CN107779779A - 一种中铬铁素体不锈钢合金及其制备方法 - Google Patents

一种中铬铁素体不锈钢合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种加锡含铜的中铬铁素体不锈钢合金及其制造工艺，该合金成分组成及质量百分比为：C≤0.02％，S≤0.03％，P≤0.03％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr 14.0～20.0％，Sn 0.1‑1.0％，Nb 0.01～0.3％，Ti 0.01～0.3％，Al 1.0～3.0％，Cu 1.0～3.5％，N≤0.02％，镧铈混合稀土：0.01～0.1％，Fe余量。采用冶炼、铸造、铸锭或铸坯开坯、热轧、冷轧和轧后退火酸洗等工序制备而成。

Description

一种中铬铁素体不锈钢合金及其制备方法
技术领域
本发明属于不锈钢合金技术领域，具体涉及一种加锡含铜的中铬铁素体不锈钢合金及其制造工艺。
背景技术
铁素体不锈钢是以铁素体组织为主的不锈钢，晶格类型为体心立方，有磁性，具有较低的冷加工硬化倾向、较小的线膨胀系数及较高的导热系数等优点，但其耐晶间腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能差，且韧塑性不好，冷成形性能较差，限制了其在家用电器及厨房用品等深冲领域的应用。为改善这些缺点，可通过降低铁素体不锈钢中碳、氮含量，添加铌、钛等稳定化元素来提高钢的成型性；另外，通过增加铬含量或添加镍和钼等贵重元素来提高铁素体不锈钢的耐蚀能力，这些措施的应用都在扩展铁素体不锈钢的使用范围，但会制造成本增加，不利于发展资源节约型社会。
我国是一个镍、铬资源匮乏的国家，镍和铬作为国家战略性资源，价格波动比较大，随着我国不锈钢需求的迅速发展，将严重限制我国不锈钢产业的发展。因此，开发成本低、耐腐蚀性高和成形性良好的铁素体不锈钢是目前我国铁素体不锈钢发展的重点。有研究表明，铁素体不锈钢中加入适量的锡能显著改善其耐蚀性且不降低其成型性，从而降低对钼、镍等具有提高耐腐蚀性能的稀贵金属的需求，降低不锈钢的生产成本。
我国锡矿资源储量丰富，开发低铬含锡的铁素体不锈钢有重要的现实意义。为能够节约宝贵的铬、镍资源，同时又能保证不锈钢在苛刻腐蚀环境下的使用寿命，本发明开发了一种添加锡、铜和稀土元素的耐腐蚀铁素体不锈钢，可广泛应用于各种家用电器、建筑及装饰材料用钢等领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中铬铁素体不锈钢合金及其制备方法。
本发明所述的中铬铁素体不锈钢合金所含成分的质量百分比为：C≤0.02％，S≤0.03％，P≤0.03％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr 14.0～20.0％，Sn 0.1-1.0％，Nb 0.01～0.3％，Ti 0.01～0.3％，Al 1.0～3.0％，Cu 1.0～3.5％，N≤0.02％，稀土：0.01～0.1％，Fe余量。
优选的本发明所述的稀土为镧铈混合稀土。
优选的所述镧铈混合稀土中镧占镧铈混合稀土的质量百分比≦41％，铈占镧铈混合稀土的质量百分比≦50％。
优选的所述镧铈混合稀土中还含有镨、钕、钷、钐稀土元素的一种或多种，其中所含稀土元素总和占镧铈混合稀土的质量百分比≥99.5％。
本发明所述的中铬铁素体不锈钢合金的制备方法包括：冶炼-铸锭或铸锭开坯-热轧-热轧后退火酸洗-冷轧后退火酸洗。
优选的本发明所述的中铬铁素体不锈钢合金的制备方法包括：所述冶炼选用真空感应炉、电炉+炉外精炼或转炉+炉外精炼中的任一种工艺，在出钢浇铸前加入稀土，浇铸温度控制在1500-1650℃。所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或直接送热轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1000-1150℃，终锻温度控制在800-950℃，锻后空冷。所述热轧时坯料加热温度900-1100℃，开轧温度控制在900-1050℃，终轧温度控制在750-900℃，空冷。所述热轧后退火酸洗为钢锻造或热轧后退火并酸洗，退火温度为850-1050℃，保温1-5分钟，空冷并酸洗。所述冷轧后退火酸洗为钢在冷轧后退火并酸洗，退火温度为850-1050℃，保温1-5分钟，空冷至室温后酸洗，即得。
为达到以上目的，本发明机理如下：
本发明针对现有铁素体不锈钢在原料成本方面的不足，在其中添加锡元素来改善耐腐蚀性，Sn的氧化物能存在于不锈钢表层含Cr2O3的钝化膜中，能增加钝化膜的稳定性及提高钝化膜自身的再生能力，从而降低不锈钢对Mo、Ni等稀有金属的需求；本发明铁素体不锈钢中还加入了适量铜元素，以铜代钼，Cu能有效提高钢的耐蚀性和加工成型性能；另外，本发明合金中加入铝元素，以铝代铬，可强化并稳定铁素体，适量的Al原子固溶于钢中，除起固溶强化作用外，还能与Cr一起在钢的表面形成Al2O3和Cr2O3的氧化物，显著提高铁素体不锈钢的耐蚀性及加工成型性；再有，铌和钛作为合金元素加入本发明合金中均为铁素体形成元素，它们和碳、氮元素有较强的化合作用，可形成稳定的碳氮化物，适量的铌和钛元素还能细化不锈钢晶粒，提高铁素体不锈钢的韧性和耐腐蚀性能。
此外，本发明的又一特点是加入镧铈混合稀土元素，它们不仅在钢中起到净化钢液、变质夹杂和固溶强化作用，还能抑制由于本合金中加入锡元素而造成的硫化锡的形成，钢中的锡与硫元素极易形成硫化物，但稀土元素与S元素的化合能力远远大于Sn，稀土硫化物的熔点在1500℃以上，不会对铁素体不锈钢的热加工性造成影响；不锈钢耐点蚀性能对硫化物尺寸因子也较敏感，稀土硫化物在不锈钢的基体中呈球状弥散分布，能提高不锈钢的点蚀电位；此外，稀土元素固溶于不锈钢基体中，由于镧铈混合稀土中La、Ce的原子半径均大于不锈钢基体铁原子半径，它们能使基体晶格点阵扩张并能有效促进Sn的扩散，提高Sn在不锈钢钝化膜中的浓度，从而增强铁素体不锈钢的耐腐蚀性能；另外，稀土元素具有较高的表面活性，它们富集于晶界，能抑制S、P等元素在晶界的偏聚，同时改善晶界结构，提高晶界强度；再有，稀土元素加入铁素体不锈钢中，能细化铁素体晶粒，在不降低韧性的同时，能提高不锈钢的强度。
本发明铁素体不锈钢的耐蚀性能优良，还具有较好的热加工及力学性能。其耐蚀性能优于SUS430和SUS304不锈钢，但其成本远低于SUS304奥氏体不锈钢；另外，本发明合金的室温抗拉强度、冲击韧性等高于SUS430和SUS304等不锈钢。因此，本发明合金如果取代SUS430、SUS304等不锈钢，不仅使合金成本大幅降低，而且使工件寿命也大幅提高，这对发展资源节约型社会有极其重要的意义。
附图说明
图1:为锡含量对本发明实施例1-7所述的合金材料的室温力学性能的影响曲线图；
图2:为锡含量对本发明实施例1-7所述的合金材料在3.5％(wt.％)NaCl溶液中的点蚀电位影响曲线图
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步阐述，但这些实施例不对本发明构成任何限制。
实施例1-7耐腐蚀的一种中铬铁素体不锈钢合金材料的制备：根据本发明所设定的化学成分范围，在真空感应炉中冶炼了7炉钢，其成分见表1。
具体制备方法如下：冶炼-铸锭或铸锭开坯-热轧-热轧后退火酸洗-冷轧后退火酸洗。
(1)所述冶炼选用真空感应炉工艺，在出钢浇铸前加入稀土，浇铸温度控制在1500-1650℃。
(2)铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或直接送热轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1000-1150℃，终锻温度控制在800-950℃，锻后空冷。
(3)热轧时坯料加热温度900-1100℃，开轧温度控制在900-1050℃，终轧温度控制在750-900℃，空冷。
(4)热轧后退火酸洗为钢锻造或热轧后退火并酸洗，退火温度为850-1050℃，保温1-5分钟，空冷并酸洗。
(5)冷轧后退火酸洗为钢在冷轧后退火并酸洗，退火温度为850-1050℃，保温1-5分钟，空冷至室温后酸洗。
本发明合金的力学性能和耐蚀性能试样均直接从热轧退火酸洗后的板材上横向取样。
对比例1-3：为便于对比，还同时冶炼了SUS430、SUS410L铁素体不锈钢和SUS304奥氏体不锈钢依次标注为对比例1、2、3。对比试验均在相同的冶炼、锻造、热轧和耐腐蚀等试验条件下进行。
试验例：
用实施例1-7制得的合金进行相关性能实验，并作锡含量对合金材料的室温力学性能的影响曲线图，结果见图1；以及锡含量对合金材料在30℃3.5％(wt.％)NaCl溶液中的点蚀电位影响曲线图，结果见图2。实施例1-7制得的合金和对比例1-3的化学成分(其中稀土元素用RE表示)对比、机械性能和耐蚀性能性能进行测试，结果见下表：
表1实施例1-7制得的合金和对比例1-3的钢号的化学成分(wt％)
表2实施例1-7制得的合金和对比例1-3的钢号的室温机械性能
表3实施例1-7制得的合金和对比例1-3的钢号在30℃3.5％(wt.％)NaCl溶液中的点蚀试验结果
炉号 钢种 点蚀指数 点蚀电位(mv)
1 实施例1 20.88 282
2 实施例2 21.10 287
3 实施例3 21.54 298
4 实施例4 23.36 320
5 实施例5 24.28 326
6 实施例6 19.45 275
7 实施例7 19.03 264
8 对比例1 SUS430 16.46 124
9 对比例2 SUS410L 12.72 72
10 对比例3 SUS304 17.88 276
表4实施例1-7制得的合金和对比例1-3的钢号在30℃6％(wt.％)FeCl3溶液中浸泡24h的耐蚀试验

Claims (10)

1.一种中铬铁素体不锈钢合金，其特征在于，该合金材料所含成分的质量百分比为：C≤0.02％，S≤0.03％，P≤0.03％，Si≤0.5％，Mn≤0.5％，Cr 14.0～20.0％，Sn 0.1-1.0％，Nb 0.01～0.3％，Ti 0.01～0.3％，Al 1.0～3.0％，Cu 1.0～3.5％，N≤0.02％，稀土：0.01～0.1％，Fe余量。
2.根据权利要求1所述的中铬铁素体不锈钢合金，其特征在于，所述稀土为镧铈混合稀土。
3.根据权利要求2所述的中铬铁素体不锈钢合金，其特征在于，所述镧铈混合稀土中镧占镧铈混合稀土的质量百分比≦41％，铈占镧铈混合稀土的质量百分比≦50％。
4.根据权利要求3所述的中铬铁素体不锈钢合金，其特征在于，所述镧铈混合稀土中还含有镨、钕、钷、钐稀土元素的一种或多种，其中所含稀土元素总和占镧铈混合稀土的质量百分比≥99.5％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的中铬铁素体不锈钢合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：冶炼-铸锭或铸锭开坯-热轧-热轧后退火酸洗-冷轧后退火酸洗。
6.根据权利要求5所述的中铬铁素体不锈钢合金的制备方法，其特征在于，所述冶炼选用真空感应炉、电炉+炉外精炼或转炉+炉外精炼中的任一种工艺，在出钢浇铸前加入稀土，浇铸温度控制在1500-1650℃。
7.根据权利要求6所述的中铬铁素体不锈钢合金的制备方法，其特征在于，所述铸锭或铸锭开坯采用锻造开坯或直接送热轧，加热温度为1000-1200℃，开坯始锻温度控制在1000-1150℃，终锻温度控制在800-950℃，锻后空冷。
8.根据权利要求7所述的中铬铁素体不锈钢合金的制备方法，其特征在于，所述热轧时坯料加热温度900-1100℃，开轧温度控制在900-1050℃，终轧温度控制在750-900℃，空冷。
9.根据权利要求8所述的中铬铁素体不锈钢合金的制备方法，其特征在于，所述热轧后退火酸洗为钢锻造或热轧后退火并酸洗，退火温度为850-1050℃，保温1-5分钟，空冷并酸洗。
10.根据权利要求9所述的中铬铁素体不锈钢合金的制备方法，其特征在于，所述冷轧后退火酸洗为钢在冷轧后退火并酸洗，退火温度为850-1050℃，保温1-5分钟，空冷至室温后酸洗。
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