一種高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼及其制造方法，該鋼的化學(xué)成分重量百分比為：C：0.15～0.20％，Si：0.2～0.8％，Mn：17.0～19.0％，Cr：13.5～14.5％，N：0.25～0.30％，Cu：0.5～0.8％，B：0.0015～0.0040％，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)；且上述元素同時(shí)需滿足如下關(guān)系：C+N≥0.43％，1.00≤(Cr+Mo+1.5Si)/(30N+30C+0.25Cu+0.5Mn)≤1.20，Md30/50溫度≤?100℃。該鋼在凝固過(guò)程中為全奧氏體模式(無(wú)δ相形成)，室溫時(shí)硬度達(dá)到HV425～497，屈服強(qiáng)度1100～1350MPa，同時(shí)保證室溫形變硬化達(dá)到高強(qiáng)度后仍保持無(wú)磁性，且不含鎳，不需形變后消磁熱處理，成本顯著降低，可以廣泛用于紡織、電子、儀器儀表等要求高硬度、耐磨和無(wú)磁性的行業(yè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)鎳不銹鋼及其制造方法，具體涉及一種高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼及其 制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 硬態(tài)不銹鋼是指將不銹鋼板或者鋼帶進(jìn)行調(diào)質(zhì)乳制(形變硬化），給予鋼帶一定的 冷乳壓下量，冷加工后不做退火處理，獲得硬態(tài)不銹鋼產(chǎn)品。硬態(tài)不銹鋼一般比固溶處理 (或退火處理)后的相同材料強(qiáng)度高、硬度高，因此，材料更耐磨，使用壽命更長(zhǎng)。常用的硬態(tài) 不銹鋼主要為300系奧氏體不銹鋼中的S30400(304)和S30100(301)。
[0003] 硬態(tài)不銹鋼常用于紡織、電子、儀器儀表等行業(yè)。以紡織行業(yè)為例，服裝加工完成 后有一道工序是利用檢針機(jī)或者磁性儀檢測(cè)，如果檢測(cè)到導(dǎo)磁，則認(rèn)為服裝中存在折斷的 紡織針，不能流入下道工序。當(dāng)服裝的拉鏈、紐扣或者標(biāo)簽采用不銹鋼制造時(shí)，必須滿足無(wú) 磁性(不導(dǎo)磁)的要求，才能不干擾檢針機(jī)的工作。這些技術(shù)領(lǐng)域同時(shí)又要求高硬度，以解決 耐磨和變形的問(wèn)題。
[0004] 另一個(gè)問(wèn)題是，常規(guī)的奧氏體不銹鋼在不變形的條件下可以滿足無(wú)磁的要求，但 是在加工成紐扣或者拉鏈、標(biāo)簽過(guò)程中，加工或變形工序會(huì)導(dǎo)致材料由無(wú)磁變?yōu)閹Т?，從?無(wú)法滿足應(yīng)用。比如304是無(wú)磁的，可是彎折或者成形時(shí)，就由無(wú)磁變?yōu)閷?dǎo)磁。常規(guī)的工藝是 消磁熱處理，但是消磁熱處理導(dǎo)致工件變形，且增加成本。
[0005] 根據(jù)ASTM A240標(biāo)準(zhǔn)，304的標(biāo)準(zhǔn)成分為：C<0.08%，Si<0.75%，Mn<2.0%，Cr: 18.0~20.0%，Ni :8.0~10.5%，一般地304的典型成分為CO .06%，Si 0.4%，Mn 1.0%，Cr 18 %，Ni 8 %。為獲得較高硬度，304可以進(jìn)行冷加工硬化。如圖1所示，304冷加工變形30 % 時(shí)，硬度HV由退火態(tài)HV 179提高到HV 376,隨變形量增加，硬度進(jìn)一步提高。但是，在硬度提 高的同時(shí)，304逐漸由無(wú)磁變?yōu)閷?dǎo)磁材料，即磁性儀可以檢測(cè)到逐漸增加的磁性相含量。
[0006] 這種由無(wú)磁轉(zhuǎn)變?yōu)閹Т判缘倪^(guò)程，不僅產(chǎn)生在冷加工乳制硬化以提高硬度的過(guò)程 中，還出現(xiàn)在終端用戶將不銹鋼加工成所需要的部件、零件或者形狀的過(guò)程中，而這種過(guò)程 既不可避免，又無(wú)法在后續(xù)過(guò)程中采用其他工藝消除此過(guò)程產(chǎn)生的磁性（消磁熱處理可以 部分消除冷加工磁性相，但是成本高，且易導(dǎo)致零部件變形）。因此，304或者硬態(tài)304在無(wú)磁 領(lǐng)域的應(yīng)用被限制在對(duì)磁性要求不高的場(chǎng)合，對(duì)于那些要求微弱磁性或者完全無(wú)磁的領(lǐng) 域，304則無(wú)法滿足。
[0007] 304的問(wèn)題還在于價(jià)格較高，8%Ni占304不銹鋼成本的50%以上。尤其是對(duì)成本敏 感的紡織等行業(yè)，既要求高硬度、加工成型后完全不導(dǎo)磁或者弱導(dǎo)磁，又要求低成本，304的 應(yīng)用受到了限制。
[0008] 304等常規(guī)奧氏體不銹鋼為δ鐵素體+奧氏體凝固模式，J.C.Ma發(fā)表于Materials Science and Engineering A Volume 444,Issues 1-2,25January2007,Pages 64-68的石開(kāi) 究結(jié)果顯示304凝固過(guò)程中δ鐵素體的存在和保留。奧氏體不銹鋼304具有磁性或?qū)Т诺脑?因在于：（1)凝固或者熱加工過(guò)程中產(chǎn)生導(dǎo)磁的δ相(鐵素體相）；（2)冷加工后出現(xiàn)磁性馬氏 體相。抑制磁性相出現(xiàn)的主要途徑就是擴(kuò)大凝固時(shí)的奧氏體相區(qū)，提高冷加工時(shí)奧氏體相 的穩(wěn)定性。常規(guī)方法是提高鎳含量，并由此產(chǎn)生了一個(gè)新的不銹鋼牌號(hào)S30500(305)，標(biāo)準(zhǔn) 成分為：(：<0.12%^<0.75%，]\111<2.0%，0 17.0~19.0%，附10.5~13.5%。常用的 典型成分為:C 0.06%，Si 0.4%，Mn 1.0%，Cr 18%，Ni 10.5%。鎳含量提高后，305冷變 形后馬氏體相含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同樣壓下的304不銹鋼，因此可以滿足低磁條件下的應(yīng)用要求。 但是由于305不銹鋼中鎳含量高達(dá)10.5%，因此其成本大大提高。不銹鋼中每增加1%的鎳， 意味著增加10~15%的原材料成本。另一方面，305在冷加工變形累計(jì)到一定程度時(shí)，仍產(chǎn) 生磁性，無(wú)法滿足較高標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)磁要求。
[0009] 分析304不銹鋼中奧氏體向應(yīng)變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變可以發(fā)現(xiàn)，馬氏體相變的發(fā)生和 量的增加取決于奧氏體相的穩(wěn)定性。一般用Mdwso溫度來(lái)評(píng)價(jià)奧氏體相轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)變誘發(fā)馬 氏體相的趨勢(shì)，其含義是應(yīng)變50 %時(shí)，產(chǎn)生馬氏體相含量達(dá)到30 %的溫度。換句話說(shuō)，材料 在該溫度下變形50 %時(shí)，馬氏體相含量可達(dá)到30 %。如果Mdwso溫度越高，代表該材料中奧 氏體相越不穩(wěn)定，材料發(fā)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變的趨勢(shì)就越明顯，其中，Md3Q/5() = 580-520C- 2Si-16Mn-23Ni-300N-26Cu-10Mo。
[0010] 將304不銹鋼的典型成分代入Md3_溫度公式，計(jì)算得到Md3_(304) = 50°C，305不 銹鋼的典型成分代入Md3Q/5()溫度公式，計(jì)算得到Md3Q/5()(305)=27°C?？梢?jiàn)，304的Md3Q/5()溫度 較高，因此，在冷乳過(guò)程中容易發(fā)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相相變，導(dǎo)致材料產(chǎn)生磁性；305的 Md3〇/5Q溫度與304比較降低了23°C，因此其應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變發(fā)生的量要小于304,原因在 于305中鎳含量與304相比提高了2%。但是305加鎳后，Md3〇/5()溫度與304比較僅降低23°C，在 變形量稍大時(shí)仍產(chǎn)生磁性，因此，限制了該材料的推廣和應(yīng)用。
[0011] 針對(duì)紡織、電子、儀器儀表等行業(yè)的需求，已出現(xiàn)一些相關(guān)專(zhuān)利或者研究，主要沿 著兩個(gè)不同的方向發(fā)展（1)提高Ni、Mn含量，增加奧氏體穩(wěn)定性，使材料在變形時(shí)不產(chǎn)生磁 性相；（2)降低Ni含量，通過(guò)Μη、N合金化，增加奧氏體穩(wěn)定性，使材料在變形時(shí)不產(chǎn)生磁性 相，同時(shí)降低成本。Ni是穩(wěn)定奧氏體最常見(jiàn)的元素，現(xiàn)有無(wú)磁不銹鋼均為含鎳體系。
[0012] 中國(guó)專(zhuān)利CN93121570.6公開(kāi)了一種新型奧氏體無(wú)磁不銹鋼，其化學(xué)成分為：C< 0.12%，Si<1.0%，Mn:10~13%，Ρ<0·03%，S<0.03%，Cr:12~14%，Ni:4~6%，Cu:1.5 ~2.5%，Re <0.02%，其余為Fe。其成分特點(diǎn)是含稀土元素，且Cr含量遠(yuǎn)低于304;添加 Μη、 Cu都有利于降低Mdwso溫度，減少或避免冷加工過(guò)程中磁性馬氏體相的出現(xiàn)，但添加 Ni 4~ 6%，成本較高。
[0013]中國(guó)專(zhuān)利CN90107850.6公開(kāi)了一種單相奧氏體無(wú)磁不銹鋼，其化學(xué)成分為：C < 0.08%，Si<1.5%，Mn:1.0~2.0%，Cr:13.2~14.95%，Ni:12.0~13.9%，Cu:2.5~ 3 · 5 %，P < 0 · 025 %，S < 0 · 015 %，Re: 0 · 005~0 · 05 %，其余為Fe。該材料基體組織穩(wěn)定，經(jīng) 20%~80%變形后，仍為單相奧氏體組織，而且導(dǎo)磁率性能穩(wěn)定，但其鎳含量高達(dá)12.0~ 13.9%，所以雖然具有優(yōu)良的無(wú)磁特性，但成本顯著增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的在于提供一種高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼及其制造方法，該鋼材料在凝 固過(guò)程中為全奧氏體模式（無(wú) S相形成），該鋼硬度達(dá)到HV425~497,屈服強(qiáng)度為1100~ 1350MPa，磁性相含量為0%，大大提高硬度和強(qiáng)度且無(wú)磁，同時(shí)顯著降低成本，可以廣泛用 于紡織、電子、儀器儀表等要求高硬度、耐磨和無(wú)磁性的行業(yè)。
[0015] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0016] 一種高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼，其化學(xué)成分重量百分比為:C:0.15~0.20%，Si :0.2 ~0.8%，Μη:17·0~19.0%，Cr:13.5~14.5%，Ν:0·25~0.30%，Cu:0.5~0·8%，Β:0·0015 ~0.0040%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì);且上述元素同時(shí)需滿足如下關(guān)系：
[0017] C+N> 0.43% ；
[0018] 1.00< (Cr+Mo+1.5Si)/(30N+30C+0.25Cu+0.5Mn)<1.20；
[0019] 580-520C-2Si-16Mn-23Ni-300N-26Cu-10Mo <-100°C。
[0020] 進(jìn)一步，所述高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼的化學(xué)成分還包含:V <0.1%、Nb <0.1%中 的一種或兩種，以重量百分比計(jì)。
[0021] 又，所述高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼的化學(xué)成分還需滿足如下關(guān)系：[0.021 (Cr+ 0.9Mn)-0.204]/N> 1.50〇
[0022] 所述高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼在凝固開(kāi)始至凝固終了過(guò)程中、以及室溫下均為全奧 氏體組織。
[0023] 所述高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼的硬度為HV 425~497,屈服強(qiáng)度為1100~1350MPa， 磁性相含量為0 %。
[0024]在本發(fā)明的成分設(shè)計(jì)中：
[0025] C、N(碳、氮）：在本發(fā)明所述的無(wú)鎳體系中，碳、氮是強(qiáng)奧氏體形成元素，一定程度 上可以取代鎳，促進(jìn)奧氏體形成，并穩(wěn)定奧氏體組織，顯著降低Mdwso溫度。每添加0.1 %C， 可以使 Md3Q/5Q(Md3()/5() = 580-520C-2Si-16Mn-23Ni-300N-26Cu-10Mo)溫度降低 52°C，每添加 0.1 % N，可以使Mdwso溫度降低30 °C，有效抑制應(yīng)變過(guò)程中磁性馬氏體相的形成。但是，當(dāng) 碳、氮含量過(guò)高時(shí)，易形成富鉻碳化物或氮化物，導(dǎo)致晶間腐蝕。另外，氮含量過(guò)高時(shí)易產(chǎn)生 凝固氣孔，熱乳時(shí)變形抗力大、易產(chǎn)生邊裂缺陷。但是如何綜合控制無(wú)鎳體系中C、N含量，是 本發(fā)明的關(guān)鍵。本發(fā)明鋼中控制C:0.15~0.20%，N:0.25~0.30%且C+N2 0.43%。同時(shí)控 制合金中氮的溶解度是實(shí)際氮含量的1.5倍以上，確保連鑄時(shí)無(wú)氣泡生成的風(fēng)險(xiǎn)，即控制 [0.021(Cr+0.9Mn)-0.204]/N>1.50〇
[0026] Si(硅）：硅是鐵素體形成和穩(wěn)定元素，在熔煉過(guò)程中用于脫氧，同時(shí)硅可以提高鐵 素體相的高溫強(qiáng)度。但是硅含量過(guò)高時(shí)將降低氮的溶解度，并加速金屬間相的析出。因此， 本發(fā)明鋼中設(shè)計(jì)硅含量為〇. 2~0.8 %。
[0027] Μη(錳）：錳是奧氏體形成和穩(wěn)定元素，可以利用錳一定程度上取代鎳，獲得奧氏體 組織，同時(shí)錳的添加可以顯著提高氮的溶解度，另外錳的添加也可以降低Mdwso溫度，每添 加1 % Μη，可以使Md3〇/5()溫度降低16 °C。因此，本發(fā)明鋼中控制Μη含量為17.0~19.0 %。
[0028] Cr(鉻）：鉻是鋼獲得耐腐蝕性能的最重要元素，為保證良好的耐蝕性，需要添加較 高的鉻。但鉻是主要的鐵素體形成元素，過(guò)高的鉻將導(dǎo)致材料中出現(xiàn)鐵素體相，不能保證全 奧氏體凝固模式。本發(fā)明鋼中控制Cr含量為13.5~14.5%，同時(shí)利用N提高耐蝕性的效果輔 助改善耐蝕性。
[0029] Cu(銅）：銅是奧氏體形成元素，可以提高不銹鋼的塑性和在還原性酸中的耐腐蝕 性。但是銅也是成本較高的元素。因此，本發(fā)明鋼中控制銅含量為0.5~0.8%。
[0030] V(釩）、Nb(鈮）：釩、鈮作為可選元素，主要作用是細(xì)化組織，提高鋼液純凈度，提高 熱加工性能，其含量均控制在0.1 %以下。
[0031] B(硼）：本發(fā)明由于無(wú)鎳和C、N較高，其熱加工性能較差，熱乳時(shí)易導(dǎo)致鋼卷邊裂報(bào) 廢。硼的添加可以細(xì)化組織，提高晶界強(qiáng)度，改善熱塑性，但是硼過(guò)量將導(dǎo)致材料熱加工性 反而惡化，因此，本發(fā)明經(jīng)過(guò)探索，發(fā)現(xiàn)在本合金體系中，添加0.0015 % < B < 0.0040 %可以 獲得最佳的熱加工性能。
[0032] 本發(fā)明化學(xué)成分中控制C+N 2 0 ·43%，1 ·00 < (Cr+Mo+1 · 5Si )/(30N+30C+0 · 25Cu+ 0.5MnH 1.20:保證鋼材料從凝固開(kāi)始到凝固終了過(guò)程中不產(chǎn)生鐵素體相即全奧氏體凝 固，同時(shí)不發(fā)生晶粒過(guò)度長(zhǎng)大導(dǎo)致裂紋的現(xiàn)象。
[0033]同時(shí)，本發(fā)明控制Md3Q/5()溫度< _100°C，確保奧氏體具有高穩(wěn)定性，形變硬化或者 成形65%時(shí)，材料的變形模式為孿晶或位錯(cuò)增殖，不產(chǎn)生馬氏體相變，因此無(wú)馬氏體相生 成。
[0034]本發(fā)明所述高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼的制造方法，其包括以下步驟：
[0035] (1)按上述成分冶煉，鑄造成鑄坯，鑄造時(shí)過(guò)熱度< 35°C ;然后鍛造或熱乳，加熱溫 度1180~1230°C ;再進(jìn)行退火+酸洗；
[0036] (2)將步驟1)得到的鋼板進(jìn)行冷乳+冷乳后退火+酸洗，其中，冷乳后退火溫度為 1100~1130°C;然后，調(diào)質(zhì)乳制，控制壓下率為40~65%。
[0037] 本發(fā)明在鑄造時(shí)控制過(guò)熱度< 35°C，以避免全奧氏體凝固模式下晶粒長(zhǎng)大導(dǎo)致的 裂紋;并控制鍛造或熱乳過(guò)程中加熱溫度為1180~1230Γ，避免晶粒長(zhǎng)大導(dǎo)致裂紋。
[0038]本發(fā)明控制冷乳后退火溫度為1100~1130Γ:原因在于本發(fā)明無(wú)鎳成分體系中碳 含量為0.15~0.20%，碳化物析出量大，冷乳后較高的退火溫度才能確保碳化物充分固溶。 碳化物如果固溶不充分將導(dǎo)致材料的耐蝕性下降。更關(guān)鍵的是如果碳以碳化物而非固溶的 形式存在，其對(duì)奧氏體的穩(wěn)定性沒(méi)有貢獻(xiàn)，無(wú)法確保奧氏體相在冷應(yīng)變過(guò)程中保持穩(wěn)定。 [0039]通過(guò)本發(fā)明的冷加工變形，材料的強(qiáng)度和硬度提高，其中，硬度可以達(dá)到HV 425~ 497,且尤其保證冷加工變形過(guò)程中磁性相0%。本發(fā)明鋼種的高硬度來(lái)源于成分設(shè)計(jì)中的 固溶強(qiáng)化和調(diào)質(zhì)乳制。但是本發(fā)明與常規(guī)的形變硬化不同，本發(fā)明通過(guò)特殊的成分設(shè)計(jì)和 壓下率配合，使硬化來(lái)源于位錯(cuò)+孿晶，而非常規(guī)奧氏體不銹鋼的位錯(cuò)+馬氏體相變。但當(dāng)壓 下率過(guò)大時(shí)，隨著應(yīng)變的積累，本發(fā)明的成分也存在產(chǎn)生馬氏體相變的可能性。因此，本發(fā) 明配合成分體系控制壓下率在40~65%。
[0040] 本發(fā)明利用C、N元素取代Ni元素，獲得室溫下的奧氏體組織，有效降低昂貴的Ni元 素含量，從而降低成本；同時(shí)利用C、N等元素顯著降低Mdwso溫度，提高奧氏體相的穩(wěn)定性， 抑制應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相的產(chǎn)生；另外，C、N作為固溶強(qiáng)化元素，本身也可以提高材料強(qiáng)度和 硬度。
[0041] 全奧氏體凝固模式是本發(fā)明的核心創(chuàng)新點(diǎn)之一?，F(xiàn)有奧氏體不銹鋼基本以δ鐵素 體+奧氏體方式凝固，而δ相為磁性相(等同于導(dǎo)磁相）。即使后續(xù)熱加工過(guò)程可以降低δ相比 例，但難以完全消除。本發(fā)明提出了控制成分體系中全奧氏體凝固模式的設(shè)計(jì)原則，以及控 制鉻當(dāng)量/鎳當(dāng)量<1.20時(shí)，可以確保無(wú)鎳，設(shè)計(jì)得到含Μη、Ν成分體系的全奧氏體凝固模 式，具有高溫凝固全無(wú)磁和低溫冷加工全無(wú)磁的優(yōu)良特性。
[0042]本發(fā)明采用兩種方式復(fù)合獲得高硬度：固溶強(qiáng)化，控制材料中C+N 2 0.43%，固溶 強(qiáng)化可以使屈服強(qiáng)度提高300MPa以上。形變硬化，將材料進(jìn)行壓下率為40~65%的乳制，通 過(guò)形變強(qiáng)化獲得高硬度。但前提是材料的]^3()/5() = 580-520(：-23丨-16111-23附-30(^-26〇1- 10M〇 < -100°C，保證材料的奧氏體具有高穩(wěn)定性，冷變形時(shí)不產(chǎn)生導(dǎo)磁的馬氏體相。并最終 在無(wú)鎳的條件下獲得HV 425~497的高硬度。
[0043]本發(fā)明材料在凝固過(guò)程中無(wú) δ相形成，凝固模式為全奧氏體凝固，且材料從凝固到 室溫均不產(chǎn)生磁性相。且鋼材料的Mdwso溫度< _100°C，確保在變形成紐扣、拉鏈等零部件 過(guò)程中，材料不產(chǎn)生馬氏體相變，不產(chǎn)生磁性相。同時(shí)材料無(wú)鎳，成本比304或現(xiàn)有無(wú)磁不銹 鋼低20%以上。
[0044] 本發(fā)明涉及的公式和關(guān)系式中元素符號(hào)表示對(duì)應(yīng)元素的重量百分含量X 100。
[0045] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：
[0046] (1)無(wú)磁特性:本發(fā)明通過(guò)全奧氏體凝固和高奧氏體穩(wěn)定性的成分設(shè)計(jì)，高溫凝固 時(shí)無(wú)導(dǎo)磁的δ相生成，室溫變形時(shí)無(wú)導(dǎo)磁的馬氏體相生成。同時(shí)，高的奧氏體穩(wěn)定性確保材 料在使用過(guò)程中經(jīng)彎折、成形或者加工時(shí)，也不產(chǎn)生導(dǎo)磁相，即維持無(wú)磁特性。
[0047] (2)高硬度:本發(fā)明在C、N固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)形變強(qiáng)化進(jìn)一步提高硬度和強(qiáng) 度，使材料室溫時(shí)硬度達(dá)到HV 425~497，屈服強(qiáng)度1100~1350MPa，延伸率2 5 %，同時(shí)無(wú)磁 性。使用時(shí)，在加工成零部件的成形過(guò)程中，本發(fā)明鋼材料繼續(xù)保持無(wú)導(dǎo)磁相產(chǎn)生。
[0048]與常規(guī)304(硬度HV 180,屈服強(qiáng)度280MPa)相比，本發(fā)明鋼的硬度和強(qiáng)度提高3~4 倍，耐磨性和剛度也顯著提升，這些性能是建立在無(wú)磁性的前提下。常規(guī)304也可以通過(guò)形 變強(qiáng)化，但常規(guī)304變形強(qiáng)化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)磁相，滿足不了無(wú)磁性的要求。
[0049] (3)無(wú)鎳:本發(fā)明鋼中不含鎳且控制銅含量較低，同時(shí)不需形變后消磁熱處理，成 本顯著降低，遠(yuǎn)低于304或含鎳鋼種，適于紡織等民用領(lǐng)域；
[0050] 另一方面，本發(fā)明不添加貴重鎳元素，但具有高溫凝固全無(wú)磁和低溫冷加工全無(wú) 磁的優(yōu)良特性，也是本發(fā)明的創(chuàng)新之一。
【附圖說(shuō)明】
[0051] 圖1為現(xiàn)有304(即對(duì)比例1)在冷變形過(guò)程中硬度和導(dǎo)磁相含量變化示意圖。
[0052]圖2為本發(fā)明實(shí)施例3凝固過(guò)程中的相含量變化示意圖。
[0053]圖3為對(duì)比例1凝固過(guò)程中的相含量變化示意圖。
[0054]圖4為對(duì)比例2凝固過(guò)程中的相含量變化示意圖。
[0055]圖5為對(duì)比例3凝固過(guò)程中的相含量變化示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0057]表1為本發(fā)明實(shí)施例及對(duì)比例鋼的成分，表2為本發(fā)明實(shí)施例及對(duì)比例鋼的關(guān)鍵工 藝參數(shù)及鋼的性能。
[0058]本發(fā)明實(shí)施例以電爐-A0D冶煉的生產(chǎn)流程為例：將鉻鐵、鎳鐵以及廢鋼等加入電 爐進(jìn)行融化，恪清后將鋼液倒入A0D爐，在A0D爐內(nèi)進(jìn)行脫C、脫S和增N、控N的吹煉，當(dāng)冶煉成 分達(dá)到要求時(shí)，將鋼液倒入中間包，并在立彎式連鑄機(jī)上進(jìn)行澆鑄。連鑄的過(guò)熱度為35°C以 下，板還拉速為0.8~1.3m/min，確保全奧氏體凝固下組織均勾，無(wú)氣孔缺陷。將連鑄板還放 入輥底式加熱爐加熱到1180~1230Γ，在熱連乳機(jī)組上乳制到所需厚度后卷取。然后進(jìn)行 連續(xù)的酸洗退火，退火溫度1100~1130 °C，保證碳化物充分固溶。然后進(jìn)行形變硬化乳制， 壓下率40~65%。
[0059]利用磁性測(cè)試儀檢測(cè)了不同材料中導(dǎo)磁馬氏體相的含量。力學(xué)性能均取自冷乳 板，采用JIS 13B標(biāo)準(zhǔn)加工和檢測(cè)。本發(fā)明鋼以及對(duì)比鋼種力學(xué)性能檢測(cè)見(jiàn)過(guò)參見(jiàn)表2。
[0060]由圖2可知，本發(fā)明實(shí)施例3在凝固開(kāi)始至凝固終了過(guò)程中完全無(wú)鐵素體相生成， 其凝固模式為液相直接轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相；由圖3、圖4、圖5可知，對(duì)比例1、對(duì)比例2和對(duì)比例3 均為鐵素體相+奧氏體相析出模式，即先析出部分鐵素體相，這些鐵素體相在溫度降低過(guò)程 中可以逐步轉(zhuǎn)化為奧氏體相，但是并不能完全消除，部分鐵素體相會(huì)保留至室溫。
[0061 ]由表2可知，在實(shí)現(xiàn)硬度達(dá)到HV 425~497時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例均保持磁性相含量為 〇，即保持完全無(wú)磁的特性。對(duì)比例1硬度達(dá)到HV 413和441時(shí)，磁性相含量達(dá)到22.5 %和 29.9%，材料明顯變?yōu)閷?dǎo)磁材料，而且隨著其硬度的增加，磁性相比例也增加，無(wú)法滿足無(wú) 磁的用途。對(duì)比例2硬度達(dá)到HV 422，435和455時(shí)，其磁性相含量分別達(dá)到0.9%，1.6%和 2.0%，也變?yōu)閷?dǎo)磁材料，無(wú)法滿足完全無(wú)磁的應(yīng)用要求。對(duì)比例3在硬度達(dá)到HV 428和447 時(shí)，其磁性相含量仍維持0，但是對(duì)比例3中鋼種鎳含量達(dá)到4.5 %，為含鎳無(wú)磁鋼成分體系 且鎳含量較高，而本發(fā)明中實(shí)施例均不含鎳，為完全無(wú)鎳的新成分體系，具有成本低同時(shí)性 能優(yōu)異的材料。
[0062]由表1-2可見(jiàn)，本發(fā)明鋼材料的硬度達(dá)到HV 425~497度，屈服強(qiáng)度1100~ 1350MPa，延伸率2 5%，具有高硬度且完全無(wú)磁的特點(diǎn)；同時(shí)利用C、N、Mn能夠降低Md3Q/5〇溫 度，將材料的Md3Q/5()溫度降低到-100 °C以下。材料經(jīng)過(guò)形變硬化加工，具有高強(qiáng)度和高硬度， 可以滿足紡織、電子行業(yè)等對(duì)材料力學(xué)性能的需要。同時(shí)由于奧氏體相的穩(wěn)定性提高，材料 的硬化主要通過(guò)加工硬化產(chǎn)生，即通過(guò)位錯(cuò)和孿晶的產(chǎn)生和堆積產(chǎn)生，而不產(chǎn)生磁性的馬 氏體相，確保硬態(tài)材料的無(wú)磁特性。同時(shí)本發(fā)明鋼材料中無(wú)貴重鎳元素，成本較低，可以大 量應(yīng)用于紡織、電子儀器、設(shè)備等要求高硬度、低成本且必須無(wú)磁的領(lǐng)域。
[0063]
[0065]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼，其化學(xué)成分重量百分比為:c:0.15~0.20%，Si :0.2~ 0.8%，Mn:17.0~19.0%，Cr:13.5~14.5%，N:0.25~0.30%，Cu :0.5~0.8%，B:0.0015~ 0.0040%，其余為Fe及不可避免的雜質(zhì);且上述元素同時(shí)需滿足如下關(guān)系： C+N>0.43%； 1.00 < (Cr+Mo+1.5Si)/(30N+30C+0.25Cu+0.5Mn)<1.20； 580-520C-2Si-16Mn-23Ni-300N-26Cu-10Mo <-100°C。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼，其特征在于，所述高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不 銹鋼的化學(xué)成分中還包含:V <0.1%、Nb <0.1%中的一種或兩種，以重量百分比計(jì)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼，其特征在于，所述高硬度無(wú)磁無(wú) 鎳不銹鋼的化學(xué)成分還需滿足如下關(guān)系：[0.021 (Cr+0.9Mn)-0.204]/N2 1.50。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼，其特征在于，所述高硬度無(wú) 磁無(wú)鎳不銹鋼在凝固開(kāi)始至凝固終了過(guò)程中、以及室溫下均為全奧氏體組織。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼，其特征在于，所述高硬度無(wú) 磁無(wú)鎳不銹鋼的硬度達(dá)到HV 425~497,屈服強(qiáng)度為1100~1350MPa，磁性相含量為0%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼的制造方法，其包括以下步 驟： 1) 按權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述化學(xué)成分冶煉，鑄造成鑄坯，鑄造時(shí)過(guò)熱度< 35°C ;然后 鍛造或熱乳，加熱溫度為1180~1230 °C ;再進(jìn)行退火+酸洗； 2) 將步驟1)得到的鋼板進(jìn)行冷乳+冷乳后退火+酸洗，其中，退火溫度為1100~1130°C ; 然后，調(diào)質(zhì)乳制，控制壓下率為40~65%。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述高硬度 無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼在凝固開(kāi)始至凝固終了過(guò)程中、以及室溫下均為全奧氏體組織。8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的高硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述高 硬度無(wú)磁無(wú)鎳不銹鋼的硬度達(dá)到HV 425~497,屈服強(qiáng)度為1100~1350MPa，磁性相含量為 0%〇
【文檔編號(hào)】C22C38/26GK105839022SQ201610196107
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月31日
【發(fā)明人】張偉, 張?chǎng)? 杜偉, 吳狄峰
【申請(qǐng)人】寶鋼不銹鋼有限公司