CN102643968A

CN102643968A - 一种提高中铬铁素体不锈钢中板韧性的方法

Info

Publication number: CN102643968A
Application number: CN2012101232685A
Authority: CN
Inventors: 刘振宇; 高飞; 刘海涛; 唐帅; 贾涛
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-08-22

Abstract

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种提高中铬铁素体不锈钢中板韧性的方法。本发明选取中铬铁素体不锈钢，经过冶炼和浇注制成板坯，加热至1100~1250℃，保温1~2h，在850~1100℃条件下进行粗轧和精轧，并空冷至室温得到轧制板材。轧制板材再加热至260~600℃，并进行累积压下量为40~80%的多道次轧制变形。采用本发明方法能够获得高韧性的铁素体不锈钢中板，其组织明显细化，相应的韧脆转变温度降低20℃~41℃，韧性显著改善。

Description

一种提高中铬铁素体不锈钢中板韧性的方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种提高中铬铁素体不锈钢中板韧性的方法。

背景技术

铁素体不锈钢是指在使用状态下是以铁素体组织为主的不锈钢。除具有不锈性和耐一般腐蚀性能外，其耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等性能优良，并且具有冷加工硬化倾向低，导热系数高和线膨胀系数较低等特点。同时由于铁素体不锈钢不含镍或者仅含少量的镍，其生产成本低廉，己在厨房用具、家用电器、装饰建筑、交通运输、石化、核能及舰船等民用和工业领域获得广泛的使用。

随着我国经济建设的发展，对不锈钢产品的需求正逐步增加。与铁素体不锈钢中厚板相比，奥氏体不锈钢及双相不锈钢中厚板中含有大量的Ni。我国镍资源严重缺乏，国际镍价大幅波动给不锈钢产业的可持续发展带来了巨大风险。在不锈钢中厚板用量激增的形势下，加大节镍型不锈钢中厚板的生产势在必行。但是，节镍型双相不锈钢在中厚板生产中存在较严重的边裂和中裂等质量问题，还不能完全实现采用高品质双相不锈钢替代奥氏体不锈钢中厚板。因此，采用开发生产性能优良的无镍的铁素体不锈钢中厚板，并在部分领域正逐步替代成本较高的奥氏体不锈钢及双相不锈钢中厚板，成为满足不锈钢中厚板巨大需求，减少镍资源消耗、实现不锈钢产业可持续发展的重要环节。

作为结构材料应用的铁素体不锈钢中厚板，在满足耐蚀性的前提下，还必须具有良好的力学性能，尤其是优良的低温韧性。但是与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢在低温状态使用时，可动滑移系较少，容易产生裂纹且尖锐的裂纹会迅速的扩展而造成脆性开裂。具体表现为，常规工艺生产的铁素体不锈钢的低温韧性差、韧脆转变温，甚至某些铁素体不锈钢的韧脆转变温度在20℃以上，限制了铁素体不锈钢作为中厚板的应用。

材料的韧脆转变温度与其显微组织有着密切关系，铁素体晶粒尺寸大小和韧脆转变温度之间呈线性关系，即细化组织可使材料的韧性增加，这主要是由于晶界是裂纹扩展的阻力，晶界前塞积的位错数减少，有利于降低应力集中；晶界总面积增加时,晶界上杂质浓度减少，避免产生沿晶脆性断裂。

研究表明，温轧工艺有利于铁素体不锈钢轧制组织细化、组织中晶内剪切带的形成及位错密度的增加，这将为退火过程中再结晶晶粒提供更多有效形核位置及长大驱动力从而最终细化了热轧退火板组织。专利号为200910220459.1的中国专利公开了一种提高中高铬铁素体不锈钢综合性能的热轧方法，即采用降低精轧温度来提高铁素体不锈钢薄板的成形性能及表面质量，但此专利并没有针对铁素体不锈钢中厚板力学性能，尤其是低温韧性进行控制和改善。专利号为201110327451.2的中国专利公开了一种高强度不锈钢的制备方法，即采用ECAP（等通道挤压）及适当的退火工艺来改善奥氏体不锈钢的力学性能，主要是强度及延伸率，但是此专利并没有针对铁素体不锈钢韧-脆转变温度高的缺点进行控制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种提高中铬铁素体不锈钢中板韧性的方法，目的是提高铁素体不锈钢中板的韧性，并降低韧脆转变温度。

实现本发明的技术方案按照以下步骤进行：

1）选取中铬铁素体不锈钢，经过冶炼和浇注制成板坯，加热至1100~1250℃，保温1~2h，然后在850~1100℃条件下进行粗轧和精轧，并空冷至室温得到轧制板材；[雨林木风1]

（2）将精轧后得到的轧制板材再加热至260~600℃之间的某一目标温度，并在目标温度下进行累积压下量为40~80%的多道次轧制变形；

（3）对轧制变形后的板材进行退火处理，得到具有细晶组织的成品板材。

上述的中铬铁素体不锈钢中铬的含量按重量百分比为16~22 %。

本发明的特点和有益效果是：

采用本发明的轧制方法能够获得高韧性的铁素体不锈钢中板，其组织明显细化，相应的韧脆转变温度降低20℃~41℃，韧性显著改善。

本发明的原理是精轧后的铁素体不锈钢轧制板材进行一定变形量的温轧工艺，达到退火前轧制板材组织的细化、晶内剪切带的增加及内部储存能的增加，这将有利于温轧轧后板坯在再结晶退火过程中组织的细化、晶界特征分布的优化。与原有技术相比，韧脆转变温度降低20℃~41℃。

附图说明

图1为本发明实例1中成品板材与常规技术制备的成品板材的冲击吸收能量-温度曲线；其中：DBTT为韧脆转变温度；

图2为本发明实例1中新发明工艺制备的铁素体不锈钢成品板材的金相组织；

图3为本发明实例1中常规技术制备的铁素体不锈钢成品板材的金相组织；

图4为本发明实例2中成品板材与常规技术制备的成品板材的冲击吸收能量-温度曲线；其中：DBTT为韧脆转变温度。

具体实施方式

本发明实施实例中韧脆转变温度的测量是按照GB/T 229-2007，采用型号为Instron9250HV的冲击试验机得到；

本发明实施例中采用的温度控制设备为CDY-80A型冲击试验低温仪；

本发明实施例中采用的铁素体不锈钢的成分按重量百分比为：Cr 16~22%，C ≤ 0.015%， N ≤ 0.015%，Nb 0~ 0.4%，Ti 0~0.4%，V 0~0.4%，Mn ≤ 1%，Si ≤ 0.75%，余量为Fe及其他不可避免杂质，其中P≤0.035%，S≤0.03%，O≤0.005%；

本发明实施例中的粗轧和精轧总压下量为70~90%；

实施例中的对比样品采用常规的生产工艺，主要工艺参数如下：

与本发明各实施例中相同成分的板坯采用两阶段轧制，即粗轧及精轧分开，其中，粗轧阶段：板坯加热至1100~1250℃，保温1~2小时，粗轧开轧温度：1100℃；精轧阶段：精轧开轧温度：950℃，终轧温度：850℃，轧后层流冷却至650℃进行卷取；

其中，粗轧与精轧的总压下量与本发明相应实施例中的粗轧、精轧及温轧的总压下量相同；轧后退火处理工艺与本发明相应实施例中的退火处理工艺相同。

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

采用的铁素体不锈钢化学成分按重量百分比为：Cr 17%，C 0.005%， N 0.006%，Nb 0.04%，Ti 0.1%，V 0.12%，Mn 0.28%，Si 0.19%，余量为Fe和不可避免杂质。

采用上述铁素体不锈钢，经过冶炼、浇注制成板坯，加热至1200℃，保温1h，空冷至1100℃后进行粗轧和精轧，总压下量为79%，终轧温度为850℃，空冷至室温得到轧制板材。

将精轧得到的轧制板材再加热至260℃，并在260℃下进行累积压下量为66.5%的多道次轧制变形，得到6mm的轧制板材。多道次轧制变形后的轧制板材经850℃保温5 min使其充分再结晶后得到具有细晶组织的成品板材。其相应的组织为等轴晶的铁素体组织，平均晶粒尺寸为27.2μm，如图2所示。

经锯床、磨床加工得到尺寸为5mm×10mm×55mm的标准冲击试样。在-60℃至40℃下进行Charpy冲击试验，获得上述方法制备成品板材的韧脆转变温度DBTT为-40.7℃，与常规工艺制备的相同成分成品板材在同等条件下测得的韧脆转变温度DBTT（0.3℃）降低41℃。常规工艺制备的相同成分的成品板材的组织也为等轴晶的铁素体组织，平均晶粒尺寸为80.6μm，如图3所示,与本实施例制备的板材相比，组织晶粒明显比较粗大，且不均匀。

上述方法获得的成品板材与常规技术制备的相同成分成品板材的的冲击吸收能量-温度曲线如图1所示，图1的左侧为上述方法制备的成品板材的冲击吸收能量-温度曲线，右侧为常规技术制备的成品板材的冲击吸收能量-温度曲线。

实施例2

采用的铁素体不锈钢化学成分按重量百分比为：Cr 17%，C 0.006%， N 0.006%，Nb 0.04%，Ti 0.2%，Mn 0.5%，Si 0.01%，余量为Fe和不可避免杂质。

采用上述铁素体不锈钢，经过冶炼、浇注制成板坯，加热至1250℃，保温1h，空冷至1100℃后进行粗轧和精轧，总压下量为70%，终轧温度为950℃，空冷至室温得到轧制板材。

将精轧得到的轧制板材板坯再加热至600℃，并在600℃下进行累积压下量为80%的多道次轧制变形，得到6mm的轧制板材。多道次轧制变形后的轧制板材经850℃保温5 min使其充分再结晶后得到具有细晶组织的成品板材。

经锯床、磨床加工得到尺寸为5mm×10mm×55mm的冲击试样。在-40℃至40℃下进行Charpy冲击试验，获得上述方法制备成品板材的韧脆转变温度DBTT为-29.8℃，与常规工艺制备的相同成分成品板材在同等条件下测得的韧脆转变温度DBTT（-3.8℃）降低26.0℃。上述方法获得的成品板材与常规技术制备的相同成分成品板材的的冲击吸收能量-温度曲线如图4所示，图4的左侧为上述方法制备的成品板材的冲击吸收能量-温度曲线，右侧为常规技术制备的成品板材的冲击吸收能量-温度曲线。

实施例3

采用的铁素体不锈钢化学成分按重量百分比为：Cr 22%，C 0.008%， N 0.007%，Nb 0.3%，V 0.12%，Mn 0.1%，Si 0.6%，余量为Fe和不可避免杂质。

采用上述铁素体不锈钢，经过冶炼、浇注制成板坯，加热至1100℃，保温2h，空冷至1100℃后进行粗轧和精轧，总压下量为90%，终轧温度为850℃，空冷至室温得到轧制板材。

将精轧得到的轧制板材再加热至400℃，并在400℃下进行累积压下量为40%的多道次轧制变形，得到11mm的轧制板材。多道次轧制变形后的轧制板材经900℃保温10 min使其充分再结晶后得到具有细晶组织的成品板材。

经锯床、磨床加工得到尺寸为10mm×10mm×55mm的冲击试样。在-40℃至40℃下进行Charpy冲击试验，获得上述方法制备成品板材的韧脆转变温度DBTT为-10℃，与常规工艺制备的相同成分成品板材在同等条件下测得的韧脆转变温度DBTT（10.5℃）降低20.5℃。

从上述发明的详细描述中可以看出，本发明所获铁素体不锈钢具有较低的韧脆转变温度的特点。因此，该发明所获得铁素体不锈钢能很好地改善不锈钢的韧性相对偏差的缺点。从而在一定程度上扩大其应用范围并在一些领域进一步代替价格昂贵的奥氏体不锈钢。

Claims

1.一种提高中铬铁素体不锈钢中板韧性的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）选取中铬铁素体不锈钢，经过冶炼和浇注制成板坯，加热至1100~1250℃，保温1~2h，然后在850~1100℃条件下进行粗轧和精轧，并空冷至室温得到轧制板材；

（2）将精轧后得到的轧制板材再加热至260~600℃之间的某一目标温度，并在目标温度下进行累积压下量为40~80%的多道次轧制变形。

2. 根据权利要求1所述的一种提高中铬铁素体不锈钢中板韧性的方法，其特征在于所述的中铬铁素体不锈钢中铬的含量按重量百分比为16~22 %。