CN102199734A - 高强度客车用301l不锈钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

高强度客车用301L不锈钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.010～0.020％、Si：0.20～0.60％、Mn：0.80～1.50％、Cr：16.90～17.40％、P≤0.035％；S≤0.0050％、Ni：6.90～7.40％、[N]：0.090～0.14％；其中，Creq＝Cr％+Mo％+1.5Si％+0.5Nb％控制范围17.5～17.9％；Nieq＝Ni％+30(C％+N％)+0.5Mn％控制范围10.5～12.35％。本发明解决了301L钢在轧制中出现的边裂等缺陷问题，保证301L热轧带钢边部质量，又可以保证冷轧带钢的性能，提高表面光洁度。

Description

高强度客车用301L不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及不锈钢带钢，特别涉及高强度客车用301L不锈钢及其制造方法，即有关亚稳态奥氏体不锈钢冷轧带钢。

背景技术

高强度客车用301L不锈钢属于亚稳态奥氏体不锈钢，该钢在高温奥氏体组织状态经过快速冷却，可以将高温奥氏体组织保持到室温，这时的奥氏体组织为过冷奥氏体。当不受外界影响时，钢的组织不产生变化。当受到外力变形时，产生相变，钢的奥氏体组织向马氏体转变。由于冷变形后钢中存在马氏体组织，使钢呈现磁性，钢的强度提高。利用301L钢的这种特点，在冷轧变形中使钢的马氏体组织达到一定数量，使钢保持一定的强度，又具有一定延伸性能，即可加工制造客车车辆，又使钢达到一定的强度减少用钢量，达到减轻车辆重量的目的。本专利即为客车车辆用301L强度、延伸率控制的制造方法。

表1：301L钢化学成分    单位：重量百分比

牌号

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

N

301L

≤0.030

≤1.0

≤2.0

≤0.045

≤0.030

16.00～18.00

6.00～8.00

≤0.20

表2：高强度301L冷轧带钢力学性能要求

301L钢的化学成分参见表1，高强度301L冷轧带钢力学性能标准参与表2。由表2可见，高强度301L冷轧带钢力学性能按不同强度级别要求，均有上下限要求，这样可以方便车辆的制造。对于不同强度级别冷轧带钢的延伸率来说，则仅有下限要求，冷轧带钢的延伸率数值越高越好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度客车用301L不锈钢及其制造方法，解决301L钢在轧制中出现的边裂等缺陷问题，保证301L热轧带钢边部质量，又可以保证冷轧带钢的性能，提高表面光洁度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

高强度客车用301L不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.010～0.020％、Si：0.20～0.60％、Mn：0.80～1.50％、Cr：16.90～17.40％、P≤0.035％；S≤0.0050％、Ni：6.90～7.40％、[N]：0.090～0.14％；其中，Creq＝Cr％+Mo％+1.5Si％+0.5Nb％控制范围17.5～17.9％；Nieq＝Ni％+30(C％+N％)+0.5Mn％控制范围10.5～12.35％。

在本发明的化学成分中：

C：0.010～0.020。按此范围控制钢中碳含量，使碳含量低于0.020％，可以降低碳的不良作用，提高钢的耐腐蚀性能，并对提高钢的塑性指标有利。

Si：0.20～0.60。硅为铁素体形成元素，在奥氏体钢不锈钢中起到缩小奥氏体区，降低室温下奥氏体稳定性的作用。硅含量的增加还有助于提高钢的强度。

Mn：0.80～1.50。锰为奥氏体形成元素，有扩大奥氏体区，与其它奥氏体形成元素相配合有提高奥氏体稳定性的作用。锰含量的增加不可以提高钢的强度。按中上限控制含量可以最大程度发挥锰元素的作用，与其它奥氏体和铁素体形成元素使钢的室温奥氏体组织达到一定稳定程度。

Cr：16.90～17.40。铬中不锈钢中的耐腐蚀元素，当铬含量增加，可以使钢的耐腐蚀性能得到提高。铬还是铁素体形成元素，有扩大铁素体区，缩小奥氏体区的作用；铬含量的增加可以降低室温条件下奥氏体的稳定性。

P：≤0.035；S：≤0.0050。磷、硫为钢中杂质，有降低钢的耐腐蚀性能和塑性的作用。因此，在客车用不锈钢的生产中应尽可能降低其在钢中的含量。

Ni：6.90～7.40。镍是客车用不锈钢中最重要的奥氏体形成元素，其不但可以稳定室温奥氏体，还可能提高多的塑性。

[N]：0.090～0.14。氮是强奥氏体形成元素，氮含量的波动对室温奥氏体的稳定影响较大。氮含量的增加对钢的强度也存在影响。在此范围内控制氮含量可以使氮对室温奥氏体稳定性和强度的影响得到较好的匹配。

为了减少钢的不同元素控制波动对室温奥氏体稳定性影响，需对钢中铁素体、奥氏体形成元素的作用做***平衡。因此，在实际生产中还需根据铬当量、镍当量计算式进行成分控制平衡。

按照计算式及控制范围：

Creq＝Cr％+Mo％+1.5Si％+0.5Nb％控制范围17.5～17.9％

Nieq＝Ni％+30(C％+N％)+0.5Mn％控制范围10.5～12.35％

在以上成分范围内，根据铬当量、镍当量计算式进行成分微调，满足当量控制范围的要求，即可使钢的室温奥氏体组织达到较为理想的稳定程度，为钢的强度、塑性控制创造条件。

本发明高强度客车用301L不锈钢的制造方法，包括如下步骤：

1)按上述成分冶炼，铸造成板坯；

2)板坯加热，

加热炉加热温度区域一般分为热回收区、加热区、均热区；加热炉炉气控制为弱氧化气氛，残氧含量控制为3±0.5％，mass％；

其中，热回收区温度700℃～850℃；加热区温度800℃～1260℃；均热区温度1250±10℃，板坯在炉时间大于180～250分钟。加热炉炉内残氧量控制在3±0.5％。

3)热轧工序，在粗轧道次，粗轧变形率控制为75％～85％，粗轧未道次出口温度大于1100℃；精轧出口温度大于1000℃；

4)轧后冷却、卷取温度小于700℃，带钢卷取后空冷。

5)热处理、酸洗，为冷轧带钢做好准备；

6)冷轧，二个冷轧轧程，

第一冷轧轧程，为第二轧程即成品轧程准备好带钢厚度，带钢经过退火、酸洗处理，达到软化状态；

第二冷轧轧程，即冷轧硬化轧程，在第一轧程带钢厚度的基础上轧制减薄变形量2～23％，达到成品厚度和强度；轧机轧制速度控制在200～300m/min；轧制温度40～80℃；

第一、二冷轧轧程带钢厚度的确定如下：

h＝H×(1-δ)    (1)

其中，H----第一轧程带钢厚度，单位：mm；h----成品厚度，单位：mm；δ----第二轧程变形率(δ，2～23％)；

H＝h+Δ    (2)

其中，Δ----第二轧程变形量，mm，Δ＝H×δ。在本发明制造方法中：

1、加热炉温度区间控制在700℃～1260℃的范围内，板坯在炉时间为180～250分钟，加热炉炉内残氧量控制在3±0.5％。加热炉温度不可过高，避免高温产生过多的氧化铁皮，导致产品表面的缺陷的增中和边部质量的恶化。同样，在炉时间尽可能控制在中下限，避免过多的氧化铁皮的产生。当炉内残氧量控制在3±0.5％，在上述的加热温度及在炉时间内，板坯表面加热质量可以获得较好产品表面和边部质量。

2、热轧工序，在粗轧道次，快速轧制；粗轧变形率控制为75％～85％，粗轧未道次出口温度大于1100℃，为带钢精轧轧制做好准备；

精轧，精轧出口温度大于1000℃，保证足够高的轧制温度可以降低轧制压力，得到良好带钢表面，减少表面缺陷的产生；

冷轧，需要二个冷轧轧程。第一个冷轧轧程为第二(成品)轧程准备好带钢厚度。第二冷轧轧程可以称之为：冷轧硬化轧程；通过第二个冷轧轧程的变形量控制，可以使带钢强度得到提高，随着冷轧变形量的增加，成品带钢强度对应提高。根据用户要求的强度，可以在2～23％的范围内确定第二冷轧轧程的变形量，使成品带钢强度足要求。

第一、二冷轧轧程带钢厚度的确定：

①根据301L带钢的成品强度要求，确定冷轧硬化厚度变形量，表达式如下：

h＝H×(1-δ)    (1)

其中，H----第一轧程带钢厚度，单位：mm；h----成品厚度，单位：mm；δ----第二轧程变形率(δ，2～23％)；

②第一冷轧轧程带钢厚度为冷轧硬化厚度变形量与成品厚度之和，表达式如下：

H＝h+Δ    (2)

其中，Δ----第二轧程变形量，mm，Δ＝H×δ。

在第二轧程中，在冷轧变形过程中，301L钢的部分亚稳态奥氏体向形变马氏体转变，迅速提高钢的强度和硬度。通过控制冷轧变形量即可控制301L带钢的强度。第二轧程冷轧变形量的控制调整范围为2～23％。随着成第二轧程冷轧变形量(率)的增加，带钢的强度不断提高。为了达到冷轧带钢的强度满足上下限的要求，除了控制冷轧变形量之外，还需控制其它工艺参数。轧机轧制速度控制在200～300m/min；带钢的轧制温度控制在40～80℃。

高强度客车用301L不锈钢在客车加工制造的过程中，为了车辆制造的方便和可加工性，要求钢具有一定的延伸加工性能；在客车车辆制造完成投入使用时，又要求车辆具有一定坚固性、安全性，可减少意外事故造成的伤害和损失。为此，对301L钢的生产提出了保证要求。为了达到客车用不锈钢的这种性能要求，对钢的强度性能控制在一定的范围内，即钢的强度有下限、上限控制要求；对钢的延伸率，为了保证车辆加工制造的性能，尽可能提高钢的延伸性能。

为此，本发明首先在钢的成分上优化选取，在一定的加工条件下，保证钢的延伸性能最大化。其次，在钢的后续加工中，在热轧条件下，保证钢的组织均匀化，为冷轧工序提高组织保证；再次，在钢的冷轧前的热处理过程中，提高钢的热处理温度并相应延长保温时间，使带钢中的析出物充分溶解于基体，经过快速冷却带钢，使钢的进一步充分组织均匀化。在冷轧过程中，根据钢的强度性能上下限要求，控制冷轧变形量，变形速度和变形温度，进行冷轧工艺的全方位控制，保证钢中的马氏体组织数量均匀化，以此保证钢的强度达到上、下限的标准要求，又使延伸性能最大化。

301L客车用不锈钢为亚稳态奥氏体不锈钢，钢从高温急冷至室温获得过冷奥氏体组织，当材料受外力发生塑性变形时发生相变，部分奥氏体组织向马氏体组织转变，使钢的强度得到提高。当塑性变形量增加时，钢的强度急剧提高。利用301L不锈钢的这种特性，可以提高钢的强度，减轻车体重量，提高客车辆运行的安全性。为了生产出具有不同强度特性和加工特性的车体用不锈钢材料，首先从钢的合金成分设计入手，控制钢的奥氏体的稳定度，保证在冷轧带钢的形过程中，奥氏体向马氏体转变的数量可控，强度可控，使钢带(板)的强度既满足标准的下限要求，又满足车体制造的上限使用要求。

为了在高强度301L冷轧带钢在获得高强度的同时，其延伸性能最大化，需要控制钢的成分在适当的范围内。钢的成分控制的合理与否与钢中奥氏体形成元素及铁素体形成元素的相互匹配有关。根据不锈钢的铬当量、镍当量计算式：

Creq＝Cr％+Mo％+1.5Si％+0.5Nb％；

Nieq＝Ni％+30(C％+N％)+0.5Mn％；(计算式源自schaeffler-delong图)，经过优化，铬镍当量实际控制值：铬当量控制范围17.5～18％；镍当量控制范围10.5～12.5％。

当钢的成分控制按照上述铬、镍当量控制，奥氏体的稳定度符合钢冷变形后所获得的强度、延伸性能的最佳匹配，可以很好地满足强度使用要求和制造过程对延伸性的要求。

为了保证车体面板的表面质量和不同加工表面的特殊要求，从冶炼、热轧、冷轧全工序进行控制，提高钢的纯净度水平，通过板坯修磨工序去除连铸板坯表面缺陷，控制热轧过程温度和工艺，提高冷轧带钢表面合格率，满足了不锈钢车体整车系列不锈钢生产技术要求。

在热轧时，容易产生裂边，同时表面裂纹是301L热轧带钢较常见的一种质量缺陷。作为冷轧卷板的原料——热轧卷，其边部质量是影响冷轧成品宽度和成材率以及保证冷轧生产正常进行的关键因素。保证301L不锈钢热轧板卷的边部质量，消除301L热轧板卷裂边十分重要。

与普通冷轧高强度不锈钢现有技术相比，本发明具有下列优点：

1.热轧工艺新颖、合理，控制精度高；

2.优化了高强度301L不锈带钢性能，特别是提高了钢的延伸性能；

3.高强度冷轧带钢性能命中率高，因此成材率高(97％以上)；

4.生产成本低，生产效率高，生产规格范围广；

5.可以大批量生产，而不存在工艺瓶颈的问题。

具体实施方式

本发明实施例参见表3，热轧加热工艺参数如表3，热轧的轧制工艺参数如表5。高强度301L冷轧工艺控制参数参见表6～表9。

表3：301L热轧试验板坯的化学成分

单位：重量百分比

实施例	C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	N	Creq	Nieq
											1	0.010	0.60	0.80	0.002	0.027	16.9	7.1	0.090	17.80	10.50
2	0.020	0.34	1.01	0.003	0.015	17.1	7.0	0.101	17.61	11.14
											3	0.018	0.40	1.20	0.001	0.024	17.2	7.2	0.120	17.80	11.94
4	0.012	0.30	1.30	0.005	0.017	17.4	6.9	0.140	17.85	12.11
											5	0.015	0.20	1.50	0.004	0.013	17.25	7.4	0.125	17.55	12.35

表4：热轧加热工艺参数表(板坯温度℃)

实施例	热回收区	加热区	均热区	板坯在炉时间
					1	700～850	850～1260	1260～1260	180
2	700～800	800～1240	1240～1260	190
					3	750～850	850～1250	1250～1260	210
4	730～820	820～1240	1240～1250	230

5

740～840

840～1240

1240～1260

250

表5：热轧轧制工艺参数表

表6：DLT强度级别301L冷轧工艺控制参数

序号	变形率，％	轧机速度，m/min	轧制温度，℃
				1	2	300	40
2	2.2	280	45
				3	2.5	260	50
4	2.8	230	55
				5	3	200	60

表7：ST强度级别301L冷轧工艺控制参数

序号	变形率，％	轧机速度，m/min	轧制温度，℃
				1	3.5	300	40
2	3.8	280	45
				3	4	260	50
4	4.5	230	55
				5	5	200	60

表8：MT强度级别301L冷轧工艺控制参数

序号	变形率，％	轧机速度，m/min	轧制温度，℃
				1	5.5	300	40
2	6	280	45
				3	7	260	50
4	8	230	55
				5	10	200	60

表9：HT强度级别301L冷轧工艺控制参数

序号	变形率，％	轧机速度，m/min	轧制温度，℃
				1	15	300	40
2	15.9	280	45
				3	18	260	50
4	20	230	65
				5	23	200	80

在上述实施例中301L带钢性能满足使用要求，性能命中率达到97％以上，301L带钢外观质量良好。

Claims (2)

1.高强度客车用301L不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.010～0.020％、Si：0.20～0.60％、Mn：0.80～1.50％、Cr：16.90～17.40％、P≤0.035％；S≤0.0050％、Ni：6.90～7.40％、[N]：0.090～0.14％；其中，Creq＝Cr％+Mo％+1.5Si％+0.5Nb％控制范围17.5～17.9％；Nieq＝Ni％+30(C％+N％)+0.5Mn％控制范围10.5～12.35％。

2.如权利要求1所述的高强度客车用301L不锈钢的制造方法，包括如下步骤：

1)按上述成分冶炼，铸造成板坯；

2)板坯加热，

加热炉加热温度区域一般分为热回收区、加热区、均热区；加热炉炉气控制为弱氧化气氛，残氧含量控制为3±0.5％，mass％；

其中，热回收区温度700℃～850℃；加热区温度800℃～1260℃；均热区温度1250±10℃，板坯在炉时间大于180～250分钟；

3)热轧工序，在粗轧道次，粗轧变形率控制为75％～85％，粗轧未道次出口温度大于1100℃；精轧出口温度大于1000℃；

4)轧后冷却、卷取温度小于700℃，带钢卷取后空冷；

5)热处理、酸洗，为冷轧带钢做好准备；

6)冷轧，二个冷轧轧程，

第一冷轧轧程，为第二轧程即成品轧程准备好带钢厚度，带钢经过退火、酸洗处理，达到软化状态；

第二冷轧轧程，即冷轧硬化轧程，在第一轧程带钢厚度的基础上轧制减薄变形量2～23％，达到成品厚度和强度；轧机轧制速度控制在200～300m/min，轧制温度40～80℃；

第一、二冷轧轧程带钢厚度的确定如下：

h＝H×(1-δ)                 (1)

其中，H----第一轧程带钢厚度，单位：mm；h----成品厚度，

单位：mm；δ----第二轧程变形率(δ，2～23％)；

H＝h+Δ                      (2)

其中，Δ----第二轧程变形量，mm，Δ＝H×δ。