一种奥氏体不锈钢及其制备和加工方法技术

本发明专利技术公开了一种奥氏体不锈钢及其制备和加工方法，该奥氏体不锈钢由质量分数分别为0.03

【技术实现步骤摘要】
一种奥氏体不锈钢及其制备和加工方法


[0001]本专利技术属于新材料领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢及其制备和加工方法，该奥氏体不锈钢可用于半导体制造领域。

技术介绍

[0002]在半导体、集成电路制造等领域，输送超纯介质及刻蚀有关的有毒气体需要具有高度组织稳定性、耐腐蚀、电解抛光加工性优异的不锈钢材料，包括管、棒。根据其纯度等级，分为一般、高纯度和超纯度等级。随着对先进半导体制程要求的不断提高，气体纯度要求和刻蚀用气体腐蚀性的加强，要求应用于该领域的不锈钢材料具有超细晶组织，超低S含量、低Cu含量等。目前超纯度等级不锈钢材料主要从美国、日本、德国和法国进口，材料牌号为316L。制备超纯度等级的不锈钢材料难度极大，超纯度等级的不锈钢主要用于超高纯电子特殊气体管道系统及高毒性的刻蚀气体管道系统，只有采用内在极为纯净的不锈钢管道输送，才能避免焊接时烟气颗粒现象的发生，降低夹杂物、硫等导致的管道腐蚀性破坏风险。
[0003]除此之外，高级半导体制造领域使用的不锈钢管阀等部件还需要极为优异的表面质量，以便保证后续的电解抛光能经济快捷地获得良好的表面质量，而材料的电解抛光性能与晶粒度直接相关。
[0004]《用于半导体制造的超纯不锈钢的开发》报道了日本住友金属工业公司开发了一种用于半导体制造工艺中提供气体的超纯净不锈钢管，纯化的316L不锈钢，命名为“Su
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micleannl”，其制造工艺为：在真空感应炉中冶炼，然后真空自耗炉重熔。CN202111120319.4公开了一种半导体制造业用超纯不锈钢，所述半导体制造业用超纯不锈钢的组成部分按照质量百分比计为：碳0.03，锰0.5，硅0.75，磷0.45，硫0.005
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0.010，铬16
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18，镍10
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14，钼2
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3，铜0.30，氮0.51，余量为铁，该不锈钢采用三重熔炼工艺，所述第一重为真空感应熔炼(VIM)，所述第二重为电渣重熔(ESR)，所述第三重为真空自耗电弧熔炼(VAR)，该专利采用我国本地市场的钢材作为坯料，经过VIM+ESR+VAR三重熔炼的特殊工艺，将其制造成符合半导体制造业应用的HP、UHP等级的316L不锈钢。其S含量高达50
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100ppm，实际应用中无法达到半导体用超纯不锈钢水平，且铜含量高达0.3%，严重影响后续管材的焊接。
[0005]另外，由于将不锈钢材料制成零部件之前还要对不锈钢进行980℃固溶处理，期间晶粒很容易长大，导致符合超高纯等级的成材率不高，目前通常为5
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6级晶粒度水平。能够满足更长寿命和保险系数的超高纯气体管路和高腐蚀性管路所要求的8级或更细晶粒度，以及10ppm以下S含量、0级夹杂物水平超纯净不锈钢材料仍是行业空白。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供了一种奥氏体不锈钢及其制备和加工方法，具体技术方案如下：
一种奥氏体不锈钢，由质量分数分别为0.03
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0.045wt%的碳、16
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18wt%的铬、10
‑
15wt%的镍、0.15
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0.35wt%的钨、0.1
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0.3wt%的铌、2
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3wt%的钼、0
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0.1wt%的铜、0
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0.001wt%的氮、0
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1wt%的锰、0
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0.3wt%的硅、0
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0.001wt%的硫和余量的铁组成。
[0007]所述奥氏体不锈钢的晶粒度为8级
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12级，粗细夹杂物A粗、A细、B粗、B细、C粗、C细、D粗含量均为零，D细为0.5，粗细夹杂物的等级定义参照美国ASTM E 45的规定，具体内容如下：表1 最大夹杂物含量比例由上表可知，本专利技术的奥氏体不锈钢已达到超高纯等级。
[0008]一种制备上述奥氏体不锈钢的方法，包括以下步骤：步骤1：将镍铁和工业纯铁按重量比为1：5的比例通过非真空感应炉熔炼或真空快速熔炼并浇铸成第一电极，再经电渣重熔预提纯，使得第一电极中硫含量低于10ppm，冷却后对第一电极进行抛丸处理；步骤2：真空感应熔炼，先在坩埚底部铺设第一电极0.03
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0.045wt%的碳，后将步骤1得到的第一电极经表面清理后放在炉内熔化，待溶清后精炼30
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40min，以去除炉衬残余Cu及铁镍合金中杂质的Cu，并去除合金中的气体元素氮；加入第一电极16
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18wt%的铬、0.15
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0.35wt%的钨、0.10
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0.3wt%的铌和2
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3wt%的钼，采用大功率，即满电源功率的80%以上进行熔化及搅拌60min以上，经检测各成分在目标范围后，浇铸成第二电极，各成分的目标范围为：0.03
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0.045wt%的碳、16
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18wt%的铬、10
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15wt%的镍、0.15
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0.35wt%的钨、0.1
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0.3wt%的铌、2
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3wt%的钼、0
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0.1wt%的铜、0
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0.001wt%的氮、0
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1wt%的锰、0
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0.3wt%的硅、0
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0.001wt%的硫和余量的铁；特别地，在该步骤中，不得加入其它脱硫剂，以免对后续真空自耗重熔过程稳定性产生影响。
[0009]步骤3：真空自耗重熔，将步骤2得到的第二电极进行车光和平头处理至表面无缺陷；真空自耗重熔过程中，在结晶器和已熔炼铸锭的间隙充入氦气，氦气的压力不低于300Pa，自耗弧长不大于15mm；真空自耗重熔结束后，在得到的第三电极上涂抹氧化钇并送入高温均匀化炉，高温均匀化工艺为1160
‑
1200℃保温不少于48h，得最终产品。
[0010]优选地，所述步骤1中电渣重熔的工艺为：采用具有高光学碱度的渣系，具体组成为质量比是CaF2:Al2O3:CaO=3：4：4；熔速为8
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15kg/min，并在氩气保护条件下进行。
[0011]进一步的，所述步骤3中涂抹得到的氧化钇涂层的厚度不低于0.5mm，优选地，为0.5
‑
1.5mm。
[0012]优选地，所述步骤3中氦气的压力为300
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800Pa ，自耗弧长为6
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12mm。
[0013]一种上述奥氏体不锈钢的加工方法，将上述不锈钢进行锻造或轧制后在985℃条
件下固溶后车光，锻造或轧制温度为1140
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1160℃，变形比大于5。
[0014]在不锈钢成分设计方面，本专利技术基于钨、铌两种化学元素及其碳化物对于奥氏体不锈钢晶粒度的钉扎作用原理，在316L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种奥氏体不锈钢，其特征在于由质量分数分别为0.03
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0.045wt%的碳、16
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18wt%的铬、10
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15wt%的镍、0.15
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0.35wt%的钨、0.1
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0.3wt%的铌、2
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3wt%的钼、0
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0.1wt%的铜、0
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0.001wt%的氮、0
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1wt%的锰、0
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0.3wt%的硅、0
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0.001wt%的硫和余量的铁组成。2.根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢，其特征在于所述不锈钢的晶粒度为8级
‑
12级，粗细夹杂物A类、B类和C类含量均为零。3.一种制备如权利要求1或2所述的奥氏体不锈钢的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：将镍铁和工业纯铁按质量比为镍：铁=1：5的比例通过非真空感应炉熔炼或真空快速熔炼并浇铸成第一电极，再经电渣重熔预提纯，使得第一电极中硫含量低于10ppm，第一电极冷却后对其进行抛丸处理；步骤2：真空感应熔炼，先在坩埚底部铺设第一电极0.03
‑
0.045wt%的碳粉，后将步骤1得到的第一电极经表面清理后放在炉内熔化，待溶清后精炼30
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40min，加入第一电极16
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18wt%的铬、0.15
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0.35wt%的钨、0.10

【专利技术属性】
技术研发人员：沈海军，张思允，姜峰，王建伟，王国栋，王资兴，李乡亮，
申请(专利权)人：上海求坤新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：