一种Fe-15Mn-22Cr-0.9N奥氏体不锈钢及其制备方法

一种fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及高氮奥氏体不锈钢制备技术领域，特别涉及一种高强韧性fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢板材及其制备方法。


背景技术：

2.高氮奥氏体不锈钢具有强度高、韧性好、抗蠕变、耐腐蚀和成形性能好等特点而被广泛应用于各种工业技术领域，引起了众多材料学者的关注。目前，俄罗斯、日本和许多欧洲国家正在加速进行新型高氮奥氏体不锈钢的研发。我国已经把高氮奥氏体不锈钢列入重点资助领域，以促进高氮奥氏体不锈钢的研究与应用推广。
3.但高氮奥氏体不锈钢一般以粗晶固溶状态使用，强度仍然无法满足关键部件与特殊工况领域的服役要求，需要对其进行处理以提高强度。提高奥氏体不锈钢强度的常规做法是结合塑性变形和热处理来引入位错和细化晶粒。但对于高氮奥氏体不锈钢而言，这一材料强韧化方法并不适用。由于氮元素处于过饱和状态，高氮钢经过塑性变形产生大量位错而促进了氮化物析出，材料因而变脆。因此，工业技术领域亟需一种制备高强度、高韧性、具有单相奥氏体组织的高氮奥氏体不锈钢的方法。对此，本专利针对fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢在不同温度下轧制的加工硬化行为和变形机制，以及变形组织特征对后续退火中氮化物析出的影响，耦合形变与相变制备高强韧性高氮奥氏体不锈钢的技术路径，实现材料的高强度而不减损韧性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高强韧性fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢板材及其制备方法，本发明使用温轧+退火工艺，预先对材料进行加热处理可降低轧制时的变形抗力，从而减小高强度高氮奥氏体不锈钢板材的制备难度，且温轧后退火能显著减少有害氮化物的析出而避免了脆性问题，获得高强度、高塑性的奥氏体不锈钢，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明的一方面提供了一种高强韧性fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢板材，所述fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢的化学组分及重量百分含量分别为:c≤0.068％，si≤0.42％，mn≤15％，p≤0.003％，ni：1.0～1.5％，cr：21～23％，n：0.5～1％，其余为fe及不可避免的杂质。
6.优选地，所述fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢的屈服强度≥1200mpa，抗拉强度≥1500mpa，均匀延伸率≥12％。
7.本发明的另一方面提供了一种高强韧性fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢板材的制备方法，包括：
8.对fe-15mn-22cr-0.9n钢板进行温轧获得具有单相奥氏体结构fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢，温轧完成后进行时效退火即获得高强度、高韧性fe-15mn-22cr-0.9n板材。
9.所述温轧包括：
10.在600℃下对fe-15mn-22cr-0.9n钢板进行多道次轧制，先期每道次下压量为1mm，达到变形量50％后下压量改为0.5mm，每道次轧制前将样品重新放入加热炉中保温2min，控制轧制温度变化不超过5％，最后获得名义轧制量为20％、40％、60％和75％的样品。
11.所述制备方法还包括：
12.在温轧前先将fe-15mn-22cr-0.9n钢板放入600℃加热炉中保温10min，后每一道次轧制前将fe-15mn-22cr-0.9n钢板放入加热炉中保温2～3min。轧制完成后放入600℃下的加热炉中等温处理1h，在空气中缓慢冷却得到所需板材。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
14.本发明的实施方式提供的fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢的制备方法采用温轧工艺，预先对材料进行加热处理可降低轧制时的变形抗力，从而减小高强度高氮奥氏体不锈钢板材的制备难度；温轧后样品经退火处理后其均匀延伸率得到显著的提高(与未退火前相比倍增)，同时获得较好的强塑性匹配；本发明依赖常规轧制设备，操作流程简单，有利于大规模连续生产，生产周期时间短，生产效率高，生产成本低；通过本方法获得屈服强度≥1200mpa，抗拉强度≥1500mpa，均匀延伸率≥12％。
附图说明
15.图1为本发明的实施方式提供的fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢的制备方法的加工流程示意图；
16.图2为本发明的实施方式中实施例1和对比例2处理后fe-15mn-22cr-0.9n板材的光学显微组织图。
17.图3发明的实施方式中实施例1、2和对比例1-3处理后fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢板材拉伸试验的工程应力应变曲线图。
18.附图标记说明：
19.1、fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢，2、加热炉，3、上轧辊，4、下轧辊。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明提供了一种fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢，该fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢的化学组分及重量百分含量分别为:c≤0.068％，si≤0.42％，mn≤15％，p≤0.003％，ni：1.0～1.5％，cr：21～23％，n：0.5～1％，其余为fe及不可避免的杂质。
22.进一步地，该fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢的屈服强度≥1200mpa，抗拉强度≥1500mpa，均匀延伸率≥12％
23.本发明提供了一种高强度-高塑性结构fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢板材制备方法，具体加工流程示意图如图1所示，具体包括：
24.利用上轧辊3和下轧辊4在600℃下对fe-15mn-22cr-0.9n钢板1进行多道次轧制，先期每道次下压量为1mm，达到变形量50％后下压量改为0.5mm，每道次轧制前将样品重新
放入加热炉2中保温2min，控制轧制温度变化不超过5％，最后获得名义轧制量为20％、40％、60％和75％的样品；
25.在温轧前先将fe-15mn-22cr-0.9n钢板1放入600℃加热炉2中保温10min，后每一道次轧制前将fe-15mn-22cr-0.9n钢板1放入加热炉2中保温2～3min。之后放入600℃下的加热炉中等温处理1h。
26.图2为本发明的实施方式中实施例1和对比例2处理后fe-15mn-22cr-0.9n的光学显微组织图，图3发明的实施方式中实施例1、2和对比例1-3处理后fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢板材拉伸试验的工程应力-工程应变曲线图。下面结合实施例对本发明做进一步详述。
27.实施例1
28.(1)温轧：将固溶态的fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢加工成厚度为10毫米的板材。对其表面进行除油和机械研磨处理；每一道次轧制前放入600℃的加热炉中保温2～3min；分6道次将板厚轧制为6.1mm
±
0.1mm，总轧制压下量为40％。
29.(2)本实施例通过上述方法得到的fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢板材屈服强度为1350mpa，抗拉强度为1462mpa，均匀延伸率为3.4％。经过实施例1处理后的不锈钢板的om图片如图2中a图片所示，工程应力-应变曲线如图3所示。
30.实施例2
31.(1)温轧-退火：将固溶态的fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢加工成厚度为10毫米的板材。对其表面进行除油和机械研磨处理；每一道次轧制前放入600℃的加热炉中保温2～3min。分6道次将板厚轧制为6.1mm
±
0.1mm，总轧制压下量为40％；轧制完成后放入600℃下的加热炉中等温处理1h。
32.(2)本实施例通过上述方法得到的fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢板材屈服强度为1220mpa，抗拉强度为1548mpa，均匀延伸率为14％。经过实施例2处理后的不锈钢板材工程应力-应变曲线如图3所示。
33.对比例1
34.固溶态的fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢板材屈服强度为440mpa，抗拉强度为1400mpa，均匀延伸率为42％，工程应力-应变曲线如图3所示。
35.对比例2
36.(1)冷轧：固溶态的fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢加工成厚度为10毫米的板材；对其表面进行除油和机械研磨处理,在室温环境下分6道次将板厚轧制为6.1mm
±
0.1mm，总轧制压下量为40％。
37.(2)本对比例通过上述方法得到的fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢板材屈服强度为1400mpa，抗拉强度为1579mpa，均匀延伸率为2.9％。经过对比例2处理后的不锈钢板的om图片如图2中b图片所示，工程应力-应变曲线如图3所示。
38.对比例3
39.(1)冷轧-退火：固溶态的fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢板材加工成厚度为10毫米的板材；对其表面进行除油和机械研磨处理,在室温环境下分6道次将板厚轧制为6.1mm
±
0.1mm，总轧制压下量为40％；之后放入600℃下的加热炉中等温处理1h。
40.(2)本对比例通过上述方法得到的fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢板材屈服强度为1325mpa，抗拉强度为1682mpa，均匀延伸率为4.8％。工程应力-应变曲线如图3所示。
41.根据图2可以看出，冷轧和温轧的金相组织演变可以发现其组织形貌有所差别。冷轧组织内存在较多的变形孪晶和滑移带，而温轧组织中在光学显微镜下很难看到变形孪晶的存在。这表明冷轧变形和温轧变形的变形机理有所不同，冷轧变形以孪生为主，温轧变形则以位错滑移为主。
42.根据图3则可以看出，冷轧-退火处理样品在屈服后仍然保持着较长的均匀塑性阶段，表明退火处理可以一定程度上提高室温轧制样品的均匀延伸率，同时说明退火后样品具有一定的加工硬化能力，但是退火处理会导致样品韧性急剧下降而发生脆性断裂。温轧制样品虽然屈服强度因退火而有所降低，但其均匀延伸率得到显著的提高(与未退火前相比倍增)，同时获得较好的强塑性匹配。通过以上分析可以发现温轧+退火处理是获得具有强塑性匹配高氮钢的有效技术路径，即600℃温轧40％后经600℃退火1h可获得高强度-高塑性奥氏体不锈钢板材。
43.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种高强韧性fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢板材，其特征在于，所述fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢的化学组分及重量百分含量分别为:c≤0.068％，si≤0.42％，mn≤15％，p≤0.003％，ni：1.0～1.5％，cr：21～23％，n：0.5～1％，其余为fe及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的高强韧fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢板材，其特征在于：所述fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢的屈服强度≥1200mpa，抗拉强度≥1500mpa，均匀延伸率≥12％。3.一种fe-15mn-22cr-0.9n奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，包括：对fe-15mn-22cr-0.9n钢板进行温轧获得具有单相奥氏体结构fe-15mn-22cr-0.9n不锈钢，温轧完成后进行时效退火即获得高强度、高韧性fe-15mn-22cr-0.9n板材。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述温轧包括：在600℃下对fe-15mn-22cr-0.9n钢板进行多道次轧制，先期每道次下压量为1mm，达到变形量50％后下压量改为0.5mm，每道次轧制前将样品重新放入加热炉中保温2min，控制轧制温度变化不超过5％，最后获得名义轧制量为20％、40％、60％和75％的样品。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在温轧前先将fe-15mn-22cr-0.9n钢板放入600℃加热炉中保温10min，后每一道次轧制前将fe-15mn-22cr-0.9n钢板放入加热炉中保温2～3min。轧制完成后放入600℃的加热炉中等温处理1h，在空气中缓慢冷却得到所需板材。

技术总结
本发明涉及高氮奥氏体不锈钢技术领域，具体为一种高强韧性Fe-15Mn-22Cr-0.9N奥氏体不锈钢板材，其化学组分及重量百分含量分别为:C≤0.068％，Si≤0.42％，Mn≤15％，P≤0.003％，Ni：1.0～1.5％，Cr：21～23％，N：0.5～1％，其余为Fe及不可避免的杂质。制备方法包括：在600℃下对Fe-15Mn-22Cr-0.9N钢板进行多道次轧制，先期每道次下压量1mm，变形量50％后下压量为0.5mm，每道次轧制前将样品重新保温2min，控制温度变化不超过5％，获得名义轧制量为20％、40％、60％和75％的样品。本发明使用温轧+退火工艺，预先对材料进行加热可降低轧制时的变形抗力，减小材料的制备难度；后续进行退火处理能够减少有害氮化物的析出量，材料的延伸率得到显著提高并避免了脆性问题，从而获得高强度、高韧性的奥氏体不锈钢板材。高韧性的奥氏体不锈钢板材。高韧性的奥氏体不锈钢板材。


技术研发人员：周阳 冯涛 赖庆全 位云涛
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2023.02.23
技术公布日：2023/7/20