專利名稱：：一種低鉻高純鐵素體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于不銹鋼生產(chǎn)制造領(lǐng)域，尤其涉及一種低鉻高純鐵素體不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
：鐵素體不銹鋼，特別是C、N含量較低的低Cr系高純或超純鐵素體不銹鋼越來(lái)越多地受到青睞，這是因?yàn)樗c傳統(tǒng)的C、N含量較高的鐵素體不銹鋼相比，耐腐蝕性能和加工成形性能都有很大程度的提高，在許多應(yīng)用場(chǎng)合其綜合性能不亞于含鎳的奧氏體不銹鋼。在這一類鐵素體不銹鋼中，較為典型的牌號(hào)是SUH409L鐵素體不銹鋼，可用于制作較高溫度環(huán)境條件下(750'C以下)使用的汽車排氣系統(tǒng)等部件，但其抗高溫氧化性能則嫌不足，造成部件使用壽命短。目前提高鋼的抗高溫氧化性，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命的方法，通常采用提高鉻和添加貴重金屬，使用高鉻含鋁、鉬、鈦、鎳、鈮、釩等合金的耐熱不銹鋼。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種含有稀土的低鉻高純鐵素體不銹鋼及其制造方法，從而生產(chǎn)出的不銹鋼產(chǎn)品具備良好的抗高溫氧化性能。本發(fā)明的技術(shù)方案為，一種低輅高純鐵素體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分配比為C《0.02、N《0.02、Si《0.50、Mn《0.50、P《0.03、S《0.02、Cr10.5-11.75、Ti《0.30、Nb《0.40、0《0.015、稀土0.010.20，余量Fe及不可避免的雜質(zhì)。碳和氮，鐵素體中碳和氮，除了能使鋼強(qiáng)化外，鐵素體不銹鋼的所有缺點(diǎn)，例如，脆性轉(zhuǎn)變溫度高，缺口敏感性大，焊后耐蝕性下降等都與鋼中的碳、氮有關(guān)，碳和氮之所以沒(méi)有辦法完全避免是因?yàn)榇髿庵泻泻芨叩牡覠掍撚迷牧香t、廢鋼等中也含有碳，在冶煉過(guò)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，鐵素體不銹鋼起鈹現(xiàn)象越嚴(yán)重。綜合考慮，控制(C+N)《0.04Q/。。硅、錳等是不銹鋼中不可缺少的合金元素，可作為脫氧元素，為了提高不銹鋼液的純凈度，提高冷軋板帶的表面質(zhì)量，本發(fā)明中，保持Si《0.50Q/。，Mn《0.50%。鉻是使鐵素體不銹鋼具有鐵素體組織并具有良好耐腐蝕性的合金元素。鐵素體不銹鋼在氧化性介質(zhì)中，鉻能使不銹鋼的表面上迅速生成氧化鉻(Cr203)的鈍化膜。鐵素體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得是由于在介質(zhì)作用下，鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。鉻對(duì)鐵素體不銹鋼性能影響最大的是耐蝕性。主要表現(xiàn)在鉻提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)的性能；鉻還提高鋼耐局部腐蝕，比如晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕以及某些條件下應(yīng)力腐蝕的性能。本發(fā)明屬于低鉻級(jí)別高純鐵素體不銹鋼，鉻保持在10.5-11.75%。鈦和鈮均為鐵素體形成元素，適量的鈦和鈮可使不銹鋼中鉻的碳、氮化物轉(zhuǎn)而形成鈦、鈮的的碳、氮化物并細(xì)化鐵素體不銹鋼的晶粒，提高鐵素體不銹鋼的耐晶間腐蝕性能。綜合考慮鈦、鈮合金元素的影響，本保持Ti《0.30%，Nb《0.40%。除了碳、氮外，含稀土鐵素體不銹鋼中氧含量，不僅對(duì)韌性有影響，且使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。更重要的是為了有效發(fā)揮稀土元素的作用，氧含量嚴(yán)格要求控制在0《0.015%。微量稀土元素不僅能凈化鋼液，而且能細(xì)化鋼的凝固組織，改變夾雜物的性質(zhì)、形態(tài)和分布，從而提高鋼的各項(xiàng)性能。稀土是表面活性元素，富集于晶界，可提高晶界的潔凈度；稀土又是局域弱化的強(qiáng)抑制劑，可改善鋼的延塑性、韌性和腐蝕性能等。本發(fā)明中將稀土元素控制在0.01-0.20%的范圍，以添加微量的稀土元素獲得具有良好抗高溫氧化性能的低碳氮高純鐵素體不銹鋼，可根據(jù)使用要求適量選擇稀土含量。優(yōu)選地，所述Ti、Nb、C和N的含量滿足如下關(guān)系％Ti+%Nb>10(%C+%N)。所述的一種高純鐵素體不銹鋼的制造方法，包含如下步驟1、冶煉和澆鑄可在真空感應(yīng)爐、電弧爐+爐外精煉，轉(zhuǎn)爐+爐外精煉中任一種冶煉工藝進(jìn)行冶煉。在冶煉中嚴(yán)格控制加入稀土合金前鋼液的全氧含量，要求全氧含量^150卯m，過(guò)高的全氧含量將會(huì)導(dǎo)致加入的稀土合金的嚴(yán)重氧化，對(duì)產(chǎn)品的純凈度和抗皺性產(chǎn)生不利影響；并在出鋼澆鑄前加入稀土合金，即稀土合金加入后立即澆鑄，嚴(yán)格控制稀土合金加入后和澆鋼之間的時(shí)間為S50秒，即稀土合金加入鋼液中的加入和攪拌時(shí)間，要求控制在^50秒，過(guò)長(zhǎng)的間隔時(shí)間將會(huì)導(dǎo)致稀土合金的氧化。澆鑄溫度控制在1540±20°C。澆鑄溫度過(guò)高，難以實(shí)現(xiàn)等軸晶比例的控制，澆鑄溫度過(guò)低，容易導(dǎo)致鋼液提前凝固而不能澆鑄。本發(fā)明也同樣適用于大生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐-爐外精煉-連鑄、電爐-爐外精煉-連鑄工藝，采用連鑄時(shí)，可用現(xiàn)有的SUH409L鐵素體不銹鋼的連鑄工藝。2、鑄錠或鑄坯開(kāi)坯鑄錠或鑄坯可采用鍛造開(kāi)坯，鍛造開(kāi)坯時(shí)，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1000-1100。C，優(yōu)選溫度為1050—1080°C，終鍛溫度不低于900°C，緩冷。過(guò)高的加熱溫度將導(dǎo)致鑄錠或鑄坯的晶粒粗化，劣化最終產(chǎn)品的綜合性能，過(guò)低的加熱溫度將導(dǎo)致變形抗力的增大而不利于鍛打過(guò)程的順利完成。3、熱軋鑄錠或鑄坯開(kāi)坯后根據(jù)用戶要求的鋼材規(guī)格，進(jìn)行熱軋，鋼材坯料的加熱溫度為1000-1100。C，優(yōu)選1040—1080。C;終軋溫度控制在800-900°C，優(yōu)選840-880°C，空冷。過(guò)高的加熱溫度將導(dǎo)致鑄錠或鑄坯的晶粒粗化，劣化最終產(chǎn)品的綜合性能，過(guò)低的加熱溫度將導(dǎo)致變形抗力的增大而不利于熱軋過(guò)程的順利完成。過(guò)高的終軋溫度容易消耗熱軋帶鋼的形變儲(chǔ)能，導(dǎo)致最終產(chǎn)品抗皺性能的下降，過(guò)低的終軋溫度將導(dǎo)致變形抗力的增大而不利于熱軋過(guò)程的順利完成。4、熱軋后退火酸洗熱軋后的板帶采用連續(xù)退火酸洗，退火溫度保持為850950°C，優(yōu)選850900°C，保溫時(shí)間不低于l分鐘。通過(guò)熱軋板帶的連續(xù)退火酸洗工藝即可保證其良好的抗高溫氧化性能及綜合性能。退火溫度過(guò)高，容易導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒的粗化，從而劣化最終產(chǎn)品的綜合性能，退火溫度過(guò)低或者保溫時(shí)間過(guò)短，不能實(shí)現(xiàn)熱軋帶鋼的完全再結(jié)晶，也將劣化最終產(chǎn)品的綜合性能。5、冷軋累計(jì)冷軋壓下率>65%，優(yōu)選》70%。如果累計(jì)冷軋壓下率過(guò)低，將導(dǎo)致最終產(chǎn)品綜合性能的下降。6、冷軋后退火酸洗冷軋后的退火酸洗處理中，退火溫度保持為850950°C，優(yōu)選850900°C，處理時(shí)間為lt-20tmin，t為材料厚度(單位為mm)為退火時(shí)冷軋板帶的厚度。退火溫度過(guò)高，容易導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒的粗化，從而劣化最終產(chǎn)品的綜合性能，退火溫度過(guò)低，不能實(shí)現(xiàn)冷軋帶鋼的完全再結(jié)晶，也將劣化最終產(chǎn)品的綜合性能。保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒的粗化，從而劣化最終產(chǎn)品的抗皺性能，保溫時(shí)間過(guò)短，同樣不能實(shí)現(xiàn)冷軋帶鋼的完全再結(jié)晶。優(yōu)選地，所述步驟2鑄錠或鑄坯開(kāi)坯過(guò)程中還可以對(duì)鑄錠或鑄坯采用連鑄連軋工藝。優(yōu)選地，所述步驟5冷軋過(guò)程中，在退火酸洗后至獲得冷軋成品之間，可采用二個(gè)軋程。本發(fā)明與現(xiàn)有SUH409L相比，抗高溫氧化性能較好，可用于汽車排氣系統(tǒng)等抗高溫氧化性能部件或其它耐熱器具等。圖1為實(shí)施例3與對(duì)比例SUH409L抗高溫氧化性能對(duì)比示意圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1—5的不銹鋼的化學(xué)成分重量百分配比如下表所列:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例11、冶煉和澆鑄控制稀土合金加入后和澆鋼之間的時(shí)間為50秒，澆鑄溫度控制在1550°C，加入稀土合金，獲得稀土元素含量為0.200%的鑄錠或鑄坯。2、鑄錠或鑄坯開(kāi)坯鑄錠或鑄坯可采用鍛造開(kāi)坯或連鑄連軋，采用鍛造開(kāi)坯時(shí)，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為IIO(TC，終鍛溫度950。C，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開(kāi)坯后加熱到IIO(TC，軋成厚度為4.0mm的熱軋板帶，終軋溫度為90(TC，空冷。4、熱軋后退火酸洗熱軋后的板帶采用連續(xù)退火酸洗，退火溫度保持為95(TC，保溫時(shí)間2分鐘。5、冷軋將連續(xù)退火酸洗后的熱軋板帶進(jìn)行一個(gè)軋程的冷軋，冷軋壓下率為84%，冷軋成0.64mm的冷軋板帶。6、冷軋后退火酸洗冷軋后的退火酸洗處理中，退火溫度保持為950°C，處理時(shí)間為lmin。實(shí)施例21、冶煉和澆鑄控制稀土合金加入后和澆鋼之間的時(shí)間為40秒，澆鑄溫度控制在1545°C，加入稀土合金，獲得稀土元素含量為0.183%的鑄錠或鑄坯。2、鑄錠或鑄坯開(kāi)坯鑄錠或鑄坯可采用鍛造開(kāi)坯或連鑄連軋，采用鍛造開(kāi)坯時(shí)，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1080°C，終鍛溫度95(TC，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開(kāi)坯后加熱到108(TC，軋成厚度為4.0mra的熱軋板帶，終軋溫度為87(TC，空冷。4、熱軋后退火酸洗熱軋后的板帶采用連續(xù)退火酸洗，退火溫度保持為920°C，保溫時(shí)間3分鐘。5、冷軋將連續(xù)退火酸洗后的熱軋板帶進(jìn)行一個(gè)軋程的冷軋，冷軋壓下率為86%，冷軋成0.56mm的冷軋板帶。6、冷軋后退火酸洗冷軋后的退火酸洗處理中，退火溫度保持為92(TC，處理時(shí)間為lmin.。實(shí)施例31、冶煉和澆鑄控制稀土合金加入后和澆鋼之間的時(shí)間為30秒，澆鑄溫度控制在1540°C，加入稀土合金，獲得稀土元素含量為0.018%的鑄錠或鑄坯。2、鑄錠或鑄坯開(kāi)坯鑄錠或鑄坯可采用鍛造開(kāi)坯或連鑄連軋，采用鍛造開(kāi)坯時(shí)，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1050°C，終鍛溫度95(TC，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開(kāi)坯后加熱到1050°C，軋成厚度為4.0mm的熱軋板帶，終軋溫度為85(TC，空冷。4、熱軋后退火酸洗熱軋后的板帶采用連續(xù)退火酸洗，退火溫度保持為90(TC，保溫時(shí)間5分鐘。5、冷軋將連續(xù)退火酸洗后的熱軋板帶進(jìn)行二個(gè)軋程的冷軋，冷軋累計(jì)壓下率為85%，冷軋成O.6mm的冷軋板帶。6、冷軋后退火酸洗冷軋后的退火酸洗處理中，退火溫度保持為900°C，處理時(shí)間為1.5min。實(shí)施例41、冶煉和澆鑄控制稀土合金加入后和澆鋼之間的時(shí)間為20秒，澆鑄溫度控制在1535。C，加入稀土合金，獲得稀土元素含量為0.015%的鑄錠或鑄坯。2、鑄錠或鑄坯開(kāi)坯鑄錠或鑄坯可采用鍛造開(kāi)坯或連鑄連軋，采用鍛造開(kāi)坯時(shí)，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1030°C，終鍛溫度90(TC，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開(kāi)坯后加熱到103(TC，軋成厚度為3.0mm的熱軋板帶，終軋溫度為830。C，空冷。4、熱軋后退火酸洗熱軋后的板帶采用連續(xù)退火酸洗，退火溫度保持為87(TC，保溫時(shí)間7分鐘。5、冷軋將連續(xù)退火酸洗后的熱軋板帶進(jìn)行一個(gè)軋程的冷軋，冷軋壓下率為83%，冷軋成0.51誦的冷軋板帶。6、冷軋后退火酸洗冷軋后的退火酸洗處理中，退火溫度保持為87(TC，處理時(shí)間為2min。實(shí)施例51、冶煉和澆鑄控制稀土合金加入后和澆鋼之間的時(shí)間為20秒，澆鑄溫度控制在1530°C，加入稀土合金，獲得稀土元素含量為0.010%的鑄錠或鑄坯。2、鑄錠或鑄坯開(kāi)坯鑄錠或鑄坯可采用鍛造開(kāi)坯或連鑄連軋，采用鍛造開(kāi)坯時(shí)，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為IOO(TC，終鍛溫度950。C，緩冷。3、熱軋鑄錠或鑄坯開(kāi)坯后加熱到IOO(TC，軋成厚度為3.Omin的熱軋板帶，終軋溫度為80(TC，空冷。4、熱軋后退火酸洗熱軋后的板帶采用連續(xù)退火酸洗，退火溫度保持為85(TC，保溫時(shí)間IO分鐘。5、冷軋將連續(xù)退火酸洗后的熱軋板帶進(jìn)行二個(gè)軋程的冷軋，冷軋壓下率分配比60%:40%，累計(jì)壓下率為82。/。，冷軋成0.54mm的冷軋板帶。6、冷軋后退火酸洗冷軋后的退火酸洗處理中，退火溫度保持為850°C，處理時(shí)間為2.5min.。表2實(shí)施例的抗高溫氧化數(shù)據(jù)列表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>高溫氧化增重?cái)?shù)據(jù)(g/m2*h)從圖1和表2中，可以看出本發(fā)明鋼具有比對(duì)比鋼SUH409L更高的抗高溫氧化性能。當(dāng)服役溫度低于80(TC時(shí)，本發(fā)明鋼氧化增重非常穩(wěn)定且很低，而對(duì)比鋼SUH409L已發(fā)生較為顯著的氧化增重；當(dāng)服役溫度高于800。C時(shí)，本發(fā)明鋼與對(duì)比鋼SUH409L均發(fā)生顯著的氧化增重，但本發(fā)明鋼的氧化增重量要明顯低于對(duì)比鋼，有助于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。權(quán)利要求1.一種低鉻高純鐵素體不銹鋼，其特征在于化學(xué)成分的重量百分配比為C≤0.02、N≤0.02、Si≤0.50、Mn≤0.50、P≤0.03、S≤0.02、Cr10.5-11.75、Ti≤0.30、Nb≤0.40、0≤0.015、稀土0.01~0.20，余量Fe及不可避免的雜質(zhì)，2.如權(quán)利要求1所述的一種低鉻高純鐵素體不銹鋼，其特征在于Ti、Nb、C和N的含量滿足如下關(guān)系％Ti+%Nb>10(%C+%N)。3.如權(quán)利要求1所述的一種低鉻高純鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于包含如下步驟1)冶煉和澆鑄，加入稀土合金前鋼液的全氧含量《150ppm，在稀土合金加入后立即澆鑄，稀土合金加入鋼液中的加入和攪拌時(shí)間《50秒，澆鑄溫度1540±20°C;2)鑄錠或鑄坯開(kāi)坯，對(duì)鑄錠或鑄坯鍛造開(kāi)坯，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為10001100°C，終鍛溫度不低于90(TC，緩冷；3)熱軋，鋼材坯料的加熱溫度為100(T110(TC，終軋溫度為80090(TC，空冷；4)退火酸洗，退火溫度保持為85095(TC，保溫時(shí)間不低于1分鐘；5)冷軋，冷軋壓下率>65%;6)冷軋后退火、酸洗，退火溫度為85(T95(TC，處理時(shí)間為lt~20tmin，t為退火時(shí)冷軋板帶的厚度。4.如權(quán)利要求3所述的一種低鉻高純鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于步驟2)中的加熱溫度為10501080°C，步驟3)中的加熱溫度為10401080°C，終軋溫度為84088(TC，步驟4)中的退火溫度為850900°C，步驟5)中的冷軋壓下率》70%，步驟6)中的退火溫度為85090(TC。5.如權(quán)利要求3所述的一種低鉻高純鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于步驟2)中還可以對(duì)鑄錠或鑄坯采用連鑄連軋。6.如權(quán)利要求3所述的一種低鉻高純鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于步驟5)中，在退火酸洗后至獲得冷軋成品之間，采用二個(gè)軋程。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種低鉻高純鐵素體不銹鋼及其制造方法，其主要特征為通過(guò)加入一定量的稀土合金、并通過(guò)控制較低的C、N和Cr元素的含量，進(jìn)而在冶煉和澆鑄過(guò)程中，控制加入稀土合金前鋼液的全氧含量≤150ppm，以及稀土合金加入鋼液中的加入和攪拌時(shí)間≤50秒，通過(guò)鑄錠開(kāi)坯、熱軋、冷軋、退火酸洗工序生產(chǎn)出一種含有稀土的低鉻高純鐵素體不銹鋼，與原有SUH409L相比，其抗高溫氧化性能更好，可用于汽車排氣系統(tǒng)等抗高溫氧化性能部件或其它耐熱器具。文檔編號(hào)C22C38/18GK101294258SQ200710039839公開(kāi)日2008年10月29日申請(qǐng)日期2007年4月24日優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日發(fā)明者余海峰,王偉明申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司