CN101724792A

CN101724792A - 一种奥氏体不锈钢及其钢丝制造方法

Info

Publication number: CN101724792A
Application number: CN200810225070A
Authority: CN
Inventors: 朱卫; 戴宝昌
Original assignee: Individual
Current assignee: Jiangsu Kangrui New Material Technology Co Ltd
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: CN101724792B

Abstract

本发明提供了一种奥氏体不锈钢，其组成按重量百分比为：C0.06％～0.10％，Si≤1.00％，Mn 3.0％～5.0％，P≤0.04％，S≤0.03％，Cr 18.0％～19.0％，Ni 7.0％～8.0％，Nb 0.08％～0.12％，N 0.15％～0.25％，余量为Fe。本发明的奥氏体不锈钢尤其适合用于制造弹簧。本发明的奥氏体不锈钢在不降低不锈性的前提下，与304牌号不锈钢相比，Ni含量降低了1％，耐腐率提高1倍以上，在500℃温度下，抗拉强度和疲劳寿命提高近30％。

Description

一种奥氏体不锈钢及其钢丝制造方法

技术领域

本发明涉及一种奥氏体不锈钢及其钢丝制造方法，更具体地说本发明涉及一种弹簧用奥氏体不锈钢及其钢丝制造方法。

背景技术

随着我国现代化的飞速发展，尤其是加入世贸组织后，国内外不锈钢需求量急剧增长，在航空仪表、计算机电脑、机器零部件、汽车用配件、建筑等行业所用的碳素钢弹簧元件很大部分已被不锈钢弹簧所取代。

另外随着高速化、自动化弹簧制造机器的发展，每分钟可制造200-400个弹簧元件，因此对弹簧用不锈钢提出更加严格的技术要求，不但要求耐腐蚀，而且要求高强度、耐疲劳，特别是高温强度要高，500℃时，直径d＝2.0mm，抗拉强度σ_b≥900Mpa，同时要求钢丝成簧率大于98％。

Ni是奥氏体钢中重要元素，它是形成奥氏体的首选元素。Ni对不锈钢的贡献是多方面，除能形成稳定奥氏体外，由于不锈钢Cr-Ni共存，可促进不锈钢纯化膜稳定性，可显著提高不锈钢塑、韧性，可降低不锈钢的脆性转变温度，具有抗低温和抗磁性及对冷变形和焊接性有利等。目前国外大量使用Ni-Cr奥氏体不锈钢制造弹簧钢丝，如302(1Cr18Ni9)、304(oCr19Ni10)、321(1Cr18Ni9Ti)等牌号。但是，镍金属是稀缺且价格昂贵的材料，全世界的镍产量中约有60％用于生产不锈钢，不锈钢的成本和售价往往随着镍价的涨跌而波动，近年来镍价波动特别大，严重影响不锈钢的生产与销售，因此，近年来国内外冶金专家在不断地研究与开发节Ni的奥氏体不锈钢新牌号。

发明内容

本发明的目的是提供一种奥氏体不锈钢，其镍含量低，耐疲劳抗拉强度高，特别适合用于弹簧的制造。

本发明的另一个目的是提供一种上述奥氏体钢的钢丝工艺制造方法，使钢丝综合性能指标完全满足弹簧制造条件。

本发明的弹簧用新型奥氏体不锈钢，按重量百分比其组成为：C0.06％～0.10％，Si≤1.00％，Mn 3.0％～5.0％，P≤0.04％，S≤0.03％，Cr 18.0％～19.0％，Ni 7.0％～8.0％，Nb 0.08％～0.12％，N 0.15％～0.25％，余量为Fe。将该不锈钢命名为1Cr₁₉Ni₈Mn₄N_bN。

优选奥氏体不锈钢，按重量百分比其组成为：C 0.06％～0.08％，Si≤1.00％，Mn 3.5％～4.5％，P＜0.02％，S≤0.005％，Ni 7.5％～8.0％，Nb 0.09％～0.11％，N 0.17％～0.22％，余量为铁。

本发明的目的是通过控制C含量、提高Mn含量降低Ni含量，并添加Nb和N实现的。

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，钢的塑、韧性、耐蚀性、冷成型性、焊接性等显著降低，但是作为弹簧用不锈钢，C含量过低，硬化系数会随之下降，抗拉强度就会降低，同时疲劳寿命也会降低，因此一定要适当控制C含量范围，本发明把C含量在0.06％～0.10％是比较理想的。

Mn是较理想的替代Ni的元素，用2％Mn是可以替代1％Ni元素形成奥氏体的，所以本发明中，与304牌号不锈钢相比，提高2％Mn降低1％Ni，确定Ni 7.0％～8.0％，Mn 3.0％～5.0％是合理的。

近年来N元素在不锈钢中被大量采用，因为通过固溶强化N可显著提高钢的强度，同时使钢的塑韧性良好，另外钢中含有足够量铬元素，N可提高钢纯化能力，能提高奥氏体不锈钢耐蚀性。目前国外含N不锈钢最高含N量可达0.60％，一般含N量超过0.30％时，需采用特殊加入方法，操作比较困难，因此本发明含N量确定为0.15％～0.25％是比较合适的。

铌作为不锈钢中强烈形成碳、氮化合物的稳定元素，主要用于防止钢中Cr与C结合形成铬碳化物导致铬浓度降低而使耐蚀性下降，特别是引起晶间腐蚀。Nb在钢中还有固定碳的作用，可以提高钢的强度，尤其是对高温强度贡献较大。但是NbN对钢的热塑性不利，所以把Nb含量控制在0.08％～0.12％范围内是合适的。

以下是本发明奥氏体不锈钢与304不锈钢的比较：

(1)化学成分(重量比％)

化学成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Nb	N
化学成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Nb	N	304	≤0.08	≤1.00	≤2.00	≤0.04	≤0.03	18.0/20.0	8.0/11.0
1Cr₁₉Ni₈Mn₄N_bN	0.06/0.10	≤1.00	3.00/5.00	≤0.04	≤0.03	18.0/19.0	7.0/8.0	0.08/0.12	0.15/0.25	304	≤0.08	≤1.00	≤2.00	≤0.04	≤0.03	18.0/20.0	8.0/11.0

(2)力学性能(直径2.0mm)

	σ0.2Mpa	σbMPa	伸长率％	500℃σb MPa
	σ0.2Mpa	σbMPa	伸长率％	500℃σb MPa	304	1120～1320	1400～1650	40	500～600
1Cr₁₉Ni₈Mn₄N_bN	1320～1520	1650～1900	40	750～850	304	1120～1320	1400～1650	40	500～600

(3)耐腐蚀性

可见，本发明是一种耐高温高强度抗疲劳弹簧用节Ni奥氏体不锈钢，综合性能优于国内外通用的304牌号。

本发明的奥氏体不锈钢的钢丝制造方法，由以下步骤组成：

(1)采用皮膜剂对线材表面进行涂膜处理，然后在烘干炉烘干。

(2)在连续式拉丝机拉拔，一般为6-7道粗拉，半成品钢丝直径d＝3.0～3.5mm。

(3)上述半成品钢丝放线后采用清洗剂清洗表面，然后水洗，吹干，再进入光亮热处理炉，然后再水冷、水洗、烘干、收线。

(4)成品拉拔，成品钢丝直径为0.5～2.0mm。

制造方法步骤(1)中烘干炉温100℃～150℃，烘干时间0.5～1.0小时。制造方法步骤(3)中光亮热处理炉的炉温为1100±10℃，光亮热处理炉中用通过氨分解后得到的75％H₂、25％N₂混合气体保护，保护气体露点温度为-55℃～-60℃。

不锈钢丝制造方法中光亮热处理温度的控制，一般热处理炉温为1050℃±10℃，而本发明采用炉温为1100℃±10℃，可使合金化合物NbN，NbC等充分溶解，有利于提高钢的抗拉强度和疲劳寿命，特别是对于提高高温强度更为有利。

不锈钢丝生产的光亮热处理工艺中的保护气体，一般选用氨分解气体(75％H₂+25％N₂)，对保护气体露点温度不控制，会造成不锈钢的表面不光亮，变成淡灰色和亮灰色，很不美观。本发明控制保护气体露点温度为-55℃～-60℃，可获得漂亮美观的钢丝表面。

本发明奥氏体不锈钢，与现有的304牌号不锈钢相比，具有更好的强度以及耐高温和抗拉伸能力，综合性能明显优于304牌号不锈钢。由本发明奥氏体不锈钢制成的钢丝特别适用于制作弹簧。本发明制备钢丝的方法可使得制成的钢丝表面光洁美观，具有更好外观。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本发明中奥氏体不锈钢的冶炼可按照如下方法进行：

制造1Cr19Ni8Mn4NbN不锈钢。其化学成分组成为(％重量比)：Cr 18.0～19.0，Mn 3.0～5.0，Ni 7.0～8.0，C≤0.06～0.10，N≤0.15～0.25，Si≤1.00，Nb 0.08％～0.12％，P＜0.02，S＜0.005，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+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，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；(控C含量为0.70％～0.90％)

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，并检测N的含量，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C为0.08％以下，扒渣；

还原期：加入适量造渣剂，石灰+CaF₂及Fe-Si、CaSi或Al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％；

精炼期：检测钢水各组成成分，根据化验结果，对Cr、Mn、Nb等各成分进行调整，(因为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、检验装、入库。

6)成品线材直径为

5.5～15mm，每盘重约为1t～2t。

实施例1 奥氏体不锈钢(方案1)

(1)化学成分(重量比％)

化学成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Nb	N
化学成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Nb	N	1Cr₁₉Ni₈Mn₄N_bN	0.08	≤0.5	4.00	0.02	0.005	18.5	7.5	0.10	0.20

(2)力学性能(直径2.0mm)

	σ0.2Mpa	σbMPa	伸长率％	500℃σbMPa
	σ0.2Mpa	σbMPa	伸长率％	500℃σbMPa	1Cr₁₉Ni₈Mn₄N_bN	1520	1900	40	850

(3)耐腐蚀性

实施例2 奥氏体不锈钢(方案2)

按照实施例1的方法制备奥氏体不锈钢。

(1)化学成分(重量比％)

化学成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Nb	N
化学成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Nb	N	1Cr₁₉Ni₈Mn₄N_bN	0.06	0.1	5.00	0.01	0.03	19	7.0	0.08	0.25

(2)力学性能(直径2.0mm)

	σ0.2Mpa	σbMPa	伸长率％	500℃σbMPa
	σ0.2Mpa	σbMPa	伸长率％	500℃σbMPa	1Cr₁₉Ni₈Mn₄N_bN	1400	1850	40	820

(3)耐腐蚀性

实施例3 奥氏体不锈钢(方案3)

按照实施例1的方法制备奥氏体不锈钢。

(1)化学成分(重量比％)

化学成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Nb	N
化学成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Nb	N	1Cr₁₉Ni₈Mn₄N_bN	0.10	1.0	3.00	0.04	0.01	18	8.0	0.12	0.15

(2)力学性能(直径2.0mm)

	σ0.2Mpa	σbMPa	伸长率％	500℃σbMPa
	σ0.2Mpa	σbMPa	伸长率％	500℃σbMPa	1Cr₁₉Ni₈Mn₄N_bN	1460	1750	40	790

(3)耐腐蚀性

实施例4 奥氏体不锈钢钢丝的制备

以实施例1的奥氏体不锈钢来制备钢丝，按照以下步骤制造钢丝：

(1)采用皮膜剂(CONDAT公司)对线材表面进行涂膜处理，然后在烘干炉烘干，烘干温度为130℃，烘干40分钟。

(2)在连续式拉丝机拉拔，采用6道粗拉，半成品钢丝直径d＝3.5mm。

(3)上述半成品钢丝放线后采用清洗剂(CONDAT公司)清洗表面，然后水洗，吹干，再进入光亮热处理炉，炉温为1100℃，然后再水冷、水洗、烘干、收线。

(4)成品拉拔，成品钢丝直径为2.0mm。

其中步骤(3)光亮热处理炉中用通过氨分解后得到的75％H₂、25％N₂混合气体保护，保护气体露点温度为-60℃。

按上述方法的到的钢丝表面光洁美观。

实施例5 奥氏体不锈钢钢丝的制备

(1)采用皮膜剂对线材表面进行涂膜处理，然后在烘干炉烘干，烘干温度为100℃，烘干1小时。

(2)在连续式拉丝机拉拔，采用7道粗拉，半成品钢丝直径d＝3.0mm。

(3)上述半成品钢丝放线后采用清洗剂清洗表面，然后水洗，吹干，再进入光亮热处理炉，炉温为1110℃，然后再水冷、水洗、烘干、收线。

(4)成品拉拔，成品钢丝直径为1.6mm。

其中步骤(3)光亮热处理炉中用通过氨分解后得到的75％H₂、25％N₂混合气体保护，保护气体露点温度为-55℃。

按上述方法的到的钢丝表面光洁美观。

实施例6 奥氏体不锈钢钢丝的制备

(1)采用皮膜剂对线材表面进行涂膜处理，然后在烘干炉烘干，烘干温度为150℃，烘干30分钟。

(3)上述半成品钢丝放线后采用清洗剂清洗表面，然后水洗，吹干，再进入光亮热处理炉，炉温为1090℃，然后再水冷、水洗、烘干、收线。

(4)成品拉拔，成品钢丝直径为2.0mm。

其中步骤(3)光亮热处理炉中用通过氨分解后得到的75％H₂、25％N₂混合气体保护，保护气体露点温度为-57℃。

按上述方法的到的钢丝表面光洁美观。

Claims

1.一种奥氏体不锈钢，其特征在于其组成按重量百分比为：C0.06％～0.10％，Si≤1.00％，Mn 3.0％～5.0％，P≤0.04％，S≤0.03％，Cr 18.0％～19.0％，Ni 7.0％～8.0％，Nb 0.08％～0.12％，N 0.15％～0.25％，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢，其特征在于其组成按重量百分比为：C 0.06％～0.08％，Si≤1.00％，Mn 3.5％～4.5％，P＜0.02％，S≤0.005％，Ni 7.5％～8.0％，Nb 0.09％～0.11％，N 0.17％～0.22％。

3.由权利要求1或2所述奥氏体不锈钢制成的钢丝。

4.一种制备权利要求3所述钢丝方法，包括以下步骤：

(1)采用皮膜剂对权利要求1或2所述奥氏体不锈钢线材表面进行涂膜处理，然后在烘干炉烘干；

(2)在连续式拉丝机拉拔，半成品钢丝直径d＝3.0～3.5mm；

(3)将步骤(2)制得的半成品钢丝放线后采用清洗剂清洗表面，然后水洗，吹干，再进入光亮热处理炉，然后再水冷、水洗、烘干、收线；

(4)成品拉拔，成品钢丝直径为0.5～2.0mm。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(1)烘干炉温100℃～150℃，烘干时间0.5～1.0小时。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(3)光亮热处理炉的炉温为1100±10℃。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(3)光亮热处理炉中用通过氨分解后得到的75％H₂、25％N₂混合气体保护。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于保护气体露点温度为-55℃～-60℃。