CN101328561A

CN101328561A - 析出强化中铬铁素体不锈钢、带钢及其制造方法

Info

Publication number: CN101328561A
Application number: CNA2007100938835A
Authority: CN
Inventors: 李步明; 余海峰; 戚国平
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2008-12-24

Abstract

本发明提供了一种析出强化中铬铁素体不锈钢、以该钢种制成的带钢及该带钢的制造方法。所述析出强化中铬铁素体不锈钢由以下化学成分组成：C≤0.04wt％、Si：0.2～0.6wt％、Mn：0.25～0.6wt％、S≤0.02wt％、P≤0.03wt％、Cr：16.0～18.0wt％、Cu：1.2～1.6wt％、N≤0.02wt％，余量为Fe和不可避免杂质。采用电磁搅拌对上述钢种进行冶炼铸造，并控制适当的热轧温度、卷曲温度、冷轧压下量等工艺条件，制得了本发明的析出强化中铬铁素体不锈带钢。该铁素体不锈带钢具有较高的屈服强度和抗拉强度，并且有良好的延塑性，满足变形加工的需要。

Description

析出强化中铬铁素体不锈钢、带钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及不锈钢材料类，具体地说，本发明涉及一种析出强化中铬铁素体不锈钢、以该钢种制成的带钢及该带钢的制造方法。

背景技术

在整个不锈钢消费市场上，300系列不锈钢大约占到70％以上，其中铁素体约占20％，近年来随着国际上镍矿石的紧缺，其价格不断上扬，造成成本不断增加，而400系列不锈钢由于不含镍，因此在这方面所受影响较小。传统400系代表钢种有铁素体系之430(17％Cr)及马氏体系之410、420(13％Cr)，其中以430使用量最大。400系不锈钢价格低廉、热膨胀系数低、耐氯化物应力均优于300系，但不足之处是其成形性、焊接性、抗拉强度不如304不锈钢，且由于400系不锈钢的含铬量比300系列不锈钢低，在有严重化学气氛的环境中使用会腐蚀，因而使其应用受到限制，但若在400系不锈钢中加入微量铌、钛、铜或铝元素，即可提高其深冲性能、可焊性、在大气淡水及氧化性介质(如硝酸)中的耐腐蚀性能。近年来，400系列产品的性能有了极大的提升，在一些要求不是很高的情况下，完全可以用铁素体不锈钢来代替昂贵的304不锈钢。表1及表2分别列出了一些国外中铬型铁素体不锈钢的化学成分及其力学性能。

表1国外中铬型铁素体不锈钢的化学成分(wt％)

	牌号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	N
	牌号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	N	美国	ASTM439	≤0.03	≤1.00	≤1.00	≤0.040	≤0.030	17.0～19.0	0.2+4×(C+N)～1.10	-
韩国	POS439	≤0.01	≤0.40	≤0.40	≤0.040	≤0.030	17.0～19.0	0.2+4×(C+N)～1.10	≤0.01	美国	ASTM439	≤0.03	≤1.00	≤1.00	≤0.040	≤0.030	17.0～19.0	0.2+4×(C+N)～1.10	-
韩国	POS439	≤0.01	≤0.40	≤0.40	≤0.040	≤0.030	17.0～19.0	0.2+4×(C+N)～1.10	≤0.01	日本	SUS430	≤0.12	≤1.00	≤1.00	≤0.040	≤0.030	16.0～18.0	-	-
日本	SUS434	≤0.12	≤1.00	≤1.00	≤0.040	≤0.030	16.0～18.0	Mo：0.75～1.25	-	日本	SUS430	≤0.12	≤1.00	≤1.00	≤0.040	≤0.030	16.0～18.0	-	-
日本	SUS434	≤0.12	≤1.00	≤1.00	≤0.040	≤0.030	16.0～18.0	Mo：0.75～1.25	-	日本	SUS444	≤0.025	≤1.00	≤1.00	≤0.040	≤0.030	17.0～20.0	Mo：1.75～2.50Nb：8(C+N)～0.80	0.025

表2国外中铬型铁素体不锈钢的力学性能

牌号	抗拉强度(MPa)	0.2％屈服强度(MPa)	延伸率(％)
牌号	抗拉强度(MPa)	0.2％屈服强度(MPa)	延伸率(％)	ASTM439	≥415	≥215	≥22
POS439	≥420	≥230	≥21	ASTM439	≥415	≥215	≥22
POS439	≥420	≥230	≥21	SUS430	≥420	≥205	≥22
SUS434	≥450	≥205	≥22	SUS430	≥420	≥205	≥22
SUS434	≥450	≥205	≥22	SUS444	≥410	≥245	≥20

目前，国内外生产Cr17型铁素体不锈钢的显微组织以铁素体为主，通过添加少量微量合金元素钛、铌等改进钢的耐蚀性能和机械强度，有的钢种也添加钼，但由于近年来钼价上涨，加入钼会使钢的成本增加。

为了解决上述问题，本发明者通过调整钢种成分配比，在钢中添加适量的铜元素，并控制生产工艺条件，开发出一种高强度中铬铁素体不锈带钢。该不锈带钢的屈服强度达300MPa以上，延伸率达25％以上。

因此，本发明的第一个目的在于提供一种析出强化中铬铁素体不锈钢。

本发明的第二个目的在于提供以所述析出强化中铬铁素体不锈钢制成的带钢。

本发明的第三个目的在于提供所述析出强化中铬铁素体不锈带钢的制造方法。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种析出强化中铬铁素体不锈钢，该析出强化中铬铁素体不锈钢由以下化学成分组成：C≤0.04wt％、Si：0.2～0.6wt％、Mn：0.25～0.6wt％、S≤0.02wt％、P≤0.03wt％、Cr：16.0～18.0wt％、Cu：1.2～1.6wt％、N≤0.02wt％，余量为Fe和不可避免杂质。

本发明的第二个方面提供一种析出强化中铬铁素体不锈带钢，所述带钢以上述析出强化中铬铁素体不锈钢制成，其化学成分包含：C≤0.04wt％、Si：0.2～0.6wt％、Mn：0.25～0.6wt％、S≤0.02wt％、P≤0.03wt％、Cr：16.0～18.0wt％、Cu：1.2～1.6wt％、N≤0.02wt％，余量为Fe和不可避免杂质。

下面，对本发明的析出强化中铬铁素体不锈钢及以该钢种制成的带钢的化学成分作用作详细叙述。

C≤0.04％：碳化物形成元素和奥氏体形成元素，可以提高钢的强度，但是如果含量太高，会使钢的延伸性能下降，大大降低钢的成形性能。

Si：0.2～0.6％：铁素体形成元素，可增加铁素体组织比例，对提高钢的屈服强度有利。

Mn：0.25～0.6％：奥氏体形成元素，在中铬型钢中，添加一定量的锰可以提高钢的强度。但其含量过高时，钢中存在奥氏体(高温)，冷却不当会形成残余奥氏体，造成钢的基体组织不均匀，使冷轧带钢不容易变形，降低钢的成形性。

P≤0.03％：钢中不可避免的杂质元素，含磷过高对焊接不利。

S≤0.02％：钢中不可避免的杂质元素，含硫过高对钢的耐蚀性不利。

Cr：16.00～18.00％：抗氧化(腐蚀)元素，也是铁素体形成元素，可以提高钢的耐蚀性，增加、稳定钢的铁素体组织。

Cu：1.20～1.60％：可以提高材料的冷变形成型性能，同时Cu也是起到析出强化作用的关键元素，其在钢中的含量过高会给材料的加工性能带来不利影响，同时带来成本的增加，过低则不能保证材料有足够的析出强化效果。

N≤0.02：奥氏体形成元素，可以增加钢的高温奥氏体组织的比例。但其含量过高会危害铁素体钢的延伸性能。

本发明的第三个方面提供一种析出强化中铬铁素体不锈带钢的制造方法，该方法包括冶炼、连铸成坯、热轧、冷轧和退火工序。

在一个优选实施方式中：冶炼采用电炉-AOD精炼。

在另一个优选实施方式中：连铸过程中采用电磁搅拌。

在另一个优选实施方式中：在热轧过程中，先将板坯加热至1050～1150℃，再多道次轧制成带钢，终轧温度为850±30℃，并进行卷曲形成钢卷，卷曲温度为680±30℃，卷曲后空冷至室温。

在另一个优选实施方式中：在冷轧过程中，先将热轧钢卷于840～920℃进行第一次退火，保温12小时以上，以15～60℃/S的冷却速度冷却，酸洗后再进行多道次冷轧，最后于840～920℃连续退火，冷却至室温。其中所述多道次冷轧的总压下量为70～80％。

在一个更优选的实施方式中：在冷轧过程中，所述第一次退火采用罩式退火。

本发明的析出强化中铬铁素体不锈带钢在连铸过程中，采用电磁搅拌可使板坯断面的等轴晶比例达到35％以上，而且可有效避免Cu的偏析，使得Cu得以均匀分布在材料中。在冷轧过程中，热轧钢卷退火后，以15～60℃/S的冷却速度缓慢冷却，使得Cu在冷却的过程中均匀弥散析出，析出颗粒尺寸在50～200nm之间，析出相距在100～200nm之间。该析出Cu相在钢中起到析出强化作用，提高了钢的屈服强度，由于该析出相很细小，且呈弥散分布，在热处理过程中阻止了晶粒长大，也可使材料获得良好的延塑性能，同时由于Cu是一种比较有效的抗菌杀菌元素，该析出相也赋予了材料一定的抗菌性能。

本发明的有益效果为：

(1)本发明控制C，N含量，即(C+N)≤0.06％，加入适量的Si、Mn、Cu元素，并且不添加Mo、Ti、Nb等贵重元素，降低了高强度不锈带钢的生产成本。

(2)采用电磁搅拌可使板坯断面的等轴晶比例达到35％以上，而且可有效避免Cu的偏析，使得Cu得以均匀分布在材料中。

(3)与同类型不含Cu中铬型铁素体钢种相比，本发明添加了Cu元素，通过控制适当的热轧温度、卷曲温度、冷轧压下量等工艺条件，在基体中形成弥散分布的析出Cu相，该析出相起到析出强化作用，提高了钢的屈服强度；由于该析出相很细小，且呈弥散分布，也不会对材料的延塑性能带来不利影响；且析出Cu相具有一定的杀菌灭菌功能，所以使得材料也具备一定的抗菌性能。

(4)本发明的析出强化中铬铁素体不锈带钢具有较好的延伸率(≥25％)和足够的屈服强度(≥300MPa)，适用于需要高强度、成型性好和不锈性的使用场合。

附图说明

图1为本发明实施例2的析出强化中铬铁素体不锈带钢的析出Cu相电镜照片。

图2为本发明实施例2的析出强化中铬铁素体不锈带钢的析出Cu相电镜能谱图。

具体实施方式

以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1

按表3所示的化学成分通过电炉、氧氩脱碳转炉(AOD)冶炼不锈钢，将冶炼后的钢水在连铸机上浇注成板坯，连铸过程中在二冷区采用电磁搅拌使等轴晶比例达到36％，将板坯切割成所需长度后，板坯冷却至室温，用砂轮清除板坯表面缺陷，转到加热炉加热至1055℃，经高压水去除高温氧化铁表面后，在轧机多道次轧制成带钢，并进行卷曲形成钢卷，终轧温度为823℃，卷曲温度为680±30℃，空冷至室温。然后将上述热轧钢卷先通过罩式退火炉进行退火处理，退火温度为845℃，保温12小时以上，以35℃/S的冷却速度缓慢冷却，酸洗后再进行多道次冷轧，冷轧总压下量为70～80％，成品厚度为0.5～0.6mm。最后，将冷轧带钢于850℃连续退火，冷却至室温。

实施例2

实施方式同实施例1，其中等轴晶比例为39％，板坯加热温度为1070℃，带钢终轧温度为840℃，热轧钢卷退火温度为860℃，热轧钢卷退火冷却速度为40℃/S，冷轧带钢退火温度为870℃。

实施例3

实施方式同实施例1，其中等轴晶比例为38％，板坯加热温度为1090℃，带钢终轧温度为850℃，热轧钢卷退火温度为870℃，热轧钢卷退火冷却速度为30℃/S，冷轧带钢退火温度为860℃。

实施例4：

实施方式同实施例1，其中等轴晶比例为38.5％，板坯加热温度为1120℃，带钢终轧温度为870℃，热轧钢卷退火温度为890℃，热轧钢卷退火冷却速度为45℃/S，冷轧带钢退火温度为880℃。

实施例5

实施方式同实施例1，其中等轴晶比例为40％，板坯加热温度为1150℃，带钢终轧温度为880℃，热轧钢卷退火温度为920℃，热轧钢卷退火冷却速度为60℃/S，冷轧带钢退火温度为915℃。

表3本发明实施例1-5的析出强化中铬铁素体不锈钢的化学成分(wt％)

	C	Mn	Si	S	Cr	N	Cu
	C	Mn	Si	S	Cr	N	Cu	实施例1	0.017	0.45	0.47	0.011	17.02	0.011	1.35
实施例2	0.036	0.52	0.396	0.006	16.80	0.010	1.49	实施例1	0.017	0.45	0.47	0.011	17.02	0.011	1.35
实施例2	0.036	0.52	0.396	0.006	16.80	0.010	1.49	实施例3	0.024	0.025	0.50	0.008	17.70	0.014	1.58
实施例4	0.0387	0.39	0.27	0.001	16.04	0.016	1.42	实施例3	0.024	0.025	0.50	0.008	17.70	0.014	1.58
实施例4	0.0387	0.39	0.27	0.001	16.04	0.016	1.42	实施例5	0.031	0.47	0.40	0.0068	17.14	0.088	1.22

试验例1

采用扫描电镜对本发明实施例2的析出强化中铬铁素体不锈带钢进行扫描分析，其析出Cu相电镜照片及电镜能谱图分别见图1和图2。从图1可以发现有白色的条状析出Cu相出现，颗粒大小在50～200nm之间。

试验例2：

对本发明实施例1-5的析出强化中铬铁素体不锈带钢进行力学性能测试，测试结果见表4。

表4本发明实施例1-5的析出强化中铬铁素体不锈带钢的力学性能

	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率(％)
	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率(％)	实施例1	365	525	30.0
实施例2	345	480	30.8	实施例1	365	525	30.0
实施例2	345	480	30.8	实施例3	390	550	28.5
实施例4	350	515	35.8	实施例3	390	550	28.5
实施例4	350	515	35.8	实施例5	345	495	29.0

从表4可以看出，本发明的铁素体不锈带钢通过添加Cu元素，并采取适当的工艺处理后，在基体中弥散分布的析出Cu相可起到析出强化作用，提高不锈带钢的强度，使其屈服强度达300MPa以上，抗拉强度达450MPa以上，并且延伸率≥25％，具有良好的延塑性，满足变形加工的需要。

Claims

1、一种析出强化中铬铁素体不锈钢，其特征在于，所述析出强化中铬铁素体不锈钢由以下化学成分组成：C≤0.04wt％、Si：0.2～0.6wt％、Mn：0.25～0.6wt％、S≤0.02wt％、P≤0.03wt％、Cr：16.0～18.0wt％、Cu：1.2～1.6wt％、N≤0.02wt％，余量为Fe和不可避免杂质。

2、一种析出强化中铬铁素体不锈带钢，其特征在于，以权利要求1所述的析出强化中铬铁素体不锈钢制成。

3、权利要求2所述的析出强化中铬铁素体不锈带钢的制造方法，

所述析出强化中铬铁素体不锈带钢的化学成分包含：C≤0.04wt％、Si：0.2～0.6wt％、Mn：0.25～0.6wt％、S≤0.02wt％、P≤0.03wt％、Cr：16.0～18.0wt％、Cu：1.2～1.6wt％、N≤0.02wt％，余量为Fe和不可避免杂质；

所述制造方法包括冶炼、连铸成坯、热轧、冷轧和退火工序。

4、根据权利要求3所述的析出强化中铬铁素体不锈带钢的制造方法，其中所述冶炼采用电炉-AOD精炼。

5、根据权利要求3所述的析出强化中铬铁素体不锈带钢的制造方法，其特征在于，在连铸过程中采用电磁搅拌。

6、根据权利要求3所述的析出强化中铬铁素体不锈带钢的制造方法，其特征在于，在所述热轧过程中，先将板坯加热至1050～1150℃，再多道次轧制成带钢，终轧温度为850±30℃，并进行卷曲形成钢卷，卷曲温度为680±30℃，卷曲后空冷至室温。

7、根据权利要求3所述的析出强化中铬铁素体不锈带钢的制造方法，其特征在于，在所述冷轧过程中，先将热轧钢卷于840～920℃进行第一次退火，保温12小时以上，以15～60℃/S的冷却速度冷却，酸洗后再进行多道次冷轧，最后于840～920℃连续退火，冷却至室温。

8、根据权利要求7所述的析出强化中铬铁素体不锈带钢的制造方法，其特征在于，所述第一次退火采用罩式退火。

9、根据权利要求7所述的析出强化中铬铁素体不锈带钢的制造方法，其中所述多道次冷轧的总压下量为70～80％。