CN107557697B - 一种索氏体不锈钢 - Google Patents
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Abstract
一种索氏体不锈钢，属于不锈钢技术领域。该不锈钢主要成分为铁元素，以8‑16％的铬元素、1‑5％的镍元素为主导合金元素，其他含0.01‑0.1％的磷元素，控制碳元素小于0.1％，硫元素小于0.04％，氧元素含量小于30ppm。该索氏体不锈钢以电炉、转炉冶炼后经过AOD冶炼、LF精炼，对钢水进行脱碳、脱氧、脱硫。通过热处理控制索氏体不锈钢的机械性能，可以在较大范围获得理想的性能。这种不锈钢克服了奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢的强度不高的问题；克服了普通结构钢锈蚀问题；克服了双相不锈钢的高成本问题，是一种具有良好加工性能的结构钢。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢，具体而言，涉及一种索氏体不锈钢，一种索氏体不锈钢的制备方法，一种索氏体不锈钢在工业上的应用。
背景技术
不锈钢现有品种包括奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢、200系不锈钢。这些不锈钢中的铁素体和奥氏体不锈钢由于其强度较低，一般只用于制作器皿、面板。在用作结构材料时，由于其强度较低，只能加大用量，使成本大幅度增加。双相不锈钢有良好的综合性能，但热处理工艺难度较大，且成本过高，是奥氏体不锈钢的2-3倍，使其应用受到限制。200系不锈钢由于价格低廉得到广泛应用，但是也由于强度低，综合力学性能不能满足成为结构材料的要求。
现有技术一(CN201410177300A)公开了一种奥氏体不锈钢，公开了其化学成分重量百分比为：C＜0.03％，Si：0.75～1.0％，Mn：6.5～8.0％，Cr：16.0～17.5％，Ni：3.0～4.5％，N：0.15～0.25％，Cu：0.5～1.0％，Ce：0.02～0.05％，P：≤0.040％，S：≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质，然而该奥氏体不锈钢存在屈服强度和抗拉强度均不高的问题。
现有技术二(CN201410177886A)公开了一种铁素体不锈钢，公开了其化学成分重量百分比为：C：0.01～0.07％，Si：0.50～1.50％，Mn：0.40～1.0％，Al：0.5～2.5％，S：0.001～0.005，Cr：12.0～20.0％，N：0.01～0.07％，O：0.002～0.008％，Tb：0.15～0.7％，Y：0.005～0.2％，Al+Si≥1.5％，Nb：≥7×C％，Y＞5×S％，其余为Fe和不可避免的杂质，然而，该铁素体不锈钢也存在屈服强度和抗拉强度不高的问题。
现有技术三(CN201410000448A)公开了一种双相不锈钢，公开了有如下的成分及质量百分比：C≤0.03％，S≤0.03％，P≤0.03％，Cr：19.0～21.0％，Mn：8～12％，Ni：0.1～0.5％，N：0.15～0.35％，Si≤1.0％，B：0.001～0.01％，稀土Ce或Y：0.005～0.20％，余量为铁。虽然该双相不锈钢的强度较高，但是，由于该不锈钢中合金元素用量高，通常Cr含量在20％以上，并且双相锈钢存在热处理难度大的缺陷，因此在实际生产和应用中存在生产成本较高的问题，限限了其在工业上的广泛应用。
现有技术四(CN201410104587A)公开了一种高强结构钢，公开了其成分组成按重量百分比计算的下述组分：碳：0.07-0.28％；硅：0.10-0.45％；锰：0.80-1.90％；铜≤0.55％；磷≤0.025％；硫≤0.010％；钛：0.018-0.040％；硼：0.0010-0.0035％；钼：0.10-0.50％；其余为Fe及不可避免的杂质。虽然该结构钢具有足够的强度，但是在实际应用中，此类结构钢存在易生锈，耐蚀性差的技术问题。
现有技术五(CN20151061991A)公开了一种马氏体不锈钢，公开了其化学成分的质量百分含量为：C≤0.06％、Si≤1.00％、Mn≤1.00％、P≤0.030％、S≤0.015％、Cr15.00％～17.00％、Ni4.50％～5.50％、Mo0.80％～1.20％、H≤0.00025％、N≥0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。然而，由于马氏体不锈钢其自身的组织特性，在实际中并不能作为结构钢而使用。
因此，针对当今对钢结构材料的长寿命、高强度、易焊接、可接受成本的要求不断增加，成为当今钢铁材料领域创造发明的主攻方向之一。
发明内容
针对现有技术所提及的技术问题，本申请提供以下技术方案。
一种不锈钢，该不锈钢主要成分包括：Cr、Ni和P，其组织为索氏体结构。
一种不锈钢，该不锈钢主要成份包括：Cr含量8-15％，Ni含量1-5％，P含量0.03-1％，其组织为索氏体结构。
一种不锈钢，该不锈钢主要成份包括：Cr含量8-15％，Ni含量1-5％，P含量0.03-1％，并且上述不锈钢为索氏体结构。
一种不锈钢，该不锈钢由下述元素组成：Cr、Ni、P、C、S、O和Fe，其组织为索氏体结构。
一种不锈钢，该不锈钢的组成及含量为：Cr含量8-15％，Ni含量1-5％，P含量0.03-1％，C含量小于0.1％，S含量小于0.04％，O含量小于30ppm，余量为Fe，其组织为索氏体结构。
一种不锈钢，该不锈钢的组成及含量为：Cr含量8-15％，Ni含量1-5％，P含量0.03-1％，C含量小于0.1％，S含量小于0.04％，O含量小于30ppm，余量为Fe，并且上述不锈钢为索氏体结构。
一种不锈钢，该不锈钢的组成及含量为：Cr含量12-15％，Ni含量3-5％，P含量0.03-0.08％，C含量小于0.08％，S含量小于0.03％，O含量小于25ppm。，余量为Fe，并且上述不锈钢为索氏体结构。
一种不锈钢，该不锈钢的组成及含量为：Cr含量13％，Ni含量3.5％，P含量0.08％，C含量小于0.05％，S含量小于0.02％，O含量小于20ppm。，余量为Fe，并且上述不锈钢为索氏体结构。
一种不锈钢，该不锈钢的组织为索氏体结构，并且该不锈钢的机械性能为：抗拉强度不低于750MPa，规定非比例延伸强度RP0.2不低于500MPa，断后延伸率％不小于14％。
一种不锈钢，该不锈钢的组织为索氏体结构，并且该不锈钢的机械性能为：抗拉强度不低于800MPa，规定非比例延伸强度RP0.2不低于550MPa，断后延伸率％不小于16％。
一种不锈钢，该不锈钢的组成及含量为：Cr含量13％，Ni含量3.5％，P含量0.08％，C含量小于0.05％，S含量小于0.02％，O含量小于20ppm。，余量为Fe，并且上述不锈钢为索氏体结构。该不锈钢的机械性能为：抗拉强度不低于750MPa，规定非比例延伸强度RP0.2不低于500MPa，断后延伸率％不小于14％。
一种不锈钢，该不锈钢的组成及含量为：Cr含量13％，Ni含量3.5％，P含量0.08％，C含量小于0.05％，S含量小于0.02％，O含量小于20ppm。，余量为Fe，并且上述不锈钢为索氏体结构。该不锈钢的机械性能为：抗拉强度不低于800MPa，规定非比例延伸强度RP0.2不低于550MPa，断后延伸率％不小于16％。
下面对于各元素的作用进行详细解释。
对于元素Cr：Cr是提高钢耐二氧化碳腐蚀能力的必要组成元素，同时也是在高温下表面保护膜形成的关键组成元素。一般情况下，Cr含量的高低与钢材的耐蚀性成正比，低含量导致低的腐蚀性，高含量虽然增加了耐蚀性，但会导致成本增加，同时减低了热加工性能。本申请在对Cr含量控制的范围内，通过调节元素P达到协同作用，从而保证了不锈钢的耐蚀性。
对于元素Ni：Ni可以增加碳在不锈钢中的溶解度，增强碳化物析出倾向，同时避免生成δ-铁素体，并且确保不锈钢的加工性。
对于元素P：P一般作为钢中不可避免的杂质元素，属于有害元素，高含量的P可降低晶界间的强度，但在本申请的索氏体不锈钢中元素P作为增加强度和增加耐蚀性的合金元素，合理的含量范围是必要的。
对于C的含量：C作为间隙溶质元素，有利于提高钢的强度，但由于不锈钢中高Cr含量会导致钢中形成CrC类化合物，例如Cr23C6，从而降低了不锈钢的耐蚀性，因此本申请将C含量限定在较低的范围之内。
对于S的含量：S作为钢中常见的杂质元素，有害地降低了钢材的强度和韧性，因此本申请需要严格控制S含量的范围，以提高钢材的综合性能。
对于O的含量：低含量的O有利于不锈钢保持足够的韧性和良好机械性能的结合。优选本申请的不锈钢O含量低于20ppm。
本申请还提供上述所述各种不锈钢的制备方法：通过电炉、转炉冶炼后，经合金化处理，再经过AOD冶炼、调整成份，钢包精炼炉(LF炉)精炼，对钢水进行脱碳、脱氧、脱硫，再经连铸和轧制，最后进行回火热处理得到。
具体而言，不锈钢的冶炼工艺如下：
(1)转炉或电炉冶炼：在转炉或电炉中采用常规工艺冶炼钢水。
(2)合金化处理：通过添加中间合金的方式将冶炼得到的钢水进行合金化处理。
(3)精炼：采用通入氩氧混合气体对得到的合金进行精炼脱碳处理，即AOD脱碳处理。
(4)调整成份：将AOD脱碳处理得到的钢水向钢包出钢，同时调整合金成分。
(5)精炼：在钢包精炼炉(即LF炉)中进行精炼，进行脱氧处理，控制氧含量在规定的范围内。
(6)连铸：采用常规工艺连铸为板坯或圆坯或方坯。
(7)轧制：采用常规工艺将连铸后的板坯或圆坯或方坯轧制为板材或棒材或穿无缝管。
(8)热处理：采用回火工艺对轧制后产品进行热处理，在通过对成份控制的同时通过回火处理能够保证组织具有细密的索氏体结构，而不会明显长大。
对上述所得到的不锈钢进行金相分析，可以看出该不锈钢的金相组织为索氏体，并且通过定级测定，索氏体晶粒度控制保持在8级以上，优选在9级或9级以上。
下面对本申请的有益效果进行说明。
对于满足上述成份的不锈钢，以及采用上述方法制备得到的不锈钢，具备典型的索氏体结构，是一种具有良好加工性能的结构钢。
本申请得到的不锈钢克服了普通结构钢锈蚀问题，在中性盐雾腐蚀条件下的比较腐蚀速度是Q345的30-80倍，具有良好的耐腐蚀性。
同时，本申请得到的不锈钢具有高强度、易焊接等特点，克服了奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢的强度不高的问题。
另外，相对于双相不锈钢，本申请减少了合金化元素的用量，大幅降低了生产成本。
与马氏体不锈钢相比，虽然马氏体不锈钢具备高强度和耐蚀性高的优点，但由于其结构的特性，不能作为结构钢在实际中应用，尤其可作为满足抗震性能要求的高强钢。本申请得到的索氏体不锈钢扩大了不锈钢的应用范围，丰富了不锈钢的种类。
附图说明
图1为本发明的索氏体不锈钢金相组织图之一。
图2为本发明的索氏体不锈钢金相组织图之二。
图3为本发明的索氏体不锈钢金相组织图之三。
图4为本发明的索氏体不锈钢金相组织图之四。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，以下说明本申请的索氏体不锈钢的具体实施方式，以及索氏体不锈钢制备方法的实施方式。
如前所述，对于不锈钢的成份控制要求是必须的，其中Cr、Ni作为主导合金元素，同时采用P作为合金元素，并且成分为Cr含量8-15％，Ni含量1-5％，P含量0.03-1％。
对于制备过程，冶炼铁水时，即可选用转炉冶炼，也可选用电炉冶炼；然后将得到的铁水进行合金化处理，添加中间合金以满足对于主导合金元素及合金元素的要求；然后进行AOD脱碳精炼处理，控制C含量；然后将AOD处理得到的钢水注入钢包出钢，再将调节合金成分；在钢包精炼炉中进和精炼，进行脱氧处理，控制O含量；再分别进行连铸、轧制和热处理。其中对于连铸步骤，可铸为板坯、圆坯或方坯；对于轧制，可轧为板材、棒材或穿无缝管；对于热处理，采用回火工艺，保证得到细密的索氏体结构。
优选方案：对于上述不锈钢，需要控制C含量小于0.1％，S含量小于0.04％，O含量小于30ppm。
更优选方案：对于上述不锈钢，控制Cr含量12-15％，Ni含量3-5％，P含量0.03-0.08％，C含量小于0.08％，S含量小于0.03％，O含量小于25ppm。，余量为Fe。
最优选方案：对于上述不锈钢，控制Cr含量13％，Ni含量3.5％，P含量0.08％，C含量小于0.05％，S含量小于0.02％，O含量小于20ppm。，余量为Fe。
下面列出得到的索氏体不锈钢机械性能。所制得的索氏体不锈钢的机械性能范围为：断裂强度＞750MPa，屈服强度＞500MPa，延伸率不小于14％。且其中索氏体晶粒度控制在8级以上。在试验中制得索氏体不锈钢的金相组织如图1-4所示，可以看出金相组织为索氏体，晶粒度为9级。
下面针对不同种类的索氏体不锈钢进行回火热处理，实验结果如下表1所示。
表1不同种类索氏体不锈钢回火热处理工艺
按照以上，对于本申请的索氏体不锈钢以及索氏体不锈钢的制备方法进行了说明，但申请明不受实施方式和实施例限制，在能够符合本发明的主旨的范围内也可以适当加以变更实施，这些均包含在本发明的技术范围内。
详细并参照特定的实施方式说明了申请，但不脱离本申请的精神和范围可以加以各种各样的变更和修改，这对本领域技术人员来说很清楚。
对于本申请得到的索氏体不锈钢的工业可利用性，依据材料本身组织特点和性能特性，可在工业上作为结构材料使用，同时作为抗震性能的要求的高强钢使用。
Claims (6)
1.一种作为结构钢的索氏体不锈钢，
由下述元素组成：Cr、Ni、P、C、S、O和Fe，其组织为索氏体结构；
其组成及含量为：Cr含量8-15％，Ni含量1-5％，P含量0.03-1％，C含量小于0.1％，S含量小于0.04％，O含量小于30ppm，余量为Fe；
所述索氏体不锈钢的机械性能为：抗拉强度不低于750MPa，规定非比例延伸强度RP0.2不低于500MPa，断后延伸率％不小于14％；
通过定级测定，索氏体晶粒度控制保持在8级以上；
中性盐雾腐蚀条件下的比较腐蚀速度是Q345的30-80倍；
所述不锈钢的制备方法为：通过电炉、转炉冶炼后，经合金化处理，再经过AOD冶炼、调整成份，钢包精炼炉精炼，对钢水进行脱碳、脱氧、脱硫，再经连铸和轧制，最后进行回火热处理得到；制备方法的具体步骤如下：
(1)转炉或电炉冶炼：在转炉或电炉中采用常规工艺冶炼钢水；
(2)合金化处理：通过添加中间合金的方式将冶炼得到的钢水进行合金化处理；
(3)精炼：采用通入氩氧混合气体对得到的合金进行精炼脱碳处理；
(4)调整成份：将AOD脱碳处理得到的钢水向钢包出钢，同时调整合金成分；
(5)精炼：在钢包精炼炉中进行精炼，进行脱氧处理，控制氧含量在规定的范围内；
(6)连铸：采用常规工艺连铸为板坯或圆坯或方坯；
(7)轧制：采用常规工艺将连铸后的板坯或圆坯或方坯轧制为板材或棒材或穿无缝管；
(8)热处理：采用回火工艺对轧制后产品进行热处理，在通过对成份控制的同时通过回火处理能够保证组织具有细密的索氏体结构，而不会明显长大。
2.一种作为结构钢的索氏体不锈钢，
由下述元素组成：Cr、Ni、P、C、S、O和Fe，其组织为索氏体结构；
其组成及含量为：Cr含量12-15％，Ni含量3-5％，P含量0.03-0.08％，C含量小于0.08％，S含量小于0.03％，O含量小于25ppm，余量为Fe；
所述索氏体不锈钢的机械性能为：抗拉强度不低于750MPa，规定非比例延伸强度RP0.2不低于500MPa，断后延伸率％不小于14％；
中性盐雾腐蚀条件下的比较腐蚀速度是Q345的30-80倍；
通过定级测定，索氏体晶粒度控制保持在8级以上；
所述不锈钢的制备方法为：通过电炉、转炉冶炼后，经合金化处理，再经过AOD冶炼、调整成份，钢包精炼炉精炼，对钢水进行脱碳、脱氧、脱硫，再经连铸和轧制，最后进行回火热处理得到；制备方法的具体步骤如下：
(1)转炉或电炉冶炼：在转炉或电炉中采用常规工艺冶炼钢水；
(2)合金化处理：通过添加中间合金的方式将冶炼得到的钢水进行合金化处理；
(3)精炼：采用通入氩氧混合气体对得到的合金进行精炼脱碳处理；
(4)调整成份：将AOD脱碳处理得到的钢水向钢包出钢，同时调整合金成分；
(5)精炼：在钢包精炼炉中进行精炼，进行脱氧处理，控制氧含量在规定的范围内；
(6)连铸：采用常规工艺连铸为板坯或圆坯或方坯；
(7)轧制：采用常规工艺将连铸后的板坯或圆坯或方坯轧制为板材或棒材或穿无缝管；
(8)热处理：采用回火工艺对轧制后产品进行热处理，在通过对成份控制的同时通过回火处理能够保证组织具有细密的索氏体结构，而不会明显长大。
3.一种作为结构钢的索氏体不锈钢，
由下述元素组成：Cr、Ni、P、C、S、O和Fe，其组织为索氏体结构；
其组成及含量为：Cr含量13％，Ni含量3.5％，P含量0.08％，C含量小于0.05％，S含量小于0.02％，O含量小于20ppm，余量为Fe；
所述索氏体不锈钢的机械性能为：抗拉强度不低于750MPa，规定非比例延伸强度RP0.2不低于500MPa，断后延伸率％不小于14％；
中性盐雾腐蚀条件下的比较腐蚀速度是Q345的30-80倍；
通过定级测定，索氏体晶粒度控制保持在8级以上；
所述不锈钢的制备方法为：通过电炉、转炉冶炼后，经合金化处理，再经过AOD冶炼、调整成份，钢包精炼炉精炼，对钢水进行脱碳、脱氧、脱硫，再经连铸和轧制，最后进行回火热处理得到；制备方法的具体步骤如下：
(1)转炉或电炉冶炼：在转炉或电炉中采用常规工艺冶炼钢水；
(2)合金化处理：通过添加中间合金的方式将冶炼得到的钢水进行合金化处理；
(3)精炼：采用通入氩氧混合气体对得到的合金进行精炼脱碳处理；
(4)调整成份：将AOD脱碳处理得到的钢水向钢包出钢，同时调整合金成分；
(5)精炼：在钢包精炼炉中进行精炼，进行脱氧处理，控制氧含量在规定的范围内；
(6)连铸：采用常规工艺连铸为板坯或圆坯或方坯；
(7)轧制：采用常规工艺将连铸后的板坯或圆坯或方坯轧制为板材或棒材或穿无缝管；
(8)热处理：采用回火工艺对轧制后产品进行热处理，在通过对成份控制的同时通过回火处理能够保证组织具有细密的索氏体结构，而不会明显长大。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的作为结构钢的索氏体不锈钢，其中抗拉强度不低于800MPa，规定非比例延伸强度RP0.2不低于550MPa，断后延伸率％不小于16％。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的作为结构钢的索氏体不锈钢，通过定级测定，索氏体晶粒度控制在9级以上。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的作为结构钢的索氏体不锈钢的制备方法：
(1)转炉或电炉冶炼：在转炉或电炉中采用常规工艺冶炼钢水；
(2)合金化处理：通过添加中间合金的方式将冶炼得到的钢水进行合金化处理；
(3)精炼：采用通入氩氧混合气体对得到的合金进行精炼脱碳处理；
(4)调整成份：将AOD脱碳处理得到的钢水向钢包出钢，同时调整合金成分；
(5)精炼：在钢包精炼炉中进行精炼，进行脱氧处理，控制氧含量在规定的范围内；
(6)连铸：采用常规工艺连铸为板坯或圆坯或方坯；
(7)轧制：采用常规工艺将连铸后的板坯或圆坯或方坯轧制为板材或棒材或穿无缝管；
(8)热处理：采用回火工艺对轧制后产品进行热处理，在通过对成份控制的同时通过回火处理能够保证组织具有细密的索氏体结构，而不会明显长大。
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