CN101333627A - 一种标准件用不锈钢盘条及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标准件用不锈钢盘条及其制造方法，不锈钢盘条成分质量百分比为：C 0.03～0.08、Si≤0.55、Mn 13.50～15.50、P＜0.045、S＜0.020、Cr 12.50～14.00、Ni 0.80～1.45、Cu 1.75～3.50、其余为Fe和不可避免杂质。制造方法包括如下步骤：1.电炉+AOD炉外精炼冶炼，连铸成坯，2.轧制，均热温度1220℃～1250℃，开轧温度≥1180℃，终轧温度：950℃～1050℃；3.固溶热处理，固溶温度1050℃±10℃，保温时间40分钟，加热时间30～60分钟，出炉水冷；4.酸洗。本发明降低了镍、铬含量，有效地节约了镍资源，与304HC相比吨钢成本大幅度降低，具有良好的冷加工性能。

Description

一种标准件用不锈钢盘条及其制造方法

技术领域

本发明涉及不锈钢盘条及其制造方法，尤其是涉及一种高锰低镍含铜经济型标准件用不锈钢盘条及其制造方法。

背景技术

螺丝、螺帽、螺杆等不锈钢标准件广泛应用于各行业，目前用于制作不锈钢标准件产品的主要钢号是304HC，304HC是在18-8型奥氏体不锈钢的基础上加铜的改进型钢种，其化学成分质量百分比为C≤0.05、Si≤1.00、Mn≤2.00、P≤0.045、S≤0.020、Ni 8.00～9.00、Cr 18.00～20.00、Cu 1.50～3.50、其余为Fe和杂质。

304HC属18-8型奥氏体不锈钢，由于含有较高的贵重金属元素镍，使其制造成本较高。不分环境、用途地应用304HC标准件，既不经济又浪费贵金属镍资源。随着生活水平的提高，不锈钢标准件用途更加广泛。如果在大气环境条件下，也选择使用304HC标准件，更显得不经济。

上述304HC标准件用不锈钢盘条的制造工艺是电弧炉化钢、AOD精炼、连铸小方坯、高线连轧盘条，经固溶热处理后，以酸洗去除表面氧化状态，交付用户制造标准件。

304HC热轧加热温度1150℃～1200℃，固溶温度1050℃～1100℃，固溶后的抗拉强度≤530MPa，断面收缩率≥70％。

但该材料存在的主要问题是：(1)贵金属镍的含量高，造成生产成本高(2)304HC的碳含量控制低，AOD吹氧脱碳时间长，AOD炉龄降低，冶炼成本增加。

发明内容

本发明的目的提供一种标准件用不锈钢盘条及其制造方法，该不锈钢盘条性能不低于304HC，而制造成本远远低于304HC。

本发明通过对不锈钢的铬、镍、锰成分，尤其是贵金属镍的成分进行合理降低，对锰成分做适当调整，加上其他成分的合理搭配，发明出一种可替代304HC经济型不锈钢盘条。

本发明同时提出一种制造该产品的先进、成本较低的方法即：采用电炉化钢、AOD精炼、连铸小方坯、热连轧成材。

为实现上述发明目的，本发明首先提供一种高锰低镍标准件用不锈钢盘条，其化学成分质量百分比为：

C    0.03～0.08

Si   ≤0.55

Mn   13.50～15.50

P    ＜0.045

S    ＜0.020

Cr   12.50～14.00

Ni   0.80～1.45

Cu   1.75～3.50

其余为Fe和不可避免杂质。

在本发明中，

碳：0.03～0.08

碳在钢中是奥氏体形成元素，能稳定奥氏体且扩大奥氏体相区，碳对形成奥氏体起着重要的作用。如果碳含量比较高，影响冷加工塑性同时降低钢的耐腐蚀性能，碳含量太低，影响奥氏体单相组织的形成，同时会影响钢的力学性能，因此在本发明中将碳含量合理地控制在0.03％～0.08wt％范围内。

硅：≤0.55

硅是铁素体形成元素，对形成奥氏体有不良的影响，在奥氏体不锈钢中随着硅含量的提高，δ铁素体含量将增加，同时金属间相比如σ(χ)相的形成也会加速和增多。从而影响钢的性能，因此对硅元素的含量加以最高限制，即硅≤0.55％。

锰：13.50～15.50

锰是奥氏体形成元素，有强烈稳定奥氏体组织的作用，同时可以提高氮在钢中的溶解度。锰和硫有较强的亲和力形成硫化锰，即有利于钢中硫的去除，又有利于消除钢中残余硫的有害作用。在本发明的不锈钢中，加入13.50％～15.50％的锰以替代镍，使钢在室温下为全奥氏体组织，但锰提高钢的冷加工硬化指数，过高会降低冷加工性能。本发明的不锈钢中锰的范围是为获得最佳性能而设计的。

铬：12.5～14

铬是不锈钢的最主要的元素之一，是强烈形成并稳定铁素体的元素，铬含量较高时钢中会保留较多的残余铁素体而影响冷加工性能。铬是不锈钢获得不锈、耐腐蚀的重要元素，它提高钢的电极电位，故可以提高耐蚀性，铬是钝化能力很强的元素，可使钢的表面形成一层致密、稳定、完整并能与基体牢固结合的钝化膜，从而有效地防止或减轻钢的继续腐蚀。本发明的不锈钢的铬含量范围的设计既考虑不锈钢的耐腐蚀性能同时又保证钢在室温下为奥氏体组织。

镍：0.80～1.45

镍是奥氏体不锈钢中的最主要的元素之一，是强烈形成奥氏体组织的元素，当镍到达一定含量时，钢为100％奥氏体组织，从而使钢具有良好的强度和塑性、韧性的配合。本发明的目的是降低制造成本，所以以锰代镍，但为了保证钢为100％奥氏体组织，提高钢的加工性能，仍然需要加入一定量的镍。故控制镍为0.80％～1.45wt％

磷：＜0.045

磷是钢中的有害元素，磷显著降低铬镍奥氏体不锈钢在固溶态和敏化态下的耐蚀性能。磷元素控制低一些，以提高钢的性能。

硫：＜0.02

硫在奥氏体不锈钢中主要被视为有害杂质，一般其含量要求限制在0.035％以下，硫元素容易降低奥氏体不锈钢的热塑性，从而影响热加工性能。控制较低硫含量可以提高钢的冷热加工性能，改善机械性能。

铜：1.75～3.50

铜是弱奥氏体形成元素，对稳定奥氏体有利。铜在本发明中的主要作用是降低奥氏体不锈钢的冷作硬化倾向，改善钢的冷加工成形性能。就这一点而言铜含量越高越好。但铜含量的提高恶化钢的热加工成形性能。当铜含量达到一定量时，在其他元素的作用下，会在晶界形成铜的析出相，使热加工困难。因此本发明将铜控制在1.75～3.50wt％之间，保证了钢的冷、热加工性能。

因此，为获得100％奥氏体组织且不降低耐大气腐蚀性能，控制碳含量在0.03％～0.08％；为降低生产成本，并获得100％奥氏体组织，在降低镍含量的同时加入13.50％～15.50％的锰；为提高钢的冷墩、冷拔加工性能并控制钢的热加工性能，控制加入1.75％～3.50％的铜含量；为使钢的表面形成致密的钝化膜，提高该钢的耐腐蚀性能且控制钢中铁素体的形成，应控制铬元素与其它各元素的平衡关系，本发明控制铬元素含量为12.50％～14.00％。

本发明的奥氏体不锈钢盘条具行以下特点：

镍含量很低，在0.80～1.45wt％之间，生产成本大大降低，同时在大气环境条件下替代18-8型奥氏体不锈钢，不影响使用性能。

本发明的标准件用不锈钢盘条的制造方法，包括如下步骤：

1)电炉+AOD炉外精炼冶炼，连铸成坯，

2)加热、轧制，均热温度1220℃～1250℃，开轧温度≥1180℃，终轧温度：950℃～1050℃；

3)固溶热处理，固溶温度1050℃±10℃，保温时间40分钟，加热时间30～60分钟，出炉水冷；

4)酸洗。

进一步，步骤4)酸洗采用混酸酸洗，采用12％～16％的H₂SO₄水溶液预酸洗，温度为65℃～80℃，主酸洗采用3～5％HF+15～18％HNO3混合水溶液酸洗，酸液温度控制40℃～50℃。

主要工艺参数控制如下：

1、采用电炉、氩氧精炼炉(AOD)炉外精炼冶炼后，连铸成方坯；该方法生产效率高，成材率高，成分均匀，偏析少。

2、连铸坯采用砂轮研磨进行精整处理。

3、加热、轧制工艺：

1)均热温度1220℃～1250℃，开轧温度≥1180℃。从热模拟试验得出，1200℃～1250℃温度范围是该钢具有最佳的高温热塑性，变形抗力较低，有利于高温变形加工处理，不容易产生高温热加工开裂；

2)控制轧制工艺：加热均匀的钢坯出炉后，轧制过程控制冷却，

关闭高压除鳞机，冷却水大小根据终轧温度控制；

3)终轧温度控制：950℃～1050℃。该终轧温度有效的保证了盘条的组织、性能以及轧制盘条的表面质量；

4、盘条固溶热处理是保证盘条冷加工性能的关键因素之一。固溶温度1050℃±10℃，保温时间40分钟，加热时间30～60分钟，出炉快速水冷。

本发明与现有的技术相比，

现有不锈钢材料如中国专利号CN93121570.6的“新型奥氏体无磁不锈钢”，其化学成分为：＜0.12％C；＜1.0％Si；10～13％Mn；＜0.03％P；＜0.03％S；12～14％Cr；4～6％Ni；1.5～2.5％Cu；＜0.02％Re；其余为Fe。

中国专利号CN 200510063018.7公开的“奥氏体不锈钢”，其化学成分(重量％)为：≤0.12C；≤1.00Si；5.00～7.00Mn；≤0.045P；≤0.030S；2.00～4.00Ni；16.00～18.00Cr；1.50～3.50Cu；其余成分包括Fe和次要杂质。

中国专利号CN95111105.1公开的“节镍铬含氮奥氏体不锈钢”，其化学成分(质量百分比)为：碳＜0.10；硅＜1.0；锰11～15；磷＜0.03；硫＜0.03；铬10～15；镍3.6～5；0＜氮＜0.10；其余为铁。

从成分的对比上，本发明的锰、镍的含量明显与CN93121570.6不同，本发明不需要加稀土元素。本发明的碳、锰、铬、镍的含量明显与CN200510063018.7不同；锰、镍、铜、氮含量明显与CN95111105.1不同，且本发明加入1.75～3.50％的铜，不强调氮的加入，而CN95111105.1则不加入铜，强调加入0～0.10％的氮元素。

从用途上，中国专利CN95111105.1产品适用制造各种不锈钢板材、带材、丝材、棒材、管材。中国专利CN200510063018.7产品的用途是满足一般工业使用要求，适合集装箱使用。本发明的高锰低镍含铜不锈钢，主要用于冷墩加工标准件。

从制造方法上，本发明采用的是经济型生产方法，即电炉化钢、AOD脱碳精炼、连铸小方坯，热连轧盘条的加工方法；而中国专利CN200510063018.7的制造方法是冶炼、锻造开坯、轧制成带材。锻造开坯将会极大地增加制造成本，且生产效率低。中国专利CN95111105.1的制造方法是电弧炉或非真空感应炉冶炼、模铸钢锭，开坯后轧制成材。

本发明的有益效果：

1)降低了镍、铬含量，使合金成本大幅度降低，有效的节约了镍资源。和传统的304HC标准件用不锈钢相比，镍减少了85％，铬减少了25％，吨钢成本下降了60％。

2)合理的化学成分配比、先进的制造工艺使得钢的力学性能良好。本发明的不锈钢轧制成盘条经固溶处理后，抗拉强度σb≤550MPa，断面收缩率Z≥70％，具有良好的冷加工性能。

3)与传统的钢锭开坯加工方法相比，采用连铸生产方法，成材率提高10％，且生产效率大大提高。

4)化学成分的设计合理。既保证其成本较低，又保证其冷加工性能不低于现有的304HC奥氏体不锈钢盘条。在节镍、节铬同时采取控制碳含量范围，相应增加锰含量，优化铜含量的配比来保证性能，使其有良好的组织稳定性和冷、热加工性能。

5)碳含量的控制有所提高，减少了AOD吹氧脱碳时间，对提高AOD炉龄很有益处。

附图说明

图1是根据本发明确定的热轧的固溶处理工艺。热装t＝30～40分钟、冷装t＝50～60分钟。

图2是根据本发明化学成分配比和制造加工方法生产的标准件用不锈钢经固溶处理后的晶粒度与组织照片，根据国家标准GB/T 6394规范评定其晶粒度为4.5～6.0级。其组织为全奥氏体。

具体实施方式

实施例1：

化学成分参见表1；参见图1，电弧炉化钢后加入AOD中进行吹氧脱碳和精炼处理。之后，连铸成160×160方坯；方坯经表面研磨精整处理之后，加入步进炉进行加热，入炉温度780℃，加热I段加热温度950℃～980℃，加热II段温度1208℃～1237℃，均热段温度1230℃～1250℃，钢坯出炉温度1245℃，总加热时间3小时14分，加热工艺见下表2。

表1

单位：质量百分比

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Cu	Fe
										1	0.06	0.20	14.35	0.021	0.004	0.97	13.28	2.52	余量
2	0.04	0.11	13.80	0.024	0.003	1.12	13.24	2.24	余量
										3	0.07	0.08	13.72	0.022	0.005	1.06	13.63	2.75	余量
4	0.06	0.14	14.10	0.021	0.003	0.99	12.93	2.17	余量
										5	0.08	0.45	13.50	0.029	0.008	1.26	13.35	3.06	余量
6	0.06	0.16	14.82	0.026	0.003	0.82	12.58	1.78	余量
										7	0.03	0.12	15.48	0.035	0.005	1.42	13.97	3.31	余量

表2

出炉红钢坯不经高压水喷鳞处理，快速传输至初轧机组。轧制规格为φ6.5mm；轧制速度68mm/min。轧制过程，控制冷却速度(冷却强度)以控制轧制温度。终轧温度970℃，轧后喷水冷却。

盘条冷装固溶热处理，入炉温度950℃，加热至1050℃，保温40分钟，出炉水冷。总加热时间90分钟。

盘条预酸洗H₂SO₄浓度16％～18％，温度70℃，时间10分钟，混酸酸液配比：3％HF+15％HNO₃，温度43℃，酸洗时间600秒，酸洗后盘条表面光洁。

采用本发明工艺生产的不锈钢盘条，抗拉强度538MPa，断面收缩率71.5％，晶粒度4.5～6.0级，组织为全奥氏体(见图2)。经拉拔制成φ2.5mm～φ5.5mm规格的丝材，冷墩加工成各种标准件，冷墩性能良好，所制成的标准件相关检测均符合有关技术标准要求。

实施例2～4的具体化学成分(重量百分比wt％)见表1所示，主要工艺参数控制见表2，组织性能检测指标见表3。

表3

实施例	连铸坯入炉温度(℃)	加热I段加热温度(℃)	加热II段加热温度(℃)	均热段温度(℃)	钢坯出炉温度(℃)	终轧温度(℃)	固溶加热温度(℃)	固溶保温时间(min)
									2	760	945～980	1205～1233	1235～1250	1246	960	1054	40
3	785	955～993	1207～1238	1236～1250	1247	975	1048	43
									4	780	950～985	1201～1236	1233～1250	1243	968	1050	40
5	770	940～980	1205～1237	1234～1247	1242	985	1053	41
									6	760	935～980	1205～1236	1233～1247	1244	977	1048	44
7	750	950～985	1201～1235	1221～1240	1232	967	1057	42

表4

实施例	抗拉强度(MPa)	断面收缩率(％)	晶粒度	组织
					2	530	72.0	4.5～5.5	奥氏体
3	545	70.5	4.5～6.0	奥氏体
					4	540	71.0	4.5～5.5	奥氏体
5	550	70.0	4.5～5.5	奥氏体
					6	535	72.5	4.5～5.5	奥氏体
7	525	73.0	4.5～5.5	奥氏体

Claims (3)

1.一种标准件用不锈钢盘条，其化学成分质量百分比为：

C    0.03～0.08

Si   ≤0.55

Mn   13.50～15.50

P    ＜0.045

S    ＜0.020

Cr   12.50～14.00

Ni   0.80～1.45

Cu   1.75～3.50

其余为Fe和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的标准件用不锈钢盘条的制造方法，包括如下步骤：

1)电炉+AOD炉外精炼冶炼，连铸成坯，

2)加热、轧制，均热温度1220℃～1250℃，开轧温度≥1180℃，终轧温度：950℃～1050℃；

3)固溶热处理，固溶温度1050℃±10℃，保温时间40分钟，加热时间30～60分钟，出炉水冷；

4)酸洗。

3.如权利要求2所述的标准件用不锈钢盘条的制造方法，其特征是，步骤4)酸洗采用混酸酸洗，采用12％～16％的H₂SO₄水溶液预酸洗，温度为65℃～80℃，主酸洗采用3～5％HF+15～18％HNO₃混合水溶液酸洗，酸液温度控制40℃～50℃。

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