專利名稱：一種含Mo鐵素體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域的一種合金及其制造方法，尤其涉及一種耐腐蝕性能良好的含Mo不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前中國市場太陽能熱水器使用不銹鋼的材質(zhì)主要是SUS304鋼種。SUS304不銹鋼塑性、加工性、可焊性、耐均勻腐蝕能力等綜合性能優(yōu)良，表面美觀，簡單實用，是能夠在國內(nèi)太陽能熱水器行業(yè)普遍使用的主要原因。但SUS304不銹鋼在太陽能熱水器尤其是內(nèi)膽中的應(yīng)用實踐表明，該鋼種在耐點蝕、氯離子應(yīng)力腐蝕以及縫隙腐蝕等局部耐蝕性能方面并不理想，導(dǎo)致該鋼種存在一些難以克服的腐蝕問題，集中表現(xiàn)在太陽能熱水器的焊縫和沖孔處易發(fā)生點蝕和應(yīng)力腐蝕開裂，端蓋與筒體連接處易發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕，這是因為太陽能熱水器內(nèi)膽除了要求材料具有良好的強度、塑性、可焊性和成形性外，還對材質(zhì)的耐點蝕、氯離子應(yīng)力腐蝕以及縫隙腐蝕等耐蝕性能具有很高的要求，而SUS304鋼種為含M的奧氏體不銹鋼，其在氯離子水介質(zhì)環(huán)境中的耐腐蝕性不佳。與SUS304鋼種同為含Ni奧氏體不銹鋼的SUS316L，由于含2 3 %的Mo，比 SUS304鋼的耐蝕能力尤其是點蝕能力大大加強，并且可焊性同樣優(yōu)良，因此在歐美等經(jīng)濟發(fā)達國家已是列入標(biāo)準得到廣泛應(yīng)用的熱水箱材料。但SUS316L鋼種應(yīng)用于太陽能熱水器行業(yè)仍然存在一定的不足，突出表現(xiàn)在合金成本高、受Ni價波動影響較大、在氯離子水介質(zhì)環(huán)境中的耐應(yīng)力腐蝕能力仍然不足等等。歐美和日本等國外經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域已經(jīng)大力推廣并廣泛應(yīng)用含Mo的超純鐵素體不銹鋼在太陽能熱水器行業(yè)和電熱水器行業(yè)，代表鋼種主要是SUS444，含Mo量1. 75 2. 5%。SUS444鋼種在氯離子水介質(zhì)環(huán)境中具有良好的耐點蝕、應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕性能， 特別適合熱水器對材質(zhì)的耐蝕要求。相比于SUS304和SUS316L等奧氏體不銹鋼，SUS444鋼種的優(yōu)劣勢同樣明顯，其優(yōu)點在于其耐點蝕、氯離子應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕能力優(yōu)良，特別適合于熱水器使用環(huán)境要求， 材料成分體系中不含Ni，不容易受M原料價格波動的影響，材料成本相對低于奧氏體不銹鋼，強度高。其缺點在于可焊性明顯不如奧氏體不銹鋼，對焊接工藝和設(shè)備要求較高，加工效率低，母材以及焊縫的成形性相對較差，對沖壓模具和成形工藝相對有一定的要求。上述原因?qū)е铝擞绕涫菍r格更加敏感的國內(nèi)太陽能行業(yè)廣泛采用SUS444替代現(xiàn)有奧氏體不銹鋼在熱水器內(nèi)膽中的使用步伐緩慢。在此背景下，有必要開發(fā)一種在氯離子水介質(zhì)環(huán)境中具有比SUS304和SUS436L優(yōu)越的耐蝕性能的節(jié)Mo型鐵素體不銹鋼，此外該鋼種還應(yīng)當(dāng)兼具比SUS444鋼種更好的可焊性、成形性以及成本競爭力，以更大程度滿足現(xiàn)階段太陽能熱水器行業(yè)對不銹鋼材質(zhì)的性價比綜合需求，加快鐵素體不銹鋼替代奧氏體不銹鋼在國內(nèi)太陽能熱水器行業(yè)中的應(yīng)用步伐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于水系統(tǒng)的含Mo鐵素體不銹鋼及其制造方法，該鋼種能夠克服上述現(xiàn)有鋼種的缺點，同時兼具其優(yōu)點，在水介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐點蝕和耐應(yīng)力腐蝕性能，同時還具有較好的成形性和可焊性，以便于制造和加工。發(fā)明人在充分分析鋼種SUS444和SUS436L成分設(shè)計和性能特點的基礎(chǔ)上，在本發(fā)明中通過提高Cr元素的含量，同時降低Mo元素的含量，以達到在降低合金成本的同時盡可能保持材料的耐點蝕性能和耐氯離子應(yīng)力腐蝕性能，使新設(shè)計的鋼種耐點蝕能力介于 SUS304鋼種和SUS444鋼種之間，耐氯離子應(yīng)力腐蝕性能和SUS444相當(dāng)，以滿足水系統(tǒng)介質(zhì)的耐蝕性要求。同時通過降低Mo含量，提高鋼種的成形性和可焊性。此外，通過加入少量 Cu元素，來利用Cu元素增強鐵素體不銹鋼鈍化膜中Cr元素的富集作用，提高新設(shè)計的鋼種的耐均勻腐蝕性能和耐點蝕性能，同時利用Cu元素有利于提高材料冷加工性能的作用，進一步新鋼種的成形性。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種含Mo鐵素體不銹鋼，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為C 彡 0. 025 ；N 彡 0. 025 ；Si 彡 1. 0 ；Mn 彡 1. 0 ;P 彡 0. 04 ；S 彡 0. 03 ；20. 0 < Cr ^ 22. 0 ；0 < Cu ^ 1. 0 ； (Ni+Cu)彡 1. 3 ;0· 5 彡 Mo 彡 1. 2 ； 10 (C+N)彡 Ti+Nb 彡 0. 8 ； 0^0. 015% ；余量為!^e及替他不可避免的雜質(zhì)。優(yōu)選地，所述含Mo鐵素體不銹鋼的化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為C 0.006 0·015;Ν 0.011 0. 015 ;Si 0. 22 0. 5 ;Mn 0. 3 0. 5 ； P 彡 0. 04 ;S 彡 0. 03 ；Cr 20. 1 22 ；Cu 0. 1 1. 0 ；Ni+Cu 0. 6 1. 2 ;Mo 0. 5 1. 2 ； 10 (C+N)彡(Ti+Nb)彡0. 8 ;0彡0. 015% ；余量為!^e及其他不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明各化學(xué)元素的添加原理為Cr元素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。在氧化性介質(zhì)中，Cr元素能使鐵素體不銹鋼的表面迅速生成氧化鉻(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(zhì)作用下，Cr元素促進了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。Cr元素對鐵素體不銹鋼性能影響最大的是耐蝕性，主要表現(xiàn)在Cr元素能夠提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)。此外。Cr元素還能夠提高鋼的耐局部腐蝕性能， 比如晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕以及某些條件下的應(yīng)力腐蝕。由于鐵素體不銹鋼的點蝕當(dāng)量指數(shù)PRE = Cr+3. 3Mo，因此本發(fā)明中間Cr含量設(shè)計為20% 22%。C元素和N元素，在鐵素體不銹鋼中是不受歡迎的，但又沒有辦法完全避免。除了能使鋼強化外，鐵素體不銹鋼的所有缺點，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)。碳和氮之所以沒有辦法完全避免是因為大氣中含有很高的氮，且煉鋼用原材料鉻、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。綜合考慮，本發(fā)明鋼中控制C和N各< 0. 025%。超純鐵素體不銹鋼中的0元素含量，會使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，為了有效發(fā)揮穩(wěn)定化元素Ti的作用以及保障鋼的內(nèi)在質(zhì)量，0元素含量嚴格要求控制在0S0. 015%。Mo元素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，促進鐵鉻合金的鈍化，提高不銹鋼的耐蝕性能。但Mo元素含量過高會提高鐵素體不銹鋼冷軋態(tài)的應(yīng)力腐蝕敏感性。通過固溶強化，Mo元素能使鐵素體不銹鋼的硬度和強度提高，塑性下降，成型性能下降，進一步提高鐵素體不銹鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度和缺口敏感性，降低鋼的韌性。Cu元素是非常弱的奧氏體形成元素，少量Cu元素的加入對鐵素體不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)一般不產(chǎn)生重大影響。本發(fā)明所述的鋼種中添加Cu元素，主要是為了提高鋼的耐蝕性和冷加工成形性。因為Cu元素對耐點蝕和耐銹性的有利作用主要是通過Cu抑制鐵素體不銹鋼的陽極溶解并減緩點蝕的成核和擴展過程實現(xiàn)的。除此以外，一定含量的Cu在鐵素體不銹鋼中還有助于增強鈍化膜中Cr元素的富集作用。適量的Cu，有助于提高鐵素體不銹鋼的冷加工成形性，特別是深沖性能。但向鐵素體不銹鋼中加入Cu元素會提高鋼的應(yīng)力腐蝕敏感性，其有害作用甚至比Ni更大。因此，綜合考慮，本發(fā)明所述的鋼種中控制0
<Cu ≤1. 0%。Ni元素可以提高鐵素體不銹鋼的室溫力學(xué)性能、強度和韌性，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度下移，還可進一步提高某些介質(zhì)中鋼的耐腐蝕性能。但Ni元素為強奧氏體形成元素， 其會增加鐵素體不銹鋼的應(yīng)力腐蝕敏感性，因此為了保證鋼種具有單一的鐵素體組織以及具有良好的耐應(yīng)力腐蝕性能，本發(fā)明鋼中保持Ni+Cu ^ 1. 3%。Ti元素和Nb元素均為鐵素體形成元素，適量的Ti和Nb可使不銹鋼中鉻的碳、氮化物轉(zhuǎn)而形成鈦、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。鋼中適量的鈦和氮，還能細化鐵素體焊縫組織，提高焊縫塑性和成形性。綜合考慮Ti、Nb合金元素的影響，本發(fā)明鋼中保持Ti+Nb介于10(C+N) 0. 8%。Si元素和Mn元素是不銹鋼中不可缺少的合金元素，可作為脫氧元素，為了提高不銹鋼液的純凈度，提高冷軋板帶的表面質(zhì)量，本發(fā)明中保持Si彡1. 0%，Mn彡1. 0%。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種含Mo鐵素體不銹鋼的制造方法，其包括如下步驟1.冶煉和澆鑄在加入Ti和Nb元素之前，控制鋼液全氧含量< 150ppm，因為過高的全氧含量將會導(dǎo)致加入的Ti元素嚴重氧化，對產(chǎn)品的純凈度、成形性和耐蝕性產(chǎn)生不利影響。然后加入Ti和Nb元素后立即進行澆鑄，控制鑄坯化學(xué)元素的質(zhì)量百分比為 C 彡 0. 025 ；N 彡 0. 025 ；Si 彡 1. 0 ；Mn 彡 1. 0 ;P 彡 0. 04 ；S 彡 0. 03 ；20. 0 < Cr ^ 22. 0 ；0
<Cu 彡 1. 0 ； (Ni+Cu)彡 1. 3 ;0· 5 彡 Mo 彡 1. 2 ;0· 5 彡 Mo 彡 1. 2 ； 10 (C+N)彡 Ti+Nb 彡 0. 8 ； 0^0. 015% ；余量為!^e及其他不可避免的雜質(zhì)。2.熱軋鑄坯的加熱溫度為1050 1200°C，終軋溫度控制在800 950°C，空冷。 過高的加熱溫度將導(dǎo)致鑄坯的晶粒粗化，劣化最終產(chǎn)品的成形性能，過低的加熱溫度將導(dǎo)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(dǎo)致最終產(chǎn)品成形性能的下降，過低的終軋溫度將導(dǎo)致變形抗力的增大而不利于熱軋過程的順利完成。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950 1050°C，保溫時間不低于1分鐘。連續(xù)退火酸洗工藝可保證熱軋板良好的成形性能，與罩式爐退火工藝相比能大大提高單位時間產(chǎn)能并降低生產(chǎn)成本。而退火溫度過高，容易導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒的粗化，從而劣化最終產(chǎn)品的成形性能，退火溫度過低，不能實現(xiàn)熱軋帶鋼的完全再結(jié)晶，也將劣化最終產(chǎn)品的成形性能。如果保溫時間過短，同樣不能實現(xiàn)熱軋帶鋼的完全再結(jié)晶。4.冷軋不銹鋼熱軋板帶從連續(xù)退火酸洗后到獲得冷軋成品之間采用一個軋程或二個軋程，累計冷軋壓下率> 70% ；因為累計冷軋壓下率過低，將導(dǎo)致最終產(chǎn)品成形性能的下降。5.冷軋后退火酸洗退火溫度保持為950 1050°C，退火保溫時間為IXt 5Xt min (t為帶鋼厚度，單位為mm)。退火溫度過高，容易導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒的粗化，從而劣化最終產(chǎn)品的成形性能，退火溫度過低，不能實現(xiàn)熱軋帶鋼的完全再結(jié)晶，也將劣化最終產(chǎn)品的成形性能。保溫時間過長，容易導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒的粗化，從而劣化最終產(chǎn)品的成形性能，保溫時間過短，同樣不能實現(xiàn)熱軋帶鋼的完全再結(jié)晶。優(yōu)選地，所述步驟(1)中控制Ti和Nb元素加入后和澆鑄之間的間隔時間< 50s， 用以防止Ti元素的氧化。優(yōu)選地，所述步驟(1)中澆鑄溫度為1530士30°C，控制鑄坯凝固組織中等軸晶比例>40%。高的等軸晶比例，有助于提高冷軋退火成品帶鋼的成形性。等軸晶比例過低，一方面會降低冷軋退火成品帶鋼的塑性應(yīng)變比r值，還會帶來表面起皺的不良成形缺陷。優(yōu)選地，所述步驟(1)中冶煉采用真空感應(yīng)爐。優(yōu)選地，所述步驟⑴中冶煉采用電弧爐+爐外精煉或轉(zhuǎn)爐+爐外精煉。優(yōu)選地，所述步驟(1)中澆鑄采用帶電磁攪拌的連鑄機，控制鑄坯凝固組織中等軸晶比例彡40%。通過上述成分配比和制造方法得到的含Mo鐵素體不銹鋼，其特點是(1)較之現(xiàn)有的在SUS444和SUS436L鋼種，其制造成本大大降低，同時還保持了鋼種的耐點蝕性能和耐氯離子應(yīng)力腐蝕性能，適用于水系統(tǒng)介質(zhì)環(huán)境；(2)較之現(xiàn)有的在SUS444鋼種，大大提高了鋼種的塑性和成形性；(3)通過加入適量的穩(wěn)定化元素Ti和Nb，保持鋼種適量的N元素含量，提高鋼的焊縫塑性和成形性；(4)通過加入適量的Cu元素，利用Cu元素增強鐵素體不銹鋼鈍化膜中Cr元素的富集作用，來提高本發(fā)明所述鋼種的耐均勻腐蝕性能和點蝕性能，同時提高材料的冷加工性能。
具體實施例方式實施例1-5將冶煉原料按照下列步驟進行冶煉1.冶煉和澆鑄在加入Ti和Nb元素之前，控制鋼液全氧含量< 150ppm，然后加入Ti和Nb元素后立即進行澆鑄，澆鑄溫度為1530士30°C，控制鑄坯凝固組織中等軸晶比例 ^ 40%，按照表1控制鑄坯化學(xué)元素的質(zhì)量百分比。2.熱軋鑄坯的熱軋加熱溫度為1050 1200°C，終軋溫度控制在800 950°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950 1050°C，保溫時間不低于lmin。4.冷軋不銹鋼熱軋板帶從連續(xù)退火酸洗后到獲得冷軋成品之間采用一個軋程或二個軋程，累計冷軋壓下率> 70%，成品板厚為1mm。5.冷軋后退火酸洗退火溫度保持為950 1050°C，退火保溫時間為IXt 5Xt min, t為帶鋼厚度，單位為mm。
具體制造方法參見表2。表1為本發(fā)明實施例1-5中鋼種的各化學(xué)元素質(zhì)量百分配比與對比鋼種SUS444 和SUS304的比較列表(除余量Fe和雜質(zhì))。表 l(wt%)
權(quán)利要求
1.一種含Mo鐵素體不銹鋼，其特征在于，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為 C ≤0. 025N ≤ 0. 025 Si≤ 1. 0 Mn ≤1. 0 P ≤ 0. 04 S ≤ 0. 0320. 0 < Cr≤ 22. 00 < Cu ≤ 1. 0(Ni+Cu)≤ 1. 30. 5 ≤ Mo ≤ 1. 210 (C+N)≤(Ti+Nb)≤ 0. 80 ≤ 0. 015%余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的含Mo鐵素體不銹鋼，其特征在于，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為C 0. 006 0. 015N 0. 011 0. 015Si 0. 22 0. 5Mn 0. 3 0. 5P ≤ 0. 04S ≤ 0. 03Cr 20. 1 22Cu 0. 1 1. 0Ni+Cu 0. 6 1. 2Mo 0. 5 1. 210 (C+N)≤(Ti+Nb)≤ 0. 80 ≤ 0. 015%余量為Fe及其他不可避免的雜質(zhì)。
3.—種含Mo鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，包括如下步驟(1)冶煉和澆鑄在加入Ti和Nb元素之前，控制鋼液全氧含量<150ppm，然后加入Ti 和Nb元素后立即進行澆鑄，控制鑄坯化學(xué)元素的質(zhì)量百分比為C ≤ 0. 025 ；N ≤ 0. 025 ； Si ≤ 1. 0 ；Mn ≤ 1. 0 ;P ≤ 0. 04 ;S ≤ 0. 03 ;20· 0 < Cr ≤ 22. 0 ;0 < Cu ≤ 1. 0 ； (Ni+Cu)≤ 1. 3 ； 0. 5≤Mo≤1. 2 ； 10(C+N)≤Ti+Nb≤0. 8 ；余量為!^e及其他不可避免的雜質(zhì)；(2)熱軋鑄坯的熱軋加熱溫度為1050 1200°C，終軋溫度控制在800 950°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950 1050°C，保溫時間不低于Imin ；(4)冷軋將熱軋酸洗后的板帶采用一個軋程或二個軋程軋制為成品，累計冷軋壓下率彡70% ；(5)冷軋后退火酸洗退火溫度保持為950 1050°C，退火保溫時間為(IXt) (5Xt)min, t為帶鋼厚度，單位為mm。
4.如權(quán)利要求3所述的含Mo鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟⑴中控制Ti和Nb元素加入后和澆鑄之間的間隔時間< 50s。
5.如權(quán)利要求4所述的含Mo鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(1)澆鑄溫度為1530士30°C，控制鑄坯凝固組織中等軸晶比例彡40%。
6.如權(quán)利要求5所述的含Mo鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟⑴中冶煉采用真空感應(yīng)爐。
7.如權(quán)利要求4所述的含Mo鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟⑴中冶煉采用電弧爐+爐外精煉或轉(zhuǎn)爐+爐外精煉。
8.如權(quán)利要求7所述的含Mo鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟⑴中澆鑄采用帶電磁攪拌的連鑄機，控制鑄坯凝固組織中等軸晶比例>40%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含Mo鐵素體不銹鋼，其化學(xué)元素質(zhì)量百分比含量為C≤0.025；N≤0.025；Si≤1.0；Mn≤1.0；P≤0.04；S≤0.03；20.0＜Cr≤22.0；0＜Cu≤1.0；(Ni+Cu)≤1.3；0.5≤Mo≤1.2；10(C+N)≤Ti+Nb≤0.8；O≤0.015％；余量為Fe及替他不可避免的雜質(zhì)。相應(yīng)地，本發(fā)明還公開了該鋼的制造方法。該含Mo鐵素體不銹鋼較之現(xiàn)有的在SUS444和SUS436L鋼種，其制造成本大大降低，同時還保持了鋼種的耐點蝕性能和耐氯離子應(yīng)力腐蝕性能，適用于水系統(tǒng)介質(zhì)環(huán)境。
文檔編號C22C38/50GK102206791SQ20101013418
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者余海峰, 劉全利, 朱朝明, 楊軍, 江來珠, 王偉明, 高松超 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司