中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼及其製造方法

2023-06-23 17:41:51

專利名稱：：中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼及其製造方法
技術領域：
：本發明屬於不鏽鋼產品及其製造領域，主要涉及中鉻含稀土鐵素體抗皺不鏽鋼及其製造方法。
背景技術：
：鐵素體不鏽鋼，特別是C、N含量較低的中Cr系高純或超純鐵素體不鏽鋼越來越多地受到青睞，這是因為它與傳統的C、N含量較高的鐵素體不鏽鋼相比，耐腐蝕性能和加工成形性能都有很大程度的提髙，在許多應用場合其綜合性能不亞於含鎳的奧氏體不鏽鋼。但在厚度較薄的衝壓製品行業，C、N含量較低的高純或超純鐵素體不鏽鋼，加工成形後的起鈹現象比較嚴重，影響了產品的成形性能和外觀質量，成為擴大C、N含量較低的高純或超純鐵素體不鏽鋼應用範圍的一個瓶頸。起皺是鐵素體不鏽鋼在成形過程中應變量較大時產生的一種不希望的表面缺陷，這種缺陷發生在平行於板的軋制方向，表現為狹窄凹凸條紋。因此，有必要研究並開發出具有良好抗皺性能的高純鐵素體不鏽鋼。中國專利申請號CN98801478公布了耐深衝性和耐皺紋狀變形性良好的鐵素體不鏽鋼板及其製造方法，對不鏽鋼中主要元素含量進行了限制，深衝和耐皺紋變形性通過約束V和Nb的含量，製造方法上主要是限定了鋼坯加熱溫度和熱粗軋的溫度範圍，該發明專利中不涉及稀土的添加，對稀土元素的作用沒有涉及。另--方面，隨著國內外對稀土元素作用的深入研究，在碳鋼、高合金鋼及不鏽鋼領域都有關於稀土元素添加的具體應用。中國專利申請號CN200610012416公布了中鉻含銅鐵素體抗菌抗鮍不鏽鋼板帶及其製造方法，該發明通過添加稀土、Cu元素和熱軋板帶的罩式爐退火工藝使得普通中鉻鐵素體不鏽鋼具有抗菌抗皺的功能，不涉及抗皺性更差的高純鐵素體不鏽鋼，且不涉及熱軋板帶的連續退火工藝和稀土元素的加入方法
發明內容本發明的目的在於提供中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼及其製造方法，其在成形過程中具有良好抗皺性能。為達到上述目的，本發明的技術方案是，中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼，其化學成分質量百分比為C《0.02N《0.02Si《0.50Mn《0.50P《0.03S《0.02Cr16~20Ni^l.OOMo《2.00Ti《0.30Nb《0.40O《0.015稀土0.010.20餘量Fe及不可避免雜質。在上述化學成份中，鉻是使鐵素體不鏽鋼具有鐵素體組織並具有良好耐腐蝕性的合金元素。鐵素體不鏽鋼在氧化性介質中，鉻能使不鏽鋼的表面上迅速生成氧化鉻(Cr203)的鈍化膜。鐵素體不鏽鋼的不鏽性和耐蝕性的獲得是由於在介質作用下，鉻促進了鋼的鈍化並使鋼保持穩定鈍態的結果。鉻對鐵素體不鏽鋼性能影響最大的是耐蝕性。主要表現在鉻提高鋼的耐氧化性介質和酸性氯化物介質的性能；鉻還提高鋼耐局部腐蝕，比如晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕以及某些條件下應力腐蝕的性能。本發明屬於中鉻級別高純鐵素體不鏽鋼，鉻保持在16-20%。碳和氮，在鐵素體不鏽鋼中是不受歡迎的，但又沒有辦法完全避免。鐵素體中碳和氮，除了能使鋼強化外，鐵素體不鏽鋼的所有缺點，例如，脆性轉變溫度高，缺口敏感性大，焊後耐蝕性下降等都與鋼中的碳、氮有關，碳和氮之所以沒有辦法完全避免是因為大氣中含有很高的氮，且煉鋼用原材料鉻、廢鋼等中也含有碳，在冶煉過程中雖然能夠去除部分和大部分去除碳和氮，但若要完全去除則是非常困難的，且鋼中碳、氮越低，鐵素體不鏽鋼起敏現象越嚴重。綜合考慮，控制(C+N)《0.04W。除了碳、氮外，含稀土鐵素體不鏽鋼中氧含量，不僅對韌性有影響，且使鋼的脆性轉變溫度升高。更重要的是為了有效發揮稀土元素的作用，氧含量嚴格要求控制在0《0.015%。鉬的重要作用主要是提高鐵素體不鏽鋼的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能，促進鐵鉻合金的鈍化，提高不鏽鋼的耐蝕性能。但鉬含量過高對鐵素體不鏽鋼冷軋態的應力腐蝕敏感性提高，因此本中鉻含稀土高純鐵素體抗鈹不鏽鋼中保持Mo《2.0n/。，可根據使用要求適量選擇。鎳可以提高鐵素體不鏽鋼的室溫力學性能、強度和韌性，並使鋼的脆性轉變溫度下移，還可進-步提高某些介質中鋼的耐腐蝕性能，對中鉻含稀土高純鐵素體抗鮍不鏽鋼冷成形性能和抗皺性能提高非常有利。但鎳為強的奧氏體形成元素，為保證中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼具有單一的鐵素體組織，避免晶粒成分偏析導致不鏽鋼抗皺性能下降，本中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼中保持Ni《1.000/0。鈦和鈮均為鐵素體形成元素，適量的鈦和鈮可使不鏽鋼中鉻的碳、氮化物轉而形成鈦、鈮的的碳、氮化物並細化鐵素體不鏽鋼的晶粒，提高鐵素體不鏽鋼的耐晶間腐蝕性能。綜合考慮鈦、鈮合金元素的影響，本中鉻含稀土高純鐵素體抗鈹不鏽鋼中保持Ti《0.30%,Nb《0.40°/。。矽、錳等是不鏽鋼中不可缺少的合金元素，可作為脫氧元素，為了提高不鏽鋼液的純淨度，提高冷軋板帶的表面質量，本發明中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼中保持Si《0.50%，Mn《0.50%。微量稀土元素不僅能淨化鋼液，而且能細化鋼的凝固組織，改變夾雜物的性質、形態和分布，從而提高鋼的各項性能。稀土是表面活性元素，富集於晶界，可提高晶界的潔淨度；稀土又是局域弱化的強抑制劑，可改善鋼的延塑性、韌性和腐蝕性能等。本發明中鉻含稀土高純鐵素體抗鮍不鏽鋼中稀土元素控制在0.01-0.20%的範圍，以添加微量的稀土元素獲得具有良好抗皺性能的低碳氮高純鐵素體不鏽鋼，可根據使用要求適量選擇稀土含量。本發明的中絡舍稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼的製造方法，其包括如下1)冶煉和澆鑄在冶煉中嚴格控制加入稀土合金前鋼液的全氧含量，要求全氧含量S150ppm，在出鋼澆鑄前加入稀土合金，即稀土合金加入後立即澆鑄，控制稀土合金加入後和澆鋼之間的時間為"O秒，即稀土合金加入鋼液中的加入和攪拌時間，要求控制在S50秒；澆鑄成鑄錠或鑄坯，澆鑄溫度控制在1530±30'C，通過稀土合金的添加使鑄坯凝固組織中等軸晶比例>40%;2)鑄錠或鑄坯開坯鑄錠或鑄坯釆用鍛造開坯或連鑄連軋，採用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1000U00'C，終鍛溫度不低於卯O"C，緩冷；3)熱軋鑄錠或鑄坯開坯後根據用戶要求的鋼材規格，進行熱軋，鋼材坯料的加熱溫度為100(M100'C，終軋溫度控制在800~950°C，空冷；4)熱軋後退火酸洗熱軋後的板帶採用連續退火酸洗，退火溫度保持為950~1050'C，保溫時間不低於1分鐘；5)冷軋不鏽鋼熱軋板帶在連續退火酸洗後到獲得冷軋成品之間可採用一個軋程或二個軋程，累計冷軋壓下率>70%。累計冷軋壓下率過低，將導致最終產品抗皺性能的下降；6)冷軋後退火、酸洗冷軋後的退火、酸洗處理，退火溫度保持為950~1050'C，處理時間為lt20tmin.，t為材料厚度，即退火時冷軋板帶的厚度，單位為mm。進一步，冶煉採用在真空感應爐、電弧爐+爐外精煉或轉爐+爐外精煉中任一種冶煉工藝進行冶煉。採用轉爐-爐外精煉-連鑄或電爐-爐外精煉-連鑄工藝；若採用連鑄時，連鑄必須採用帶電磁攪拌的連鑄機，使連鑄坯凝固組織中等軸晶比例》40%。本發明中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼及其製備方法包括如下工藝步驟冶煉和澆鑄、鑄錠或鑄坯開坯、熱軋、熱軋後退火酸洗、冷軋及冷軋後退火酸洗等主要工序1、冶煉和澆鑄本發明中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼可在真空感應爐、電弧爐+爐外精煉，轉爐+爐外精煉中任一種冶煉工藝進行冶煉。在冶煉中嚴格控制加入稀土合金前鋼液的全氧含量，要求全氧含量Sl50ppm，過高的全氧含量將會導致加入的稀土合金的嚴重氧化，對產品的純淨度和抗鮍性產生不利影響；並在出鋼澆鑄前加入稀土合金，即稀土合金加入後立即澆鑄，嚴格控制稀土合金加入後和澆鋼之間的時間為SO秒，即稀土合金加入鋼液中的加入和攪拌時間，要求控制在"0秒，過長的間隔時間將會導致稀土合金的氧化。澆鑄溫度控制在1530土30'C，通過稀土合金的添加使鑄坯凝固組織中等軸晶比例>40%。澆鑄溫度過高，難以實現等軸晶比例的控制，澆鑄溫度過低，容易導致鋼液提前凝固而不能澆鑄。本發明適用於大生產轉爐-爐外精煉-連鑄、電爐-爐外精煉-連鑄工藝。若採用連鑄時，其連鑄工藝可釆用現有的不含稀土的高純鐵素體不鏽鋼的連鑄工藝，連鑄必須採用帶電磁攪拌的連鑄機，使連鑄坯凝固組織中等軸晶比例》40%。2、鑄錠或鑄坯開坯鑄錠或鑄坯可採用鍛造開坯或連鑄連軋，採用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1000-1100'C，終鍛溫度不低於卯O'C，緩冷。過高的加熱溫度將導致鑄錠或鑄坯的晶粒粗化，劣化最終產品的抗皺性能，過低的加熱溫度將導致變形抗力的增大而不利於熱軋過程的順利完成。3、熱軋鑄錠或鑄坯開坯後根據用戶要求的鋼材規格，進行熱軋，鋼材坯料的加熱溫度為1000-1IOO'C，終軋溫度控制在800-950'C，空冷。過高的加熱溫度將導致鑄錠或鑄坯的晶粒粗化，劣化最終產品的抗皺性能，過低的加熱溫度將導致變形抗力的增大而不利於熱軋過程的順利完成。過高的終軋溫度容易消耗熱軋帶鋼的形變儲能，導致最終產品抗皺性能的下降，過低的終軋溫度將導致變形抗力的增大而不利於熱軋過程的順利完成。4、熱軋後退火酸洗熱軋後的板帶採用連續退火酸洗，退火溫度保持為9501050'C，保溫時間不低於1分鐘。本中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼通過熱軋板帶的連續退火酸洗工藝即可保證其良好的抗皺性能，與罩式爐退火工藝相比大大提高單位時間產能並降低生產成本。退火溫度過高，容易導致再結晶晶粒的粗化，從而劣化最終產品的抗皺性能，退火溫度過低，不能實現熱軋帶鋼的完全再結晶，也將劣化最終產品的抗皺性能。保溫時間過短，同樣不能實現熱軋帶鋼的完全再結晶。5、冷軋不鏽鋼熱軋板帶在連續退火酸洗後到獲得冷軋成品之間可採用--個軋程或二個軋程，("根據原料厚度及成品厚度得不同，冷軋時有時可能要進行兩三次，而在兩次冷軋之間，都要中間退火及酸洗，這樣-'個過程稱作一個軋程"，參見《不鏽鋼》陸世英等著，原子能出版社，1995年9月第一版，P454)累計冷軋壓下率》70%。累計冷軋壓下率過低，將導致最終產品抗皺性能的下降u6、冷軋後退火酸洗冷軋後的退火酸洗處理中，退火溫度保持為950105(TC,處理時間為lt-20tmin.，t為材料厚度(單位為mm)為退火時冷軋板帶的厚度。退火溫度過高，容易導致再結晶晶粒的粗化，從而劣化最終產品的抗鈹性能，退火溫度過低，不能實現熱軋帶鋼的完全再結晶，也將劣化最終產品的抗皺性能。保溫時間過長，容易導致再結晶晶粒的粗化，從而劣化最終產品的抗皺性能，保溫時間過短，同樣不能實現熱軋帶鋼的完全再結晶。本發明的有益效果本發明的中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼，其特點是低碳氮、中鉻級別、含稀土的鐵素體不鏽鋼，抗皺性較好；特別是，其能夠擴大鑄態等軸晶比例並細化凝固組織，減少鑄錠或鑄坯凝固時柱狀晶引起的成分偏析，減少後續加工過程中由成分偏析引起的材料塑性變形不均勻性，從而能夠明顯改善高純鐵素體不鏽鋼冷軋及成形後的表明起皺缺陷，適合於衝壓、成形製品行業。圖la、圖lb分別為本發明實施例3與對比例普通中鉻鐵素體不鏽鋼鑄錠的低倍宏觀組織。圖2為本發明實施例3(上)與對比例普通中鉻鐵素體不鏽鋼(下)測試件15%拉伸變形時表面起皺形狀圖。具體實施例方式實施例參見表1。從圖1、圖2中可以看出本發明的中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼具有比對比例的普通中絡鐵素體不鏽鋼更高的等軸晶比例和更好的抗起皺性。tableseeoriginaldocumentpage11經過冶煉和澆鑄後得到等軸晶比例>40%的鑄錠，經過熱軋、一個軋程或二個軋程的冷軋及多次退火、酸洗後得到抗皺性良好的含稀土高純鐵素體不鏽鋼冷軋板帶。實施例11、冶煉和澆鑄控制稀土合金加入後和澆鋼之間的時間為50秒，澆鑄溫度控制在1560'C，通過稀土合金的添加使鑄坯凝固組織中等軸晶比例達40%。2、鑄錠或鑄坯開坯鑄錠或鑄坯可採用鍛造開坯或連鑄連軋，採用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為IIO(TC，終鍛溫度95(TC，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開坯後加熱到IIOO'C，軋成厚度為4.0mm的熱軋板帶，終軋溫度為870'C，空冷。4、熱軋後退火酸洗熱軋後的板帶採用連續退火酸洗，退火溫度保持為1OOO'C,保溫時間2分鐘。5、冷軋將連續退火酸洗後的熱軋板帶進行一個軋程的冷軋，冷軋壓下率為84%，冷軋成0.64mm的冷軋板帶。6、冷軋後退火酸洗冷軋後的退火酸洗處理中，退火溫度保持為98(TC，處理時間為lmin。實施例21、冶煉和澆鑄控制稀土合金加入後和澆鋼之間的時間為40秒，澆鑄溫度控制在1550°C，通過稀土合金的添加使鑄坯凝固組織中等軸晶比例達42%。2、鑄錠或鑄坯開坯鑄錠或鑄坯可採用鍛造開坯或連鑄連軋，採用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為108(TC，終鍛溫度950'C，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開坯後加熱到1080°C，軋成厚度為4.0mm的熱軋板帶，終軋溫度為850'C，空冷。4、熱軋後退火酸洗熱軋後的板帶採用連續退火酸洗，退火溫度保持為1050'C，保溫時間1分鐘。5、冷軋將連續退火酸洗後的熱軋板帶進行一個軋程的冷軋，冷軋壓下率為86%，冷軋成0.56mm的冷軋板帶。6、冷軋後退火酸洗冷軋後的退火酸洗處理中，退火溫度保持為970'C，處理時間為lmin.。實施例31、冶煉和澆鑄控制稀土合金加入後和澆鋼之間的時間為30秒，澆鑄溫度控制在1540°C，通過稀土合金的添加使鑄坯凝固組織中等軸晶比例達43%。2、鑄錠或鑄坯開坯鑄錠或鑄坯可採用鍛造開坯或連鑄連軋，採用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1060'C，終鍛溫度950'C，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開坯後加熱到1060'C，軋成厚度為4.0mm的熱軋板帶，終軋溫度為850°C，空冷。4、熱軋後退火酸洗熱軋後的板帶採用連續退火酸洗，退火溫度保持為970'C，保溫時間5分鐘。5、冷軋將連續退火酸洗後的熱軋板帶進行二個軋程的冷軋，冷軋累計壓下率為85%，冷軋成0.6mm的冷軋板帶。6、冷軋後退火酸洗冷軋後的退火酸洗處理中，退火溫度保持為970'C，處理時間為2.5min。1、冶煉和澆鑄控制稀土合金加入後和澆鋼之間的時間為20秒，澆鑄溫度控制在1520°C，通過稀土合金的添加使鑄坯凝固組織中等軸晶比例達44%。2、鑄錠或鑄坯開坯鑄錠或鑄坯可採用鍛造開坯或連鑄連軋，採用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1050°C，終鍛溫度卯0'C，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開坯後加熱到1050'C，軋成厚度為3.0mm的熱軋板帶，終軋溫度為850°C，空冷。4、熱軋後退火酸洗熱軋後的板帶採用連續退火酸洗，退火溫度保持為950'C，保溫時間5分鐘。5、冷軋將連續退火酸洗後的熱軋板帶進行一個軋程的冷軋，冷軋壓下率為83%，冷軋成0.51mm的冷軋板帶。6、冷軋後退火酸洗冷軋後的退火酸洗處理中，退火溫度保持為95(TC，處理時間為lmin。實施例51、.冶煉和澆鑄控制稀土合金加入後和澆鋼之間的時間為20秒，澆鑄溫度控制在1500'C，通過稀土合金的添加使鑄坯凝固組織中等軸晶比例達45%。2、鑄錠或鑄坯開坯鑄錠或鑄坯可採用鍛造開坯或連鑄連軋，採用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1000°C，終鍛溫度950'C，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開坯後加熱到1050'C，軋成厚度為3.0mm的熱軋板帶，終軋溫度為830°C，空冷。4、熱軋後退火酸洗熱軋後的板帶採用連續退火酸洗，退火溫度保持為950'C,保溫時間5分鐘。5、冷軋將連續退火酸洗後的熱軋板帶進行二個軋程的冷軋，冷軋壓下率分配比60%:40%，累計壓下率為82%，冷軋成0.54mm的冷軋板帶。6、冷軋後退火酸洗冷軋後的退火酸洗處理中，退火溫度保持為970'C，處理時間為lmin.。權利要求1.中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼，其化學成分質量百分比為C≤0.02N≤0.02Si≤0.50Mn≤0.50P≤0.03S≤0.02Cr16～20Ni≤1.00Mo≤2.00Ti≤0.30Nb≤0.40O≤0.015稀土0.01～0.20餘量Fe及不可避免雜質。2.如權利要求1所述的中絡含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼的製造方法，其包括如下步驟1)冶煉和澆鑄在冶煉中嚴格控制加入稀土合金前鋼液的全氧含量，要求全氧含量S150ppm，在出鋼澆鑄前加入稀土合金，即稀土合金加入後立即澆鑄，控制稀土合金加入後和澆鋼之間的對間為S50秒，即稀土合金加入鋼液中的加入和攪拌時間，要求控制在S50秒；澆鑄成鑄錠或鑄坯，澆鑄溫度控制在1530土30X:，通過稀土合金的添加使鑄坯凝固組織中等軸晶比例》40%;2)鑄錠或鑄坯開坯鑄錠或鑄坯採用鍛造開坯或連鑄連軋，採用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1000~1100'C，終鍛溫度不低於900'C，緩冷；3)熱軋鑄錠或鑄坯開坯後進行熱軋，鋼材坯料的加熱溫度為1000~1100'C，終軋溫度控制在800950'C，空冷4)熱軋後退火酸洗熱軋後的板帶採用連續退火酸洗，退火溫度保持為950-1050°C，保溫時間不低於1分鐘；5)冷軋不鏽鋼熱軋板帶在連續退火酸洗後到獲得冷軋成品之間採用—個軋程或二個軋程，累計冷軋壓下率>70%;6)冷軋後退火、酸洗冷軋後的退火、酸洗處理，退火溫度保持為950~1050'C，處理時間為lt20tmin.，t為材料厚度，即退火時冷軋板帶的厚度，單位為mm。3.如權利要求1所述的中鉻含稀土高純鐵素體抗敏不鏽鋼的製造方法，其特徵是，冶煉採用在真空感應爐、電弧爐+爐外精煉或轉爐+爐外精煉中任一種冶煉工藝進行冶煉。4.如權利要求1所述的中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼的製造方法，其特徵是，步驟l)採用轉爐-爐外精煉-連鑄或電爐-爐外精煉-連鑄工藝；若釆用連鑄時，連鑄必須採用帶電磁攪拌的連鑄機，使連鑄坯凝固組織中等軸晶比例》40%。全文摘要中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不鏽鋼，其化學成分質量百分比為C≤0.02、N≤0.02、Si≤0.50、Mn≤0.50、P≤0.03、S≤0.02、Cr16～20、Ni≤1.00、Mo≤2.00、Ti≤0.30、Nb≤0.40、O≤0.015、稀土0.01～0.20、餘量Fe及不可避免雜質。本發明的特點是低碳氮、中鉻級別、含稀土的鐵素體不鏽鋼，抗皺性較好；特別是，其能夠擴大鑄態等軸晶比例並細化凝固組織，減少鑄錠或鑄坯凝固時柱狀晶引起的成分偏析，減少後續加工過程中由成分偏析引起的材料塑性變形不均勻性，從而能夠明顯改善高純鐵素體不鏽鋼冷軋及成形後的表明起皺缺陷，適合於衝壓、成形製品行業。文檔編號C22C38/18GK101148739SQ200610116420公開日2008年3月26日申請日期2006年9月22日優先權日2006年9月22日發明者餘海峰,軍徐,戚國平申請人:寶山鋼鐵股份有限公司