CN104726785A - 一种晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢及其生产方法，该钢的化学成分重量百分比为：C：0.01～0.03％，Cr：16.0～20.0％，Si：0.2～0.5％，Mn：0.2～0.5％，V：0.02～0.1％，Ni≤0.2％，Mo≤0.1％，Cu≤0.1％，Sn≤0.2％，N≤0.05％，P≤0.05％，S≤0.01％，Nb≤0.2％，Ti≤0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质，且需满足：0.2％≤Mo+Cu+Sn≤0.5％，0.2％≤Nb+Ti≤0.5％。本发明生产的中铬铁素体不锈钢表面晶界处无腐蚀沟，维氏硬度为120～150HV，粗糙度Ra≤3.5μm，可广泛应用于家电、装饰和电脑硬盘壳体等对不锈钢表面有严格要求的制品行业。

Description

一种晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢及其生产方法。

背景技术

SUS430为典型的中铬铁素体不锈钢，具有良好的耐蚀性、成形性和抗氧化性等综合性能，广泛应用于耐热器具、燃烧器、家电用品、餐具、厨房洗涤槽等制品领域。由于碳和氮元素含量较高，现有SUS430不锈钢在热轧和退火过程中存在高温结晶现象，冷却后富铬的碳化物(Cr₂₃C₆)和氮化物(Cr₂N)在晶界处析出，导致晶界附近贫铬而耐蚀性显著下降。而且由于不同位置氧化皮结构差异及酸洗工艺波动，SUS430不锈钢在硫酸、硝酸和氢氟酸等酸液中酸洗后部分钢卷表面发生晶间腐蚀而存在明显的腐蚀沟，严重影响后续制品的表面质量和使用性能。

为了减少不锈钢晶间腐蚀，可以通过成分优化和调整材料热轧、退火、酸洗等生产工艺途径实现。中国专利CN102367551A公开了一种能够降低晶间腐蚀风险的铁素体不锈钢，该不锈钢主要通过降低C含量从而减少Cr₂₃C₆析出，降低高温使用条件下的晶间腐蚀程度，从而提高材料服役寿命，主要针对热交换器行业。中国专利CN1625447A通过调整热轧终轧温度和利用轧制热完成热处理的方法避免了碳化铬析出引起的不锈钢晶间腐蚀有关的易腐蚀现象，该方法针对奥氏体不锈钢热轧带材制造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢及其生产方法，该钢表面晶界处无腐蚀沟，维氏硬度为120～150HV，粗糙度Ra≤3.5μm。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.01～0.03％，Cr：16.0～20.0％，Si：0.2～0.5％，Mn：0.2～0.5％，V：0.02～0.1％，Ni≤0.2％，Mo≤0.1％，Cu≤0.1％，Sn≤0.2％，N≤0.05％，P≤0.05％，S≤0.01％，Nb≤0.2％，Ti≤0.2％，其余为Fe以及不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：0.2％≤Mo+Cu+Sn≤0.5％，0.2％≤Nb+Ti≤0.5％。

进一步，所述中铬铁素体不锈钢的表面维氏硬度为120～150HV，表面粗糙度Ra≤3.5μm。

所述中铬铁素体不锈钢的微观组织是铁素体+碳化物组织。

本发明的成分设计中：

Cr：Cr是不锈钢中最重要的元素，是决定不锈钢耐蚀性的最主要的元素。Cr是不锈钢钝化膜和氧化膜主要组成元素，一般情况下，Cr含量越高，耐蚀性越好，但过量的Cr造成成本升高。因此，本发明Cr含量控制在16～20％。

C、N：C和N对材料晶间腐蚀有不利影响，高温加工冷却后容易在晶界处形成碳化物(Cr₂₃C₆)和氮化物(Cr₂N)。因此，本发明C含量控制在0.01～0.03％，N含量控制在≤0.05％。

Si：Si在高温下反应生成难酸洗的SiO₂，很容易形成连续内氧化物，导致酸洗困难。因此，本发明Si含量控制在0.2～0.5％。

S、P：S、P对材料的耐蚀性和成形性有不利影响，本发明S含量控制在≤0.01％，P含量控制在≤0.05％。

Mo、Cu、Sn：Mo、Cu、Sn是提高不锈钢耐蚀性能的重要元素。Cu能够抑制不锈钢腐蚀，Sn虽然对抑制不锈钢腐蚀的作用比Cu小，但是Sn富集材料表面可以提高不锈钢耐蚀性能，并且Sn与Cu交互作用对提高不锈钢耐蚀性效果更好。Mo能够提高不锈钢氧化膜和钝化膜的稳定性，从而对提高不锈钢晶间腐蚀性能有利。因此，本发明含量控制在0.2％≤Mo+Cu+Sn≤0.5％。

Nb、Ti、V：Nb、Ti和V能够形成稳定碳化物，并减少Cr₂₃C₆和Cr₂N在材料晶界析出，因此，添加Nb、Ti和V对提高中铬铁素体不锈钢的晶间腐蚀性能有利，本发明控制0.2％≤Nb+Ti≤0.5％，0.02≤V≤0.1％。

本发明的晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按上述化学成分经冶炼、连铸成铸坯。

2)热轧、卷取

将铸坯加热到1050～1150℃，经粗轧、精轧，再卷取，其中，粗轧温度为950～1050℃，精轧温度为850～950℃，卷取温度为600～700℃。

3)退火

退火温度为800～870℃，保温时间为12～24h；

4)酸洗

采用破鳞-抛丸-预酸洗-混酸酸洗的连续酸洗工艺。

优选地，步骤4)所述抛丸的抛丸速度为55～70m/s，抛丸流量为400～1000kg/min。

优选地，步骤4)所述预酸洗为硫酸酸洗，酸液浓度为150～250g/L，酸洗温度为65～80℃；

优选地，步骤4)所述混酸酸洗为硝酸和氢氟酸混酸液，硝酸浓度为80～160g/L，氢氟酸浓度为5～15g/L，酸洗温度为45～55℃。

本发明的热轧温度和卷取温度对钢卷表面晶间腐蚀性能有重要影响。如果热轧温度偏高，钢卷表面结晶程度高，或完全结晶或晶粒粗大，冷却后富铬的碳化物(Cr₂₃C₆)和氮化物(Cr₂N)在晶界处析出，导致钢卷表面晶界附近贫铬而晶间腐蚀性能显著下降。因此，为了减少酸洗后钢卷表面腐蚀沟，必须控制钢卷表面结晶，即粗轧温度控制在1050℃以下，精轧温度控制在950℃以下，卷取温度控制在700℃以下。

本发明的退火温度对钢卷表面晶间腐蚀性能有重要影响。如果退火温度偏高，钢卷完全再结晶甚至晶粒变得更加粗大，材料晶间腐蚀性能明显下降。晶间腐蚀性能偏低的钢卷在硫酸、硝酸和氢氟酸酸液中酸洗后表面容易产生腐蚀沟。因此，为了减少酸洗后钢卷表面腐蚀沟，必须控制钢卷表面结晶，即退火温度控制在870℃以下，保温时间控制在12～24h。

本发明的酸洗过程对钢卷表面晶间腐蚀有很大影响。如果抛丸不均匀容易引起抛丸程度重的钢卷过酸洗，预酸洗段的硫酸浓度和酸洗温度偏高也容易引起过酸洗，混酸段氢氟酸浓度偏高及硝酸浓度偏低也容易引起过酸洗。过酸洗将导致钢卷发生晶间腐蚀而产生明显的腐蚀沟。为了避免过钢卷酸洗，硫酸浓度控制在250g/L以下，硝酸浓度控制在80g/L以上，氢氟酸浓度控制在15g/L以下。

本发明的有益效果：

1.化学成分方面：较低的C和N含量及适量Nb、Ti和V，可以减轻钢卷冷却过程中碳化物(Cr₂₃C₆)和氮化物(Cr₂N)析出，提高钢卷晶间腐蚀性能。

2.生产工艺方面：通过控制轧制和退火工艺条件，控制钢卷表面结晶程度，从而提高钢卷晶间腐蚀性能；通过适当的酸洗工艺，减少酸液对钢卷表面腐蚀，从而避免腐蚀沟的出现。

3.显微组织方面：本发明显微组织为铁素体+碳化物组织，铁素体组织不完全结晶且结晶的晶粒细小，碳化物组织呈弥散分布，减少了晶界附近贫铬效应，对提高钢卷晶间腐蚀性能有利。

4.本发明生产的中铬铁素体不锈钢表面晶界处无腐蚀沟，粗糙度Ra≤3.5μm；本发明钢卷经冷轧生产的精密带钢表面质量良好，经覆膜或胶带粘揭后钢卷表面无亮点状缺陷(即金色粉尘或砂金缺陷)，可广泛应用于家电、装饰和电脑硬盘壳体等对不锈钢表面有严格要求的制品行业。

附图说明

图1为现有铁素体不锈钢的一级晶间腐蚀表面形貌图。

图2为现有铁素体不锈钢的二级晶间腐蚀表面形貌图。

图3为现有铁素体不锈钢的三级晶间腐蚀表面形貌图。

图4为本发明实施例1钢的表面形貌图。

图5为本发明实施例2钢的表面形貌图。

图6为本发明实施例3钢的表面形貌图。

图7为本发明实施例4钢的表面形貌图。

图8为本发明实施例5钢的表面形貌图。

图9为本发明实施例6钢的表面形貌图。

图10为本发明实施例7钢的表面形貌图。

图11为本发明实施例8钢的表面形貌图。

图12为本发明实施例9钢的表面形貌图。

图13为本发明实施例10钢的表面形貌图。

图14为本发明实施例11钢的表面形貌图。

图15为本发明实施例12钢的表面形貌图。

图16为本发明实施例13钢的表面形貌图。

图17为本发明实施例14钢的表面形貌图。

图18为本发明实施例15钢的表面形貌图。

图19为本发明实施例16钢的表面形貌图。

图20为本发明实施例17钢的表面形貌图。

图21为对比例1钢的表面形貌图。

图22为对比例2钢的表面形貌图。

图23为对比例3钢的表面形貌图。

图24为对比例4钢的表面形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

实施例1

采用AOD和LF炉冶炼表1所示成分的钢，连铸成坯，连铸坯加热温度为1050℃，粗轧温度950℃，精轧温度850℃，热轧制成2～6mm厚的热轧板，卷取温度650℃。上述热轧卷采用罩式炉退火，退火温度800℃，保温时间24h。酸洗过程抛丸速度55m/s，抛丸流量500Kg/min；预酸洗采用160g/L硫酸溶液，酸洗温度65℃，混酸洗采用150g/L硝酸和6g/L氢氟酸混酸溶液，酸洗温度45℃。

实施例2

采用AOD和LF炉冶炼表1所示成分的钢，连铸成铸坯，将铸坯加热至1100℃，粗轧温度1000℃，精轧温度900℃，热轧制成2～6mm厚的热轧板，卷取温度675℃。热卷罩式炉退火温度835℃，保温时间19h。酸洗过程抛丸速度65m/s，抛丸流量700Kg/min；预酸洗采用200g/L硫酸溶液，酸洗温度70℃；混酸洗采用120g/L硝酸和10g/L氢氟酸混酸溶液，酸洗温度50℃。

本发明实施例1-17及对比例1-4的化学成分如表1所示。实施例3-17及对比例1-4的工艺同实施例1，具体工艺条件参见表2。

本发明实施例1-17及对比例1-4的晶间腐蚀评价过程如下：从酸洗后钢卷头部四分之一位置处取样，在扫描电镜下观察表面形貌。参照美国标准A763-93关于铁素体不锈钢晶间腐蚀评价方法，钢卷表面晶间腐蚀程度分为三级，即表面无腐蚀沟为一级，如图1所示；表面有一些腐蚀沟，但没有完全包围晶粒为二级，如图2所示；表面有较多腐蚀沟，且1个及以上晶粒被腐蚀沟完全包围为三级，如图3所示。

本发明实施例1-17及对比例1-4的表面形貌如图4-24，其晶间腐蚀评价结果参见表2。由图4-20可知，实施例1-17钢表面均无腐蚀沟，晶间腐蚀程度为一级。由图21-24可知：对比例1、2、3钢表面有腐蚀沟，但没有一个晶粒完全连起来，晶间腐蚀程度为二级；对比例4钢表面有较多腐蚀沟，且有多个晶粒完全连起来，晶间腐蚀程度为三级。

Claims (9)

1.一种晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.01～0.03％，Cr：16.0～20.0％，Si：0.2～0.5％，Mn：0.2～0.5％，V：0.02～0.1％，Ni≤0.2％，Mo≤0.1％，Cu≤0.1％，Sn≤0.2％，N≤0.05％，P≤0.05％，S≤0.01％，Nb≤0.2％，Ti≤0.2％，其余为Fe以及不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：0.2％≤Mo+Cu+Sn≤0.5％，0.2％≤Nb+Ti≤0.5％。

2.根据权利要求1所述的晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢，其特征在于，所述中铬铁素体不锈钢的表面维氏硬度为120～150HV，表面粗糙度Ra≤3.5μm。

3.根据权利要求1或2所述的晶界无腐蚀沟的中铬铁素体不锈钢，其特征在于，所述中铬铁素体不锈钢的微观组织是铁素体+碳化物组织。

4.如权利要求1所述的中铬铁素体不锈钢的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按权利要求1所述的化学成分经冶炼、连铸成铸坯；

2)热轧、卷取

将铸坯加热到1050～1150℃，经粗轧、精轧、卷取，其中，粗轧温度为950～1050℃，精轧温度为850～950℃，卷取温度为600～700℃；

3)退火

退火温度为800～870℃，保温时间为12～24h；

4)酸洗

采用破鳞-抛丸-预酸洗-混酸酸洗的连续酸洗工艺。

5.根据权利要求4所述的中铬铁素体不锈钢的生产方法，其特征在于，步骤4)所述抛丸的抛丸速度为55～70m/s，抛丸流量为400～1000kg/min。

6.根据权利要求4所述的中铬铁素体不锈钢的生产方法，其特征在于，步骤4)所述预酸洗为硫酸酸洗，酸液浓度为150～250g/L，酸洗温度为65～80℃。

7.根据权利要求4所述的中铬铁素体不锈钢的生产方法，其特征在于，步骤4)所述混酸酸洗为硝酸和氢氟酸混酸液，硝酸浓度为80～160g/L，氢氟酸浓度为5～15g/L，酸洗温度为45～55℃。

8.根据权利要求4-7任一项所述的中铬铁素体不锈钢的生产方法，其特征在于，所述中铬铁素体不锈钢的表面维氏硬度为120～150HV，表面粗糙度Ra≤3.5μm。

9.根据权利要求4-7任一项所述的中铬铁素体不锈钢的生产方法，其特征在于，所述中铬铁素体不锈钢的微观组织是铁素体+碳化物组织。