專利名稱：：奧氏體不銹鋼中厚板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及不銹鋼生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是涉及具有優(yōu)良強(qiáng)度的奧氏體不銹鋼中厚板及其制造方法。
背景技術(shù)：
：18-8系列奧氏體不銹鋼(304、304L、316L等)由于在高溫和低溫下都具有良好的塑韌性、冷熱加工性能和良好的耐腐蝕性能而被廣泛用于石油、化工、壓力容器、宇航和能源等領(lǐng)域。隨著能源的緊張和市場的競爭加劇，越來越多的行業(yè)要求設(shè)備的輕型化和大型化，這就對不銹鋼的強(qiáng)度提出了更多的要求。而在此類應(yīng)用領(lǐng)域的需求主要為奧氏體不銹鋼中厚板。不顯著改變奧氏體不銹鋼塑性和耐蝕性而提高強(qiáng)度的途徑主要有對鋼種進(jìn)行氮合金化和細(xì)化組織。通過加氮可以在一定程度上解決強(qiáng)度問題，但由于氮在18-8系列奧氏體不銹鋼固溶度的限制，其強(qiáng)度提高有限。在此基礎(chǔ)上如何繼續(xù)提高該類鋼種的強(qiáng)度，而不明顯影響塑性和耐蝕性的途徑只有通過細(xì)化奧氏體晶粒。但奧氏體不銹鋼由于不存在相變，所以不能通過熱處理工藝來改變該鋼種的微觀組織(如細(xì)化晶粒)從而達(dá)到提高強(qiáng)度的目的。專利CA1587422A公開的工藝為在室溫下通過等徑角擠壓工藝將奧氏體不銹鋼變形后，并經(jīng)過800IOO(TC退火熱處理，得到了超細(xì)晶粒鋼材，明顯地提高了奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度，但由于采用的是冷加工工藝，雖然可以細(xì)化奧氏體不銹鋼的晶粒，提高其強(qiáng)度，但增加了奧氏體不銹鋼的制造成本，限制了產(chǎn)品的規(guī)格尺寸，不適合大規(guī)模生產(chǎn)，很難生產(chǎn)出強(qiáng)度較高的奧氏體不銹鋼中厚板。由于18-8系列奧氏體不銹鋼的再結(jié)晶溫度一般在95(TC以上，目前通用的奧氏體不銹鋼中厚板熱軋生產(chǎn)工藝為在125098(TC范圍內(nèi)進(jìn)行熱軋，軋后水冷至室溫，然后進(jìn)行退火酸洗，其退火溫度為10501150°C。此溫度的選擇主要是考慮滿足晶間腐蝕性能的要求，而對材料的力學(xué)性能沒有過多關(guān)注。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種通過細(xì)化晶粒來獲得優(yōu)良強(qiáng)度、并具有良好塑韌性和耐腐蝕性能的奧氏體不銹鋼中厚板。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的—種奧氏體不銹鋼中厚板，其組成質(zhì)量百分比為C《0.04%，Si0.30.9%，Mn12%，S《0.010%，P《0.04%，Cr1622%，Ni814%，Mo《4%，N0.040.30%，B0.00100.0030%，添加稀土元素Ce、Dy、Y、Nd中的一種多種，其含量小于0.30%，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)，高溫鐵素體S含量為110%。其中，所述的高溫鐵素體S含量采用下式計(jì)算Cont(S)=3*(Cr+Mo)+4.5*Si_2.8*Ni-l.4*Mn-84*(C+N)_19.8。本發(fā)明還有一個目的是提供一種制造奧氏體不銹鋼中厚板的方法，該方法包括如下步驟熔煉后澆鑄得到的連鑄坯，經(jīng)過加熱保溫后，在再結(jié)晶區(qū)1250105(TC進(jìn)行410道次軋制，第一道次壓下量不低于30%，其余壓下量為1530%。其中優(yōu)選在12401290。C，更優(yōu)選在1270。C加熱保溫。優(yōu)選第一道次壓下量為3035%。以2040°C/s水冷至未再結(jié)晶區(qū)700950°C，在此溫度區(qū)間軋制35道次，累計(jì)道次壓下量大于40%，水冷至室溫；優(yōu)選累計(jì)道次壓下量為4050%。在900105(TC進(jìn)行低溫退火熱處理；酸洗后得到強(qiáng)度優(yōu)良的奧氏體不銹鋼中厚板。本發(fā)明通過合理確定鎳當(dāng)量形成元素Ni、Mn、N、C和鉻當(dāng)量形成元素Cr、Mo、Si的含量，以保證其奧氏體組織中的鐵素體含量為110%;通過添加一種或復(fù)合添加微量的晶粒細(xì)化元素稀土和晶界強(qiáng)化元素B，然后采用兩階段軋制工藝和特定的熱處理工藝，即首先在再結(jié)晶區(qū)1250105(TC進(jìn)行軋制，水冷到未再結(jié)晶區(qū)70095(TC后再進(jìn)行第二階段軋制，最后水冷至室溫。經(jīng)900105(TC低溫退火熱處理，酸洗后獲得了優(yōu)良強(qiáng)度的奧氏體不銹鋼中厚板。由于奧氏體中存在過多的鐵素體含量會降低其熱加工塑性和耐點(diǎn)蝕性能，而少量的鐵素體含量有利于提高其力學(xué)性能和焊接性能，因此通過控制鎳當(dāng)量和鉻當(dāng)量形成元素，將奧氏體不銹鋼中的鐵素體含量限定在110%。在本發(fā)明中由于采用未再結(jié)晶區(qū)間軋制和大變形量軋制，因此對材料的熱加工塑性提出了很高的要求。而硼可以偏聚在奧氏體不銹鋼的晶界而達(dá)到強(qiáng)化晶界的目的，從而改善材料的熱加工塑性，因此該合金中添加了微量硼元素。此外稀土元素添加到鋼液中，可以增加鋼液凝固過程中的形核質(zhì)點(diǎn)，從而達(dá)到細(xì)化連鑄坯原始鑄態(tài)組織的目的，原始鑄態(tài)組織晶粒的細(xì)化有利于最終產(chǎn)品晶粒的細(xì)化。對于奧氏體不銹鋼的熱加工過程中，在再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行大壓下量變形，有利于破壞粗大的柱狀晶，從而得到細(xì)化的等軸晶；在奧氏體未結(jié)晶區(qū)域進(jìn)行變形，再結(jié)晶區(qū)軋制形成的等軸晶粒能被拉長并碎化成細(xì)小晶粒，且坯料內(nèi)部組織中的位錯密度顯著提高，這些細(xì)小的晶粒和位錯源為再結(jié)晶熱處理提供了大量的形核位置。因此經(jīng)過較低溫度的退火熱處理后，會發(fā)生完全再結(jié)晶，晶粒尺寸顯著細(xì)化，從而得到細(xì)晶粒、優(yōu)良強(qiáng)度的奧氏體不銹鋼中厚板。具體地，本發(fā)明通過成分控制以保證其奧氏體組織中的鐵素體含量為110%，通過添加一種或復(fù)合添加微量的晶粒細(xì)化元素稀土，通過添加晶界強(qiáng)化元素B以提高其熱塑性。然后采用特定的熱軋和熱處理工藝在再結(jié)晶區(qū)1250105(TC進(jìn)行410道次軋制，其中第一道次壓下量不低于30%，其余壓下量為1530%。此溫度區(qū)間的選擇主要是由于軋制溫度越高，越有利于獲得動態(tài)再結(jié)晶組織。在第一階段軋制變形量的選擇中，第一道次采用大于30%的壓下量，主要是為了使熱變形能夠滲透入材料內(nèi)部，從而沿材料厚度形成均勻的組織，此外大變形量有利于材料的動態(tài)再結(jié)晶。其他道次變形量若過大，會增加熱加工過程中的變形抗力，且難以保證板形，若變形量過小，難以碎化粗大的原始態(tài)組織，因此將道次變形量限定為1530%。以2040°C/s水冷至未再結(jié)晶區(qū)700950°C，并在此溫度區(qū)間軋制35道次，累計(jì)道次壓下量大于40%。此階段軋制為低溫軋制，主要是為了使第一階段形成的等軸晶被拉長且碎化為更小的晶粒，最后水冷至室溫第二階段軋制變形量的選擇中，要求其累計(jì)變形量大于40%，這主要是為了使變形滲透到材料內(nèi)部，從而獲得均勻的熱軋態(tài)組織，防止表層晶粒不同于厚板中心部位組織。然后在900105(TC進(jìn)行退火熱處理，從而得到優(yōu)良強(qiáng)度的奧氏體不銹鋼中厚板。如果退火溫度高于105(TC，將會導(dǎo)致材料晶粒長大，從而明顯降低本材料的強(qiáng)度，而達(dá)不到提高材料強(qiáng)度的目的。該退火溫度低于傳統(tǒng)退火溫度，主要是因?yàn)榻?jīng)過第二階段軋制，材料中存在大量的小晶粒和位錯組織，有利于材料的靜態(tài)再結(jié)晶，從而形成細(xì)小的晶粒。本發(fā)明所獲得的晶粒細(xì)化的奧氏體不銹鋼中厚板，既具有良好的強(qiáng)度，還具有良好的塑韌性和耐蝕性。相比于常規(guī)產(chǎn)品304，304L、316L、316LN中厚板等，本發(fā)明所制備的奧氏體不銹鋼中厚板，最終產(chǎn)品屈服強(qiáng)度和抗力強(qiáng)度都得到明顯提高，塑性仍維持在較高水平，且材料具有良好的耐點(diǎn)蝕性能。圖1為實(shí)施例中奧氏體不銹鋼中厚板熱軋態(tài)金相組織，其奧氏體晶粒明顯被拉長且碎化成小晶粒。圖2為常規(guī)奧氏體不銹鋼金相組織，其晶粒比較粗大，其晶粒尺寸為3050iim。圖3為實(shí)施例中奧氏體不銹鋼中厚板退火處理后金相組織，其晶粒度明顯比較細(xì)小，其晶粒尺寸為1015iim。具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例較詳細(xì)的解釋本發(fā)明的特點(diǎn)。實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明所述的奧氏體不銹鋼成分，采用電爐+AOD熔煉，澆注成連鑄坯，在127(TC加熱保溫后，進(jìn)行軋制，工藝參數(shù)主要為開軋溫度124(TC，終軋溫度為112(TC，軋制5道次，道次變形量分別為31%、19%、22%、20%、16%，然后以22°C/s水冷至91(TC，再進(jìn)行4道次軋制，道次變形量分別為22%、15%、10%、5%，終軋溫度為770°C，水冷至室溫，最終板材厚度為33mm，在100(TC進(jìn)行退火酸洗。為了對比，對目前通用的304和316LN也進(jìn)行了冶煉，成分見表l，并采用常規(guī)工藝進(jìn)行了熱軋和退火，其熱軋溫度區(qū)間為1250102(TC，退火溫度為1080°C。從表2可以看出，本實(shí)施例l制造的奧氏體不銹鋼中厚板屈服強(qiáng)度比常規(guī)鋼種316LN中厚板屈服強(qiáng)度提高115MPa，抗拉強(qiáng)度提高105MPa，且具有良好的塑韌性和耐腐蝕性能。實(shí)施例2實(shí)施鋼種成分與實(shí)施例1相同，采用電爐+八00熔煉，澆注成連鑄坯，在127(TC加熱保溫后，進(jìn)行軋制，軋制工藝參數(shù)主要為開軋溫度1235°C，終軋溫度為1080°C，軋制6道次，道次變形量分別為35%、20%、26%、20%、16%、15%，然后以25°C/s水冷至870。C，再進(jìn)行3道次軋制，道次變形量分別為25%、11%、6%，終軋溫度為75(TC，水冷至室溫，板材厚度為27.6mm。最后板材在98(TC進(jìn)行退火酸洗。本實(shí)施例2制造的奧氏體不銹鋼中厚板屈服強(qiáng)度比常規(guī)鋼種316LN中厚板屈服強(qiáng)度提高120MPa，抗拉強(qiáng)度提高120MPa，且具有良好的塑韌性和耐腐蝕性能。實(shí)施例3實(shí)施鋼種成分與實(shí)施例1相同，采用電爐+八00熔煉，澆注成連鑄坯，在127(TC加熱保溫后，進(jìn)行軋制，其工藝參數(shù)為開軋溫度1235t:，終軋溫度為108(TC，軋制7道次，道次變形量分別為33%、25%、26%、23%、20%、15%，然后以28°C/s水冷至850°C，再進(jìn)行4道次軋制，道次變形量分別為25%、11%、9%、5%，最終板材厚度為22mm，終軋溫度為780°C。最后板材在90(TC進(jìn)行退火酸洗。本實(shí)施例3制造的奧氏體不銹鋼中厚板屈服強(qiáng)度比常規(guī)鋼種316LN中厚板屈服強(qiáng)度提高140MPa，抗拉強(qiáng)度提高135MPa，且具有良好的塑韌性和耐腐蝕性能。實(shí)施例4根據(jù)本發(fā)明所述的奧氏體不銹鋼成分，采用電爐+AOD熔煉，澆注成連鑄坯，在1250。C加熱保溫后，進(jìn)行軋制，工藝參數(shù)主要為開軋溫度1215。C，終軋溫度為105(TC，軋制6道次，道次變形量分別為35%、20%、25%、20%、23%、15%，然后以20°C/s水冷至750°C，再進(jìn)行4道次軋制，道次變形量分別為20%、14%、9%、5%，最終板材厚度為20mm，終軋溫度為66(TC。最后板材在95(TC進(jìn)行退火酸洗。與成分相近的常規(guī)304奧氏體不銹鋼中厚板對比，本實(shí)施例4所制造的奧氏體不銹鋼中厚板屈服強(qiáng)度提高145MPa，抗力強(qiáng)度提高200MPa，且具有良好的塑韌性和耐腐蝕性能。實(shí)施例5根據(jù)本發(fā)明所述的奧氏體不銹鋼成分，采用電爐+AOD熔煉，澆注成連鑄坯，在126(TC加熱保溫后，進(jìn)行軋制，工藝參數(shù)主要為開軋溫度1225t:，終軋溫度為105(TC，軋制5道次，道次變形量分別為33%、15%、20%、16%、15%，然后以20°C/s水冷至790°C，再進(jìn)行3道次軋制，道次變形量分別為20%、14%、9%，最終板材厚度為40mm，終軋溫度為730°C。最后板材在93(TC進(jìn)行退火酸洗。與成分相近的常規(guī)316L奧氏體不銹鋼中厚板對比，本實(shí)施例5所制造的奧氏體不銹鋼中厚板屈服強(qiáng)度提高120MPa，抗力強(qiáng)度提高llOMPa，且具有良好的塑韌性和耐腐蝕性能。表1和表2分別給出了實(shí)施例和對比例中奧氏體不銹鋼中厚板的化學(xué)成分和6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>力學(xué)性能、耐點(diǎn)蝕性能，其中耐點(diǎn)蝕性能按照不銹鋼點(diǎn)蝕電位測量方法(國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17899-1999)進(jìn)行點(diǎn)蝕電位測試，測試溫度為20。C，其溶液為3.5%NaCl。[OO59]表2室溫力學(xué)性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>圖1為本發(fā)明實(shí)施例奧氏體不銹鋼中厚板熱軋態(tài)金相組織。本發(fā)明中第二階段軋制為低溫軋制，使第一階段形成的等軸晶被拉長且碎化為更小的晶粒。從圖中可以看出其奧氏體晶粒明顯被拉長且碎化成小晶粒。圖2為常規(guī)奧氏體不銹鋼金相組織，其晶粒比較粗大，其晶粒尺寸為3050iim。圖3為本發(fā)明實(shí)施例奧氏體不銹鋼中厚板退火處理后的金相組織。本發(fā)明的奧氏體不銹鋼中厚板因?yàn)榻?jīng)過第二階段軋制，由于是在未結(jié)晶區(qū)間內(nèi)軋制，材料的變形會導(dǎo)致存在大量的小晶粒和位錯組織，有利于材料的靜態(tài)再結(jié)晶，因此，在經(jīng)過低于傳統(tǒng)退火溫度的退火，形成細(xì)小的晶粒。其晶粒度明顯比較細(xì)小，其晶粒尺寸為1015iim。以上通過一些實(shí)施例對本發(fā)明的特點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但不僅僅限于這些實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的條件下，還可以有更多其他等效實(shí)施例。權(quán)利要求一種奧氏體不銹鋼中厚板，其組成質(zhì)量百分比為C≤0.04％，Si0.3～0.9％，Mn1～2％，S≤0.010％，P≤0.04％，Cr16～22％，Ni8～14％，Mo≤4％，N0.04～0.30％，B0.0010～0.0030％，添加稀土元素Ce、Dy、Y、Nd中的一種多種，其含量小于0.30％，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)，高溫鐵素體δ含量為1～10％。2.如權(quán)利要求l所述的奧氏體不銹鋼中厚板，其特征在于，所述的高溫鐵素體S含量采用下式計(jì)算Cont(S)=3*(Cr+Mo)+4.5*Si_2.8*Ni_l.4*Mn_84*(C+N)-19.8。3.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼中厚板的制造方法，包括如下步驟經(jīng)過熔煉后澆鑄得到的連鑄坯，經(jīng)過加熱保溫后，在再結(jié)晶區(qū)1250105(TC進(jìn)行4IO道次軋制，第一道次壓下量不低于30%，其余道次壓下量為1530%;以2040°C/s水冷至未再結(jié)晶區(qū)70095(TC，在此溫度區(qū)間軋制35道次，累計(jì)道次壓下量大于40%，水冷至室溫；在9001050。C進(jìn)行低溫退火熱處理；酸洗后得到強(qiáng)度優(yōu)良的奧氏體不銹鋼中厚板。4.如權(quán)利要求3所述的奧氏體不銹鋼中厚板的制造方法，其特征在于，再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行的軋制，所述第一道次壓下量為3035%。5.如權(quán)利要求3所述的奧氏體不銹鋼中厚板的制造方法，其特征在于，末再結(jié)晶區(qū)進(jìn)行的軋制，累計(jì)道次壓下量為4050%。6.如權(quán)利要求3所述的奧氏體不銹鋼中厚板的制造方法，其特征在于，所述的加熱保溫溫度為12401290°C。全文摘要一種奧氏體不銹鋼中厚板，其組成質(zhì)量百分比為C≤0.04％，Si0.3～0.9％，Mn1～2％，S≤0.010％，P≤0.04％，Cr16～22％，Ni8～14％，Mo≤4％，N0.04～0.30％，B0.0010～0.0030％，添加稀土元素Ce、Dy、Y、Nd中的一種多種，其含量小于0.30％，余量為鐵和不可避免雜質(zhì)；高溫鐵素體δ含量為1～10％。該奧氏體不銹鋼中厚板的制造方法，包括冶煉；熱軋；該合金加熱保溫后，在再結(jié)晶區(qū)1250～1050℃進(jìn)行4～10道次軋制；以20～40℃/s水冷至未再結(jié)晶區(qū)700～950℃，在此溫度區(qū)間軋制3～5道次，水冷至室溫；在900～1050℃進(jìn)行低溫退火熱處理；酸洗后得到強(qiáng)度優(yōu)良的奧氏體不銹鋼中厚板。文檔編號C22C38/54GK101724789SQ20081020164公開日2010年6月9日申請日期2008年10月23日優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日發(fā)明者余式昌,淮凱文申請人:寶山鋼鐵股份有限公司