[发明专利]一种低成本高强度铁素体不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢种及其制造方法，尤其涉及一种铁素体不锈钢及其制造方法。

背景技术

铁素体不锈钢因其具有较强的耐氯化物、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等局部耐腐蚀性能，被广泛应用到各个领域。用于高强度容器的不锈钢不仅需要具备一定的耐腐蚀性，而且由于其特殊的使用环境，此类不锈钢必需具备一定的屈服强度，从而为规避使用过程中可能会出现的碰撞风险提供一定的质量保证。

常规的铁素体不锈钢，例如Cr17，虽然在抗腐蚀性能上能够满足使用要求，但其屈服强度较低，一般在300MPa以下，且其室温冲击功低，因此不能满足高强度容器对钢的屈服强度(一般要大于350MPa)以及冲击功的要求，而Cr含量更高的铁素体不锈钢则又会不可避免地增加材料制造成本。

现有的公开文献中公开的高强度不锈钢均为马氏体不锈钢或奥氏体不锈钢。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种低成本高强度铁素体不锈钢，该铁素体不锈钢通过适当的成分设计辅以适当的制备工艺，使其强度应当远远高于现有常用的铁素体不锈钢，同时通过降低合金化元素的含量还使得其原料成本大大降低。

本发明的另一目的在于提供该低成本高强度铁素体不锈钢的制造方法，该制造方法还应当满足制造工艺简单的要求。

根据上述发明目的，本发明提供了一种低成本高强度铁素体不锈钢，其各化学元素质量百分配比为：

C：0.01～0.015％；

Mn：1.5～2.0％；

Si：0.5～0.7％；

Cr：11.0～12.5％；

Nb：0.05～0.1％；

Ni：0.8～1.0％；

Ti：0.10～0.15％；

N：0.008～0.012％；

V≤0.1％；

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

优选地，所述低成本高强度铁素体不锈钢的各化学元素质量百分配比为：

C：0.01～0.015％；

Mn：1.75～2.0％；

Si：0.55～0.65％；

Cr：11.1～11.5％；

Nb：0.05～0.1％；

Ni：0.8～1.0％；

Ti：0.12～0.15％；

N：0.008～0.012％；

V：0.05～0.08％；

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的低成本高强度铁素体不锈钢的成分设计原理如下：

C、N：在不锈钢中，C、N均为强烈的奥氏体形成元素，势必影响材料中的Cr、Ni当量比，从而影响钢的热处理工艺，此外，C、N含量高，还会使材料的抗晶间腐蚀能力更加恶化。鉴于本技术方案所采用的热处理工艺以及与其他元素的匹配，发明人将C和N元素的含量控制在本技术方案所要求的范围内。

Si：Si为脱氧元素，如果钢中Si元素含量过低，在炼钢过程中就起不到脱氧的作用，但是对于本技术方案来说，过多的Si元素将会促进钢的铁素体当量增加，不利于提高铁素体不锈钢的强度，因此发明人将Si含量控制在0.5～0.7％内。

Mn：Mn为强烈的奥氏体形成元素，在钢中Mn和Si一起起到复合脱氧的作用。Mn元素的含量控制是本技术方案的核心，发明人通过试验证明，若要实现钢的高强度的同时，还保证钢的塑性不能降得太低，需要将Mn元素含量控制在本技术方案所要求的范围内。此外，对于本技术方案来说，将Mn元素含量控制在上述范围内，还可在不影响镍当量的情况下，有效减少C、N含量，从而增加产品的耐腐蚀性，并改善钢的焊接性能。

Cr：不锈钢要求具有良好的耐蚀性，因此为了使本技术方案所述的铁素体不锈钢具有一定程度的耐腐蚀性并保证其具有比较好的热加工性，需要将Cr元素含量限定在11.1～11.5％范围内。此外，在满足高强度和耐腐蚀性的同时，发明人在设计Cr元素含量时还充分考虑了制造钢的原料成本的因素。

Nb：鉴于不锈钢对于抗腐蚀性能的要求，综合考虑本技术方案对于铁素体不锈钢力学性能的要求，发明人将Nb含量控制在本技术方案所要求的范围内。

Ni：本技术方案中Ni含量的设计综合考虑了其对奥氏体相的稳定性、塑性以及制造成本的影响，同时Ni元素的含量还应当与Cr元素的含量相匹配，因此发明人将其控制在0.8～1.0％。

Ti：对于本技术方案来说，为了提高铁素体不锈钢的焊接性能以及抗晶间腐蚀性能，发明人将Ti元素含量控制在0.12～0.15％范围内。