CN101070582A - 奥氏体冷镦不锈钢及其钢丝的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种奥氏体冷镦不锈钢及其钢丝的制造方法，所述不锈钢的化学成分重量百分比组成为：Cr 14.0～17.0，Mn 7.0～10.0，Ni 1.5～5.5，Cu 1.50～3.50，Al 1.0～4.0，C≤0.06，N≤0.12，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。其钢丝的制造方法如下：对不锈钢线材用旋削或刮削的方法剥去深度为0.1－0.15mm的表层，对线材进行800－900℃退火处理，皮膜处理、烘干，粗拉、中拉、收线，清洗剂表面处理，连续炉光亮退火，成品拉拔或表面涂覆膜及草酸涂层处理。本发明奥氏体冷镦不锈钢，具有低屈强比、高塑性、抗氧化性好、抗低温性好、抗磁性好、抗晶间腐蚀等诸多优点，因此可部分替代0Cr18Ni9等传统的Cr－Ni奥氏体不锈钢。

Description

奥氏体冷镦不锈钢及其钢丝的制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷镦不锈钢及其钢丝的制造方法，尤其是涉及一种奥氏体冷镦不锈钢及其钢丝的制造方法。所述钢丝主要用于制造螺栓、螺钉、螺母和铆钉等标准件，属于金属制品技术领域。

背景技术

近年来随着我国现代化进程的飞速发展及加入世贸组织后，国内外不锈钢标准件的需求量急剧增加。在家用电器、室内装潢、精密仪器行业不锈钢标准件几乎全部取代了碳钢镀铬或镀锌标准件，在食品、交通、机械、建筑等行业不锈钢标准件的需求也持续上升。

再有随着冷镦机向着多工位、大型化和高速化方向发展，每分钟运行高达400-600次，高速冷镦使其钢变形条件恶化，同时由于制造繁杂断面、深沟槽的标准件等，对钢提出更加严格的技术要求，第一是在空气和水中要耐腐蚀、不生锈；第二是要求钢的强度较低、塑性高；一般要求抗拉强度不大于800MPa，伸长率大于40％，断面收缩率大于70％，同时，屈强比小于0.7。第三是冷镦性能极佳，冷加工强化率低，冷镦废品率小于3％；第四要求钢的表面不允许存在对使用有害的缺陷，尺寸精度高，尺寸公差为±0.01mm；第五是要求物美价廉等等。

目前国内外大量使用Ni-Cr奥氏体不锈钢制造标准件，如MLOCr18Ni12、MLOCr18Ni9等牌号；据资料介绍，全世界的镍产量中约有60％用于生产不锈钢，镍是比较稀缺且价格昂贵的金属，属于战略物资，往往不锈钢的成本和售价也常随镍价的涨跌而波动，近二年来镍价暴涨，几乎翻一翻；另外，铬金属我国也非常缺少，价格也在不断攀升，所以Ni-Cr不锈钢价格也随着飚升。因此，近年来国内外冶金专家不断的研究与开发出一系列节Ni奥氏体不锈钢新牌号。

发明内容

本发明的目的在于在不降低钢的不锈性前提下，用Al替代部分Cr金属，提Mn降Ni的同时，添加Cu金属，另外要控制C、N等元素的含量，再有就是在制造冷镦钢丝时，提出新的工艺制造方法，使钢的综合性能指标达到冷顶锻钢使用的技术工艺要求的奥氏体冷镦不锈钢及其钢丝的制造方法。

上述钢的综合性能指标具体体现在：不锈性、低屈强比、高塑性、高抗氧化性、耐热疲劳、抗热腐蚀性能、抗低温(-173℃)性能、抗磁性(在磁场强度18KA/m条件下导磁率μ≤1.2)、耐硫酸或还原性介质中耐晶间腐蚀。

本发明的目的是这样实现的：一种奥氏体冷镦不锈钢，其化学成分组成为(％重量比)：Cr 14.0～17.0，Mn 7.0～10.0，Ni 1.5～5.5，Cu 1.50～3.50，Al 1.0～4.0，C≤0.06，N≤0.12，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明奥氏体冷镦不锈钢的优选化学成分为(％重量比)：Cr 15.0～16.0，Mn 7.0～8.0，Ni 3.0～4.0，Cu 2.0～3.00，Al 1.0～2.0，C≤0.05，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质；或：Cr 14.0～15.0，Mn 8.0～9.5，Ni 2.0～3.0，Cu 1.0～2.0，Al 2.0～3.0，C≤0.04，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明为Cr-Mn-Ni-Cu-Al合金成分***，是一种降Ni提Mn、用Al代Cr，再添加Cu、控C、N，设计的理论依据如下：

合金元素系人们为了获得所需要的组织和各种性能向不锈钢中加入的具有一定含量范围的元素。本发明主要合金元素确定的原则是：提Mn降Ni、以Al代Cr、加Cu、控制C、N等，其余合金元素为通常使用的含量范围。

镍当量：

镍当量＝Ni％+30×(C+N)％+0.5×Mn％+0.3×Cu％。

各元素前的数字为该元素形成奥氏体化能力相当于镍形成奥氏体能力的倍数。

1)Ni与Mn含量的确定

从Ni当量公式中可见，Ni是奥氏体不锈钢中重要元素，它是形成奥氏体的首选元素，因为Ni对不锈钢的贡献是多方面的，除了能形成稳定奥氏体外，由于不锈钢中Cr-Ni共存，Ni可促进不锈钢钝化膜稳定性，可显著提高不锈钢塑、韧性，可降低不锈钢的脆性转变温度，具有抗低温性和抗磁性及对冷成型性和焊接性有利等特征。但是Ni金属稀缺且价高，多年来冶金专家再寻找Ni的替代元素，Mn合金元素是较理想的替代品，从Ni当量公式中可见，用2％Mn是可以替代1％Ni元素形成奥氏体的。所以本发明新牌号中Ni与Mn含量范围确定为平均降低4％Ni左右，提Mn8％左右是合适的，即Ni1.5％-5.5％，Mn7.0％-10.0％。

2)Cu含量的确定

铜可提高不锈钢的不锈性和耐蚀性，特别是在硫酸等还原性介质中的作用更为明显。铜是稳定和形成奥氏体合金元素，铜可显著降低不锈的强度和冷加工硬化倾向，改善钢的塑性，同时对不锈钢表面具有抗菌性，但是铜含量不宜过高，因为钢中Cu含量增加，不锈钢的热塑性降低，所以本发明Cu含量范围确定为1.5-3.5％是合理的。

3)C与N含量的确定

从镍当量公式中可见，C与N是形成奥氏体能力最强的两个元素，是Ni的30倍；但是在奥氏体不锈钢中一般不采用C作为形成奥氏体的元素，因为，随着钢中C含量的增加，虽然可以提高强度，但是钢的塑、韧性、耐蚀性、冷成型性、焊接性等要显著降低，一般认为其弊远远大于利，所以C含量要尽量降低，本发明碳含量确定为≤0.06％是合适的。

近年来，N被大量应用在奥氏体和双相不锈钢中，因为N通过固溶强化可显著提高钢的强度，同时钢中含有足够量的铬元素，N可提高钢的钝化能力，提高奥氏体不锈钢耐蚀性；

当钢中含N量超过某一定量时，如在奥氏体不锈钢N超过0.15时，钢的冷热加工性和冷成型降低，特别是对冷镦用钢N不宜过高，应适当控制在不大于0.1％是合理的。

4)Cr含量的确定

Cr对钢的不锈性和耐点蚀是有决定影响的，随着不锈钢中Cr含量的增加，不仅在氧化性酸介质耐蚀增加，而且，对不锈钢在氯化物溶液中耐应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等能力都有提高，所以Cr元素在不锈钢是不可缺少的重要元素，一般不能少于13％，本发明Cr含量范围确定为14-17％是合适的。

5)Al含量的确定

钢中加入AL与Cr等元素后，可提高FeO出现的温度，如含1％Cr可使FeO在600℃出现，含1.1％Al可使FeO在800℃温度出现.如果在比较高的Cr、Al含量时，可使FeO在800℃以上温度出现。综合使用Cr、Al元素可发挥更大的抗氧化效能，钢具有良好的抗氧化能力，并且抗温度剧变能力更好，同时耐热疲劳及抗高温腐蚀性能优于18-8 Cr-Ni不锈钢；另外由于钢中存在较多Al的含量，可使奥氏体晶粒粗化，粗晶粒钢丝抗拉强度与屈服强度降低，伸长率、断面收缩率明显增大，冷镦性能大幅度提高，可承受更大的冷变形而不开裂，这是本发明所追求的基本点，本发明确定Al含量范围是1-4％是合适的。

纵上所述，本发明奥氏体冷镦不锈钢，具有低屈强比、高塑性、抗氧化性好、抗低温性好、抗磁性好、抗晶间腐蚀等诸多优点，因此可部分替代OCr18Ni9等传统的Cr-Ni奥氏体不锈钢。

另有，针对用于耐热高抗氧性、耐热疲劳及高温腐蚀性好的标准件，可选用Cr-Mn-Ni-Al系奥氏体不锈钢，即去掉Cu增加Al的含量，也可以达到满意效果。在高温抗氧化情况下，Al代Cu效果会更好。据冶金专家研究发现，在钢中同样加入1％Cu或Al以后，FeO形成温度Al比Cu提高200℃，抗氧化性明显提高，另外，Al资源丰富，Cu资源有限。其具体成份组成如下(％重量比)：Cr 15.0～16.0，Mn 8.0～10.0，Ni 3.0～4.0，Al 2.0～4.0，C≤0.06，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S ≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。

本发明奥氏体冷镦不锈钢丝的制造方法，所述方法的工艺步骤如下：

步骤一、线材剥皮

对不锈钢线材用旋削或刮削的方法剥去一定深度的表层，一般深度为0.1-0.15mm，制成5.5-10mm线材，可以消除下列缺陷：

1、线材的表面缺陷、如裂纹、折叠、结疤等；

2、近表面的非金属夹杂物。

去掉表面缺陷的线材能用来制造高质量的标准件，冷镦成品率提高5％以上。

步骤二、线材退火

对线材进行800-900℃退火处理，模削剥皮线材的缺点是表面会产生一种硬化层，不宜直接去拉拔、而需要进行软化热处理，消除应力后才能进一步拉拔。

步骤三、皮膜处理、烘干

采用皮膜剂对5.5-10mm线材表面进行皮膜处理，然后在烘干炉烘干，炉温100-150℃，时间为0.5-1.0小时。

步骤四、粗拉、中拉、收线

在多头连续拉丝机拉拔，第一道采用25％-30％大减面率，以后逐次递减减面率，一般为6-7道次粗拉拔或7-8道次中拉拔后，收线、交货状态为轻拉钢丝，成品前钢丝预留6％-10％减面率轻拉至成品规格尺寸，软态钢丝拉到成品规格尺寸。

步骤五、清洗剂表面处理，连续炉光亮退火

根据用户需要，交货状态为软态钢丝，放线后采用清洗剂处理表面，然后水洗、吹干，进入连续光亮热处理炉，炉温1100±10℃，线速度20m/分，管内通入氨分解后，75H2，25％N2混合气体保炉，水冷、水洗、烘干；

步骤六、成品拉拔或表面涂覆膜及草酸涂层处理

软态交货钢丝光亮热处理后，表面涂覆膜或草酸涂层处理后，检验、称重、包装入库；轻拉交货钢丝，进行酸洗及表面涂覆膜或草酸涂后再经过6％-10％减面率小变形程度的倒立式拉拔，再检验、称重、包装入库。

上述工艺过程控制有以下3个创新点：

1、为了提高冷镦成品率，去掉线材表面缺陷及近表面夹杂物，对线材表面进行0.1-0.15mm剥皮处理，是工艺控制的第一个创新点；

2、为了消除线材剥皮后产生硬化及应力，对线材进行800-900℃退火处理，以利拉拔，是工艺控制的第二个创新点；

3、光亮温度由一般1050℃提高到1100℃±10℃，可使合金化合物AlN等充分溶解，同时轻拉成品钢丝采用10％以下小减面率拉拔，以利于获得小于0.70屈强比，提高塑性指标伸长率及断面收缩率，最后获得极佳冷顶锻性能，满足用户要求是工艺控制第三个创新点。

具体实施方式

实施例1：

制造铬锰镍铜铝系奥氏体冷镦不锈钢。其化学成分组成为(％重量比)：Cr 14.0～17.0，Mn 7.0～10.0，Ni 1.5～5.5，Cu 1.50～3.50，Al 1.0～4.0，C≤0.06，N≤0.12，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。

工艺流程：

配料-电弧炉冶炼-AOD炉精练-钢包-中间包-连铸-连轧机-固溶处理-收线-酸洗-打捆-包装-入库。

1)配料

清洁废钢+Cr及Ni废金属+及废铜+石灰等造渣材料等；(也可用高碳铬铁及高碳镍铁等)；

2)电弧炉炼钢

将配料材料依次加入电弧炉后，通电加热熔化，化验C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Cu，依据化验结果再调整各种化学成分，造渣，当炉温达到1650℃后，扒渣、出钢；

3)AOD精炼炉

将初炼炉钢水入炉后，通过向炉内吹入Ar(N₂)+O₂混合气体，吹炼过程分为氧化期、还原期、精练期；

氧化期主要是任务降C，终点0.03％以下，扒渣；

还原期：加入适量造渣剂，石灰+CaF₂及Fe-Si、CaSi或A1粉等，造还原渣，碱度为2.0～2.2，使Cr、Mn元素还原，一般Cr、Mn元素回收率达95％左右；同时进行脱S，扒渣后脱S率达70％；

精练期：根据化验结果，对Cr、Mn、Al成分调整，(因为Cu、Ni元素基本不氧化，收得率一般在97％以上)调整后成分达到目标值，钢水温度控制在1700±10℃后，扒渣、出钢，钢包钢水可转入中间包进行连铸；

4)连铸

钢水通过中间包水口——结晶器——拉坯，速度3M/分左右，方坯规格一般为150mm×150mm；

5)连轧

方坯检查后，对缺陷进行清除，修磨后再进入加热炉加热，保温均热，炉温达到1200℃～1250℃出炉开轧，一般由粗轧机-中轧机-精轧机-吐丝机-水淬(1050℃～1100℃)，固溶处理后，收线、酸洗、打捆、称量、检验、包装、入库。

6)成品线材直径为5.5～15mm，每盘重约为1t～2t。

实施例2：

制造铬锰镍铜铝系奥氏体冷镦不锈钢。其化学成分组成为(％重量比)：Cr 15.0～16.0，Mn 7.0～8.0，Ni 3.0～4.0，Cu 2.0～3.00，Al 1.0～2.0，C≤0.05，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。

工艺流程：同例1。

实施例3：制造铬锰镍铜铝系奥氏体冷镦不锈钢。其化学成分组成为(％重量比)：Cr 14.0～15.0，Mn 8.0～9.5，Ni 2.0～3.0，Cu 1.0～2.0，Al 2.0～3.0，C≤0.04，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。

工艺流程：同例1。

实施例4：制造铬锰镍铝系奥氏体冷镦不锈钢。其化学成分组成为(％重量比)：Cr 15.0～16.0，Mn 8.0～10.0，Ni 3.0～4.0，Al 2.0～4.0，C≤0.06，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。

工艺流程：同例1。

实施例5：

制造铬锰镍铜铝系奥氏体冷镦不锈钢丝。工艺步骤如下：

步骤一、线材剥皮

对不锈钢线材用旋削或刮削的方法剥去一定深度的表层，一般深度为0.1-0.15mm，制成5.5-10mm线材。

步骤二、线材退火

对线材进行800-900℃退火处理。

步骤三、皮膜处理、烘干

采用皮膜剂对5.5-10mm线材表面进行皮膜处理，然后在烘干炉烘干，炉温100-150℃，时间为0.5-1.0小时。

步骤四、粗拉、中拉、收线

在多头连续拉丝机拉拔，第一道采用25％-30％大减面率，以后逐次递减减面率，一般为6-7道次粗拉拔或7-8道次中拉拔后，收线、交货状态为轻拉钢丝，成品前钢丝预留10％减面率轻拉至成品规格尺寸，软态钢丝拉到成品规格尺寸。

步骤五、清洗剂表面处理，连续炉光亮退火

根据用户需要，交货状态为软态钢丝，放线后采用清洗剂处理表面，然后水洗、吹干，进入连续光亮热处理炉，炉温1100±10℃，线速度20m/分，管内通入氨分解后，75H2，25％N2混合气体保炉，水冷、水洗、烘干；

步骤六、成品拉拔或表面涂覆膜及草酸涂层处理软态交货钢丝光亮热处理后，表面涂覆膜或草酸涂层处理后，检验、称重、包装入库；轻拉交货钢丝，进行酸洗及表面涂覆膜或草酸涂后再经过10％减面率小变形程度的倒立式拉拔，再检验、称重、包装入库。

实施例6：

制造铬锰镍铝系奥氏体冷镦不锈钢丝。工艺步骤同例5。

附：成品钢丝的各项主要技术指标要求

按照GB/T4232-93冷顶锻用不锈钢丝国家标准或JISG4315-2000日本冷镦不锈钢丝标准要求，主要技术指标如下：

1)尺寸规格及允许偏差

钢丝直径：d＝0.8-14.0mm

允许偏差应符合GB/T342中表2的10级或9级、8级规定。

2)交货状态

软态(R)光亮退火后进行表面涂覆膜处理；

轻拉(Q)光亮退火后进行表面涂覆膜后进行小变形的拉拔。

3)力学性能

	软态(R)			轻拉(Q)
							钢丝直径mm	抗拉强度MPa	伸长率不小于％	断面收缩率不小于％	抗拉强度MPa	伸长率不小于％	断面收缩率不小于％
0.8-3.0	490-640	30	----	540-690	20	----
							＞3.0-14.0	440-590	40	65	470-650	25	55

4)表面质量

钢丝表面光滑洁净，不得有对使用有害的缺陷。

5)冷顶锻性能

钢丝应进行冷顶锻试验，冷顶锻至原试样高度二分之一，试样表面不得有裂纹和裂口。

6)特殊要求

根据用户要求，奥氏体钢丝可做晶间腐蚀试验，试验方法由供需双方协议。

Claims (6)

1、一种奥氏体冷镦不锈钢，其特征在于所述不锈钢的化学成分重量百分比组成为：Cr 14.0～17.0，Mn 7.0～10.0，Ni 1.5～5.5，Cu 1.50～3.50，Al 1.0～4.0，C≤0.06，N≤0.12，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的一种奥氏体冷镦不锈钢，其特征在于：所述不锈钢的化学成分重量百分比组成为：Cr 15.0～16.0，Mn 7.0～8.0，Ni3.0～4.0，Cu 2.0～3.00，Al 1.0～2.0，C≤0.05，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015。

3、根据权利要求1所述的一种奥氏体冷镦不锈钢，其特征在于：所述不锈钢的化学成分重量百分比组成为：Cr 14.0～15.0，Mn 8.0～9.5，Ni2.0～3.0，Cu 1.0～2.0，Al 2.0～3.0，C≤0.04，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015。

4、一种奥氏体冷镦不锈钢，其特征在于所述不锈钢的化学成分重量百分比组成为：Cr 15.0～16.0，Mn 8.0～10.0，Ni 3.0～4.0，Al 2.0～4.0，C≤0.06，N≤0.10，Si≤1.00，P≤0.035，S≤0.015，余量为Fe及不可避免的杂质。

5、一种如权利要求1所述的奥氏体冷镦不锈钢丝的制造方法，其特征在于：所述方法的工艺步骤如下：

步骤一、线材剥皮

对不锈钢线材用旋削或刮削的方法剥去深度为0.1-0.15mm的表层，制成5.5-10mm线材，

步骤二、线材退火

对线材进行800-900℃退火处理，

步骤三、皮膜处理、烘干

采用皮膜剂对5.5-10mm线材表面进行皮膜处理，然后在烘干炉烘干，炉温100-150℃，时间为0.5-1.0小时，

步骤四、粗拉、中拉、收线

在多头连续拉丝机上拉拔，第一道采用25％-30％大减面率，以后逐次递减减面率，经6-7道次粗拉拔或7-8道次中拉拔后，收线，如交货状态为轻拉钢丝，成品前钢丝预留10％减面率轻拉至成品规格尺寸，如交货状态为软态钢丝直接拉到成品规格尺寸，

步骤五、清洗剂表面处理，连续炉光亮退火

如交货状态为软态钢丝，放线后采用清洗剂处理表面，然后水洗、吹干，进入连续光亮热处理炉，炉温1100±10℃，线速度20m/分，管内通入氨分解后，75H2，25％N2混合气体保炉，水冷、水洗、烘干；

步骤六、成品拉拔或表面涂覆膜及草酸涂层处理

如交货状态为软态钢丝，对钢丝光亮热处理，表面涂覆膜或草酸涂层处理；如交货状态为轻拉交货钢丝，进行酸洗及表面涂覆膜或草酸涂后再经过6％-10％减面率的倒立式拉拔。

6、一种如权利要求4所述的奥氏体冷镦不锈钢丝的制造方法，其特征在于：所述方法的工艺步骤如下：

步骤一、线材剥皮

对不锈钢线材用旋削或刮削的方法剥去深度为0.1-0.15mm的表层，制成5.5-10mm线材，

步骤二、线材退火

对线材进行800-900℃退火处理，

步骤三、皮膜处理、烘干

采用皮膜剂对5.5-10mm线材表面进行皮膜处理，然后在烘干炉烘干，炉温100-150℃，时间为0.5-1.0小时，

步骤四、粗拉、中拉、收线

在多头连续拉丝机上拉拔，第一道采用25％-30％大减面率，以后逐次递减减面率，经6-7道次粗拉拔或7-8道次中拉拔后，收线，如交货状态为轻拉钢丝，成品前钢丝预留10％减面率轻拉至成品规格尺寸，如交货状态为软态钢丝直接拉到成品规格尺寸，

步骤五、清洗剂表面处理，连续炉光亮退火

如交货状态为软态钢丝，放线后采用清洗剂处理表面，然后水洗、吹干，进入连续光亮热处理炉，炉温1100±10℃，线速度20m/分，管内通入氨分解后，75H2，25％N2混合气体保炉，水冷、水洗、烘干；

步骤六、成品拉拔或表面涂覆膜及草酸涂层处理

如交货状态为软态钢丝，对钢丝光亮热处理，表面涂覆膜或草酸涂层处理；如交货状态为轻拉交货钢丝，进行酸洗及表面涂覆膜或草酸涂后再经过6％-10％减面率的倒立式拉拔。