專利名稱：一種表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及不銹鋼制備方法，特別涉及一種表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板及制造方法。
背景技術(shù)：
18-8系列奧氏體不銹鋼，如SUS304、SUS304L等，由于在高溫和極低溫度下都具有良好的塑韌性、冷熱加工性能和耐局部腐蝕性能而被廣泛用于石油、化工、宇航和能源等領(lǐng)域。隨著全球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、大型化和長使用壽命，輕型化和大型化給材料的強(qiáng)度提出了要求，而表面質(zhì)量除了有利于材料的腐蝕性能提高，還有利于材料成型過程中降低材料與模具之間的摩擦，從而有利于材料的成型。 傳統(tǒng)18-8系列奧氏體不銹鋼，如304奧氏體不銹鋼，其ASTM標(biāo)準(zhǔn)成分為C 彡 O. 080%、Si ( I. 00%、Mn ( 2. 00%、P 彡 O. 045%、S 彡 O. 030%、Ν 8. 00^10. 00%、Cr18. 00^20. 00%、N彡O. 10%，制造工藝為:冶煉；熱軋，其加熱溫度為1200 1300°C，保溫，終軋溫度大于950°C ;水冷至卷曲溫度，空冷；退火退火溫度為1010 1150°C，退火后直接水冷至室溫，酸洗后制成熱軋卷板。傳統(tǒng)18-8系列奧氏體不銹鋼由于沒有其它強(qiáng)化元素，且在固溶熱處理過程中，為了充分的對碳化物進(jìn)行固溶，會(huì)采用提高熱處理溫度和延長熱處理時(shí)間，從而導(dǎo)致奧氏體晶粒比較粗大。且在制造的過程中，并沒有采用其它的提高強(qiáng)度措施，因此其不具備一些行業(yè)提出的奧氏體不銹鋼強(qiáng)度的要求。18-8系列奧氏體不銹鋼在室溫和高溫下除了少量的殘余鐵素體相外都為奧氏體組織，不能通過熱處理方式來提高其強(qiáng)度。目前提高該類鋼強(qiáng)度的方法主要有以下三種I、通過采用錳、氮合金化來提高強(qiáng)度，如中國專利CN1285005A，錳氮的復(fù)合添加在提高強(qiáng)度的同時(shí)，還帶來了其耐腐蝕性能的降低以及高的加工硬化，高的加工硬化不利于材料的成型。2、添加強(qiáng)化元素，如Nb、V等，如日本專利JP58120766A，美國專利US2004234408，該類方法在提高強(qiáng)度的同時(shí)也會(huì)帶來材料的加工硬化和熱加工性能的惡化。3、利用該類鋼的亞穩(wěn)組織進(jìn)行室溫下軋制，既可提高材料的強(qiáng)度還可以改善表面質(zhì)量，如中國專利CN1295139，但同時(shí)帶來了其延伸率的降低，從而影響其成型性能。有的專利是復(fù)合應(yīng)用了上述兩種方法，如日本專利JP61270356A。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板及制造方法，其制造工藝簡單，可應(yīng)用于對奧氏體不銹鋼強(qiáng)度和表面質(zhì)量有較高要求的化工、能源和壓力容器等領(lǐng)域。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明是在18-8奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上，通過添加適量的Mo，添加一定量難熔元素Nb來控制晶粒度、晶界強(qiáng)化元素B、控制S、Ca和O含量來提高鋼質(zhì)的純凈度，通過控制碳氮含量來降低其加工硬化，通過采用較低的加熱溫度和短的加熱時(shí)間、高的終軋溫度、低的熱處理溫度來進(jìn)一步細(xì)化奧氏體不銹鋼晶粒，通過冷軋后直接進(jìn)行1(Γ30%的冷加工來保證其表面質(zhì)量，從而通過晶粒細(xì)化和熱軋板材冷加工變形來獲得表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板。具體地，本發(fā)明的表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板，其成分重量百分比為C 彡 0.040%Si 0.3 0.7% Mn O. 70^1. 8%P^O. 045%S 彡 0.003%Ni 8.5 13.00%Cr 16. 00^20. 00%Mo I. 00^3. 00%N O. 02 O. 07%B O. 0010 0· 0030%Ca O. 0050 0· 010%[O] ( O. 0040%O. 06 < Nb ^ O. 20%其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；其中，C+N小于 O. 09% ；鑄態(tài)奧氏體不銹鋼中的高溫鐵素體δ含量小于2.5%，其中δ含量采用下式計(jì)算Cont ( δ ) =3 X (Cr+Mo) +4. 5XSi_2. 8XNi_l. 4XMn_84X (C+N)-19. 8。本發(fā)明通過在普通18-8系列奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上，添加f 3%的Mo，添加
O.06 O. 20%的Nb, O. 0010 O. 0030%的B ;通過控制S、Ca和O含量來提高鋼質(zhì)純凈度，通過控制碳氮含量及其復(fù)合含量來降低其加工硬化性能，通過調(diào)整鎳鉻當(dāng)量形成元素Ni、Mn、C、N和Cr、Mo、Si，將奧氏體不銹鋼鑄態(tài)中高溫鐵素體δ含量控制為小于2. 5%。Mo在18-8系列奧氏體不銹鋼中除了可以提高其耐腐蝕性能外，還可以通過固溶強(qiáng)化提高其強(qiáng)度，此外一定量的Mo含量的添加，能夠有效的抑制18-8系列奧氏體不銹鋼在冷加工過程中的馬氏體形成，研究表明，當(dāng)Mo添加量超過1%時(shí)就會(huì)具有這種作用，從而降低由于馬氏體形成導(dǎo)致的材料延遲開裂等現(xiàn)象，但Mo含量的大量添加會(huì)導(dǎo)致材料成本的大幅上升和加工性能惡化，因此Mo含量上限設(shè)定為3%，而其含量限定為f 3%。Nb除了有固溶強(qiáng)化作用，微量的該類元素添加到18-8系列奧氏體不銹鋼中還會(huì)明顯的提高奧氏體不銹鋼的再結(jié)晶溫度，抑制奧氏體不銹鋼晶粒的長大，因此該類元素除了固溶強(qiáng)化外，還可通過細(xì)化晶粒來達(dá)到晶粒強(qiáng)化效果，研究表明，小于O. 2%的該類難熔元素添加就可達(dá)到該效果，但過量的難熔元素Nb又會(huì)導(dǎo)致材料的制造工藝復(fù)雜。根據(jù)研究表明，在奧氏體不銹鋼添加一定N含量的基礎(chǔ)上，超過O. 06%的Nb就可起到明顯的強(qiáng)化效應(yīng)，因此本發(fā)明將Nb含量確定為O. 06、. 2%。由于本發(fā)明成分奧氏體不銹鋼中鐵素體含量的減少，雜質(zhì)元素S、P易偏聚在晶間，而降低其熱加工塑性，在表面形成微裂紋，因此通過添加晶界強(qiáng)化元素B以提高其熱塑性。通過平衡Ni、Cr當(dāng)量形成元素，將奧氏體不銹鋼鑄態(tài)高溫鐵素體δ含量控制為小于2. 5%，主要是為了保證材料中奧氏體組織的穩(wěn)定性，從而降低在成型過程中的加工硬化。一定的B含量可以增加奧氏體不銹鋼凝固過程中的形核點(diǎn)，且可以增加晶界強(qiáng)度，從而可以防止由于相界之間塑性不同而造成的表面缺陷。將[O]含量控制為小于O. 0040%,由于鋼水純凈度與鋼中全氧含量密切相關(guān)，同時(shí)由于鋼中的S含量較高時(shí)，形成的硫化物容易進(jìn)入基體晶界，破壞晶格間的粘接，更容易在軋制過程中造成晶間開裂，形成細(xì)小的微裂紋，通常會(huì)分布在鋼帶的兩邊部及中間部位，即形成所謂的裂紋狀線鱗。通過添加適量的Ca元素會(huì)球化硫化物夾雜，且使鋼水中的高熔點(diǎn)Al2O3夾雜物變成低熔點(diǎn)的CaO-Al2O3夾雜物，從而有利于夾雜物上浮。本發(fā)明的表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板的制造方法，其包括如下步驟I)冶煉，按上述成分冶煉、鑄造成鋼還;2)熱軋，加熱溫度122(Tl270°C，在爐加熱時(shí)間小于I. 5min/t, t為鋼坯厚度，單位，mm，終軋溫度大于1000°c，水冷至卷取溫度750±30°C，空冷至室溫進(jìn)行壓下量為1(Γ30%的冷加工；3)退火，退火溫度 95(Tl050°C ；4)酸洗，酸洗后得到表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板。奧氏體不銹鋼在加熱過程中加熱溫度不能太高，若過高就會(huì)導(dǎo)致鑄態(tài)組織粗大，而由于組織的傳遞性，粗大的鑄態(tài)組織就會(huì)導(dǎo)致粗大的熱軋態(tài)組織，從而不利于細(xì)化材料晶粒，相應(yīng)的導(dǎo)致最終板材力學(xué)性能降低；但過低會(huì)造成熱加工變形抗力提高，增加了材料的制造難度，因此將加熱溫度制定為122(Tl270°C。加熱時(shí)間控制按照小于I. 5min/t (t為鋼還厚度,單位mm)來確定,其目的也是為了防止原始晶粒在加熱過程中長大，因?yàn)槿绻訜釡囟冗^長會(huì)導(dǎo)致連鑄坯晶粒長大。終軋溫度要大于1000°C，如果終軋溫度太低，其動(dòng)態(tài)再結(jié)晶速度會(huì)降低，從而組織中軋制流線過多，在隨后的低溫?zé)崽幚磉^程中不易完成靜態(tài)再結(jié)晶過程，導(dǎo)致組織再結(jié)晶不完全。傳統(tǒng)的奧氏體不銹鋼退火溫度一般控制在105(T115(TC，而本發(fā)明考慮到熱軋過程中部分晶粒已實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，因此其退火溫度控制在較低溫度85(T105(TC，以防止晶粒長大，這種低溫退火獲得的細(xì)小晶粒有助于奧氏體不銹鋼強(qiáng)度的提高。熱軋后進(jìn)行1(Γ30%的冷加工變形，主要是因?yàn)闊彳垜B(tài)通過冷軋后，一方面細(xì)化晶粒從而提高強(qiáng)度，且由于合金中添加了 N和Nb，這種細(xì)化效果會(huì)更加明顯；另一方面可以降低其酸洗后的表面粗糙度，從而提高其表面質(zhì)量。而本發(fā)明考慮到熱軋過程中部分晶粒已實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，因此其退火溫度控制在較低溫度85(Tl050°C，以防止晶粒長大。本發(fā)明所獲得的奧氏體不銹鋼卷板，既具有良好的強(qiáng)度，還具有良好的表面質(zhì)量。相比于常規(guī)產(chǎn)品18-8系列奧氏體不銹鋼卷板，本發(fā)明所制備的奧氏體不銹鋼卷板，最終產(chǎn)品力學(xué)性能得到了明顯提高，塑性仍維持在較高水平，且材料具有良好的表面質(zhì)量。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。表I為本發(fā)明實(shí)施例f 5的奧氏體不銹鋼成分，采用電爐+ AOD熔煉，澆注成連鑄坯，熱軋、冷軋，低溫退火酸洗后得到奧氏體不銹鋼卷板，具體工藝參數(shù)見表2，該卷板具有細(xì)的晶粒度、較高的強(qiáng)度和良好的表面質(zhì)量，具體見表3。 對比例I為按照ASTM A240標(biāo)準(zhǔn)冶煉了 18_8系列鋼種中的典型代表304L，由于其中未添加Mo、Nb等強(qiáng)化元素，從中可以看出其力學(xué)性能明顯低于實(shí)施例，表面粗糙度要明顯聞?dòng)趯?shí)施例。對比例2采用了實(shí)施例2中的成分，但其由于高的加熱溫度導(dǎo)致鑄態(tài)組織比較粗大，高的熱處理溫度導(dǎo)致最終板材力學(xué)性能偏高，低的冷加工變形量也不利于獲得細(xì)化的晶粒組織，因此其力學(xué)性能和表面質(zhì)量達(dá)不到本發(fā)明實(shí)施例的相應(yīng)水平。表I單位重量百分比
權(quán)利要求
1.一種表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板，其成分重量百分比為C 彡 O. 040%Si O. 3 O. 7%Mn O. 7(Tl. 8%P 彡 O. 045%S 彡 O. 003%Ni 8. 5 13. 00%Cr 16.00^20. 00%Mo I. 00^3. 00%N O. 02^0. 07%B O. 001(Γ0. 0030%Ca O. 005(Γ0. 010%[O]( O. 0040%O.06 < Nb ^ O. 20% 其余為Fe和不可避免雜質(zhì)； 其中，C+N小于O. 09% ； 鑄態(tài)奧氏體不銹鋼中的高溫鐵素體S含量小于2.5%，其中δ含量采用下式計(jì)算 Cont ( δ ) =3 X (Cr+Mo) +4. 5XSi_2. 8XNi_l. 4XMn_84X (C+N)-19. 8。
2.如權(quán)利要求I所述的表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板的制造方法，其包括如下步驟 1)冶煉，按上述成分冶煉、鑄造成鋼還； 2)熱軋， 加熱溫度122(Tl270°C，在爐加熱時(shí)間小于I. 5min/t，t為鋼坯厚度，單位，mm ;終軋溫度大于1000°C，水冷至卷取溫度750±30°C，空冷至室溫進(jìn)行壓下量為10 30%的冷加工； 3)退火，退火溫度95(Tl050°C； 4)酸洗，酸洗后得到表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板。
全文摘要
一種表面細(xì)膩的高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼熱軋卷板及制造方法，其成分重量百分比為C≤0.040%、Si0.3~0.7%、Mn0.70~1.8%、P≤0.045%、S≤0.003%、Ni8.5~13.00%、Cr16.00~20.00%、Mo1.00~3.00%、N0.02~0.07%、B0.0010~0.0030%、Ca0.0050~0.010%、[O]≤0.0040%、0.06＜Nb≤0.20%、其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；C+N小于0.09%；高溫鐵素體δ含量小于2.5%；其制造方法包括1)冶煉，連鑄；2)熱軋，加熱溫度1220~1270℃，時(shí)間小于1.5min/t，t鋼坯厚度，mm；終軋溫度大于1000℃，室溫進(jìn)行10~30%的冷加工；3)退火，退火溫度950~1050℃；4)酸洗。本發(fā)明可應(yīng)用于對奧氏體不銹鋼強(qiáng)度、表面質(zhì)量有較高要求的化工、能源和壓力容器等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102816978SQ20121020403
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者雷銳戈, 淮凱文, 崔培耀, 茅衛(wèi)東 申請人:寶鋼不銹鋼有限公司