專利名稱：一種鐵素體不銹鋼及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可以提高鐵素體不銹鋼沖擊韌性的方法及其生產(chǎn)制造技術，同時具有優(yōu)良的耐蝕性和力學性能。
背景技術：
超純鐵素體不銹鋼444(18Cr_2Mo)不銹鋼因其具有優(yōu)異的耐點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕能力、耐晶間腐蝕和耐高溫氧化性能，其耐蝕能力在某些領域甚至優(yōu)于304和316， 目前廣泛適用于耐弱介質孔蝕的熱交換設備及耐醋酸等弱酸的發(fā)酵設備中，如熱水罐、太陽能熱水器、水箱及發(fā)酵和儲藏罐等。444已在不銹鋼水箱行業(yè)替代了 304的一部分市場用量。在某些印染行業(yè)444已有約90%的444替代了 304奧氏體不銹鋼。在食品、建筑外飾等各種領域也有444替代傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼應用的成功范例。但444鐵素體不銹鋼還是存在一些缺點，如室溫、低溫沖擊韌性差，導致冷熱加工制造時要求較高，對加工和使用環(huán)境的溫度要求高。尤其當材料的厚度大于3_以上時，不銹鋼的脆性傾向顯著增大，因而該鋼種的應用范圍仍然比較小。444鐵素體不銹鋼的沖擊韌性普遍較低。微觀上，晶界有害析出物越少，晶界結合力越牢固，晶內(nèi)位錯和夾雜物等缺陷越少越有利于沖擊韌性的提高。這些因素受到材料化學成分和加工制造工藝的綜合影響。國外444工業(yè)板已投放市場,但目前國內(nèi)444還沒有大量投用，只有僅少量的用戶使用444工業(yè)板。444優(yōu)異的綜合性能和較低的成本優(yōu)勢已經(jīng)逐步凸顯，若是能取代價格昂貴的300系不銹鋼，將是444不銹鋼乃至整個國內(nèi)不銹鋼行業(yè)的一個新的里程。針對提高鐵素體不銹鋼韌性、降低韌脆轉變溫度這一目標，國內(nèi)外有多種不同的設計思路。CN1241221A公開了一種深沖性和耐皺紋狀變形性良好的鐵素體不銹鋼板及其制造方法，該專利與本發(fā)明的相同之處為均涉及含Nb，Ti，V的鐵素體不銹鋼，但是配比和加入量與本發(fā)明不同，如該專利中，Ti含量在O. 25% (重量)以下，且Ti/N> 12 ;Nb和V含量滿足(Nb+V) 0. 05-0. 10% (重量)，并且V/Nb :2-5。本發(fā)明則主要利用了 Nb和V的微
合金化作用。CN101168822A公開了一種高韌性無鎳鐵素體不銹鋼及其制造方法，該專利含 O. 02 O. I質量分數(shù)稀土，制造工藝難度大，在生產(chǎn)現(xiàn)場不易實現(xiàn)。CN101148739A公開了一種中鉻含稀土高純鐵素體抗皺不銹鋼及其制造方法，該專利主要是通過Nb，Ti和稀土進行微合金化，本發(fā)明則是通過Nb，V進行微合金化，制造難度較小，生產(chǎn)上容易實施。CN101381845A公開了一種高純鐵素體不銹鋼材料及其制造方法，該專利主要是通過Nb和稀土微合金化，Nb含量較高O. 25 O. 40%。本發(fā)明不含稀土，Nb含量相對低一些。CN1683583A公開了一種熱疲勞特性優(yōu)良的汽車排氣系統(tǒng)構件用鐵素體不銹鋼，該發(fā)明專利與本發(fā)明的不同之處在于，本發(fā)明產(chǎn)品中的Cr含量與該專利不同，Nb、Ti含量與該專利不同，且本發(fā)明產(chǎn)品含V，Ni，該專利產(chǎn)品不含V，Ni。EP2100983A1公開了一種焊接接頭耐蝕性和鋼板韌性優(yōu)良的鐵素體不銹鋼，但該發(fā)明的Cr和Nb含量高，導致鋼的成本高。W02009/110641A1公開了一種具有優(yōu)良熱疲勞性能和耐酸腐蝕性能的不銹鋼，但該發(fā)明不含Ni和V，鈮含量較本發(fā)明高。CN101285152A公開了一種耐腐蝕性、冷加工性和韌性優(yōu)異的具有磁性的不銹鋼線材或鋼絲，該專利貴金屬Nb含量較高(O. 2 O. 8% )，成本較高。CN1104686A公開了一種具有良好耐大氣腐蝕性和耐裂隙腐蝕性的鐵素體不銹鋼， 該專利含P較高，質量分數(shù)占O. 04% O. 2%，P容易形成偏聚物，嚴重損害鋼的綜合性能， 該專利生產(chǎn)難度大，使用領域比較特殊，范圍窄。EP1408132B1公開了一種具有優(yōu)良深沖性能、拉伸性能和高溫強度、高溫抗氧化性及低溫韌性的不銹鋼板，該發(fā)明的化學成分中包含B和稀土元素，冶金難度大。在盡可能不增加成本，同時不增加冶金難度的前提下，為了提高沖擊韌性，設計出一種具有優(yōu)良沖擊韌性、同時兼有良好耐蝕性和力學性能的鐵素體不銹鋼。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高444不銹鋼的沖擊韌性，改善其加工制造性能，同時也為了拓寬其應用市場，本發(fā)明在444的成分特點基礎上，通過加入V和Nb這兩種微合金元素，利用V和Nb 的交互作用，改變微小析出物的形態(tài)和分布，同時采用適當?shù)臒崽幚砉に嚕剐略O計的合金體系的沖擊韌性提高，同時保證良好的耐蝕性和力學性能。本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)良沖擊韌性和低韌脆轉變溫度的鐵素體不銹鋼及其制造方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的鐵素體不銹鋼，其化學成分重量百分比為C:
O.001-0. 025 %、Si 1. O % 以下、Mn :I. O % 以下、P 0. 03 % 以下、S 0. 010 % 以下、Cr : 17-20%,Mo 1. 70-2. 00%,Al 0. 02% 以下、N 0. 005-0. 025%,O 0. 0100% 以下、Nb 0. 2% 以下、V :0. 10-0. 15%, Ni :0. 5%以下，其余為Fe和不可避免雜質。優(yōu)選地，C0. 003-0. 006% ο優(yōu)選地，N 0. 0050-0. 0080%, O 0. 0030 O. 0080%。優(yōu)選地，Si0. 08-0. 1%, Mn 0. 06-0. I %。優(yōu)選地，Nb0. 1-0. 16%, Ni 0. 3-0. 5%0優(yōu)選地，P為O. 01%以下。優(yōu)選地，S為O. 005%以下。優(yōu)選地，Al為O. 01%以下。本發(fā)明的上述化學成份各元素的控制理由如下鉻鉻是使鐵素體不銹鋼具有鐵素體組織并具有良好耐蝕性的合金元素。鐵素體不銹鋼在氧化性介質中，鉻能使不銹鋼的表面上迅速生成氧化鉻(Cr2O3)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作用下，鉻促進了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結果。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，但鉻含量的增加勢必增加成本，因此，本發(fā)明鋼中鉻含量控制在17. 0-18.0%。
碳、氮、氧鐵素體不銹鋼的所有缺點，例如，脆性轉變溫度高、缺口敏感性大、焊后耐蝕性下降等都與鋼中的碳、氮有關。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，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大部分去除碳和氮，但若要完全去除則是非常困難的，對冶煉設備和工藝實現(xiàn)要求極高，過低的碳和氮含量將增加制備過程中的難度和成本。當碳或氮含量過高時，將與鉻結合后在晶界形成富鉻碳氮化物，導致晶間腐蝕。因此，本發(fā)明鋼中設計碳含量為O. 001-0. 025%，氮含量控制在O. 005-0. 025%，優(yōu)選為C 0. 003-0. 006%, N 0. 01-0. 02 % 鐵素體不銹鋼中的氧含量，不僅對韌性有影響，使鋼的脆性轉變溫度升高，本發(fā)明中氧含量嚴格要求控制在 O 彡 O. 0100%，優(yōu)選為 O. 0030 O. 0080% O鑰鑰的重要作用在于提高鐵素體不銹鋼的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能，促進不銹鋼的表面鈍化，提高其耐蝕性能。同時，鑰還是貴重金屬元素，導致合金成本增加。因此本發(fā)明鋼中，鑰含量控制在I. 70-1. 85%的范圍。鎳鎳可以提高鐵素體不銹鋼的室溫力學性能、強度和韌性，并使鋼的脆性轉變溫度下移，還可進一步提高某些介質中鋼的耐腐蝕性能。但鎳為強的奧氏體形成元素，同時還會增加鐵素體不銹鋼的應力腐蝕敏感性，為保證本發(fā)明鋼具有單一的鐵素體組織以及具有良好的耐應力腐蝕性能，本發(fā)明鋼中保持鎳O. 5%以下，優(yōu)選為O. 3-0. 5%。硅和錳硅和錳是不銹鋼中不可缺少的合金元素。硅在熔煉過程中用于脫氧，同時硅可以提高鐵素體相的高溫強度，但是硅含量過高時將降低氮的溶解度，并加速金屬間相的析出。錳和硫形成MnS，會降低沖擊韌性和腐蝕性。因此，本發(fā)明鋼中設計Si彡1.0%， Mn ( I. 0%，優(yōu)選為 Si 0. 08-0. 1%, Mn 0. 06-0. IV0o磷磷在不銹鋼中容易發(fā)生偏聚，削弱晶界結合力，通常情況下被視為有害元素， 應盡量控制得越低越好，本發(fā)明中控制磷含量在O. 03%以下，優(yōu)選為O. 01%以下。硫硫在不銹鋼中也被視為不利元素，硫含量高，對耐蝕性能不利，在本發(fā)明的不銹鋼中，控制在O. 010%以下，優(yōu)選為O. 005%以下。鈮鈮為鐵素體形成元素，適量的鈮可使不銹鋼中鉻的碳、氮化物轉而形成鈮的的碳、氮化物并細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。熱軋卷在卷取后的冷卻過程中，長時間處于高溫段，容易形成鈮的碳氮化物和鐵鈮的化合物，尤其是鋼卷的中間部位，溫度比較高，析出物比較多，會損害鋼的沖擊韌性，在后序的生產(chǎn)中，過量的析出物會影響鋼卷的性能，在產(chǎn)線上容易產(chǎn)生斷帶，影響生產(chǎn)的正常運作。鈮還會增加生產(chǎn)成本。因此，本發(fā)明中Nb含量控制在O. 2%以下，優(yōu)選為Nb :0. 10-0. 16%。釩釩與鋼中的氮具有較強的親和力，所以釩可以固定鋼中的“自由”氮，在微合金鋼中，通過形成V(C，N)，起到細化晶粒、提高鋼的強度和韌性。在不銹鋼中，釩也可以改變析出物的形態(tài)，細化晶粒，也具有改善鋼的強韌性的特性。本發(fā)明中，V :0. 10 O. 15%。鋁本發(fā)明中鋁是雜質元素，越低越好，控制在O. 02%以下，優(yōu)選在O. 008%以下。本發(fā)明的具有上述成分的鐵素體不銹鋼的制備方法包括如下工藝步驟冶煉和澆鑄、熱軋、熱軋后退火酸洗等主要工序。冶煉和澆鑄本發(fā)明的鐵素體不銹鋼可在真空感應爐、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。進一步，冶煉方法為真空感應冶煉，或，電爐+ IS氧脫碳A0D,或電爐+氬氧脫碳AOD+爐外精練LF爐冶煉。采用轉爐+爐外精煉+連鑄或電爐+爐外精煉+ 連鑄工藝時，連鑄必須采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%。 連鑄時控制過熱度為30-50°C，通過控制過熱度避免連鑄缺陷的產(chǎn)生，連鑄時板坯拉速為 0.8-2m/min。出鋼澆鑄前加入Nb和V，澆鑄溫度控制在1580_1600°C，澆鑄溫度過高，難以實現(xiàn) 細晶的控制，澆鑄溫度過低，容易導致鋼液流動性差，產(chǎn)生縮孔和縮松，影響澆鑄質量。熱軋根據(jù)用戶要求的鋼材規(guī)格，進行熱軋，鑄坯的加熱溫度為1050-1100°C，終軋溫度 控制在800-900°C，空冷。過高的加熱溫度將導致鑄坯的晶粒粗化，劣化最終產(chǎn)品的力學性 能能，過低的加熱溫度將導致變形抗力的增大而不利于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(chǎn)品力學性能能的下降，過低的終軋溫度將 導致變形抗力的增大而不利于熱軋過程的順利完成。熱軋的壓下量控制在90%以上。熱軋后退火酸洗熱軋后的板帶采用連續(xù)退火酸洗工藝，退火溫度保持為950-1050°C，保溫時間按 lt-1.5t min計算，t為材料厚度(單位為_)。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(chǎn)品的力學性能，退火溫度過低，不能實現(xiàn)熱軋帶鋼的完全再結晶，也將 劣化最終產(chǎn)品的力學性能。保溫時間過短，同樣不能實現(xiàn)熱軋帶鋼的完全再結晶，保溫時間 太長，同樣會導致晶粒粗大。本發(fā)明利用鐵素體不銹鋼微合金化原理，填加微量的V和Nb，用以穩(wěn)定C、N元素， 減小固溶的C、N對鐵素體不銹鋼沖擊韌性的不利影響。本發(fā)明的鐵素體不銹鋼兼有優(yōu)良的耐蝕性，還可應用于腐蝕環(huán)境中的工業(yè)用途。


圖1為本實施例1的鐵素體不銹鋼熱軋退火態(tài)組織。圖2為本實施例1的鐵素體不銹鋼中析出相(圖中白色點狀的顆粒)掃描照片。圖3為對比鋼444鐵素體不銹鋼析出相(圖中白色點狀的顆粒)掃描照片。圖4為本實施例1的沖擊韌性隨溫度的變化曲線。圖5為本實施例3的沖擊韌性隨溫度的變化曲線。圖6為對比鋼444的沖擊韌性隨溫度的變化曲線
具體實施例方式本發(fā)明鋼的成分設計范圍與對比鋼種的標準成分范圍示于表1。經(jīng)過冶煉和澆鑄后得到等軸晶比例>40 %的鑄錠，經(jīng)過熱軋、一個軋程或二個軋 程的冷軋及多次退火、酸洗后得到綜合性能優(yōu)良的水系統(tǒng)用含Mo鐵素體不銹鋼冷軋板帶。 本發(fā)明的實施例的工藝列于表2中。以實施例1為例1、冶煉和澆鑄實施例1用真空感應電爐冶煉。首先，控制穩(wěn)定化元素Nb和V加入后充分合金化， 澆鑄溫度控制在1580°C。
2、熱軋鑄坯加熱到1100°C，軋成厚度為6. Omm的熱軋板帶，終軋溫度為850°C，空冷。3、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1050°C，保溫時間6分鐘。實驗例I :點蝕電位點蝕電位是通過恒電位儀進行測定，試驗標準為GB/T 17899-1999《不銹鋼點蝕電位測量方法》。測量及評價結果列于表3，為了對比分析，表中同時列出了對比鋼種的444鋼種的測試結果。實驗例2 :力學性能力學性能由MTS萬能試驗機進行測試，檢測方法按GB/T228-2008執(zhí)行。沖擊韌性由韌脆轉變溫度來表征，首先按照方法GB/T229-2007測定實驗試樣在不同溫度下的沖擊值，取其上平臺與下平臺沖擊值的平均值所對應的溫度作為韌脆轉變溫度。韌脆轉變溫度越低，越有利于生產(chǎn)和后序使用。測量數(shù)據(jù)及評價結果列于表3，為了對比分析，表中同時列出了對比鋼種的444鋼種的測試結果。
權利要求
1.鐵素體不銹鋼，其化學成分重量百分比為C:0.001 O. 025%,Si :1.0%以下、Mn 1.0% 以下、P :0. 03% 以下、S :0. 010% 以下、Cr :17-20%, Mo :1. 70-2. 00%, Al :0. 02% 以下、N 0. 005-0. 025%,O 0. 0100% 以下、Nb 0. 2% 以下、V 0. 10-0. 15%,Ni 0. 5% 以下，其余為Fe和不可避免雜質。
2.如權利要求I所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于，C:0. 003-0. 006 %, N O. 0050-0. 0080%, O 0. 0030 O. 0080%。
3.如權利要求I或2所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于，Si:0. 1%以下，Mn :0. I %以下，優(yōu)選為 Si 0. 08-0. 1%, Mn 0. 06-0. I %。
4.如權利要求1-3任一所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于，Nb:0. 1-0. 16%, Ni O. 3-0. 5%。
5.如權利要求1-4任一所述的鐵素體不銹鋼，其特征在于，P:0. 01%以下，S :0. 005以下，Al :0. 01% 以下。
6.如權利要求1-5任一所述的鐵素體不銹鋼的制造方法，包括采用選自真空感應爐、電弧例+爐外精煉或轉爐+爐外精煉中的任一種冶煉工藝進行冶煉；連鑄，控制過熱度為30-50°C，板坯拉速為O. 8-2m/min在1580-1600°C溫度進行澆鑄連鑄坯加熱到1050-1100°C進行熱軋，控制終軋溫度為800-900°C ;熱軋壓下量控制在 90%以上；乳后進彳丁空冷；熱軋后的板帶采用連續(xù)退火酸洗工藝，退火溫度保持為950-1050°C，保溫時間按 lt-1. 5t min計算，t為板帶厚度，單位為mm。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，電爐+爐外精煉采用電爐+氬氧脫碳A0D， 或電爐+氬氧脫碳AOD+爐外精煉LF爐冶煉。
8.如權利要求6或7任一所述的方法，其特征在于，采用轉爐+爐外精煉或電爐+爐外精煉時，在帶電磁攪拌的連鑄機中連鑄，使連鑄坯凝固組織中等軸晶比例> 40 %。
9.如權利要求6-8任一所述的方法，其特征在于，連續(xù)退火的保溫時間為6-9min。
10.如權利要求6-9任一所述的方法制造的鐵素體不銹鋼，其屈服強度>300MPa，抗拉強度彡450MPa，延伸率彡30%，沖擊韌性、耐蝕性和力學性能優(yōu)良。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵素體不銹鋼，其化學成分重量百分比為C0.001-0.025％、Si1.0％以下、Mn1.0％以下、P0.03％以下、S0.010％以下、Cr17-20％、Mo1.70-2.00％、Al0.02％以下、N0.005-0.025％、O0.0100％以下、Nb0.2％以下、V0.10-0.15％、Ni0.5％以下，其余為Fe和不可避免雜質。該鐵素體不銹鋼的制造方法，包括采用選自真空感應爐、電弧例+爐外精煉或轉爐+爐外精煉中的任一種冶煉工藝進行冶煉；連鑄，控制過熱度為30-50℃，板坯拉速為0.8-2m/min；在1580-1600℃溫度進行澆鑄；連鑄坯加熱到1050-1100℃進行熱軋，終軋溫度為800-900℃；熱軋壓下量為90％以上；軋后進行空冷；熱軋后的板帶采用連續(xù)退火酸洗工藝，退火溫度保持為950-1050℃，保溫時間為1t-1.5t min，t為板帶厚度(mm)。該鐵素體不銹鋼具有優(yōu)良的沖擊韌性、耐蝕性和力學性能。
文檔編號C22C33/04GK102605262SQ201110027240
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權日2011年1月25日
發(fā)明者余海峰, 張志霞, 李實 , 林剛, 江來珠, 王偉明, 韓儉 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司