專利名稱：超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不銹鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼Cr含量為20%左右，并通過加入一定量的Mo和Nb、Ti穩(wěn)定化來進一步提高其耐腐蝕性能；同時其C+N含量< 250ppm,從而保證了這類鋼在具有優(yōu)異耐腐蝕性的同時，還具有一定的韌性、加工性能。與奧氏體不銹鋼相比，中鉻鐵素體不銹鋼通常不含有貴重的Ni元素，價格低廉，具有很強的市場競爭力。與高Cr鐵素體不銹鋼相比，中Cr鐵素體不銹鋼Cr、Mo含量均較低，進一步降低了生產(chǎn)成本和技術(shù)難度，可針對耐蝕性能要求不同的細分市場加以使用。近年來，隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，進一步提出了冶煉高純、超純鐵素體不銹鋼(C+N彡150ppm)，并采取連鑄連軋、連續(xù)退火酸洗工藝，使得鐵素體不銹鋼的性能大大提升，從而集低成本、高性能、表觀精美、易加工成型、易焊接等優(yōu)點于一體，廣泛的應(yīng)用于汽車工業(yè)、建筑業(yè)以及家電行業(yè)等眾多領(lǐng)域?，F(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性、成型性、可焊性，可用于沿海城市外裝飾，如城市景觀、酒店、商場、體育場、車站、高檔寫字樓等的屋頂及裝飾用板、管，采用淡水冷卻的電廠表面冷凝器、熱交換器、給水加熱器、化工廠熱交換器等腐蝕性苛刻的環(huán)境，可代替316L用于容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂的裝置，是較適宜在沿海海洋腐蝕環(huán)境下應(yīng)用的新材料。不銹鋼幾種關(guān)鍵元素的作用以及含量控制原因I) Cr元素的作用以及含量控制Cr元素是使不銹鋼產(chǎn)生不銹性的基本元素。不銹鋼中Cr元素含量的增加可以顯著提高材料的各種耐蝕性能，包括點蝕性能、縫隙腐蝕性能、應(yīng)力腐蝕性能以及晶間腐蝕性能等。但過量Cr元素的加入會導(dǎo)致原材料成本的提高，對于不銹鋼的生產(chǎn)過程也會帶來很大的困難，Cr元素的過量會導(dǎo)致大量的金屬間化合物析出物在不同的溫度范圍產(chǎn)生，嚴重惡化鐵素體不銹鋼的室溫力學性能和耐蝕性能，因此Cr元素含量必須控制在合理的范圍。2)Mo元素的作用以及含量控制Mo元素的耐腐蝕能力是Cr元素的三倍，Mo元素的存在極大地提高鐵素體不銹鋼的各種耐蝕性能。但是由于Mo元素的價格昂貴，在鐵素體不銹鋼中Mo元素的大量加入會極大的提高原材料的成本，因此Mo元素的含量必須得到嚴格控制。3) C元素和N元素的作用以及含量控制C元素和N元素是不銹鋼中的兩種雜質(zhì)元素。C元素除了可以強化不銹鋼以外沒有任何有益作用，C元素的存在極大地惡化不銹鋼的室溫韌性以及各種耐蝕性能。因此C元素的含量應(yīng)當盡可能地降低。N元素的存在也可以強化不銹鋼，同時可以大幅度提高不銹鋼的耐點蝕能力，但N元素的存在同樣惡化不銹鋼的室溫韌性，因此N元素的含量應(yīng)得到合理的控制。 C元素和N元素含量的大幅度降低會導(dǎo)致冶煉成本的大幅度提高，因此在性能滿足要求的前提下，這兩種元素的含量應(yīng)保持在適當?shù)乃健?) Nb元素和Ti元素的作用以及含量控制Nb元素和Ti元素是鐵素體不銹鋼中最常用的兩種穩(wěn)定化元素。這兩種元素與C、N元素的化學親和力比Cr元素更強，因此在高溫條件下可以大量地與C、N元素反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物，從而防止了 Cr元素由于Cr(C，N)的生成而導(dǎo)致的局部含量降低以及耐蝕性能的下降。Nb元素的價格較高而Ti元素的價格較低，但過量Ti元素的加入會導(dǎo)致鐵素體不銹鋼表面質(zhì)量的惡化，因此Nb、Ti元素應(yīng)當在滿足性能要求的前提下以適當比例加入。對于鐵素體不銹鋼，從低溫到高溫存在三個脆性區(qū)，分別是475°C脆性，σ脆性和高溫脆性。475°C脆性是在400-540°C范圍內(nèi)由于富鉻相的出現(xiàn)而產(chǎn)生的脆性；σ相脆性是在500-800°C范圍內(nèi)由于σ相的出現(xiàn)而產(chǎn)生的；高溫脆性是在950°C以上加熱后急冷到室溫而產(chǎn)生的，主要和鐵素體不銹鋼晶粒長大、富鉻的碳、氮化物沿晶界和/或在位錯處沉淀而有利于解理脆性段裂有關(guān)。三個脆性溫度區(qū)的存在，給鐵素體不銹鋼的工業(yè)生產(chǎn)帶來了很大困難。比如對于熱軋來說，首先，軋制溫度就要受到限制。此外，熱軋后的卷曲也需要避開脆性溫度區(qū)。而一般不銹鋼的卷曲溫度很難避開σ相脆性溫度區(qū)。這些在生產(chǎn)鐵素體不銹鋼板卷的時候都必須引起高度重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼及其制造方法，具有優(yōu)良力學性能和耐蝕性能，如良好的室溫韌性、優(yōu)異的耐點腐蝕、縫隙腐蝕、以及焊接前后的耐腐蝕的性能。本發(fā)明的超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼的各元素重量百分比為19. O ^ Cr ^ 21. 5，1. O ≤ Mo ≤ 4. 0，C ≤ O. 0040，N ≤ O. 01，O. 20 ≤ Nb ≤ O. 40，
O.10 ≤ Ti ≤ O. 20，Mn ≤ O. 35，Si ≤ O. 05，余量為 Fe。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進進一步，所述超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼的Cr元素和Mo元素含量使得所述鐵素體不銹鋼的點蝕指數(shù)(Pitting Resistance Equivalent, P RE)值大于38. 826,即PRE=Cr (wt. %) +3. 3 X Mo (wt. %)≥ 23. 3本發(fā)明的超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼的制造方法，包含以下工藝步驟(I)依據(jù)下列元素重量百分比熔煉鋼水19.0≤Cr ≤ 21. 5，1. O≤Mo ≤4.0,C ≤ O. 0040，N ≤ O. 01,0. 20 ≤ Nb ≤O. 40,0. 10 ≤ Ti ≤ O. 20，Mn ≤ O. 35，Si ≤ O. 05，余量為 Fe,并保證Cr (wt. %) +3. 3 XMo (wt. %) ≥ 23. 3 ；(2)采用連續(xù)鑄造的方法制得鑄坯；(3)連鑄坯或者鋼坯經(jīng)過熱修磨后鍛造為規(guī)格尺寸的鋼錠，熱修磨溫度為200°C 400 0C ；(4)鋼錠經(jīng)過1080°C 1120°C保溫后進行熱軋，終軋溫度范圍控制在950°C 1000°C，熱軋帶空冷至600°C 700°C后進行卷曲；(5)熱軋帶進行退火處理，退火溫度為950°C 1000°C ；(6)去除掉退火態(tài)熱軋帶表面氧化皮后進行冷軋；(7)冷軋帶進行再結(jié)晶連續(xù)退火；
(8)酸洗平整；(9)焊接焊縫位置不必經(jīng)過退火處理。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進進一步，所述步驟(3)中連鑄坯或者鋼坯規(guī)格尺寸為40mmX40mmX 1000mm。進一步，所述步驟(4)中1080°C 1120°C保溫時間為30min 60min。進一步,所述步驟(5)中退火處理時間為5min IOmin。本發(fā)明的有￡fL效果是通過對各關(guān)鍵兀素如Cr、Mo、C、N、Nb和Ti等含量以及各加工工藝參數(shù)如連鑄坯熱修磨溫度、熱軋前預(yù)熱溫度、熱軋終軋溫度、連續(xù)退火溫度和熱軋帶卷曲溫度等的合理控制躲開了大量脆性析出物容易產(chǎn)生的敏感溫度區(qū)間，使所述超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼在降低生產(chǎn)成本的前提下，兼具良好的室溫韌性和優(yōu)異的耐點腐蝕、縫隙腐蝕以及焊接前后耐晶間腐蝕的性能。


圖1為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#試樣以及比對材料316和304奧氏體不銹鋼陽極極化曲線圖。圖2為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼1#、3#試樣及比對材料444鐵素體不銹鋼和316奧氏體不銹鋼的去鈍化酸度的測試結(jié)果圖。圖3為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼樣品在縫隙腐蝕試驗完成后的表面宏觀形貌圖。

圖4為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼樣品的比對材料316奧氏體不銹鋼在縫隙腐蝕試驗完成后的表面宏觀形貌圖。圖5為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼樣品的比對材料304奧氏體不銹鋼在縫隙腐蝕試驗完成后的表面宏觀形貌圖。圖6為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼1#、3#試樣及比對材料444鐵素體不銹鋼和316奧氏體不銹鋼鈍化態(tài)的臨界電流密度測試結(jié)果圖。圖7為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼熱軋板材W、2#和3#樣品退火態(tài)的沖擊性能隨測試溫度的變化曲線。圖8為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼1#樣品熱軋板材經(jīng)過900°C退火處理后晶粒尺寸金相照片。圖9為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼2#樣品熱軋板材經(jīng)過900°C退火處理后晶粒尺寸金相照片。圖10為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼1#樣品熱軋板材經(jīng)過1000°C
退火處理后晶粒尺寸金相照片。圖11為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼2#樣品熱軋板材經(jīng)過1000°C退火處理后晶粒尺寸金相照片。圖12為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#樣品熱軋板材室溫韌性和宏觀硬度隨固溶處理溫度的變化趨勢曲線。圖13為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#樣品經(jīng)過900°C固溶處理后的掃描電鏡照片。
圖14為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#樣品經(jīng)過1000°C固溶處理后的掃描電鏡照片。圖15為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#樣品經(jīng)過900°C固溶處理后殘余的金屬間析出物σ相的暗場像照片。圖16為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#樣品經(jīng)過900°C固溶處理后殘余的金屬間析出物σ相的選區(qū)電子衍射花樣。圖17為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#樣品經(jīng)過900°C固溶處理后殘余的金屬間析出物σ相的能譜分析圖譜。圖18為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#樣品經(jīng)過900°C固溶處理后殘余的金屬間析出物X相的暗場像照片。圖19為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#樣品經(jīng)過900°C固溶處理后殘余的金屬間析出物X相的選區(qū)電子衍射花樣。圖20為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼3#樣品經(jīng)過900°C固溶處理后殘余的金屬間析出物X相的能譜分析圖譜。圖21為本發(fā)明超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼1#和2#試樣焊接前后條件下的陽極極化曲線。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。表I超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼樣品化學成分
權(quán)利要求
1.一種超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼，其特征在于，各元素重量百分比為19. O ≤ Cr ≤ 21. 5，1. O ≤ Mo ≤ 4. O，C ≤ O. 0040，N≤ O. 01，O. 20 ^ Nb ^ O. 40，O. 10 ^ Ti ^ O. 20，Mn ( O. 35，Si ( O. 05，余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼，其特征在于，所述Cr元素和Mo元素含量需滿足公式PRE=Crwt. %+3. 3XMowt. %≥23. 3的要求，PRE為鐵素體不銹鋼的點蝕指數(shù)。
3.—種權(quán)利要求1所述的超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，工藝步驟為 Cl)依據(jù)下列元素重量百分比熔煉鋼水19.0 ≤ Cr ≤21.5,1.0 ≤ Mo ≤ 4.0,C ≤O. 0040，N ≤ O. 01,0. 20 ≤ Nb ≤O. 40,0. 10 ≤Ti ≤ O. 20，Mn ( O. 35，Si ( O. 05，余量為 Fe,并保證Crwt. %+3. 3XMowt. % ^ 23. 3 ； (2)采用連續(xù)鑄造或者模具鑄造的方法制得鑄坯； (3)連鑄坯經(jīng)過熱修磨后鍛造為規(guī)格尺寸的鋼錠，熱修磨溫度為200°C 400°C； (4)鋼錠經(jīng)過1080°C 1120°C保溫后進行熱軋，終軋溫度范圍控制在950°C 1000°C，熱軋帶冷卻至600°C 700°C后進行卷曲； (5)熱軋帶進行退火處理，退火溫度為950°C 1000°C； (6)去除掉退火態(tài)熱軋帶表面氧化皮后進行冷軋； (7)冷軋帶進行再結(jié)晶連續(xù)退火； (8)酸洗平整； (9)焊接焊縫位置不必經(jīng)過退火處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟(3)中連鑄坯或者鋼坯規(guī)格尺寸為 40mm X 40mm X 1000mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟(4)中1080°C 1120°C保溫時間為 30min 60min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟(5)中退火處理時間為5min IOmin0
全文摘要
一種超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼及其制造方法，屬于不銹鋼技術(shù)領(lǐng)域。該不銹鋼成分重量百分數(shù)為19.0≤Cr≤21.5，1.0≤Mo≤4.0， C≤0.0040，N≤0.01，0.20≤Nb≤0.40，0.10≤Ti≤0.20，Mn≤0.35，Si≤0.05，余量為Fe，并保證Cr(wt.%)+3.3·Mo(wt.%)≥23.3。其制造方法包括熔煉，連鑄或模鑄，熱修磨，熱軋并卷曲，連續(xù)退火處理，去除氧化皮，冷軋并退火處理，酸洗平整，焊接。優(yōu)點在于，該超低C、N含量的中Cr鐵素體不銹鋼具良好的室溫韌性和耐點蝕、縫隙腐蝕和可焊接性能。
文檔編號C22C38/28GK103060697SQ201210572879
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者屈華鵬, 郎宇平, 陳海濤, 榮凡, 康喜范, 楊長強, 秦海斌 申請人:鋼鐵研究總院