材料品种越来越多。例如在矿山开采生产中，需要使用大量的筛网，作为选矿用的消耗件，服役条件恶劣，所以要求制造筛网用的材料具有很高的综合使用性能，同时成本必须低。一直以来制造筛网使用的是常规的不锈钢材料，这种材料加工性能、耐蚀性都很好，但是最大的缺点是耐磨性不好，而且强度也不够，价格很高，在实际使用中寿命很短，使用成本很高；为解决上述问题，中国发明专利ZL95112786.1开发出来了一种不锈钢，其耐磨性、耐蚀性、强度得到很大改善，但是成本比常规不锈钢还要高，且热加工性能差，很难大规模推广；后来中国发明专利ZL200710134321.0公开了一种不锈钢，它的各成分的百分含量为C：0.06～0.11，Mn：14～19，Si：0～3，P：≤0.054，S：≤0.03，Cr：16～18，N：0.1～0.4，Cu：1.0～2.5，Mo：0～3，Ni：0～2，Re：0～0.22，余量为铁和不可避免杂质。它的强度、塑韧性、耐磨耐蚀性能均优于常规不锈钢，成本也有所下降，但是其生产工艺控制较难，且这种材料在经过冷拉加工后，导磁率偏高，不能满足工业质量要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，它包含如下重量百分组成的成分：C0.06～0.12％，Si0.30～0.60％，Mn9.0～10.5％，P≤0.035％；S≤0.015％，Cr17.00～18.00％，Ni4.00～6.00％，N0.20～0.35％，其余为Fe。
本发明当然可以包含一些无法避免的杂质。
作为主体的铁所占百分比随着其它元素的变化而变化。
金属的磁性来源于电子自旋的结构，电子自旋属于量子机械性能，既可以“向上”，也可以“向下”。在铁磁性金属中，电子会自动按照同一方向进行旋转，而反铁磁性金属材料中，一些电子按照规则的模式进行，而相邻电子则朝着相反方向或反平行自旋，但对于三角形晶格中的电子来说，由于每个三角形中的两个电子都必须按照相同方向自旋，因此自旋结构已经不存在。通常来说，奥氏体不锈钢是无磁性的，但是也可能带有弱磁性，而铁素体和马氏体一般都是带有磁性的。不锈钢里面有一些钢种分类为“无磁性不锈钢”的是指其磁性指标低于某个值而已，也就是说，一般不锈钢都或多或少带有一定的磁性。此外，上面提到奥氏体是无磁或者弱磁性，而铁素体和马氏体是带磁性的，由于冶炼时成分偏析或热处理不当，会造成奥氏体不锈钢中出现少量的马氏体或铁素体组织，这样不锈钢中就会出现弱磁性。另外，不锈钢经过冷加工，组织结构也会向马氏体转化，冷加工变形越大，马氏体转化越多，磁性也会越强。想要完全消除不锈钢的磁性，可以消除不锈钢中的马氏体和铁素体，从而消除磁性。本发明的上述配比组分能够交好地达到这种平衡，经实验检测，本发明所述的不锈钢在标准水平台面上用强力磁铁靠近，无任何吸附、移动现象。这证明了其良好的无磁性。
本发明的铬是不锈钢中最主要的合金元素。奥氏体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得是由于在介质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。铬对奥氏体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性，主要表现在铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能；铬还提高钢耐局部腐蚀，比如晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀以及某些条件下应力腐蚀的性能；因此钢中的铬含量不能过低，本发明将其控制在16～18％之间。碳，是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍，对不锈钢而言，碳是一种有害元素，这主要是由于碳与钢中的铬形成高铬的碳化物，使钢的耐腐蚀性能特别是耐晶间腐蚀性能下降；但碳控制过低如C＜0.06％，会影响单一奥氏体组织的稳定性，故控制碳在0.06～0.12％范围。硅元素的加入有脱氧效果，当硅以固溶态的形式存在时，它可以提高基体的屈服强度，但会使材料的韧脆转变温度提高，因此，本发明将其含量定为0.3～0.6％。
本发明除了考虑到上述因素外，还在化学成分设计上，通过加入较高含量的锰、碳、氮元素并进行合理配比，来提高材料的强度和耐磨性，且达到了扩大奥氏体组织的目的；同时，为了提高奥氏体组织的稳定性和材料的塑性，并降低冷加工后磁性上升的倾向，本发明还添加一定含量的镍元素；为了避免硫元素导致的热脆性问题，本发明还把硫含量控制在极低的水平，这可采用氩氧脱碳炉精炼工艺；为了提高改善钢的耐蚀性和抗氧化性，且要防止铁素体相的形成，通过综合平衡其他化学元素，铬元素控制在17.20～17.80％，确保在钢的表面形成Cr₂O₃保护膜，阻止钢被继续氧化；并使得钢的电极电位由负变正，提高了抗电化学腐蚀性能。
另外，需特别注意碳、锰、氮元素及含量的关系，碳元素含量低，对提升强度作用不明显，含量过高，会直接导致材料的耐晶间腐蚀能力下降；锰元素含量的选择更是十分讲究，其含量过高会影响耐蚀性，但其有助于生成纹理结构，提升坚固性、强度、耐磨性，能消弱或者消除硫的不良影响，更能有效提高氮在钢液中的溶解度；本发明中的氮含量比较高，钢液中氮的溶解度也要求必须高。碳、锰、氮元素总含量比较高，由于其形成奥氏体组织的能力都很强，可显著降低贵重金属镍的含量。
为了进一步提高本发明的效果，作为本发明的优选，其中C0.08～0.10％。
作为本发明的优选，S≤0.005％。
作为本发明的优选，Cr17.20～17.80％。
作为本发明的优选，N0.25～0.30％。
为使得成本低廉，本发明采用的原材料主要有废钢、高碳铬铁、电解锰、氮气、硅铁、少量镍铁或镍板等，适用于感应炉、电弧炉、氩氧脱碳炉等方式冶炼。
本发明可选用的冶炼方式是电弧炉加氩氧脱碳炉的双联工艺。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过加入较高含量的锰、碳、氮元素并进行合理配比，提高材料的强度和耐磨性，且达到了扩大奥氏体组织的目的，这显著地降低了本发明所得不锈钢的磁性；
2、本发明通过添加一定含量的镍元素，提高奥氏体组织的稳定性和材料的塑性，并降低冷加工后磁性上升的倾向；
3、本发明把不锈钢中的硫含量控制在极低的水平，避免了硫元素导致的热脆性问题；
4、本发明将合理处理了碳元素的含量的关系，避免了碳元素含量低，对提升强度作用不明显的缺点，同时避免了含量过高，导致材料的耐晶间腐蚀能力下降的缺点；
5、本发明合理地处理了锰元素的含量，这种含量有助于生成纹理结构，提升不锈钢的坚固性、强度、耐磨性，也能消弱和消除硫的不良影响，更能有效提高氮在钢液中的溶解度
6、本发明合理地调高了氮元素的含量，由于本发明的钢液对氮的溶解度较高，使得本发明可以添加更多的氮元素，这样，本发明中碳、锰、氮元素总含量比较高，由于它们形成奥氏体组织的能力都很强，因此，可显著降低本发明中贵重金属镍的含量。
具体实施方式
本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1，一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其化学成份是：C0.087％，Si0.39％，Mn9.50％，P≤0.024％；S≤0.001％，Cr17.55％，Ni5.04％，N0.28％，其余为Fe。形态为线材，其采用如下工艺流程：采购原材料→配料→装炉→电弧炉初炼→兑入氩氧脱碳炉精炼→拉渣→合金计算并补加→脱碳→造渣→预还原→拉渣→终还原→精炼→出钢→模铸→钢锭修磨→加热→初轧开坯→方坯修磨→加热→连轧→线材收集→酸洗→精整→包装→入库。线材在热轧酸洗的交货状态下的抗拉强度是845MPa，延伸率是55％，断面收缩率是75％。按照GB/T4334.5～2000试验方法，试样在硫酸～硫酸铜溶液中连续进行16小时沸腾试验，经检验，试样无任何晶间腐蚀倾向，经冷拉后抗拉强度可达到1400MPa，并在标准水平台面上用强力磁铁靠近，无任何吸附、移动现象。
实例2，一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其化学成份是：C0.089％，Si0.35％，Mn9.68％，P≤0.028％；S≤0.001％，Cr17.53％，Ni5.01％，N0.29％，其余为Fe。形态为线材，其采用如下工艺流程：采购原材料→配料→装炉→电弧炉初炼→兑入氩氧脱碳炉精炼→拉渣→合金计算并补加→脱碳→造渣→预还原→拉渣→终还原→精炼→出钢→模铸→钢锭修磨→加热→初轧开坯→方坯修磨→加热→连轧→线材收集→酸洗→精整→包装→入库。本实施例所得线材在热轧酸洗的交货状态下，其抗拉强度835MPa，延伸率54％，断面收缩率73％。按照GB/T4334.5～2000试验方法，试样在硫酸～硫酸铜溶液中连续进行16小时沸腾试验，经检验，试样无任何晶间腐蚀倾向，经冷拉后抗拉强度可达到1400MPa，并在标准水平台面上用强力磁铁靠近，无任何吸附、移动现象。
实施例3，一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其化学成份是：C0.06％，Si0.30％，Mn9.0％，P≤0.024％；S≤0.001％，Cr17.00％，Ni4.00％，N0.20％，其余为Fe。形态为线材，其采用如下工艺流程：采购原材料→配料→装炉→电弧炉初炼→兑入氩氧脱碳炉精炼→拉渣→合金计算并补加→脱碳→造渣→预还原→拉渣→终还原→精炼→出钢→模铸→钢锭修磨→加热→初轧开坯→方坯修磨→加热→连轧→线材收集→酸洗→精整→包装→入库。线材在热轧酸洗的交货状态下的抗拉强度是800MPa，延伸率是53％，断面收缩率是72％。按照GB/T4334.5～2000试验方法，试样在硫酸～硫酸铜溶液中连续进行16小时沸腾试验，经检验，试样无任何晶间腐蚀倾向，经冷拉后抗拉强度可达到1350MPa，并在标准水平台面上用强力磁铁靠近，无任何吸附、移动现象。
实施例4，一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其化学成份是：C0.12％，Si0.60％，Mn10.50％，P≤0.024％；S≤0.001％，Cr18.00％，Ni6.00％，N0.35％，其余为Fe。形态为线材，其采用如下工艺流程：采购原材料→配料→装炉→电弧炉初炼→兑入氩氧脱碳炉精炼→拉渣→合金计算并补加→脱碳→造渣→预还原→拉渣→终还原→精炼→出钢→模铸→钢锭修磨→加热→初轧开坯→方坯修磨→加热→连轧→线材收集→酸洗→精整→包装→入库。线材在热轧酸洗的交货状态下的抗拉强度是835MPa，延伸率是52％，断面收缩率是72％。按照GB/T4334.5～2000试验方法，试样在硫酸～硫酸铜溶液中连续进行16小时沸腾试验，经检验，试样无任何晶间腐蚀倾向，经冷拉后抗拉强度可达到1360MPa，并在标准水平台面上用强力磁铁靠近，无任何吸附、移动现象。
实施例5，一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其化学成份是：C0.08％，Si0.39％，Mn9.50％，P≤0.024％；S≤0.001％，Cr17.20％，Ni5.04％，N0.28％，其余为Fe。形态为线材，其采用如下工艺流程：采购原材料→配料→装炉→电弧炉初炼→兑入氩氧脱碳炉精炼→拉渣→合金计算并补加→脱碳→造渣→预还原→拉渣→终还原→精炼→出钢→模铸→钢锭修磨→加热→初轧开坯→方坯修磨→加热→连轧→线材收集→酸洗→精整→包装→入库。线材在热轧酸洗的交货状态下的抗拉强度是858MPa，延伸率是59％，断面收缩率是78％。按照GB/T4334.5～2000试验方法，试样在硫酸～硫酸铜溶液中连续进行16小时沸腾试验，经检验，试样无任何晶间腐蚀倾向，经冷拉后抗拉强度可达到1400MPa，并在标准水平台面上用强力磁铁靠近，无任何吸附、移动现象。
实施例6，一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其化学成份是：C0.10％，Si0.39％，Mn9.50％，P≤0.024％；S≤0.001％，Cr17.80％，Ni5.04％，N0.30％，其余为Fe。形态为线材，其采用如下工艺流程：采购原材料→配料→装炉→电弧炉初炼→兑入氩氧脱碳炉精炼→拉渣→合金计算并补加→脱碳→造渣→预还原→拉渣→终还原→精炼→出钢→模铸→钢锭修磨→加热→初轧开坯→方坯修磨→加热→连轧→线材收集→酸洗→精整→包装→入库。线材在热轧酸洗的交货状态下的抗拉强度是860MPa，延伸率是53％，断面收缩率是78％。按照GB/T4334.5～2000试验方法，试样在硫酸～硫酸铜溶液中连续进行16小时沸腾试验，经检验，试样无任何晶间腐蚀倾向，经冷拉后抗拉强度可达到1420MPa，并在标准水平台面上用强力磁铁靠近，无任何吸附、移动现象。
实施例7，一种耐磨耐蚀无磁高强度不锈钢，其化学成份是：C0.070％，Si0.39％，Mn9.50％，P≤0.024％；S≤0.001％，Cr17.55％，Ni 5.04％，N0.20％，其余为Fe。形态为线材，其采用如下工艺流程：采购原材料→配料→装炉→电弧炉初炼→兑入氩氧脱碳炉精炼→拉渣→合金计算并补加→脱碳→造渣→预还原→拉渣→终还原→精炼→出钢→模铸→钢锭修磨→加热→初轧开坯→方坯修磨→加热→连轧→线材收集→酸洗→精整→包装→入库。线材在热轧酸洗的交货状态下的抗拉强度是815MPa，延伸率是50％，断面收缩率是70％。按照GB/T4334.5-2000试验方法，试样在硫酸～硫酸铜溶液中连续进行16小时沸腾试验，经检验，试样无任何晶间腐蚀倾向，经冷拉后抗拉强度可达到1400MPa，并在标准水平台面上用强力磁铁靠近，无任何吸附、移动现象。