一種馬氏體不銹鋼盤條及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種馬氏體不鎊鋼盤條及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 馬氏體不鎊鋼是一類可W通過熱處理（渾火、回火）對(duì)其性能進(jìn)行調(diào)整的不鎊 鋼。送類鋼必須具備兩個(gè)基本條件；一是在平衡相圖中必須有奧氏體相區(qū)存在，在該區(qū)域溫 度范圍內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間加熱，使碳化物固溶到鋼中之后，進(jìn)行渾火形成馬氏體，也就是化學(xué)成 分必須控制在Y或Υ + α相區(qū)，二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的純化膜，館含量必須在 10. 5% W上。按合金元素的差別，可分為馬氏體館不鎊鋼和馬氏體館媒不鎊鋼。
[0003] 盤條也叫線材，通常指成盤的小直徑圓鋼。盤條的直徑在5. 5~30毫米范圍內(nèi) (GB/T 4356-2002)。不鎊鋼盤條用于制造不鎊鋼絲、不鎊鋼彈黃鋼絲、不鎊頂鍛鋼絲和不鎊 鋼絲繩用鋼絲。按鋼的組織分類，不鎊鋼盤條的材料主要有；奧氏體不鎊鋼、鐵素體不鎊鋼、 馬氏體不鎊鋼、雙相不鎊鋼和沉淀硬化不鎊鋼。低成本耐腐蝕的馬氏體不鎊鋼盤條是目前 用途較為廣泛的不鎊鋼盤條。
[0004] 目前，馬氏體不鎊鋼盤條主要分為兩類；1)館不鎊鋼盤條（不含媒）；典型鋼種為 12Crl2、06Crl3、12Crl3、￥12化13、20化13、30化13、40化13、68化17、85化17、95化18，該類材 料制造成本較低（不含Ni)，渾回火后強(qiáng)度為490~735MPa，斷面收縮率為8~25% (GB/T 1220);但是，隨著強(qiáng)度的增加，送類不鎊鋼盤條的塑性明顯降低（如GB/T 1220中30化13 的強(qiáng)度為> 735MPa，但斷面收縮率只有> 12%)，送就造成高強(qiáng)度（中高碳）的馬氏體盤條 在生產(chǎn)過程中由于塑性低而極易開裂，降低了送類不鎊鋼盤條的成材率，因此需要對(duì)其進(jìn) 行軟化退火或球化退火，增加了能耗，也增加了該類盤條的制造成本；2)館媒不鎊鋼盤條 (含媒）；典型鋼種為2Crl7Ni3、X3CrNiMol3-4、X4CrNiMol6-5-l，渾回火后的強(qiáng)度較高，為 760~llOOMPa，能滿足不鎊鋼零部件產(chǎn)品的強(qiáng)度要求，同時(shí)塑性也較好（2化17M3的斷面 收縮率為17~25%;X3CrNiMol3-4的斷面收縮率為15~20%;X4CrNiMol6-5-l的斷面收 縮率為20~25% )，生產(chǎn)過程中也不易出現(xiàn)開裂。但是，鋼中Ni含量高達(dá)3. 0~6. 0%，因 為Ni是貴金屬元素，送就極大的增加了鋼材的成本，抑制了該類材料的普及應(yīng)用。
[0005] 對(duì)于馬氏體不鎊鋼盤條，目前的退火工藝主要為；1)完全退火；緩慢加熱到 Ac3 (亞共析鋼）或Acl (共析鋼或過共析鋼）W上30~5(TC ( -般為750~86(TC )，保 持適當(dāng)時(shí)間（一般為4~8小時(shí)），然后緩慢冷卻下來。通過加熱過程中發(fā)生的珠光體（或 者還有先共析的鐵素體或滲碳體）轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（一次相變重結(jié)晶）W及冷卻過程中發(fā)生 的與此相反的二次相變重結(jié)晶，形成晶粒較細(xì)、片層較厚、組織均勻的珠光體（或者還有先 共析鐵素體或滲碳體），主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛社件、焊件，W消除組織缺陷（如魏氏 組織、帶狀組織等），使組織變細(xì)和變均勻，W提高鋼件的塑性和初性；2)不完全退火；緩慢 加熱到Acl與Ac3之間（亞共析鋼）或Acl與Acm之間（過共析鋼），一般為Acl+(40~ 6〇rC化80~78(TC)，保溫一段時(shí)間（根據(jù)規(guī)格不同一般為6~12小時(shí)）后緩慢冷卻，使 鋼發(fā)生部分的重結(jié)晶者，稱為不完全退火，主要適用于中、高碳鋼和低合金鋼，其目的是細(xì) 化組織和降低硬度。
[0006] 因此，設(shè)計(jì)一種經(jīng)濟(jì)型（低成本）的中高碳（[C] >0.30%)的馬氏體不鎊鋼盤 條，滿足標(biāo)準(zhǔn)件及軸類件的強(qiáng)度要求且不易開裂，同時(shí)可W降低能耗，是鋼鐵制造商的技術(shù) 追求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種馬氏體不鎊鋼盤條及其制造方法，通過優(yōu)化和嚴(yán)格控 制鋼的化學(xué)成分，同時(shí)采用特有的在線退火熱處理工藝，最終制造表面優(yōu)良、性能穩(wěn)定、組 織均勻的馬氏體不鎊鋼盤條，W提高鋼的綜合使用性能；在不增加冶煉和社制成本的基礎(chǔ) 上解決現(xiàn)有中高碳馬氏體不鎊鋼退火時(shí)易發(fā)生表面應(yīng)力開裂的問題。
[0008] 本發(fā)明通過合金成分的優(yōu)化配比，特別是減少貴金屬元素的添加 W及合理的熱處 理工藝，W達(dá)到成本和材料性能的最優(yōu)化。本發(fā)明生產(chǎn)的馬氏體不鎊鋼盤條，制造成本低、 表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，綜合使用性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，符合用戶使用要求；同時(shí)，能降低現(xiàn)有馬氏體 不鎊鋼盤條的退火能耗，減少二氧化碳排放，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)降低制造成本。本發(fā)明對(duì)于 中高碳馬氏體盤條（尤其是3化13、4化13、60化13MO等）上尤為有效，大大提高了成材率， 降低了表面缺陷發(fā)生率和制造成本。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明主要采用如下技術(shù)方案：
[0010] 一種馬氏體不鎊鋼盤條，其化學(xué)成分重量百分比為：碳0.30~0.65%，娃0.20~ 0. 50%，儘《0. 60%，媒《0. 30%，館 11. 50 ~17. 00%，鋼 0. 20 ~0. 50%，銅《0. 25%，硫 《0. 030%，磯《0. 040%，氮0. 02~0. 20%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 進(jìn)一步，本發(fā)明的馬氏體不鎊鋼盤條的抗拉強(qiáng)度> eOOMPa，屈服強(qiáng)度> SOOMpa， 伸長(zhǎng)率> 25%，斷面收縮率> 50%，成材率> 85%。
[0012] 在本發(fā)明成分設(shè)計(jì)中：
[0013] 碳：碳是穩(wěn)定奧氏體的元素，同時(shí)碳在不鎊鋼中與化、Mn、Mo等合金元素形成碳化 物固溶于鐵素體中強(qiáng)化基體，使鋼的強(qiáng)度和硬度大幅度提高，但，碳過高則對(duì)初性及晶間腐 蝕不利。因此，碳控制為0. 30~0. 65%，可W在獲得高強(qiáng)度的同時(shí)確保良好的初性及耐腐 蝕性。
[0014] 儘：儘是奧氏體穩(wěn)定化元素，但儘的作用不在于形成奧氏體，而是在于它降低鋼的 臨界渾火速度，在冷卻時(shí)增加奧氏體的穩(wěn)定性，抑制奧氏體的分解。因此，儘可W增加鋼的 渾透性，有利于在生產(chǎn)中采用直接空冷渾火就可得到馬氏體組織。同時(shí)，儘還起到脫氧劑和 脫硫劑的作用，可凈化鋼液，但過高會(huì)促使晶粒粗大，此外，在提高鋼的耐腐蝕性能方面，儘 的作用不大。因此，控制儘《0. 60%。
[0015] 娃；娃是鐵素體形成元素，對(duì)形成奧氏體有不良的影響，但娃固溶于鐵素體和奧氏 體中，有明顯的強(qiáng)化作用。娃降低碳在奧氏體中的溶解度，促使碳化物析出，提高強(qiáng)度和硬 度。同時(shí)，娃和氧的親和力僅次于鉛和鐵，而強(qiáng)于儘、館、饑，是良好的還原劑和脫氧劑，可提 高鋼的致密度，但娃過高將顯著降低鋼的塑性和初度。因此，娃控制為0. 20~0. 50 %，可W 保證良好的強(qiáng)初性及耐晶間腐蝕性能。
[0016] 館；館是碳化物形成元素，促進(jìn)了鋼的純化并使鋼保持穩(wěn)定純態(tài)的結(jié)果。不鎊鋼 的耐腐蝕性主要是由于鋼的表面富館氧化膜的形成。同時(shí)，館又是形成并穩(wěn)定鐵素體的元 素，溶于奧氏體中強(qiáng)化基體且不降低初度，縮小奧氏體區(qū)，推遲過冷奧氏體轉(zhuǎn)變，對(duì)抗晶間 腐蝕和抗氧化能力是有益的。此外，館能細(xì)化晶粒，提高調(diào)質(zhì)鋼的回火穩(wěn)定性。因此，本發(fā) 明鋼中館含量為11. 50~17. 00%。
[0017] 媒；是形成并穩(wěn)定奧氏體的元素，改善高館鋼的組織，使不鎊鋼的耐腐蝕性能及工 藝性能獲得改善，使鋼具有良好的強(qiáng)度和塑性、初性的配合。但媒是影響不鎊鋼成本的主要 合金元素。因此，控制媒含量為《0. 30%。
[0018] 氮；是館不鎊鋼中的重要元素，是一種提高不鎊鋼強(qiáng)度、耐腐蝕性和奧氏體穩(wěn)定性 的有效元素。因?yàn)榈獪p少奧氏體中密排不全位錯(cuò)，限制含間隙雜質(zhì)原子團(tuán)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，故可 作為固溶強(qiáng)化元素提高奧氏體不鎊鋼的強(qiáng)度，此外，氮是奧氏體化形成元素，可減緩面必結(jié) 構(gòu)向體必和密排六方結(jié)構(gòu)馬氏體的轉(zhuǎn)變。因此，氮除可代替部分媒W節(jié)約貴重的媒元素外， 還可提高鋼的強(qiáng)度和耐腐蝕性能。因此，從強(qiáng)塑性和冷熱加工性能、疲勞性能及耐高溫腐蝕 性能考慮，本發(fā)明鋼加入0. 02~0. 20%的氮是最合適的含量。
[0019] 同時(shí)，硫、磯在技術(shù)條件允許情況下應(yīng)盡可能降低其含量，W減少原奧氏體晶界處 的偏聚，提高初性。殘余元素和氣體含量控制在相當(dāng)?shù)秃克剑逛摼哂邢喈?dāng)高的純凈 度，溶于奧氏體中的碳元素與各元素之間達(dá)到理想的最佳配比含量，從而使材料具有良好 的強(qiáng)度、初性、耐腐蝕性等綜合性能。
[0020] 本發(fā)明的一種馬氏體不鎊鋼盤條的制造方法，包括如下步驟：
[00引]1)冶煉、鑄造
[0022] 馬氏體不鎊鋼，其化學(xué)成分重量百分比為：碳0. 30~0. 65%，娃0. 20~0. 50%， 儘《0. 60 %，媒《0. 30 %，館 11. 50 ~17. 00 %，鋼 0. 20 ~0. 50 %，銅《0. 25 %，硫 《0. 030%，磯《0.040%，氮0.02~0.20%，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)；按上述化學(xué)成 分經(jīng)冶煉、鑄造成連鑄昆或模鑄昆；模鑄昆熱裝退火；
[0023] 2)連鑄昆熱裝加熱，或模鑄昆初社開昆+加熱；
[0024] 如線材社制
[0025] 開社溫度1070~114(TC，終社溫度850~98(TC，感應(yīng)加熱器溫度1050±5(TC，社 制速度控制在70~75m/s，線材吐絲溫度830~90(TC ;
[002引 4)在線熱裝退火
[0027] 經(jīng)過社制的盤條，經(jīng)過在線熱集卷筒收集，熱裝進(jìn)爐進(jìn)行在線退火，在線退火工藝 為；加熱段，從50(TC在30~45min內(nèi)加熱至780~86(TC ;均熱段，在780~86(TC均熱 45 ~60min ;
[0028] 5)退火后空冷、進(jìn)行鹽浴+酸洗處理，經(jīng)表面檢驗(yàn)和成品檢驗(yàn)后打包入庫；所得馬 氏體不鎊鋼盤條的的抗拉強(qiáng)度> eOOMPa，屈服強(qiáng)度> SOOMpa，伸長(zhǎng)率> 25%，斷面收縮率 > 50%，成材率> 85%。
[0029] 進(jìn)一步，步驟1)中模鑄昆熱裝退火工藝為；> 30(TC進(jìn)爐，10(TC A的速率加 熱至860 + 10