一種節鎳型雙相不鏽鋼及其製備工藝的製作方法

2023-06-22 21:39:51 2

專利名稱：一種節鎳型雙相不鏽鋼及其製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種節鎳型雙相不鏽鋼，還涉及一種該節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝，屬於冶金行業。
背景技術：
傳統的18-8型奧氏體不鏽鋼及雙相不鏽鋼主要成分是鉻、鎳、鑰，而鎳和鑰價格昂貴，波動也很大，制約著不鏽鋼的發展，為了節約成本，降低鋼的鎳和鑰含量，可以採用增加錳含量和氮含量代替部分鎳含量，通過提高鉻的含量來代替鑰的含量。鎳和鑰含量的降低可以減少原材料價格波動對不鏽鋼市場的影響。同時隨著A0D、LF煉鋼工藝的發展，尤其是AOD爐中能控制氮的加入，從而促進了含氮雙相不鏽鋼的發展，氮的加入不僅可以提高雙相不鏽鋼的耐局部腐蝕性，而且也解決了不鏽鋼的焊接問題，使雙相不鏽鋼成為一種可焊接的結構材料，大大拓展了雙相不鏽鋼的應用範圍。隨著冶金技術的進一步發展和成本的降低，對氮的加入也能夠精確控制，從而出現了新的低鎳高性能經濟型雙相不鏽鋼。但是相對於300系的奧氏體不鏽鋼，雙相不鏽鋼的熱加工性能較差，而雙相不鏽鋼的熱加工性能主要和成分、鉻鎳當量比、微合金元素、雜質元素磷、硫、氧的含量及熱加工工藝有關。如CN 102102166 A的中國發明專利說明書中公開了一種強耐腐蝕雙相不鏽鋼其組成成分及各成分重量百分比(Wt% )如下
C :彡 O. 03 ；Si 0. 4 O. 7 ；Mn :1. 4 1. 7 ;P :彡 O. 03 ；S :彡 O. 001 ；Cr :22. 3 22. 7 ;Ni 5. 6 5. 9 ；Mo :3. O 3. 2 ;Cu :彡 O. 5 ;A1 :彡 O. 15 ；B :0. 0028 O. 0043 ；N :0. 145 O. 175 ；Ti O. 005 ；Pb O. 99 ;餘量為Fe。該強耐腐蝕雙相不鏽鋼雖然耐腐蝕性強，但是其中Ni含量高，使得其製造成本高，不利於推廣使用。該專利說明書中還公開了了一種強耐腐蝕雙相不鏽鋼生產工藝1705±20°C的高溫鋼水中，吹入02和氮氣，通過氧化還原反應原理降低成分中C含量，同時，加入Mo、Mn、Cr、V、Nb、Ti等元素，以提高成分中的N含量；軋制階段，加熱爐溫度控制在1320 1350°C範圍，在軋制過程中，避免打開高壓水除磷系統；退火溫度一般控制在1100 1150°C;酸洗工藝採用H2S04 :220 240g/L, NaCl :30 38g/L，添加劑10 14g/L，在60°C平均酸洗55 60min。但是由於該生產工藝沒有控制鉻鎳當量比，加強了其中兩相之間的的強度差異，降低了整體性能。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術中存在的上述不足，而提供一種Ni含量大幅度降低，熱加工塑性優良的節鎳型雙相不鏽鋼。本發明還提供了一種有效控制鉻鎳當量比的節鎳型雙相不鏽鋼製備工藝。
本發明解決上述問題所採用的技術方案是該節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝，其特殊之處在於包括以下步驟
I)在電爐中母液成分控制在 C >1. 0%，Si <1. 0%，Cr : 12-21%，N1:1. 5-1. 9%，P < O. 025%,出鋼溫度控制在1580-1630°c，將電爐中母液和中頻爐的高碳鉻鐵母液混合形成混合母液，其中高碳鉻鐵母液成分為C :6-10%, Si〈5%，P〈0. 06%, Cr :62_72%，其餘為鐵；
2)將電爐中的母液轉移入AOD爐內吹氧脫碳、吹氮及成分調整；再在鋼包精煉爐中精煉及微合金加入成分最終調整，調整後鉻鎳當量比> 2. 2。本發明還包括以下步驟3)依次進行連鑄、板坯修磨、一次加熱、一次保溫、開坯軋制、二次加熱、二次保溫、粗軋軋制、精軋軋制和卷取，連鑄厚度為160-220mm ;板坯修磨後一次加熱，加熱至1150-1280°C，加熱後進行一次保溫，保溫時間為40-50min ;開坯軋制3-7道次，厚度控制在120-160mm，相對壓下率為8_20%，軋制速度控制3_8m/s ;開坯軋制後進行二次加熱，加熱溫度1180-1280°C，加熱後進行二次保溫，保溫時間為40-50min。本發明所述步驟3)中，二次保溫後出爐，出爐時上下板面溫度差為彡20°C。本發明所述步驟3)中粗軋軋制5-13道次，粗軋軋制的軋制厚度為30mm，軋制溫度為1050-1250°C，粗軋軋制的相對壓下率控制在8-25%，粗軋軋制的軋制速度控制在3_12m/ s ;所述步驟3)中精軋軋制5-11道次，相對壓下率控制10-25%，軋制速度控制在2-12m/s，終軋溫度彡850°C。本發明所述卷取溫度彡700°C。本發明所述的節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝所製備的節鎳型雙相不鏽鋼，其特殊之處在於包括以下重量百分含量的組分
C 彡 O. 035% ；Si 0. 3-1. 0% ；Mn :4. 0-6. 0% ；Cr :19-23% ；N1:1. 0-2. 5% ；Mo 0. 25-0. 85% ；N 0. 20-0. 3% ；Cu :0. 2-0. 5% ；S 彡 0. 001% ；P 彡 0. 035% ；0 ^ 0. 005% ；B 0. 005-0. 1% ；Ca 0. 005-0. 1% ；A1 :0. 001-0. 08% ；REM :0. 005-0. 5% ;餘量為 Fe。本發明所述節鎳型雙相不鏽鋼，其特殊之處在於包括以下重量百分含量的組分
C ^ O. 025% ；Si 0. 35-1. 0% ；Mn :4. 2-5. 2% ；Cr :19-22% ；N1:1. 0-2. 0% ；Mo 0. 25-0. 45% ；N 0. 20-0. 25% ；Cu :0. 3-0. 5% ；S ^ 0. 001% ；P ^ 0. 02% ；0 ^ 0. 005% ；B 0. 0005-0. 05% ；Ca :0. 005-0. 05% ；A1 :0. 001-0. 05% ；REM :0. 005-0. 1% ;餘量為 Fe。本發明與現有技術相比，具有以下優點和效果
適當控制鉻鎳當量比有利於雙相不鏽鋼高溫鐵素體的形成，使其儘量在單相區中熱加工，進而有利提高雙相不鏽鋼的高溫塑性。提高鉻鎳當量比可以適當調整鐵素體形成元素及奧氏體形成元素的比例，在奧氏體形成元素中控制氮元素的含量對提高鉻鎳當量比最為明顯，因氮元素形成奧氏體的能力大約是鎳元素的30倍。同時氮以間隙固溶體方式主要存在奧氏體相中，隨著氮含量的提高，奧氏體相含量也在增加，兩相間的強度差也有增大趨勢，使應變更加容易在鐵素體相產生，減小了奧氏體相的應變分布，導致熱塑性的下降，熱加工時，隨著溫度的升高，雙相不鏽鋼中奧氏體含量也在逐漸轉變成鐵素體，同時奧氏體中的氮含量也在急劇增加，更加導致了兩相強度之間的差異，所以當熱加工超過一定溫度後，控制鉻鎳當量比> 2. 2，氮含量< O. 25%時利於該經濟型雙相不鏽鋼板卷的生產。通過添加鈣、硼、和稀土 (鋪/鑭)元素來提高雙相不鏽鋼的熱加工塑性，這些元素主要起到淨化鋼液、淨化晶界、改性雜質、改善雜質的分布、提高晶界能、細化組織等作用。鈣或稀土與氧、硫的親合力高，主要和O及S形成了 CaO和Ce203，CaS，CeS及LaS等物質，和鋁的氧化物進行複合成沒有尖角的硬質夾雜物，鋼中長條狀MnS夾雜變短、數量變少，同時發現稀土 (鈰/鑭)有淨化晶界、提高晶界能及減少磷的區域偏析作用，使磷不再集中於晶界。而添加硼元素可以細化雙相不鏽鋼的組織，提高晶界能進而來提高其熱加工性能。當該雙相不鏽鋼成分及組織確定後，軋制溫度、相對壓下率及軋制速度是影響雙相不鏽鋼的熱加工性能的關鍵因素。隨著軋制溫度的提高，鐵素體含量也升高，利於雙相不鏽鋼在單相區加工，同時當熱加工溫度過高時雙相不鏽鋼熱加工塑性反而降低，這是因為當溫度達到一定高度時組織急劇長大、出現過燒現象，嚴重影響該雙相不鏽鋼的熱加工塑性，隨著溫度的升高大量的氮元素集中在奧氏體相中，導致兩相強度差急劇增大也是導致高溫時塑性變差的原因之一，當然如果熱加工溫度低於850°C時有富鉻析出相的危險，富鉻相是一種脆性相，對該雙相不鏽鋼的熱加工塑性不利，所以該雙相不鏽鋼熱加工區間溫度一般選在850-1280°C進行較為合適。為防止軋制時邊部和表面溫降太快，造成其邊部及表面熱加工塑性差於心部的熱加工塑性對邊部和表面產生裂紋的不利影響。Cr是鐵素體形成元素，改善材料的耐腐蝕性，提高合金的強度，適當控制Cr元素的含量有利於控制鉻鎳當量比，進而有利於控制該雙相不鏽鋼的熱加工塑性； Ni是形成並穩定奧氏體組織元素，有改善冷熱加工性能，並使強度、塑性和韌性很好的配合，但是鎳本身對不鏽鋼的腐蝕性能不起作用，而且價格也比較昂貴，所以在保證不鏽鋼綜合性能的前提下，儘可能降低鎳的含量；
C是形成並穩定奧氏體組織元素，一定程度上代替鎳，同時碳元素以間隙固溶體方式存在奧氏體相中，碳元素含量過高時對雙相不鏽鋼的熱加工性能不利，而且以也易和鉻元素形成碳化鉻，惡化不鏽鋼的耐腐蝕性和韌性；
Si是形成並穩定鐵素體組織元素，也起到脫氧，改善焊接流動性，矽含量過高時有增加中間相析出的趨勢和降低N濃度；
Mn是形成並穩定奧氏體組織元素，在一定程度上可以取代鎳，獲得奧氏體組織，同時提聞氣固溶度，進而提聞氣的含量；
N是形成並穩定奧氏體組織元素，改善鋼的耐腐蝕性、強度和材料的焊接性能，同時氮元素以間隙固溶體方式主要存在奧氏體相中，隨著氮含量的提高，奧氏體相含量也在增加，兩相間的強度差也有增大趨勢，使應變更加容易在鐵素體相產生，減小了奧氏體相的應變分布，導致熱塑性的下降；
Cu是弱奧氏體穩定元素，提高材料的耐腐蝕性、耐大氣腐蝕性，具有40%鎳奧氏體作用，同時也具有提高材料的冷加工性和改善在硫酸中的腐蝕性能，但是當銅元素含量高於O. 5%時，易產生脆性相ε相，對熱加工不利；
O是有害元素，是構成非金屬氧化物夾雜的代表元素，過多的氧含量對雙相鋼的韌性不利，另外生成粗大的簇狀氧化物時，就成為表面缺陷的原因。；
P是有害元素，偏析在晶界或相界中，對材料的耐腐蝕性和熱加工性能不利；
S是有害元素，易和錳形成硫化錳降低材料的熱加工性，和鈣形成鈣硫化物，對抗腐蝕性能有害；
Ca可以改善鋼的機加性能和改善氧化物夾雜的性質,過多容易和硫形成I丐硫化物,對材料的耐腐蝕性不利；
B是半徑較小的間隙性原子，易在相界和晶界偏聚，細化晶粒，改善材料的熱加工性能，提高材料的耐晶間腐蝕性能，一般控制在O. 0005、. 05%之間，過多的硼在連鑄和焊接時有開裂的風險及易在晶界處形成熔點低的ΒΝ，對材料熱加工性能反而不利；REM (鈰/鑭)稀土元素主要起到淨化鋼液、淨化晶界、改性雜質、改善雜質的分布、提高晶界能、細化組織、提高雙相不鏽鋼的熱加工塑性的作用。稀土與氧、硫的親合力高，主要和O及S形成了 Ce203，CeS及LaS等物質，和鋁的氧化物進行複合成沒有尖角的硬質夾雜物，鋼中長條狀MnS夾雜變短、數量變少，同時稀土有淨化晶界、提高晶界能及減少磷的區域偏析作用，使磷不再集中於晶界進而提高雙相不鏽鋼的熱加工塑性及改善雙相不鏽鋼的邊部和表面質量的作用。但過多的稀土添加在連鑄時會形成氧化物結瘤，惡化生產性能，同時和硫化物形成的夾雜比重大，不易於上浮，一般和鈣複合使用。本發明中REM表示鈰和/或鑭。本發明中，REM為稀土元素中的一種或者幾種的混合物。本發明中所述的鉻鎳當量比的計算公式為
Creq/Nieq ^ 2. 2 ；
其中 Creq 為 Cr 當量，Creq=%Cr+%Mo+l. 5*%Si+0. 73%ff+0. 5%Nb ； 其中 Nieq 為 Ni 當量，Nieq=%Ni+30*%C+0. 5*%Μη+0· 33*%Cu+30 (%Ν_0· 045)；
以上公式中，％Cr、％Mo、％S1、％W、%Nb分別表示Cr、Mo、S1、W、Nb的重量百分含量的數值；%N1、％C、％Mn、％Cu、%N分別表示N1、C、Mn、Cu、N的重量百分含量的數值。


圖1為實施例1中卷取後的不鏽鋼成品示意圖。圖2為實施例2中不鏽鋼的顯微組織圖。圖3為實施例2中不鏽鋼鋼酸洗後板面質量圖。
具體實施例方式下面結合附圖並通過實施例對本發明作進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明並不局限於以下實施例。實施例1。本實施例中，節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝包括以下步驟。I)在 Consteel 電爐中母液成分控制在 C 1. 72%, Si 0. 65%, Cr 14. 5%, Ni 1. 8%,P :0. 018%,出鋼溫度控制在1610°C，該母液可以採用不鏽鋼廢料、優質廢鋼、鎳鐵和鉻鐵製成。將電爐中母液和中頻爐的高碳鉻鐵母液混合形成混合母液，其中高碳鉻鐵母液成分為C :6%，S1:4%，P 0. 05，Cr :62%，其餘為鐵。2)將混合後的母液轉移入AOD爐內吹氧脫碳、吹氮及成分調整；再在鋼包精煉爐中精煉及微合金加入成分最終調整，調整後鉻鎳當量比為2. 3。3)依次進行連鑄、板坯修磨、一次加熱、一次保溫、開坯軋制、二次加熱、二次保溫、粗軋軋制、精軋軋制和卷取，連鑄厚度為198mm;板坯修磨後一次加熱，加熱至1220°C，加熱後進行一次保溫，保溫時間為45min ;開坯軋制5道次，厚度控制在135mm。，相對壓下率為8%，軋制速度控制3. Om/s ;開坯軋制後進行二次加熱，加熱溫度1250°C，加熱後進行二次保溫，保溫時間為45min。二次保溫後出爐，出爐時上下板面溫度差為20°C。粗軋軋制7道次，粗軋軋制的軋制厚度為30mm，軋制溫度為1050°C，粗軋軋制的相對壓下率控制在8-25%，粗軋軋制的軋制速度控制在7m/s ；精軋軋制7道次，相對壓下率控制10-25%，軋制厚度為6. 05mm，軋制速度控制在2-12m/s，終軋溫度950°C。卷取溫度900°C。成品如圖1所示。本發明中，相對壓下率是指軋制前的厚度減需軋制的目標厚度之後再除以軋前的厚度。實施例2。實施例1所製備的節鎳型雙相不鏽鋼包括以下重量百分含量的組分
C 0. 035% ；Si 0. 3% ；Mn 4. 0% ；Cr :19% ；Ni 1. 0% ；Mo 0. 25% ；N 0. 20% ；Cu 0. 2% ；S 0. 001% ；P 0. 035% ；0 0. 005% ；B :0. 005% ；Ca :0. 005% ；A1 :0. 001% ；REM :0. 005 ;餘量為 Fe。圖2顯示灰色為鐵素體組織，亮白色為奧氏體組織，可以看出相界光滑，無明顯析出相。圖3顯示不鏽鋼酸洗後板面質量情況，可以看出板面質量良好。本說明書中所描述的以上內容僅僅是對本發明所作的舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種 各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，只要不偏離本發明說明書的內容或者超越本權利要求書所定義的範圍，均應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝，其特徵在於包括以下步驟 1)在電爐中母液成分控制在C >1. 0%，Si <1. 0%，Cr : 12-21%，N1:1. 5-1. 9%，P 2. 2。
2.根據權利要求1所述的節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝，其特徵在於還包括步驟3)依次進行連鑄、板坯修磨、一次加熱、一次保溫、開坯軋制、二次加熱、二次保溫、粗軋軋制、精軋軋制和卷取，連鑄厚度為160-220mm;板坯修磨後一次加熱，加熱至1150-1280°C，加熱後進行一次保溫，保溫時間為40-50min ;開坯軋制3_7道次，厚度控制在120-160mm，相對壓下率為8-20%，軋制速度控制3-8m/s ;開坯軋制後進行二次加熱，加熱溫度1180_1280°C，力口熱後進行二次保溫，保溫時間為40-50min。
3.根據權利要求2所述的節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝，其特徵在於所述步驟3)中，二次保溫後出爐，出爐時上下板面溫度差為彡20°C。
4.根據權利要求2所述的節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝，其特徵在於所述步驟3)中粗軋軋制5-13道次，粗軋軋制的軋制厚度為30mm，軋制溫度為1050-1250°C，粗軋軋制的相對壓下率控制在8-25%，粗軋軋制的軋制速度控制在3-12m/s ;所述步驟3)中精軋軋制5_11道次，相對壓下率控制10-25%，軋制速度控制在2-12m/s，終軋溫度> 850°C。
5.根據權利要求2所述的節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝，其特徵在於所述卷取溫度(700。。。
6.根據權利要求1所述的節鎳型雙相不鏽鋼的製備工藝所製備的節鎳型雙相不鏽鋼，其特徵在於包括以下重量百分含量的組分C ≤ O. 035% ；Si 0. 3%-1. 0% ；Mn :4. 0-6. 0% ；Cr :19-23% ；N1:1. 0-2. 5% ；Mo .0.25-0. 85% ；N 0. 20-0. 3% ；Cu :0. 2-0. 5% ；S ^ 0. 001% ；P ≤0. 035% ；0 ≤ 0. 005% ；B .0.005-0. 1% ；Ca 0. 005-0. 1% ；A1 :0. 001-0. 08% ；REM :0. 005-0. 5% ;餘量為 Fe。
7.根據權利要求6所述的節鎳型雙相不鏽鋼，其特徵在於包括以下重量百分含量的組分C ≤ O. 025% ；Si 0. 35-1. 0% ；Mn :4. 2-5. 2% ；Cr :19-22% ；N1:1. 0-2. 0% ；Mo .0.25-0. 45% ；N 0. 20-0. 25% ；Cu :0. 3-0. 5% ；S ^ 0. 001% ；P ≤ 0. 02% ；0 ≤ 0. 005% ；B .0.0005-0. 05% ；Ca :0. 005-0. 05% ；A1 :0. 001-0. 05% ；REM :0. 005-0. 1% ;餘量為 Fe。
全文摘要
本發明涉及一種節鎳型雙相不鏽鋼製備工藝，它包括以下步驟1)在電爐中母液成分控制在C＞1.0%，Si＜1.0%，Cr12-21%，Ni1.5-1.9%，P＜0.025%，出鋼溫度控制在1580-1630℃，將電爐中母液和中頻爐的高碳鉻鐵母液混合形成混合母液，其中高碳鉻鐵母液成分為C6-10%，Si<5%，P<0.06%，Cr62-72%，其餘為鐵；2)將混合母液兌入AOD爐內吹氧脫碳、吹氮及成分調整；再在鋼包精煉爐中精煉及微合金加入成分最終調整，調整後鉻鎳當量比≥2.2。適當控制鉻鎳當量比有利於雙相不鏽鋼高溫鐵素體的形成，使其儘量在單相區中熱加工，進而有利提高雙相不鏽鋼的高溫塑性。
文檔編號C22C38/58GK103014559SQ201210578208
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者李 傑, 申鵬, 付學慧, 張寄東 申請人:振石集團東方特鋼股份有限公司