高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料

摘要

本发明涉及一种高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料，其各组分的重量百分比为：Cr为12.0～14.0%；Ni为12.0～16.0%；Mo为1.0～3.0%；C为0.04～0.08%；Al为0.1～1.0%；Mn为0.1～1.0%；Si为0.1～1.0%；不可避免的杂质＜0.04%；其余为Fe。该材料的冷加工性能和抗拉强度不低于1Cr8Ni9Ti不锈钢丝，而韧性和表面质量比1Cr8Ni9Ti不锈钢丝更加优良，并且对许多无机酸（如：硫酸、硝酸等）、盐类和海水中的耐腐蚀能力比18-8型钢有显著提升。

说明书

技术领域

本发明涉及一种奥氏体不锈钢，特别涉及一种高强度、高韧型的奥氏体不 锈钢材料。

背景技术

不锈钢丝材（材料）一般可以分为三种，即奥氏体不锈钢丝、铁素体不锈 钢丝和马氏体不锈钢丝。奥氏体不锈钢丝一般是通过大冷形变量来提高其强度 性能，比如常见的18-8型系列的1Cr8Ni9Ti不锈钢丝。为了提高抗拉强度，必 须减少热处理次数以增大冷形变量，然而，奥氏体不锈钢丝大冷变形后又会诱 发合金发生马氏体相变，并形成大量硬而脆的金属间相，从而导致拉制的不锈 钢丝材表面质量下降，高强度下的延伸率会很低，特别是不锈钢丝材的韧性下 降而脆性增加，给奥氏体不锈钢丝应用的普及和推广使用造成了比较大的困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高强度、高韧性奥氏体不 锈钢材料，该材料的冷加工性能和抗拉强度不低于1Cr8Ni9Ti不锈钢丝，而韧性 和表面质量比1Cr8Ni9Ti不锈钢丝更加优良，且因为合金中钼（Mo）元素的添 加，使得合金对许多无机酸（如：硫酸、硝酸等）、盐类和海水中的耐腐蚀能力 比18-8型钢有显著提升。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料，各组分的重量百分比为：

Cr：12.0～14.0%；Ni：12.0～16.0%；Mo：1.0～3.0%；C：0.04～0.08%； Al：0.1～1.0%；Mn：0.1～1.0%；Si：0.1～1.0%；不可避免的杂质＜0.04%；其 余为Fe。

上述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料，较好的技术方案是，各组分的重 量百分比为：

Cr：12.5～13.0%；Ni：13.5～14.5%；Mo：1.5～2.5%；C：0.04～0.06%； Al：0.1～0.8；Mn：0.1～0.8%；Si：0.1～0.8%；不可避免的杂质＜0.04%；其 余为Fe。

上述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料，更好的技术方案是，各组分的重 量百分比为：

Cr：12.5%；Ni：14.0%；Mo：2.0%；C：0.05%；Al：0.3%；Mn：0.20%； Si：0.20%；不可避免的杂质＜0.04%；其余为Fe。

上述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料中不可避免的杂质为S和P，其总量 不超过0.04%。

上述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料的制备方法，有以下步骤：

a）、按照重量百分比称取合金的各个组分，采用真空感应炉进行熔炼，熔 炼工艺为：烘料（10Kw、5分钟）、熔化（80Kw、15～20分钟）、精炼（20～30Kw、 20分钟）、精炼后真空度1～2Pa、最后调温浇铸；

b）、真空铸棒经电渣重熔成铸锭，并在柴油炉中加热至1100～1150℃，保 温1小时后热锻成棒坯，然后经过热轧成为直径为8mm的盘圆条；

c）、然后将直径8mm的盘圆条经过多次热处理和冷拉加工成所需的成品冷 拉丝材，最终的成品丝材采用金刚石钻石模具拉制。

本发明的高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料丝材，其成分组成与1Cr8Ni9Ti 不锈钢相比，降低了成分中的铬（Cr）和碳（C）元素含量，去除了其中的钛（Ti） 元素，同时增加了镍（Ni）元素和钼（Mo）元素。

降低铬（Cr）和碳（C）元素含量可有效改善合金的晶间腐蚀性能，减少碳 化物析出，改善合金丝材的表面质量；去除钛（Ti）元素，可有效减少在大冷形 变下析出硬脆相，从而改善丝材的表面质量，丝材表面及横截面形貌见图1、图 2所示；增加镍（Ni）元素含量，可有效扩展合金的奥氏体相，使得合金性能更 加稳定，同时也可有效改善合金的力学性能，提高合金丝材的韧性固溶态金相 组织见图3所示；增加钼（Mo）元素，可有效提高合金的耐腐蚀性能，特别是 对各种无机酸、有机酸、碱和盐类的耐腐蚀性及耐点蚀性显著增强，并可提高 合金的耐高温性能。

本发明所述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料，具有良好的冷热塑性，可 进行高达99%以上大冷形变量的加工，该材料在大冷形变下具有高达2500MPa 的抗拉强度，同时还可保持2～3%左右的延伸率，此时合金的内部已经变为一 种纤维态组织，合金冷形变下的显微组织见图4所示，本发明所述的高强度、 高韧性不锈钢材料，可通过冷形变量的调整来控制最终成品冷拉丝材的力学性 能，且丝材的表面质量和韧性良好，使其能够满足较大范围内的使用要求。

本发明所述高强度、高韧性、耐腐蚀奥氏体不锈钢材料所加工出的成品丝 材，其最后一道次的冷形变量控制，根据元件实际使用的力学性能要求来确定。

本发明所述高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料的主要性能如下：

1.合金棒材（固溶状态）的力学特性：

1）抗拉强度：σ_b≥520MPa；

2）屈服强度：σ_0.2≥205MPa；

3）断后伸长率：δ₅≥40%；

4）断面收缩率：Ψ≥60%；

5）硬度：HB≤187。

2.合金丝材（冷拉状态）的力学特性：

抗拉强度σ_b：1400MPa～2500MPa。

3.合金（固溶状态）的冲击韧性：

冲击韧性α_KU≥3500（KJ/m²）。

附图说明

图1为本发明所述合金丝材表面形貌；

图2为本发明所述合金丝材横截面形貌；

图3为本发明所述合金固溶态显微组织；

图4为本发明所述合金冷形变态显微组织。

具体实施方式

实施例1至5的高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料各组分的配比见表1：

表1高强度、高韧性奥氏体不锈钢材料各组分的配比（以下为重量百分含量）

实施例 Ni Cr Mo Si Mn Al C S P Fe 1 12.20 12.00 1.50 0.15 0.15 0.20 0.041 0.01 0.01 余量 2 13.50 12.50 2.10 0.32 0.30 0.30 0.050 0.01 0.01 余量 3 13.95 13.00 1.95 0.40 0.40 0.36 0.063 0.01 0.01 余量 4 14.70 13.92 2.93 0.30 0.50 0.46 0.071 0.01 0.01 余量

5 15.50 13.47 2.32 0.23 0.22 0.35 0.078 0.01 0.01 余量

分别取表1中各组分，采用真空感应熔炼炉进行熔炼，a）熔炼的工艺为： 烘料（10Kw、5分钟）、熔化（80Kw、15～20分钟）、精炼（20～30Kw、20分 钟）、精炼后真空度1～2Pa、最后调温浇铸；b）、真空铸棒经电渣重熔成铸锭， 并在柴油炉中加热至1100～1150℃，保温1小时后热锻成棒坯，然后经过热轧 成为直径为8mm的盘圆条；c）、然后将直径8mm的盘圆条经过多次热处理和 冷拉加工成所需的成品冷拉丝材，最终的成品丝材采用金刚石钻石模拉制。

实施例1所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试，主 要性能如下：

1.合金棒材（固溶状态）的力学特性：

固溶工艺：1050℃×30分钟+水淬

1）抗拉强度：σ_b=525MPa；

2）屈服强度：σ_0.2=210MPa；

3）断后伸长率：δ₅=50%；

4）断面收缩率：Ψ=80%；

5）硬度：HB=135。

2.合金丝材（冷拉状态）的力学特性：

冷形变量（80.0%）时的抗拉强度：σ_b=1400MPa；

冷形变量（95.0%）时的抗拉强度：σ_b=2000MPa；

3.合金（固溶状态）的冲击韧性：

冲击韧性α_KU≥3600（KJ/m²）。

实施例2所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试，主 要性能如下：

1.合金棒材（固溶状态）的力学特性：

固溶工艺：1050℃×30分钟+水淬

1）抗拉强度：σ_b=530MPa；

2）屈服强度：σ_0.2=215MPa；

3）断后伸长率：δ₅=50%；

4）断面收缩率：Ψ=78%；

5）硬度：HB=145。

2.合金丝材（冷拉状态）的力学特性：

冷形变量（90.0%）时的抗拉强度：σ_b=1700MPa。

冷形变量（95.0%）时的抗拉强度：σ_b=2100MPa。

3.合金（固溶状态）的冲击韧性：

冲击韧性α_KU≥3600（KJ/m²）。

实施例3所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试，主 要性能如下：

1.合金棒材（固溶状态）的力学特性：

固溶工艺：1050℃×30分钟+水淬

1）抗拉强度：σ_b=540MPa；

2）屈服强度：σ_0.2=230MPa；

3）断后伸长率：δ₅=55%；

4）断面收缩率：Ψ=78%；

5）硬度：HB=155。

2.合金丝材（冷拉状态）的力学特性：

冷形变量（90.0%）时的抗拉强度：σ_b=1900MPa。

冷形变量（95.0%）时的抗拉强度：σ_b=2250MPa。

3.合金（固溶状态）的冲击韧性：

冲击韧性α_KU≥3500（KJ/m²）。

实施例4所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试，主 要性能如下：

1.合金棒材（固溶状态）的力学特性：

固溶工艺：1050℃×30分钟+水淬

1）抗拉强度：σ_b=545MPa；

2）屈服强度：σ_0.2=230MPa；

3）断后伸长率：δ₅=58%；

4）断面收缩率：Ψ=75%；

5）硬度：HB=155。

2.合金丝材（冷拉状态）的力学特性：

冷形变量（90.0%）时的抗拉强度：σ_b=2100MPa。

冷形变量（95.0%）时的抗拉强度：σ_b=2300MPa。

3.合金（固溶状态）的冲击韧性：

冲击韧性α_KU≥3500（KJ/m²）。

实施例5所述的高强度、高韧性奥氏体不锈钢丝材进行机械性能测试，主 要性能如下：

1.合金棒材（固溶状态）的力学特性：

固溶工艺：1050℃×30分钟+水淬

1）抗拉强度：σ_b=550MPa；

2）屈服强度：σ_0.2=235MPa；

3）断后伸长率：δ₅=55%；

4）断面收缩率：Ψ=70%；

5）硬度：HB=155。

2.合金丝材（冷拉状态）的力学特性：

冷形变量（90.0%）时的抗拉强度：σ_b=2200MPa。

冷形变量（95.0%）时的抗拉强度：σ_b=2400MPa。

3.合金（固溶状态）的冲击韧性：

冲击韧性α_KU≥3500（KJ/m²）。