奧氏體冷鐓不鏽鋼及其鋼絲的製造方法

2023-06-01 21:08:51 2

專利名稱：奧氏體冷鐓不鏽鋼及其鋼絲的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種冷鐓不鏽鋼及其鋼絲的製造方法，尤其是涉及一種奧氏體冷鐓不鏽鋼及其鋼絲的製造方法。所述鋼絲主要用於製造螺栓、螺釘、螺母和鉚釘等標準件，屬於金屬製品技術領域。
背景技術：
近年來隨著我國現代化進程的飛速發展及加入世貿組織後，國內外不鏽鋼標準件的需求量急劇增加。在家用電器、室內裝潢、精密儀器行業不鏽鋼標準件幾乎全部取代了碳鋼鍍鉻或鍍鋅標準件，在食品、交通、機械、建築等行業不鏽鋼標準件的需求也持續上升。
再有隨著冷鐓機向著多工位、大型化和高速化方向發展，每分鐘運行高達400-600次，高速冷鐓使其鋼變形條件惡化，同時由於製造繁雜斷面、深溝槽的標準件等，對鋼提出更加嚴格的技術要求，第一是在空氣和水中要耐腐蝕、不生鏽；第二是要求鋼的強度較低、塑性高；一般要求抗拉強度不大於800MPa，伸長率大於40％，斷面收縮率大於70％，同時，屈強比小於0.7。第三是冷鐓性能極佳，冷加工強化率低，冷鐓廢品率小於3％；第四要求鋼的表面不允許存在對使用有害的缺陷，尺寸精度高，尺寸公差為±0.01mm；第五是要求物美價廉等等。
目前國內外大量使用Ni-Cr奧氏體不鏽鋼製造標準件，如MLOCr18Ni12、MLOCr18Ni9等牌號；據資料介紹，全世界的鎳產量中約有60％用於生產不鏽鋼，鎳是比較稀缺且價格昂貴的金屬，屬於戰略物資，往往不鏽鋼的成本和售價也常隨鎳價的漲跌而波動，近二年來鎳價暴漲，幾乎翻一翻；另外，鉻金屬我國也非常缺少，價格也在不斷攀升，所以Ni-Cr不鏽鋼價格也隨著飈升。因此，近年來國內外冶金專家不斷的研究與開發出一系列節Ni奧氏體不鏽鋼新牌號。

發明內容
本發明的目的在於在不降低鋼的不鏽性前提下，用Al替代部分Cr金屬，提Mn降Ni的同時，添加Cu金屬，另外要控制C、N等元素的含量，再有就是在製造冷鐓鋼絲時，提出新的工藝製造方法，使鋼的綜合性能指標達到冷頂鍛鋼使用的技術工藝要求的奧氏體冷鐓不鏽鋼及其鋼絲的製造方法。
上述鋼的綜合性能指標具體體現在不鏽性、低屈強比、高塑性、高抗氧化性、耐熱疲勞、抗熱腐蝕性能、抗低溫(-173℃)性能、抗磁性(在磁場強度18KA/m條件下導磁率μ≤1.2)、耐硫酸或還原性介質中耐晶間腐蝕。
本發明的目的是這樣實現的一種奧氏體冷鐓不鏽鋼，其化學成分組成為(％重量比)Cr 14.0～17.0，Mn 7.0～10.0，Ni 1.5～5.5，Cu 1.50～3.50，Al 1.0～4.0，C≤0.06，N≤0.12，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。
本發明奧氏體冷鐓不鏽鋼的優選化學成分為(％重量比)Cr 15.0～16.0，Mn 7.0～8.0，Ni 3.0～4.0，Cu 2.0～3.00，Al 1.0～2.0，C≤0.05，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質；或Cr 14.0～15.0，Mn 8.0～9.5，Ni 2.0～3.0，Cu 1.0～2.0，Al 2.0～3.0，C≤0.04，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。
本發明為Cr-Mn-Ni-Cu-Al合金成分系統，是一種降Ni提Mn、用Al代Cr，再添加Cu、控C、N，設計的理論依據如下合金元素系人們為了獲得所需要的組織和各種性能向不鏽鋼中加入的具有一定含量範圍的元素。本發明主要合金元素確定的原則是提Mn降Ni、以Al代Cr、加Cu、控制C、N等，其餘合金元素為通常使用的含量範圍。
鎳當量鎳當量＝Ni％+30×(C+N)％+0.5×Mn％+0.3×Cu％。
各元素前的數字為該元素形成奧氏體化能力相當於鎳形成奧氏體能力的倍數。
1)Ni與Mn含量的確定從Ni當量公式中可見，Ni是奧氏體不鏽鋼中重要元素，它是形成奧氏體的首選元素，因為Ni對不鏽鋼的貢獻是多方面的，除了能形成穩定奧氏體外，由於不鏽鋼中Cr-Ni共存，Ni可促進不鏽鋼鈍化膜穩定性，可顯著提高不鏽鋼塑、韌性，可降低不鏽鋼的脆性轉變溫度，具有抗低溫性和抗磁性及對冷成型性和焊接性有利等特徵。但是Ni金屬稀缺且價高，多年來冶金專家再尋找Ni的替代元素，Mn合金元素是較理想的替代品，從Ni當量公式中可見，用2％Mn是可以替代1％Ni元素形成奧氏體的。所以本發明新牌號中Ni與Mn含量範圍確定為平均降低4％Ni左右，提Mn8％左右是合適的，即Ni1.5％-5.5％，Mn7.0％-10.0％。
2)Cu含量的確定銅可提高不鏽鋼的不鏽性和耐蝕性，特別是在硫酸等還原性介質中的作用更為明顯。銅是穩定和形成奧氏體合金元素，銅可顯著降低不鏽的強度和冷加工硬化傾向，改善鋼的塑性，同時對不鏽鋼表面具有抗菌性，但是銅含量不宜過高，因為鋼中Cu含量增加，不鏽鋼的熱塑性降低，所以本發明Cu含量範圍確定為1.5-3.5％是合理的。
3)C與N含量的確定從鎳當量公式中可見，C與N是形成奧氏體能力最強的兩個元素，是Ni的30倍；但是在奧氏體不鏽鋼中一般不採用C作為形成奧氏體的元素，因為，隨著鋼中C含量的增加，雖然可以提高強度，但是鋼的塑、韌性、耐蝕性、冷成型性、焊接性等要顯著降低，一般認為其弊遠遠大於利，所以C含量要儘量降低，本發明碳含量確定為≤0.06％是合適的。
近年來，N被大量應用在奧氏體和雙相不鏽鋼中，因為N通過固溶強化可顯著提高鋼的強度，同時鋼中含有足夠量的鉻元素，N可提高鋼的鈍化能力，提高奧氏體不鏽鋼耐蝕性；當鋼中含N量超過某一定量時，如在奧氏體不鏽鋼N超過0.15時，鋼的冷熱加工性和冷成型降低，特別是對冷鐓用鋼N不宜過高，應適當控制在不大於0.1％是合理的。
4)Cr含量的確定Cr對鋼的不鏽性和耐點蝕是有決定影響的，隨著不鏽鋼中Cr含量的增加，不僅在氧化性酸介質耐蝕增加，而且，對不鏽鋼在氯化物溶液中耐應力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕等能力都有提高，所以Cr元素在不鏽鋼是不可缺少的重要元素，一般不能少於13％，本發明Cr含量範圍確定為14-17％是合適的。
5)Al含量的確定鋼中加入AL與Cr等元素後，可提高FeO出現的溫度，如含1％Cr可使FeO在600℃出現，含1.1％Al可使FeO在800℃溫度出現.如果在比較高的Cr、Al含量時，可使FeO在800℃以上溫度出現。綜合使用Cr、Al元素可發揮更大的抗氧化效能，鋼具有良好的抗氧化能力，並且抗溫度劇變能力更好，同時耐熱疲勞及抗高溫腐蝕性能優於18-8 Cr-Ni不鏽鋼；另外由於鋼中存在較多Al的含量，可使奧氏體晶粒粗化，粗晶粒鋼絲抗拉強度與屈服強度降低，伸長率、斷面收縮率明顯增大，冷鐓性能大幅度提高，可承受更大的冷變形而不開裂，這是本發明所追求的基本點，本發明確定Al含量範圍是1-4％是合適的。
縱上所述，本發明奧氏體冷鐓不鏽鋼，具有低屈強比、高塑性、抗氧化性好、抗低溫性好、抗磁性好、抗晶間腐蝕等諸多優點，因此可部分替代OCr18Ni9等傳統的Cr-Ni奧氏體不鏽鋼。
另有，針對用於耐熱高抗氧性、耐熱疲勞及高溫腐蝕性好的標準件，可選用Cr-Mn-Ni-Al系奧氏體不鏽鋼，即去掉Cu增加Al的含量，也可以達到滿意效果。在高溫抗氧化情況下，Al代Cu效果會更好。據冶金專家研究發現，在鋼中同樣加入1％Cu或Al以後，FeO形成溫度Al比Cu提高200℃，抗氧化性明顯提高，另外，Al資源豐富，Cu資源有限。其具體成份組成如下(％重量比)Cr 15.0～16.0，Mn 8.0～10.0，Ni 3.0～4.0，Al 2.0～4.0，C≤0.06，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S ≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。
本發明奧氏體冷鐓不鏽鋼絲的製造方法，所述方法的工藝步驟如下步驟一、線材剝皮對不鏽鋼線材用旋削或刮削的方法剝去一定深度的表層，一般深度為0.1-0.15mm，製成5.5-10mm線材，可以消除下列缺陷1、線材的表面缺陷、如裂紋、摺疊、結疤等；2、近表面的非金屬夾雜物。
去掉表面缺陷的線材能用來製造高質量的標準件，冷鐓成品率提高5％以上。
步驟二、線材退火對線材進行800-900℃退火處理，模削剝皮線材的缺點是表面會產生一種硬化層，不宜直接去拉拔、而需要進行軟化熱處理，消除應力後才能進一步拉拔。
步驟三、皮膜處理、烘乾採用皮膜劑對5.5-10mm線材表面進行皮膜處理，然後在烘乾爐烘乾，爐溫100-150℃，時間為0.5-1.0小時。
步驟四、粗拉、中拉、收線在多頭連續拉絲機拉拔，第一道採用25％-30％大減面率，以後逐次遞減減面率，一般為6-7道次粗拉拔或7-8道次中拉拔後，收線、交貨狀態為輕拉鋼絲，成品前鋼絲預留6％-10％減面率輕拉至成品規格尺寸，軟態鋼絲拉到成品規格尺寸。
步驟五、清洗劑表面處理，連續爐光亮退火根據用戶需要，交貨狀態為軟態鋼絲，放線後採用清洗劑處理表面，然後水洗、吹乾，進入連續光亮熱處理爐，爐溫1100±10℃，線速度20m/分，管內通入氨分解後，75H2，25％N2混合氣體保爐，水冷、水洗、烘乾；步驟六、成品拉拔或表面塗覆膜及草酸塗層處理軟態交貨鋼絲光亮熱處理後，表面塗覆膜或草酸塗層處理後，檢驗、稱重、包裝入庫；輕拉交貨鋼絲，進行酸洗及表面塗覆膜或草酸塗後再經過6％-10％減面率小變形程度的倒立式拉拔，再檢驗、稱重、包裝入庫。
上述工藝過程控制有以下3個創新點1、為了提高冷鐓成品率，去掉線材表面缺陷及近表面夾雜物，對線材表面進行0.1-0.15mm剝皮處理，是工藝控制的第一個創新點；2、為了消除線材剝皮後產生硬化及應力，對線材進行800-900℃退火處理，以利拉拔，是工藝控制的第二個創新點；3、光亮溫度由一般1050℃提高到1100℃±10℃，可使合金化合物AlN等充分溶解，同時輕拉成品鋼絲採用10％以下小減面率拉拔，以利於獲得小於0.70屈強比，提高塑性指標伸長率及斷面收縮率，最後獲得極佳冷頂鍛性能，滿足用戶要求是工藝控制第三個創新點。
具體實施例方式
實施例1製造鉻錳鎳銅鋁系奧氏體冷鐓不鏽鋼。其化學成分組成為(％重量比)Cr 14.0～17.0，Mn 7.0～10.0，Ni 1.5～5.5，Cu 1.50～3.50，Al 1.0～4.0，C≤0.06，N≤0.12，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。
工藝流程配料-電弧爐冶煉-AOD爐精練-鋼包-中間包-連鑄-連軋機-固溶處理-收線-酸洗-打捆-包裝-入庫。
1)配料清潔廢鋼+Cr及Ni廢金屬+及廢銅+石灰等造渣材料等；(也可用高碳鉻鐵及高碳鎳鐵等)；2)電弧爐煉鋼將配料材料依次加入電弧爐後，通電加熱熔化，化驗C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Cu，依據化驗結果再調整各種化學成分，造渣，當爐溫達到1650℃後，扒渣、出鋼；3)AOD精煉爐將初煉爐鋼水入爐後，通過向爐內吹入Ar(N2)+O2混合氣體，吹煉過程分為氧化期、還原期、精練期；氧化期主要是任務降C，終點0.03％以下，扒渣；還原期加入適量造渣劑，石灰+CaF2及Fe-Si、CaSi或A1粉等，造還原渣，鹼度為2.0～2.2，使Cr、Mn元素還原，一般Cr、Mn元素回收率達95％左右；同時進行脫S，扒渣後脫S率達70％；精練期根據化驗結果，對Cr、Mn、Al成分調整，(因為Cu、Ni元素基本不氧化，收得率一般在97％以上)調整後成分達到目標值，鋼水溫度控制在1700±10℃後，扒渣、出鋼，鋼包鋼水可轉入中間包進行連鑄；4)連鑄鋼水通過中間包水口——結晶器——拉坯，速度3M/分左右，方坯規格一般為150mm×150mm；5)連軋方坯檢查後，對缺陷進行清除，修磨後再進入加熱爐加熱，保溫均熱，爐溫達到1200℃～1250℃出爐開軋，一般由粗軋機-中軋機-精軋機-吐絲機-水淬(1050℃～1100℃)，固溶處理後，收線、酸洗、打捆、稱量、檢驗、包裝、入庫。
6)成品線材直徑為5.5～15mm，每盤重約為1t～2t。
實施例2製造鉻錳鎳銅鋁系奧氏體冷鐓不鏽鋼。其化學成分組成為(％重量比)Cr 15.0～16.0，Mn 7.0～8.0，Ni 3.0～4.0，Cu 2.0～3.00，Al 1.0～2.0，C≤0.05，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。
工藝流程同例1。
實施例3製造鉻錳鎳銅鋁系奧氏體冷鐓不鏽鋼。其化學成分組成為(％重量比)Cr 14.0～15.0，Mn 8.0～9.5，Ni 2.0～3.0，Cu 1.0～2.0，Al 2.0～3.0，C≤0.04，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。
工藝流程同例1。
實施例4製造鉻錳鎳鋁系奧氏體冷鐓不鏽鋼。其化學成分組成為(％重量比)Cr 15.0～16.0，Mn 8.0～10.0，Ni 3.0～4.0，Al 2.0～4.0，C≤0.06，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。
工藝流程同例1。
實施例5製造鉻錳鎳銅鋁系奧氏體冷鐓不鏽鋼絲。工藝步驟如下步驟一、線材剝皮對不鏽鋼線材用旋削或刮削的方法剝去一定深度的表層，一般深度為0.1-0.15mm，製成5.5-10mm線材。
步驟二、線材退火對線材進行800-900℃退火處理。
步驟三、皮膜處理、烘乾採用皮膜劑對5.5-10mm線材表面進行皮膜處理，然後在烘乾爐烘乾，爐溫100-150℃，時間為0.5-1.0小時。
步驟四、粗拉、中拉、收線在多頭連續拉絲機拉拔，第一道採用25％-30％大減面率，以後逐次遞減減面率，一般為6-7道次粗拉拔或7-8道次中拉拔後，收線、交貨狀態為輕拉鋼絲，成品前鋼絲預留10％減面率輕拉至成品規格尺寸，軟態鋼絲拉到成品規格尺寸。
步驟五、清洗劑表面處理，連續爐光亮退火根據用戶需要，交貨狀態為軟態鋼絲，放線後採用清洗劑處理表面，然後水洗、吹乾，進入連續光亮熱處理爐，爐溫1100±10℃，線速度20m/分，管內通入氨分解後，75H2，25％N2混合氣體保爐，水冷、水洗、烘乾；步驟六、成品拉拔或表面塗覆膜及草酸塗層處理軟態交貨鋼絲光亮熱處理後，表面塗覆膜或草酸塗層處理後，檢驗、稱重、包裝入庫；輕拉交貨鋼絲，進行酸洗及表面塗覆膜或草酸塗後再經過10％減面率小變形程度的倒立式拉拔，再檢驗、稱重、包裝入庫。
實施例6製造鉻錳鎳鋁系奧氏體冷鐓不鏽鋼絲。工藝步驟同例5。
附成品鋼絲的各項主要技術指標要求按照GB/T4232-93冷頂鍛用不鏽鋼絲國家標準或JISG4315-2000日本冷鐓不鏽鋼絲標準要求，主要技術指標如下1)尺寸規格及允許偏差鋼絲直徑d＝0.8-14.0mm
允許偏差應符合GB/T342中表2的10級或9級、8級規定。
2)交貨狀態軟態(R)光亮退火後進行表面塗覆膜處理；輕拉(Q)光亮退火後進行表面塗覆膜後進行小變形的拉拔。
3)力學性能

4)表面質量鋼絲表面光滑潔淨，不得有對使用有害的缺陷。
5)冷頂鍛性能鋼絲應進行冷頂鍛試驗，冷頂鍛至原試樣高度二分之一，試樣表面不得有裂紋和裂口。
6)特殊要求根據用戶要求，奧氏體鋼絲可做晶間腐蝕試驗，試驗方法由供需雙方協議。
權利要求
1.一種奧氏體冷鐓不鏽鋼，其特徵在於所述不鏽鋼的化學成分重量百分比組成為Cr 14.0～17.0，Mn 7.0～10.0，Ni 1.5～5.5，Cu 1.50～3.50，Al 1.0～4.0，C≤0.06，N≤0.12，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種奧氏體冷鐓不鏽鋼，其特徵在於所述不鏽鋼的化學成分重量百分比組成為Cr 15.0～16.0，Mn 7.0～8.0，Ni3.0～4.0，Cu 2.0～3.00，Al 1.0～2.0，C≤0.05，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015。
3.根據權利要求1所述的一種奧氏體冷鐓不鏽鋼，其特徵在於所述不鏽鋼的化學成分重量百分比組成為Cr 14.0～15.0，Mn 8.0～9.5，Ni2.0～3.0，Cu 1.0～2.0，Al 2.0～3.0，C≤0.04，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015。
4.一種奧氏體冷鐓不鏽鋼，其特徵在於所述不鏽鋼的化學成分重量百分比組成為Cr 15.0～16.0，Mn 8.0～10.0，Ni 3.0～4.0，Al 2.0～4.0，C≤0.06，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。
5.一種如權利要求1所述的奧氏體冷鐓不鏽鋼絲的製造方法，其特徵在於所述方法的工藝步驟如下步驟一、線材剝皮對不鏽鋼線材用旋削或刮削的方法剝去深度為0.1-0.15mm的表層，製成5.5-10mm線材，步驟二、線材退火對線材進行800-900℃退火處理，步驟三、皮膜處理、烘乾採用皮膜劑對5.5-10mm線材表面進行皮膜處理，然後在烘乾爐烘乾，爐溫100-150℃，時間為0.5-1.0小時，步驟四、粗拉、中拉、收線在多頭連續拉絲機上拉拔，第一道採用25％-30％大減面率，以後逐次遞減減面率，經6-7道次粗拉拔或7-8道次中拉拔後，收線，如交貨狀態為輕拉鋼絲，成品前鋼絲預留10％減面率輕拉至成品規格尺寸，如交貨狀態為軟態鋼絲直接拉到成品規格尺寸，步驟五、清洗劑表面處理，連續爐光亮退火如交貨狀態為軟態鋼絲，放線後採用清洗劑處理表面，然後水洗、吹乾，進入連續光亮熱處理爐，爐溫1100±10℃，線速度20m/分，管內通入氨分解後，75H2，25％N2混合氣體保爐，水冷、水洗、烘乾；步驟六、成品拉拔或表面塗覆膜及草酸塗層處理如交貨狀態為軟態鋼絲，對鋼絲光亮熱處理，表面塗覆膜或草酸塗層處理；如交貨狀態為輕拉交貨鋼絲，進行酸洗及表面塗覆膜或草酸塗後再經過6％-10％減面率的倒立式拉拔。
6.一種如權利要求4所述的奧氏體冷鐓不鏽鋼絲的製造方法，其特徵在於所述方法的工藝步驟如下步驟一、線材剝皮對不鏽鋼線材用旋削或刮削的方法剝去深度為0.1-0.15mm的表層，製成5.5-10mm線材，步驟二、線材退火對線材進行800-900℃退火處理，步驟三、皮膜處理、烘乾採用皮膜劑對5.5-10mm線材表面進行皮膜處理，然後在烘乾爐烘乾，爐溫100-150℃，時間為0.5-1.0小時，步驟四、粗拉、中拉、收線在多頭連續拉絲機上拉拔，第一道採用25％-30％大減面率，以後逐次遞減減面率，經6-7道次粗拉拔或7-8道次中拉拔後，收線，如交貨狀態為輕拉鋼絲，成品前鋼絲預留10％減面率輕拉至成品規格尺寸，如交貨狀態為軟態鋼絲直接拉到成品規格尺寸，步驟五、清洗劑表面處理，連續爐光亮退火如交貨狀態為軟態鋼絲，放線後採用清洗劑處理表面，然後水洗、吹乾，進入連續光亮熱處理爐，爐溫1100±10℃，線速度20m/分，管內通入氨分解後，75H2，25％N2混合氣體保爐，水冷、水洗、烘乾；步驟六、成品拉拔或表面塗覆膜及草酸塗層處理如交貨狀態為軟態鋼絲，對鋼絲光亮熱處理，表面塗覆膜或草酸塗層處理；如交貨狀態為輕拉交貨鋼絲，進行酸洗及表面塗覆膜或草酸塗後再經過6％-10％減面率的倒立式拉拔。
全文摘要
本發明涉及一種奧氏體冷鐓不鏽鋼及其鋼絲的製造方法，所述不鏽鋼的化學成分重量百分比組成為Cr 14.0～17.0，Mn 7.0～10.0，Ni 1.5～5.5，Cu 1.50～3.50，Al 1.0～4.0，C≤0.06，N≤0.12，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，餘量為Fe及不可避免的雜質。其鋼絲的製造方法如下對不鏽鋼線材用旋削或刮削的方法剝去深度為0.1－0.15mm的表層，對線材進行800－900℃退火處理，皮膜處理、烘乾，粗拉、中拉、收線，清洗劑表面處理，連續爐光亮退火，成品拉拔或表面塗覆膜及草酸塗層處理。本發明奧氏體冷鐓不鏽鋼，具有低屈強比、高塑性、抗氧化性好、抗低溫性好、抗磁性好、抗晶間腐蝕等諸多優點，因此可部分替代0Cr18Ni9等傳統的Cr－Ni奧氏體不鏽鋼。
文檔編號C21D1/26GK101070582SQ200710024509
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月12日 優先權日2007年6月12日
發明者朱衛 申請人:江陰康瑞不鏽鋼製品有限公司