專利名稱：：鐵-錳-鋁-碳奧氏體無磁鋼與低溫鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于一種新型的無磁鋼與低溫鋼，是用于制作電氣設(shè)備中不導(dǎo)磁部件或低溫設(shè)備中的耐低溫構(gòu)件的理想材料。目前在制造變壓器、磁選機(jī)、電機(jī)、電爐儀表及其它在磁場(chǎng)中工作的設(shè)備，需要采用磁導(dǎo)率很低的無磁鋼或有色合金制作不導(dǎo)磁部件。而國內(nèi)外一般多用1Cr18Ni9Ti不銹鋼、鋁合金及銅合金，其中奧氏體不銹鋼的用量最大。但不銹鋼價(jià)格較貴，并且含有較稀缺的Ni、Cr元素。若用鋁合金，則存在強(qiáng)度較低、焊接工藝復(fù)雜等問題。在制造77K及其以上溫度的低溫設(shè)備中，通常采用1Cr18Ni9Ti或9%Ni鋼，而9%Ni鋼的焊接工藝與熱處理工藝均較復(fù)雜。蘇聯(lián)曾研制出一種無磁鋼45Mn17Al3由于碳高錳低、故其焊接性能、77K低溫韌性均較差。本發(fā)明人張彥生曾研制出一種15Mn26Al4低溫鋼(其中C-0.15%、Mn-26%、Al-4%、Fe余量，本申請(qǐng)書中的合金含量均用重量百分比)。并發(fā)表于《金屬學(xué)報(bào)》1977年9月、3卷、3期，曾用筆名葉基石。本項(xiàng)發(fā)明的發(fā)明人于1987年曾由大連科技情報(bào)研究所以Dialog系統(tǒng)檢索《世界專利索引》數(shù)據(jù)庫與《金屬文摘》數(shù)據(jù)庫，未查到Fe-Mn-Al無磁鋼與低溫鋼的專利。只查到與Fe-Mn-Al奧氏體鋼的金屬學(xué)基礎(chǔ)研究有關(guān)的非專利論文13篇，其中本發(fā)明人發(fā)表的有4篇。本發(fā)明人曾研制的低溫鋼15Mn26Al4雖有低磁導(dǎo)率與良好的低溫韌性，但由于Mn、Al含量較高，給冶煉、鋼錠熱加工及焊接帶來一定困難，并且成本較高，不易推廣使用。為了解決上述問題研制新型的無磁鋼與低溫鋼是十分必要的。鑒于上述現(xiàn)技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新的鐵-錳-鋁-碳奧氏體無磁鋼與低溫鋼。通過合金成分Mn、Al、C的優(yōu)選組合，使其具有穩(wěn)定的奧氏體、低的磁導(dǎo)率、高的低溫韌性、適宜的強(qiáng)度、較好的焊接性能、冶煉性能及鋼錠的熱加工性能、以獲得進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)所要求的綜合工藝性能。本發(fā)明中的Mn、C穩(wěn)定奧氏體結(jié)構(gòu)、Al抑制γ-∈馬氏體相變、降低加工硬化，改善切削性能并提高鋼的耐蝕性。以使本發(fā)明的新鋼種具有極低的磁導(dǎo)率與在77K及其以上溫度的高韌性。本發(fā)明新鋼種作為無磁鋼，可以代替1Cr18Mi9Ti及有色合金，用于變壓器、磁選機(jī)及電機(jī)等電氣設(shè)備中不導(dǎo)磁部件的制造。若作為低溫鋼可代替1Cr18Ni9Ti與9%Ni鋼用于77K及其以上溫度的低溫設(shè)備的機(jī)械部件，如容器、閥門等。但本發(fā)明的價(jià)格低于1Cr18Ni9Ti，熱處理工藝及焊接工藝又遠(yuǎn)比9%Ni鋼簡(jiǎn)單。本發(fā)明的內(nèi)容和實(shí)施方法，包括無磁鋼與低溫鋼的成分和生產(chǎn)工藝，現(xiàn)分述如下1.本發(fā)明所述的鐵-錳-鋁-碳奧氏體無磁鋼與低溫鋼含有Mn19～21%、Al2.3～3.2%、C0.25～0.33%Si≤0.7%、S≤0.05%、P≤0.04%、Fe余量。2.本發(fā)明所述的無磁鋼與低溫鋼的主要性能列于下述兩表中表1室溫物理性能<tablesid="table1"num="001"><tablealign="center">磁導(dǎo)率μ電阻率ρ密度γ彈性模量E平均熱膨脹系數(shù)4π×10－7H／m(μΩ·cm)(g/cm3)(X103MN/m2)(10-6/K)1.00597.37.59182.459.5</table></tables>表2力學(xué)性能<tablesid="table2"num="002"><tablealign="center">溫度σ0。2MN／m2σBMN／m2δ%4%aKkJ/m2硬度HB室溫282～297635～65563～6670～752900～3000～14477K633119079581700～1900--</table></tables>3.本發(fā)明所述的無磁鋼與低溫鋼在77～650K溫度范圍內(nèi)為穩(wěn)定的面心立方結(jié)構(gòu)。4.本發(fā)明所述的無磁鋼與低溫鋼的制備方法，是采用電弧爐氧化法冶煉(或感應(yīng)爐冶煉)、堿性液渣或固渣保護(hù)澆鑄成錠。鋼錠加熱溫度為1473K左右、在1423～1073K溫度區(qū)間加工成型材。5.本發(fā)明所述的無磁鋼與低溫鋼其固溶溫度為1273K±50K。6.本發(fā)明所述的無磁鋼與低溫鋼，可采用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條或Fe-Mn-Al鋼焊條進(jìn)行本鋼種之間及本鋼種與低碳鋼的焊接。本發(fā)明鐵-錳-鋁-碳奧氏體無磁鋼與低溫鋼，同現(xiàn)有的鋼種1Cr18Ni9Ti和9%Ni鋼相比較，其主要特點(diǎn)是(1).本發(fā)明新鋼種作為無磁鋼應(yīng)用時(shí)，與1Cr18Ni9Ti比較，強(qiáng)度和塑性較高，奧氏體穩(wěn)定性好、磁導(dǎo)率低而電阻率高即渦流損耗小。并且價(jià)格僅為1Cr18Ni9Ti的50%左右，同時(shí)節(jié)省了較貴的且稀缺的Cr、Ni元素。(2).本發(fā)明新鋼種作為低溫鋼應(yīng)用時(shí)與1Cr18Ni9Ti相比較具有強(qiáng)度較高、低溫韌性更高、奧氏體穩(wěn)定性好的特點(diǎn)(1Cr18Ni9Ti在低溫形變時(shí)，將發(fā)生γ→α馬氏體相變、降低韌性)，并且價(jià)格只為1Cr18Ni9Ti的50%左右。但本發(fā)明新鋼種的耐腐蝕性能低于1Cr18Ni9Ti，只適于制造不接觸強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的部件。(3).本發(fā)明新鋼種作為低溫鋼應(yīng)用時(shí)，與9%Ni鋼相比較，本發(fā)明鋼種的低溫韌性高于9%Ni鋼，且熱處理工藝與焊接工藝簡(jiǎn)單，因而可大大降低制造設(shè)備的成本與難度。但本發(fā)明新鋼種的屈服強(qiáng)度僅為9%Ni鋼的60%，故不適用于需要特高強(qiáng)度的場(chǎng)合。根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容和實(shí)施方法，其具體的實(shí)施例如下在某冶金工廠的生產(chǎn)中，依照本發(fā)明說明書中所述生產(chǎn)工藝與合金成分，以廢鋼、生鐵、金屬錳和低、中碳錳鐵、工業(yè)鋁錠為原料用電弧氧化法冶煉，堿性液渣保護(hù)澆鑄成錠。所煉鋼的化學(xué)成分為Mn20.3%、Al2.7%、C0.3%Si0.2%、Fe余量。鋼錠加熱溫度1473K左右。經(jīng)軋制或鍛造開坯，生產(chǎn)18mm厚板材與棒材10噸用于某變壓器廠。以本發(fā)明所生產(chǎn)的變壓器的質(zhì)量達(dá)到國際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)。權(quán)利要求1.本發(fā)明所述鐵-錳-鋁-碳奧氐體無磁鋼與低溫鋼，其特征在于含Mn19～21%、Al2.3～3.2%、C0.25～0.33%、Si≤0.7%、S≤0.05%、P≤0.04%、Fe余量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無磁鋼與低溫鋼的制備方法，其特征在于采用電弧爐氧化法冶煉(或感應(yīng)爐冶煉)、堿性液渣保護(hù)鑄錠、鋼錠加熱溫度為1473K左右、在1423-1073K溫度之間加工成型材。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無磁鋼與低溫鋼，其特征在于其固溶溫度為1273K±50K。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的無磁鋼與低溫鋼，其特征在于可采用鉻鎳奧氏體不銹鋼焊條或者Fe-Mn-Al鋼焊條進(jìn)行本鋼種之間及本鋼種與低碳鋼的焊接。全文摘要本發(fā)明所述的鐵—錳—鋁—碳奧氏體無磁鋼與低溫鋼，是由Mn、C穩(wěn)定奧氏體結(jié)構(gòu)，Al抑制γ→ε馬氏體相變，使本發(fā)明的新鋼種具有極低的磁導(dǎo)率與在77K及其以上溫度的高韌性。本發(fā)明新鋼種作為無磁鋼，可以代替1Cr18Ni9Ti及有色合金用于變壓器、磁選機(jī)及電機(jī)等電氣設(shè)備中不導(dǎo)磁部件的制造。作為低溫鋼可代替1Cr18Ni9Ti與9％Ni鋼用于77K及其以上溫度的低溫設(shè)備的機(jī)械部件，如容器、閥門等。但本發(fā)明的價(jià)格低于1Cr18Ni9Ti，熱處理工藝及焊接工藝遠(yuǎn)比9％Ni鋼簡(jiǎn)單。文檔編號(hào)C22C38/06GK1039268SQ89104759公開日1990年1月31日申請(qǐng)日期1989年7月8日優(yōu)先權(quán)日1989年7月8日發(fā)明者張彥生,田興申請(qǐng)人:大連鐵道學(xué)院,中國科學(xué)院金屬研究所