CN104513933A

CN104513933A - 一种廉价无磁不锈钢及其制造方法

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Publication number: CN104513933A
Application number: CN201310455137.1A
Authority: CN
Inventors: 吴狄峰; 刘圣磊; 季灯平; 林隆声
Original assignee: Baosteel Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2015-04-15

Abstract

一种廉价无磁奥氏体不锈钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C：0.05～0.12%，Si：0.2～1.0%，Mn：14.0～18.0%，Cr：16.0～19.0%，Ni：0～2.0%，Cu：1.0～3.0%，N：0.1～0.3%，B：0.001～0.004%，其余为Fe和不可避免杂质。成品在冷轧压下80%后仍保持无磁；并可通过采用廉价红土镍矿生产的含镍1～2wt%的低镍生铁作为镍资源原料，而不采用其他含镍资源来制造，大大节约高镍铁或纯镍的使用，具有成本低廉的特点。本发明具有无磁、强度高、冷加工性能优良的特点，可广泛应用于电器、电子、仪表、弹簧、拉链等行业。

Description

一种廉价无磁不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及不锈钢材料领域，特别涉及一种经大压下量变形后仍无磁性的廉价无磁不锈钢及其制造方法。

背景技术

电器、电子、仪表等行业需要大量无磁材料，如硬盘、指针、汽车仪表盘、医疗设备、弹簧部件等。部分行业对材料的强度亦提出较高要求。

目前，常用的无磁不锈钢牌号包括301、304和305等。存在的问题主要有：

（1）许多行业特别是电子仪表行业要求材料经过一定的成形后仍具有无磁性。而301和304属于亚稳定奥氏体不锈钢，这类材料经过冲压、折弯或扩孔等方式变形后容易产生形变马氏体组织，导致该材料具有一定的磁性。这类材料经过成形后往往还需要高温退火以及酸洗处理，而这往往延长产品生产周期，同时带来能源消耗和环境污染；

（2）305不锈钢虽然基本不存在上述问题，但由于其镍含量达到10.5～13.0%，价格昂贵，只限于高端产品，应用受限。

（3）由于近年来镍资源价格波动很大，给企业使用镍含量较高的不锈钢材料（如304和305）带来巨大的成本压力和风险控制难度。因此，生产既能满足变形后无需热处理就有无磁的特性、同时又具有价格低廉且稳定的不锈钢产品很有必要。

中国专利CN101311290A公开了一种无磁强韧化不锈钢及其制造方法。所述无磁性强韧化不锈钢的化学成分为：C≤0.12%，Si≤1.50%，Mn：14.5～16.5%，S≤0.010%，P≤0.03%，Cr：15.1～16.0%，Ni≤0.90%，Mo≤0.70%，Nb≤0.35%，N：0.25～0.50%，其余为Fe和不可避免杂质。该发明主要用于制造石油无磁钻铤，由于N含量较高，只能采用模铸和锻造工艺。同时由于Ni含量低，且未添加Cu，冷加工性能差。

中国专利CN101538689B公开了一种无磁高强高韧不锈钢、其制造方法及应用。该不锈钢的化学成分重量百分比：C≤0.04，Si：0.35-0.65，Mn：17.0-22.0，Cr：13.0-17.0，Mo：0.30-0.50，Ni：0.15-0.45，N：0.30-0.80，P≤0.03，S≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。该钢种主要在石油钻具上应用，具有较好的无磁性。但其Mn和N含量高，冶炼难度大，且不能采用连铸和热轧的方法生产。

中国专利CN101781740A公开了一种无磁耐腐蚀不锈钢，其成分为C≤0.03%，Si≤0.3%，P≤0.03%，S≤0.01%，Ni：12.0-12.5%，Cr：17.0～18.0%，Mo：2.0-2.5%，N：0.16-0.18%，Mn≤2.0%，余量为Fe。该钢种耐腐蚀性和无磁性效果较好，但使用了较高的Ni含量，合金成本很高。

中国专利CN101386962A公开了一种无磁高强度不锈钢及其制造方法。其成分为：C0.05～0.20%，Si≤1.0%，Mn11～15%，S≤0.03%，P≤0.035%，Cr15～20%，Ni≤5.0%，Mo0.5～1.0%，N0.2～0.4%，微量元素≤0.50%，余量为Fe。该发明虽然磁性低，强度高，但其Ni含量高，经济性差。同时其制造方法涉及非真空感应炉、电渣重融等，不适合大规模生产。

中国专利CN101435058B公开了一种奥氏体不锈钢及其生产工艺，其成分为：C≤0.10%，Cr：12.5-15.0%，Mn：12.0-15.0%，Ni：0.5-1.5%，Cu：0.4～0.8%，N：0.08-0.16%，Si：0.4-0.8%，P≤0.035%，S≤0.02%，RE：0.08～0.18%，余量是Fe和不可避免的杂质。该钢种理论计算Md_30/50温度值>-20℃，因此，一定变形条件下会产生磁性。同时由于Cr含量低，故耐蚀性较差。此外，其Ni和Cu总量低，冷加工性较差。

中国专利CN101921969A公开了一种高强度无磁不锈弹簧钢，其成分为：C：0.10-0.12%，Si：0.4-0.5%，P≤0.06%，S≤0.02%，Ni：1.2-1.4%，Cr：15.0-15.5%，Cu：1.5～1.7%，Mn：12.3-12.6%，余料为Fe。该钢种碳含量高，Cr含量低，耐腐蚀性一般。同时该钢种未提及N含量，其理论Md_30/50>0℃，冷加工后会生产磁性。

中国专利CN101560634A和CN102560286A都公开了一种无磁高强度奥氏体不锈钢，但其Ni含量都在3.5%以上，成本较高。

中国专利CN102199738A和CN102002642A都公开了一种无磁高强度不锈钢，但其N含量很高，都在0.4%以上，很难采用连铸方式生产，同时合金成本高。

总而言之，以上已公开的相关发明专利都不能很好的兼顾大变形后仍无磁性的要求，以及合金成本低和制造难度低等几个关键因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种廉价无磁不锈钢及其制造方法，其Md_30/50温度低于-70℃，且常温冷轧压下率达80%后不具有磁性，常温相对磁导率≤1.005；同时由于钢中的Ni资源来自红土矿或者低镍废钢，Ni的合金成本可忽略，因此价格优势明显；且大变形后无需退火处理且无磁性、性价比高、价格稳定、适合大规模生产且难度低（如适合连铸、热连轧）。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明一种廉价无磁不锈钢，其成分重量百分比为：C：0.05～0.12%，Si：0.2～1.0%，Mn：14.0～18.0%，Cr：16.0～18.5%，Ni：0～2.0%，Cu：1.0～3.0%，N：0.1～0.3%，B：0.001～0.004%，其余为Fe和不可避免的杂质；该不锈钢的Md30/50温度低于-70℃，且常温冷轧压下80%后不具有磁性，常温相对磁导率≤1.005。

在本发明成分设计中：

碳（C），C是强烈形成、稳定和扩大奥氏体区的元素，C对室温下形成奥氏体组织起到重要作用。但是C含量太高会降低不锈钢的塑性，而且对不锈钢的耐蚀性不利，所以C要有适当的百分含量，因此，本发明钢中控制C含量为0.05-0.12%。

硅（Si），Si是铁素体形成和稳定元素。Si在熔炼过程中用于脱氧，同时Si可以提高铁素体相的高温强度，因此一般不锈钢中含有0.2%以上的Si。但是Si含量过高时将降低N的溶解度，并加速金属间相的析出。因此，本发明钢中控制Si含量为0.2-1.0%。

锰（Mn），Mn是比较弱的奥氏体形成元素，但在不锈钢中是强烈的奥氏体组织稳定元素，并能提高N在钢中的溶解度。在低镍型奥氏体不锈钢中，Mn与钢中C、N等元素复合作用，取代部分Ni，确保不锈钢在室温下为奥氏体组织。另外Mn的添加也可以降低Md_30/50温度，每添加1%Mn，可以使Md_30/50温度降低8℃。为确保奥氏体组织的稳定性，并节省Ni的使用量，本发明控制Mn含量为14-18%。

铬（Cr），Cr是钢获得耐腐蚀性能的最重要元素。由于Cr是显著增强耐腐蚀性能的元素，为保证良好的耐蚀性，本发明钢中Cr含量控制在16.0%以上。但Cr是主要的铁素体形成元素，过高的Cr将导致材料中出现铁素体相，不能保证室温状态下获得完全无磁的奥氏体，因此需要相应更高的镍当量与之配合，以保证获得室温奥氏体组织。因此，本发明钢中Cr含量控制在16.0-18.5%。

镍（Ni），Ni是形成和稳定奥氏体相最重要的元素，并且还可以增强不锈钢抗还原性酸的能力并提高加工性能，但为了降低成本，本发明大大降低Ni的含量，限制Ni含量≤2.0%。

铜（Cu），Cu是一种奥氏体形成元素，可以改善不锈钢冷加工性能并提高在还原性酸中的耐腐蚀能力。但是随着Cu含量的提高，不锈钢的热加工性能变差，因此本发明添加1.0～3.0%重量的Cu。

氮（N），N在不锈钢中是非常强烈地形成、稳定和扩大奥氏体区的元素。本发明通过添加N来降低Md_30/50温度，有效抑制应变过程中磁性马氏体相的形成。N在不锈钢中除了可以替代贵重金属如Ni之外，还可以在不明显降低材料塑性和韧性的前提下明显提高材料的强度，还能提高不锈钢的不锈性、耐蚀性以及延缓碳化物的析出等。但由于N在不锈钢中的溶解度有限，当N含量过高时，将提高冶炼和热加工的难度，尤其是N含量的提高将导致严重的热轧边裂，使其难以在现有产线上进行生产。因此，本发明钢中N含量控制在0.1-0.3%。

硼（B），微量的B可改善不锈钢的热加工性能，但过多的加入B也会起到负面作用。因此本发明钢中B含量控制在0.001-0.004%。

为了增加本发明不锈钢的奥氏体组织的稳定性，即防止材料变形过程中出现马氏体磁性相，需要设计合理的合金元素配比。一般用Md_30/50温度来评价奥氏体相转变为应变诱发马氏体相的趋势，其含义是应变50%时，产生马氏体相含量达到30%的温度。换句话说，材料在该温度下变形50%时，马氏体相含量可达到30%。Md_30/50温度越高，代表该材料中奥氏体相越不稳定，材料发生应变诱发马氏体相变的趋势就越明显。可以用以下经验公式来计算Md_30/50温度（其中各元素都取质量百分数）：

Md_30/50＝413-9.5Ni%-13.7Cr%-8.1Mn%-9.2Si%-462(C%+N%)

根据该经验公式计算得到304钢的Md_30/50＝40℃，比较高。因此304不锈钢在常温下经过一定的应变后，会产生形变马氏体而导致材料有磁性。

本发明廉价无磁不锈钢的制造方法，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按上述成分冶炼，其中，将高炉生产的铁水或者不含镍的废钢加入电炉后作为母液，母液中的Ni来自利用红土镍矿生产的Ni含量为1.0～2.0wt%的低镍铁水或者其冷却制成的低镍生铁块；母液进入氩氧脱碳炉、钢包精炼炉冶炼，然后将钢液浇铸成板坯，浇铸过热度20～60℃，拉速0.5～2.0m/min；

2)热轧

将板坯加热到1100～1250℃，然后热轧至目标厚度后卷取；

3)冷轧或冷锻

将热轧卷在连续加热炉内1000～1150℃的温度下退火，然后酸洗并冷轧，冷轧压下率范围为0～80%，或者冷锻加工至要求厚度，获得的钢板不产生磁性。

进一步，当无磁奥氏体不锈钢中的镍含量≥0.4wt%时，采用的镍原料来自：利用红土镍矿生产的镍含量为1.0～2.0wt%的低镍铁水或者其冷却制成的低镍生铁块；当无磁奥氏体不锈钢中的镍含量＜0.4wt%时，采用不加含镍原料或者采用废钢中残余的镍来生产。

本发明在提高产品经济性方面的措施在于冶炼使用的原料及其配料的经济性。其采用的原料包括：低镍铁水或低镍生铁、铬铁、硅铁、金属锰、电解铜、废钢等。其中的含镍原料来自：高炉直接利用红土镍矿生产的低镍铁水或者其冷却制成的低镍生铁块（Ni含量为1.0～2.0wt%），不加入Ni含量在10wt%以上的镍铁和纯镍原料。当加入不同比例的该种低镍铁水或低镍生铁，可冶炼Ni含量≥0.4wt%的本发明提及的无磁不锈钢。如果不加入任何低镍铁水或低镍生铁以及其他镍铁资源，可冶炼Ni含量＜0.4wt%的本发明提及的无磁不锈钢，其中的Ni来自废钢中残余的Ni。

本发明较现有无磁不锈钢的优势是：

（1）成分控制合理，容易实现规模化生产。如设计的氮含量适中，在炼钢、连铸和热轧过程中容易控制，氮能在连铸坯中固溶，不产生气泡，在热轧过程中不产生边裂；而其他氮含量在0.3%以上的钢种很难实现连铸，且在热轧过程中易产生边裂；

（2）节约昂贵的镍资源，合金成本低。根据成分特点采用新颖的配料模式，其中的镍元素采用来自红土镍矿的镍资源，而不用昂贵的Ni含量在10%以上的镍铁和纯镍资源；

（3）Md_30/50温度值低，冷轧大压下后，仍无磁性，易冷加工；

（4）铬含量高，耐蚀性较好。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明的无磁奥氏体不锈钢制造工艺如下：高炉/电炉冶炼→氩氧脱碳炉冶炼→炉外精炼→连铸/模铸→热轧→热退酸洗→冷轧或冷锻→冷退酸洗。

本发明实施例采用电炉、氩氧脱碳炉（AOD）的两步法冶炼，冶炼过程中把低镍生铁、铬铁、硅铁、金属锰、电解铜、废钢等原料按照一定的配比加入电炉后熔化，熔清后将钢液倒入AOD炉，在AOD炉内进行脱C、脱S和增N、控N的吹炼，当冶炼成分合格后，将钢液进行浇铸。需要说明的是：冶炼过程中不加入Ni含量在10wt%以上的镍铁和纯镍资源。浇铸后将铸坯加热到1100-1250℃，在热轧机组上轧制到所需厚度，然后进行退火和酸洗；之后，将热退酸洗板在冷轧轧机上冷轧，压下率范围为0～80%，最终获得经大压下量变形后仍无磁性的无镍或少镍廉价奥氏体不锈钢。具体厚度根据用户所需要的强度和硬度确定。

本发明各实施例的成分及Md_30/50值如表1所示。

表1本发明实施例的成分和Md_30/50值

各实施例在冷轧不同压下量后，用磁性测试仪检测了材料中磁性马氏体相的含量。同时取相应厚度的冷轧板，加工成JIS13B标准的力学拉伸试样，进行强度和硬度检测，结果如表2所示。

表2本发明实施例的磁性和力学性能

由表1和表2可知，本发明各实施例理论计算的Md_30/50温度值都小于-70℃。各实施例在冷轧压下约80%后，用磁性测试仪都未检测出磁性，因此满足大压下量变形后仍无磁性的特点。而且在冶炼过程中未用到价格昂贵的高镍铁（镍含量在10wt%以上）原料，具有很好的经济性。因此，本发明可广泛应用于电器、电子、仪表、弹簧、拉链等要求材料变形后仍无磁性的不锈钢材料应用行业，具有广阔的市场应用前景。

Claims

1.一种廉价无磁奥氏体不锈钢，其成分重量百分比为：C：0.05～0.12%，Si：0.2～1.0%，Mn：14.0～18.0%，Cr：16.0～18.5%，Ni：0～2.0%，Cu：1.0～3.0%，N：0.1～0.3%，B：0.001～0.004%，其余为Fe和不可避免的杂质；该不锈钢的Md_30/50温度低于-70℃，且常温冷轧压下80%后不具有磁性，常温相对磁导率≤1.005。

2.如权利要求1所述的廉价无磁不锈钢的制造方法，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

2)热轧

将板坯加热到1100～1250℃，然后热轧至目标厚度后卷取；

3)冷轧或冷锻

3.如权利要求2所述的廉价无磁不锈钢的制造方法，其特征是，当所述无磁奥氏体不锈钢中的镍含量≥0.4wt%时，采用的镍原料来自：利用红土镍矿生产的镍含量为1.0～2.0wt%的低镍铁水或者其冷却制成的低镍生铁块；当无磁奥氏体不锈钢中的镍含量＜0.4wt%时，采用不加含镍原料或者采用废钢中残余的镍来生产。