專利名稱：：一種含稀土抗高溫氧化鐵素體不銹鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種不銹鋼及其制備方法，特別涉及一種含稀土抗高溫氧化鐵素體不銹鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)我國(guó)不銹鋼生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，造成比較稀缺而昂貴的鎳資源更突出的供求矛盾。在中國(guó)，乃至世界鎳可丌采的礦產(chǎn)儲(chǔ)存少，故鎳是一種稀缺的戰(zhàn)略物資，它的應(yīng)用，特別是未來(lái)的應(yīng)用都會(huì)受到嚴(yán)格限制，為了節(jié)約昂貴的鎳資源，大力開(kāi)發(fā)和發(fā)展具有我國(guó)資源特色不含鎳的鐵素體不銹鋼是很有意義的。在鐵素體不銹鋼中，較為典型的牌號(hào)是SUS430鐵素體不銹鋼，可用于制作高溫環(huán)境條件下使用的耐熱器具、熱交換器、燃燒器等部件，但其耐高溫氧化性能則嫌不足，造成部件使用壽命短。目前提高鋼的耐高溫氧化性，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命的方法，通常采用提高鉻或添加貴重金屬，使用高鉻含鋁、鉬、鈦、鎳、鈮、釩等合金的耐熱不銹鋼。國(guó)際專利申請(qǐng)W003027343介紹了"鐵素體不銹鋼及用于制作抗高溫氧化部件"《FERRITICSTAINLESSSTEELANDUSETHEREOFINTHEMANUFACTUREFORHIGHTEMPERATURERESISTANTPRODUCTS》，鉻高達(dá)20%，含A10.5-1.50,同時(shí)要求％Ti+%Nb/1.94>9(%C+%N)。美國(guó)專利US53325443介紹了"含鋁的抗高溫氧化鐵素體不銹鋼"《High-aluminum-containingferriticstainlesssteelhavingimprovedhigh-temperatureoxidationresistance》，鉻最高達(dá)25wtyo，屬于高鉻級(jí)另ij鐵素體不銹鋼；同時(shí)含1.5-4.0wt%Mo,NbV和Ti分別要求0.05-1wtt%,含Al量要求高達(dá)3-6wt%。并且碳含量要求比較低，要求控制在小于0.03wt%。美國(guó)專利US5578265介紹了"用于(汽車等的)催化式排氣凈化器的鐵素體不銹鋼，，《Ferriticstainlesssteelalloyforuseascatalyticconvertermaterial》，要求含Al量要求高達(dá)4.5-6.0wt%，鉻含量19.0-21.Owt%，Ni幼.5wt%，Mg+Cak0.015wt%，Zr^.015wt%。以上三篇對(duì)比文獻(xiàn)，或是含有較高含量的鋁，或是含有高鉻和貴重金屬，成分中添加較高含量的Al，會(huì)使鋼水變得流動(dòng)性很差，中間包水口堵塞，工業(yè)上實(shí)現(xiàn)難度增加。而成分中加入高鉻和貴重金屬又使得制造成本大幅提高。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種耐高溫氧化性能優(yōu)于SUS430的鐵素體不銹鋼，用于制作耐熱器具、熱交換器、燃燒器等，可明顯延長(zhǎng)使用壽命，相對(duì)含鉬、鈦、鎳、鈮、釩等合金的耐熱不銹鋼而言性價(jià)比高，解決現(xiàn)有鐵素體不銹鋼或是耐高溫氧化性差、或是冶煉難度大成本高的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種含稀土抗高溫氧化鐵素體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為C0.03~0.05%,Si0.2~0.5%，Mn0.4~0.6%，S0.002-0.007%,P0.01-0.03%'Cr16~線N幼.03%,s0.015%,RE0.05~0.3%,余量為Fe。在上述化學(xué)成份中，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(CrA)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)明屬于中鉻級(jí)別鐵素體不銹鋼，鉻保持在16~18%。碳和氮，在鐵素體不銹鋼中是不受歡迎的，但又沒(méi)有辦法完全避免。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，鐵素體不銹鋼冶煉成本越高。根據(jù)目前我國(guó)不銹鋼企業(yè)冶煉裝備及成本的綜合考慮，所以控制(C+N)幼.06~0.08%。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S0.015%，以降低稀土氧化物，提高其合金化的作用。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)明稀土元素控制在0.05~0.30%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無(wú)鎳含稀土鐵素體不銹鋼。本發(fā)明無(wú)鎳含稀土鐵素體不銹鋼的制備方法包括如下工藝歩驟冶煉和鑄造、鑄錠或鑄坯開(kāi)坯、鋼材軋制和熱處理?，F(xiàn)分述如下(1)冶煉和鑄造、本發(fā)明的無(wú)鎳含稀土鐵素體不銹鋼可在真空感應(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)格控制加入稀土金屬前鋼液的全氧含量，要求全氧含量Sl50ppm，并在出鋼澆鑄前加入稀土金屬，即稀土金屬加入后立即澆鑄，嚴(yán)格控制稀土金屬加入后和澆鋼之間的時(shí)間為^25秒，即稀土金屬加入鋼液中的加入和攪拌時(shí)間，要求控制在S25秒。澆鑄溫度控制在1550±15°C。本發(fā)明適用于大生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐-爐外精煉-連鑄、電爐-爐外精煉-連鑄工藝。本發(fā)明高溫?zé)崴苄耘cSUS430基本相同，若采用連鑄時(shí)，其連鑄丁藝可采用現(xiàn)有的SUS430鐵素體不銹鋼的連鑄工藝。(2)鑄錠或鑄坯開(kāi)坯鑄錠或鑄坯可釆用鍛造開(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大于等于IIO(TC，終鍛溫度不低于90(TC，水冷。(3)鋼材軋制鑄錠或鑄坯開(kāi)坯后根據(jù)用戶要求的鋼材規(guī)格，進(jìn)行鋼材軋制，鋼材坯料的加熱溫度1150士10。C，開(kāi)軋溫度控制在1100115(rC，終軋溫度控制在《800。C，空冷。熱軋后，進(jìn)行熱處理850土4(TC裝料，保溫3060分鐘，空冷。冷軋后連續(xù)退火制度爐溫850土40。C;保溫13分鐘，空冷。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明無(wú)鎳、中鉻級(jí)別含稀土鐵素體不銹鋼綜合性能良好，工藝可行，綜合性能與SUS430相當(dāng)，沖擊韌性、延伸率優(yōu)于SUS430，抗高溫氧化性能有了明顯的提高，最高達(dá)15倍。國(guó)外類似鐵素體鋼的專利中添加了很高的Al，這會(huì)使鋼水變得流動(dòng)性很差，中間包水口堵塞，工業(yè)上實(shí)現(xiàn)難度增加，與其相比本發(fā)明稀土在結(jié)晶器里喂入，可以避免水口堵塞，工藝實(shí)現(xiàn)難度大大減小。由于我國(guó)具有豐富的稀土資源，本發(fā)明的制造成本也大大低于國(guó)外類似鐵素體鋼?？捎糜谥谱髂蜔崞骶?、燃燒器等抗高溫氧化性能部件，也可開(kāi)發(fā)應(yīng)用于汽車排氣的凈化器，排氣歧管，各種燃燒機(jī)器的間歇式加熱的耐熱部件等。本發(fā)明主要化學(xué)成分、力學(xué)性能及抗高溫氧化性能與對(duì)比例SUS430、US5578265的比較見(jiàn)表l表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>/2.0圖1為本發(fā)明實(shí)施例l一3與對(duì)比例SUS430抗高溫氧化性能對(duì)比圖圖2為本發(fā)明實(shí)施例4—6與對(duì)比例US5578265抗高溫氧化性能對(duì)比圖具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案所述的無(wú)鎳型含稀土鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分，在真空感應(yīng)爐上冶煉了本發(fā)明實(shí)施例l一6的6爐鋼，6爐鋼的化學(xué)成分(wtX)分別如表2，3所示。冶煉后，澆鑄成鑄錠，接著按其制備方法的工藝步驟，進(jìn)行了鑄錠開(kāi)坯和鋼材軋制和熱處理。有關(guān)冶煉、鑄錠和鋼材軋制的有關(guān)工藝參數(shù)如表4所示。隨后，對(duì)產(chǎn)品鋼材取樣，分別進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，所得結(jié)果分別列入表5。由表5看出，強(qiáng)度與SUS430相當(dāng)，延伸率、沖擊韌性優(yōu)于SUS430。表6、7和圖1，2的數(shù)據(jù)分別為不同氧含量下，表明加入微量稀土后本發(fā)明無(wú)鎳型含稀土鐵素體不銹鋼的抗高溫氧化性能的明顯提高。在117(TC溫度條件下，稀土可以分別使不同級(jí)別氧含量的鐵素體不銹鋼的抗高溫氧化性能成倍的提高，一般可提高在56倍，最高可達(dá)15倍。表2實(shí)施例l一3鋼種的化學(xué)成份Ut%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2所列本發(fā)明1-3批號(hào)的鋼的總氧含量在100-157PPm.表3實(shí)施例4一6鋼種的化學(xué)成份(wt%)\<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3所列本發(fā)明4-6批號(hào)的鋼的總氧含量在55-75PPm.表4實(shí)施例制備過(guò)程的有關(guān)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表5實(shí)施例力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表6實(shí)施例抗高溫氧化性能試驗(yàn)結(jié)果<table>complextableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種含稀土抗高溫氧化鐵索體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為C0.03～0.05％，Si0.2～0.5％，Mn0.4～0.6％，S0.002～0.007％，P0.01～0.03％，Cr16～18％，N≤0.03％，[OT]≤0.015％，RE0.05～0.3％，余量為Fe。2、權(quán)利要求1所述的一種含稀土抗高溫氧化鐵素體不銹鋼的制備方法，按權(quán)l(xiāng)配比冶煉和鑄造、鑄錠或鑄坯開(kāi)坯、鋼材軋制和熱處理，其特征是，a、在冶煉和鑄造歩驟中澆鑄溫度控制在1550±15'C;b、在鑄錠或鑄坯開(kāi)坯步驟中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大于等于110(TC，終鍛溫度不低于900。C,水冷；c、在鋼材軋制步驟中，鋼材坯料的加熱溫度1150±10°C，開(kāi)軋溫度控制在11001150°C，終軋溫度控制在^80(TC,空冷；d、在熱處理步驟中熱軋后，進(jìn)行熱處理850土4(TC裝料，保溫3060分鐘，空冷，冷軋后連續(xù)退火制度爐溫850土40'C;保溫13分鐘，空冷。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含稀土抗高溫氧化鐵素體不銹鋼的制備方法，其特征是，在所述的冶煉和鑄造步驟中，加入稀土金屬前鋼液的全氧含量Sl50ppm，稀土金屬加入后立即澆鑄，稀土金屬加入后和僥鋼之間的時(shí)間為《25秒。全文摘要本發(fā)明涉及一種不銹鋼及其制備方法，特別涉及一種含稀土抗高溫氧化鐵素體不銹鋼及其制備方法。解決現(xiàn)有鐵素體不銹鋼或是耐高溫氧化性差、或是冶煉難度大成本高的技術(shù)問(wèn)題。一種含稀土抗高溫氧化鐵素體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為C0.03～0.05％，Si0.2～0.5％，Mn0.4～0.6％，S0.002～0.007％，P0.01～0.03％，Cr16～18％，N≤0.03％，[O_T]≤0.015％，RE0.05～0.3％，余量為Fe?？捎糜谥谱髂蜔崞骶?、燃燒器等抗高溫氧化性能部件，也可開(kāi)發(fā)應(yīng)用于汽車排氣的凈化器，排氣歧管，各種燃燒機(jī)器的間歇式加熱的耐熱部件等。文檔編號(hào)C21D11/00GK101096741SQ20061002824公開(kāi)日2008年1月2日申請(qǐng)日期2006年6月28日優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日發(fā)明者瀏劉,葉曉寧,軍徐,飚徐,戚國(guó)平,朱京希,王龍妹申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司;鋼鐵研究總院