CN101205589A - 一种软质铁素体不锈钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软质铁素体不锈钢及其制造方法，其包括如下步骤，1)成分质量百分比为：C 0.01－0.03、Mn 0.2－0.4、Si 0.2－0.4、Cr 15－17、N≤0.025、P≤0.020、S≤0.0030、余Fe以及不可避免的杂质；2)冶炼、连铸成坯，铁水和合金料经过AOD炉、VOD炉处理，使成分在要求范围内，然后连铸成坯；3)板坯加热，加热温度1050～1100℃，总加热时间不小于180分钟；4)热轧，终轧温度：860～880℃，卷取温度：750℃±20℃；5)轧后热处理：退火温度为860～900℃，酸洗；6)冷轧，总压下率不小于70％；7)轧后热处理，退火温度为880℃～920℃。本发明制造出的不锈钢材料成本低，硬度适中，而且，具备一定的耐腐蚀性、耐磨性。

Description

一种软质铁素体不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种软质铁素体不锈钢及其制造方法。

背景技术

铁素体不锈钢材料因其不含镍或者含少量镍在成本上大大低于奥氏体不锈钢，同时又因为它具有优良的耐氯物应力腐蚀、耐点蚀以及耐缝隙腐蚀等局部腐蚀性能，被广泛用于家电、厨卫、集装箱、制造业以及汽车工业等。而铁素体不锈钢用于纪念币、游戏用币以及具有浮凸花纹工艺品等方面却鲜有报道，纪念币常因其特定意义和要求，所用材料的成本较高，常用金、银、Au-Ag合金，某些纪念币是用Cu-Ni合金镀上黄铜或黄金配上图案也很华丽美观，以上均因成本过高，发行量相对少，一般商业或者企事业单位为对其有纪念意义的活动而制作的纪念币或者礼品，如采用成本相对低廉的铁素体不锈钢做材料将无疑是一种优良选择，而对游戏用币而言，用不锈钢材料代替塑料或者碳钢材料，不仅材料表面会有亮丽的光泽，而且具有塑料或者碳钢材料无可比拟的耐腐蚀性。常用的铁素体不锈钢比如0Cr17或者5f1Cr17，因为其硬度偏高不利于纪念币的压花，太软的铁素体不锈钢材料则又因为其过软，压花变性后耐磨性不够，这就需要设计一种材料成本低、经过合适方法生产加工后硬度适中的铁素体不锈钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软质铁素体不锈钢及其制造方法，成本低，硬度适中，而且，具备一定的耐腐蚀性、耐磨性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种软质铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：

C       0.01-0.03

Mn      0.2-0.4

Si      0.2-0.4

Cr    15-17

N≤0.025

P≤0.020

S≤0.0030

其余为Fe以及不可避免的杂质。

在本发明的成分中，

C、N：在不锈钢中，C、N均为强烈的奥氏体形成元素，当C+N＞0.03％。高温下有α+γ双相结构，在随后的冷却过程中，奥氏体转变成马氏体，将增加材料的硬度，此外，对铁素体不锈钢，C、N过高，还会使材料的抗晶间腐蚀能力更加恶化。

Si、Mn：该两种元素作为脱氧元素加入，为了得到软质并且热加工性优良，希望Mn、Si含量最好在满足脱氧要求下越低越好。

Cr：不锈钢要求具有良好的耐蚀性，最低Cr含量要求不小于12％，为了使本设计材料具有一定程度耐腐蚀性并保证该材料比较好的热加工性，将Cr含量的定在15～17％。

P：是韧性恶化元素，使材料加工困难，应尽可能低。

S：在钢中形成硫化物夹杂，是有害元素，应根据控制能力，控制在较低的范围内。

本发明软质铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤，

1)软质铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：C0.01-0.03、Mn0.2-0.4、Si0.2-0.4、Cr15-17、N≤0.025、P≤0.020、S≤0.0030、其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)冶炼、连铸成坯，冶炼铁水磷含量控制在0.007％；铁水和合金料在氩氧脱碳炉(AOD)混均，再经过真空吹氧脱碳炉(VOD)进一步脱碳、脱氮，同时进行合金微调，使各成分均控制在要求范围内；真空吹氧脱碳炉(VOD)出钢终点：C：0.030％以下，N：0.02％以下；然后连铸成坯；

3)板坯加热，加热温度范围1050～1100℃，总加热时间不小于180分钟，保证板坯温度均匀；

4)热轧，终轧温度：860～880℃，卷取温度：750℃±20℃；

5)轧后热处理：退火温度为860～900℃，酸洗；

6)冷轧，总压下率不小于70％；

7)轧后热处理，退火温度为880℃～920℃。

又，步骤2)中连铸过程使用电磁搅拌。

在本发明的制造方法中，

冶炼：

(1)要求低磷铁水，磷含量控制在0.007％以下，防止后续炼钢过程由于合金元素中磷的带入，而超过材料设计范围。

(2)真空吹氧脱碳炉出钢终点：C：0.030％以下，N：0.02％以下。为的是防止在后续连铸过程中钢水与空气、中间包覆盖剂以及结晶器保护渣接触后C、N含量增加，超过材料的设计范围。

(3)在连铸二冷段使用电磁搅拌，以使铸坯具有一定比例的等轴晶(一般大于30％)。这将有利于防止或者改善铁素体冷加工变形后板卷表面的起皱现象。

热轧：

(1)加热温度范围1050～1100℃，总加热时间不小于180分钟，保证板坯温度均匀。如果温度高于1100℃，该材料在热轧过程中将会因为太软而粘辊或者粗轧后板坯翘头，使后续轧制难于咬入以及损伤轧辊，同时也为了防止过高的温度使原始铸态晶粒过于粗大，在轧制过程出现较多的条状组织，从而不利于后续热处理中的再结晶。

终轧温度：860～880℃，卷取温度：750℃±20℃。

热轧板卷厚度控制在4.5～6.5mm。考虑到产品最后厚度以及冷轧对该材料的压下率要求，该热轧板厚度不得低于4.5mm。

热轧板的热处理制度：退火温度为860～900℃。如果温度低于860℃，经过热轧变形后的加工硬化得不到充分的消除，超过900℃晶粒将变得粗大，且在后续的冷轧过程中容易开裂。

冷轧：总压下率不小于70％。如果小于70％则容易在轧卷表面出现皱折缺陷，影响表面的美观性。

冷轧热处理制度：退火温度为880℃～920℃。温度过低，材料硬度偏高，温度过高，材料晶粒过于粗大，影响材料的强度以及塑性指标。

经过以上方法制造以及处理过的不锈钢材料，维氏硬度可在135以下，延伸大于35％，抗氯化物腐蚀性能力优于SUS430，经过15％的变形后维氏硬度可以在220以上，可满足材料的耐磨性要求。

本发明的有益效果

本发明与已有技术相比，现有牌号0Cr17的铁素体不锈钢，其成分C、N范围宽(均在0.05％以下)、且对P含量(0.03％以下)要求不苛刻，在工业生产中很容易通过电炉+氩氧脱碳炉进行生产，经过热轧、退火、冷轧以及最终退火后，材料硬度偏高，不适合用在纪念币或者游戏用币上。

本发明通过降低C、N含量以及P含量，经过上述生产工艺使材料的维氏硬度在135以下，经过15％的变形后硬度可以达到220以上，从而具有一定的耐磨性。

其他低碳纯铁素体不锈钢为了增加其耐蚀性，常在钢中加入Ti、Nb等合金元素，相对本发明中设计的材料而言成本增加，且常由于加入Ti增加了连铸生产的难度。

中国专利号CN861001805A公开了超软不锈钢，其包含0.005～0.5％Cu、0.01～0.6％Mo、0.02～1.0％Ni等元素，成分较本发明复杂，且材料成本高于本发明，制造方法限于小容量的感应炉。

通过以上的比较，本发明方法制造出来的铁素体不锈钢材料具备成本低，且容易形成工业生产，材料还可以直接压花成型，不需要镀层金属，材料表面完全可以满足普通纪念币、游戏用币以及冲压工艺品对材料的要求。

附图说明

图1a为本发明实施例冷轧退火的金相图片。

图1b为本发明实施例冷轧退火的金相图片。

具体实施方式

实施例成分见表1，制造工艺参见表2，力学性能见表3，与SUS430抗腐蚀能力对比试验结果见表4，采用10％的FeCl₃溶液进行浸泡试验，试验溶液温度为50℃，浸泡时间为5小时，试样大小为20mm(长)×40mm(宽)×1.7mm(厚)，由表4可以看出，本发明比SUS430抗氯化物腐蚀能力强很多。试验钢冷轧退火的金相图片见图1a，图1b，晶粒等级在7.5级。晶粒越细，钢的强度提高，同时伴随硬度提高，所以该材料并不需要无限追求高的晶粒度。

表1

单位：质量百分比

实施例	C	Mn	Si	S	P	Cr	N	Fe
									1	0.015	0.31	0.26	0.002	0.013	16.50	0.0070	余量
2	0.014	0.32	0.20	0.003	0.014	16.38	0.0111	余量
									3	0.010	0.40	0.40	0.001	0.010	16.00	0.010	余量
4	0.012	0.25	0.25	0.001	0.018	15.00	0.008	余量
									5	0.025	0.22	0.25	0.001	0.010	16.80	0.020	余量
6	0.030	0.20	0.20	0.003	0.010	17.00	0.006	余量
									7	0.010	0.20	0.35	0.001	0.020	15.50	0.025	余量
8	0.018	0.35	0.30	0.002	0.010	17.00	0.010	余量

表2

实施例	中间包过热度℃	拉速m/mm	铸坯加热温度℃	精轧终点温度℃	热轧板退火温度℃	冷轧压下率	冷轧退火温度℃
								1	35	0.9	1100	880	880	71.6％	880
2	25	1.0	1080	860	860	73％	880
								3	25	1.0	1050	860	860	75％	890
4	30	0.9	1060	860	865	72％	900
								5	25	1.0	1070	870	870	75％	910

6	35	0.8	1100	880	900	78％	920
								7	30	0.9	1090	880	890	76％	910
8	25	1.0	1080	880	880	77％	900

表3试验钢的力学性能(冷轧退火产品)

实施例	屈服强度Mpa	抗拉强度Mpa	硬度Hv	15％变形后硬度Hv	延伸％
						1	270	402	130	220	31
2	288	420	126	230	36
						3	260	400	120	220	35
4	265	395	118	222	38
						5	290	430	140	235	30
6	285	420	135	230	32
						7	280	410	130	225	35
8	288	408	132	230	34

表4抗腐蚀试验结果

	失重g	失重速率g/(m2h)
			实施例1	0.0407	0.0526
实施例2	0.0587	0.0763
			对比例SUS430	0.12636	0.807

综上所述，本发明制造出的不锈钢材料，其硬度低，可以用来做冲压纪念币、游戏用币以及工艺品等，而且经过冲压后，硬度增加，从而使制品具备一定的耐磨性。

Claims (3)

1.一种软质铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：

C     0.01-0.03

Mn    0.2-0.4

Si    0.2-0.4

Cr    15-17

N≤0.025

P≤0.020

S≤0.0030

其余为Fe以及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的软质铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤，

1)软质铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：C 0.01-0.03、Mn 0.2-0.4、Si 0.2-0.4、Cr 15-17、N≤0.025、P≤0.020、S≤0.0030、其余为Fe以及不可避免的杂质；

2)冶炼、连铸成坯，冶炼铁水P含量控制在0.007％；铁水和合金料在氩氧脱碳炉混均并初步脱碳后，再经过真空吹氧脱碳炉进一步脱碳、脱氮，同时进行合金微调，使各成分均控制在要求范围内；真空吹氧脱碳炉出钢终点：C：0.030％以下，N：0.02％以下；然后连铸成坯；

3)板坯加热，加热温度范围1050～1100℃，总加热时间不小于180分钟，保证板坯温度均匀；

4)热轧，终轧温度：860～880℃，卷取温度：750℃±20℃；

5)轧后热处理：退火温度为860～900℃，酸洗；

6)冷轧，总压下率不小于70％；

7)轧后热处理，退火温度为880℃～920℃。

3.如权利要求2所述的软质铁素体不锈钢的制造方法，其特征是，步骤2)中连铸过程使用电磁搅拌。

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