CN110257690B - 一种资源节约型奥氏体耐热钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种资源节约型奥氏体耐热钢,其化学成分质量百分比为:C:0.04~0.08%;Si:2.0~3.5%;Mn:6.4~7.5%;Cr:22.0~24.0%;Ni:9.0~11.0%;N:0.1~0.25%;Cu:1.0~2.0%;Mo:0.5~1.2%;W:0.5~1.2%;P:小于等于0.035%;S:小于等于0.005%;其余为Fe和不可避免的杂质元素;其中Creq和Nieq之比控制为1.3~1.8,Creq=%Cr+1.5*%Si+%Mo+%W;Nieq=%Ni+30*(%C+%N)+0.5*%Mn。制备步骤为:冶炼钢水,浇铸成板坯,加热,热轧,卷取,热退酸洗,冷轧,冷退酸洗。本发明成分配比科学合理,有效降低合金成本和批量生产时的难度;同时制备工艺简单,生产成本低,提高成材率和产品质量,具有优良的抗氧化性能。

Description

一种资源节约型奥氏体耐热钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种奥氏体耐热钢,尤其涉及一种资源节约型奥氏体耐热钢及其制备方法,主要应用于制造汽车排气***热端的岐管和工业炉内胆等。
背景技术
服役温度大于900℃的奥氏体耐热不锈钢一般含有较高的铬和镍元素,如309S和310S,其铬镍含量之和最高达45%左右。此类耐热钢不仅制造成本高,制造难度大,而且长时间高温服役后易在晶界形成碳化物,导致失效的发生,如图1所示。
经查,目前有关奥氏体耐热钢的中国专利中,大多数奥氏体耐热钢的镍含量均大于17%,有的甚至高达34%,只有专利公开号为CN106244940A的中国专利《一种铬锰氮系奥氏体耐热钢及其制备方法》和专利公开号为CN107475640B《一种奥氏体耐热钢的制备方法》中的镍含量低于17%。其中专利公开号为CN107475640B的镍含量为10~16.5wt%,但是碳含量较高,为0.2%-0.5%,同时含有较多的合金元素如Mo、Nb、W、V、Y和B等,并含有0.3%-0.6%的氮。专利公开号为CN107475640B的镍含量为6.00%~8.00%,同时也含有Cu、Mo、Nb、V和B等合金元素,并含有0.18%-0.45%的氮。在常规的不锈钢工业化生产条件下,是很难实现这么高氮含量不锈钢产品的生产。一般都是在高压条件下,通过提高氮的固溶度,实现高氮钢的生产,因此,制备成本较高。
为此,研发出一种资源节约型奥氏体耐热不锈钢及其制备方法具有重大意义。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种配比科学合理、成本低且质量好的资源节约型奥氏体耐热钢,降低了镍含量,且降低了制备难度。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种制备工艺简单、成材率高且成本低的资源节约型奥氏体耐热钢的制备方法。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为:一种资源节约型奥氏体耐热钢,其特征在于:该奥氏体耐热钢的化学成分质量百分比为:
C:0.04~0.08%;Si:2.0~3.5%;Mn:6.4~7.5%;Cr:22.0~24.0%;Ni:9.0~11.0%;N:0.1~0.25%;Cu:1.0~2.0%;Mo:0.5~1.2%;W:0.5~1.2%;P:小于等于0.035%;S:小于等于0.005%;其余为Fe和不可避免的杂质元素;
其中Creq和Nieq之比控制为1.3~1.8,
Creq=%Cr+1.5×%Si+%Mo+%W;
Nieq=%Ni+30×(%C+%N)+0.5×%Mn。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为:一种资源节约型奥氏体耐热钢的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)按上述成分配比称量,通过两步法冶炼好成分满足要求的钢水;
2)将钢水倒入烘烤好的钢包内,在精炼工位微调成分,确保成分满足1.3≤(Creq/Nieq)≤1.8,通过连铸的方式浇铸成板坯;
3)在加热炉内加热连铸坯,根据1~1.5mm/min的加热速率加热板坯,抽钢温度为1230±15℃;
4)通过热轧连轧机组将加热好的板坯轧制到目标厚度,整个热轧轧制过程中全程不除鳞,热轧后快速冷却、卷取温度为650~700℃,带钢卷取后空冷;
5)热退酸洗:固溶处理温度为1090~1110℃,酸洗温度为50~70℃,制备出表面质量良好的白皮卷,为冷轧做准备;
6)冷轧:用单机架轧机或者是连轧机将白皮卷冷轧到目标厚度,压下量为50%~80%;
7)退火酸洗:将冷轧卷退火酸洗,得到所需目标厚度的成品,退火温度为1060~1080℃,酸洗温度为50~70℃。
优选的,所述步骤1)的二步法是采用电炉+AOD或者电炉+GOR冶炼钢水。
进一步,所述步骤2)在连铸工序浇铸之前,需对微调成分后的钢水进行底吹氩软搅拌,浇铸后,需将连铸过程中产生的板坯表面缺陷修磨掉。
最后,所述步骤5)酸洗前要对黑皮卷进行强力抛丸,去除大部分的氧化铁皮。
与现有技术相比,本发明的优点在于:奥氏体耐热钢的成分配比科学合理,大大降低了贵重金属元素镍的含量,且不含有Ti、Nb、Zr和稀土等元素,有效降低合金成本和批量生产时的难度;同时制备工艺简单,可在常规生产条件下进行,不但降低了生产成本,提高了成材率,还避免一些表面质量问题如热轧过程中的边裂和一些鳞折类的缺陷等发生,提高产品质量,制备的奥氏体耐热钢具有优良的抗氧化性能,可应用于制造汽车排气***热端的岐管和工业炉内胆等。
附图说明
图1是本发明提供的背景技术中310S失效后析出大量碳化物的镜像图;
图2是本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
一种资源节约型奥氏体耐热钢,该奥氏体耐热钢的化学成分质量百分比为:
C:0.04~0.08%;Si:2.0~3.5%;Mn:6.4~7.5%;Cr:22.0~24.0%;Ni:9.0~11.0%;N:0.1~0.25%;Cu:1.0~2.0%;Mo:0.5~1.2%;W:0.5~1.2%;P:小于等于0.035%;S:小于等于0.005%;其余为Fe和不可避免的杂质元素;
其中Creq和Nieq之比控制为1.3~1.8,
Creq=%Cr+1.5*%Si+%Mo+%W;
Nieq=%Ni+30*(%C+%N)+0.5*%Mn。
下面对本发明的耐热钢的合金成分进行具体说明:
C是奥氏体形成元素,通过固溶强化可显著提高钢的强度特别是高温强度,增加C含量会显著提高高温强度。但碳易与铬形成Cr23C6,降低晶间腐蚀性能。同时使钢在长时间高温服役过程中出现脆化。因此,C含量被定义为0.04%~0.08质量%。
Si是炼钢过程中的重要脱氧元素,同时也可以形成细小弥散分布的二氧化硅颗粒以阻碍金属离子的扩散,提高抗氧化性。因此,Si含量被定义为小于2.0~3.5质量%。
Mn是强烈稳定奥氏体的元素,可以提高钢的强度并改善钢的热塑性。因此,Mn含量被定义为6.4~7.5质量%。
Cr是奥氏体不锈钢中强烈形成并稳定铁素体的元素,缩小奥氏体区,是提高耐热钢抗氧化性的主要元素。高温下通过形成一层致密的Cr2O3保护膜,阻碍金属离子的向外扩散以及氧原子的向内扩散。Cr被定义为22.0~24.0质量%。
Ni是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素。但镍也是昂贵的金属元素,对不锈钢的成本影响较大。Ni被定义为9.0~11.0质量%。
Cu是奥氏体形成元素,长时间高温时效会形成Cu的析出物,提高高温强度。但过高的Cu含量会降低热加工性能,容易形成表面缺陷。因此,Cu被定义为1.0~2.0质量%。
N是强奥氏体形成元素,可以提高固溶态奥氏体不锈钢的硬度和耐蚀性。但根据规模化生产不锈钢的设备能力,本发明N含量控制为0.1~0.25%。
Mo是铁素体形成元素,有利于提高高温强度。但Mo会促进高温下σ相的析出,导致脆性;同时因为Mo是一种贵重金属,太高的Mo含量会导致成本增加。因此Mo被定义为0.5~1.2质量%。
W是铁素体形成元素,有利于提高高温强度和耐蚀性。但过量的W会降低焊缝的韧性。因此W被定义为0.5~1.2质量%。
P和S均为不可避免的杂质元素,但对性能有不利的影响,应分别小于0.035%和0.005%。其余为Fe。
在本配比中要求Creq和Nieq之比为1.3~1.8,是为了保证高温和室温组织的稳定性。
一种资源节约型奥氏体耐热钢的制备方法,其制备的工艺流程如图2所示,包括以下步骤:
1)按上述成分配比称量,通过两步法(电炉和GOR炉)冶炼好成分满足要求的钢水;
2)将钢水倒入烘烤好的钢包内,在精炼工位微调成分,确保成分满足1.3≤(Creq/Nieq)≤1.8,底吹氩软搅拌之后通过连铸的方式浇铸成板坯,为保证最终产品的表面质量,将连铸过程中产生的板坯表面缺陷修磨掉;
3)在加热炉内加热连铸坯,根据1~1.5mm/min的加热速率加热板坯,抽钢温度为1230±15℃;
4)通过热轧连轧机组将加热好的板坯轧制到目标厚度,整个热轧轧制过程中全程不除鳞,热轧后快速冷却、卷取温度为650~700℃,带钢卷取后空冷;
5)热退酸洗:固溶处理温度为1090~1110℃,酸洗温度为50~70℃,酸洗前要对黑皮卷进行强力抛丸,确保去除大部分的氧化铁皮,制备出表面质量良好的白皮卷,为冷轧做准备;
6)冷轧:用单机架轧机或者是连轧机将白皮卷冷轧到目标厚度,压下量为50%~80%;
7)退火酸洗:将冷轧卷退火酸洗,得到所需目标厚度的成品,退火温度为1060~1080℃,酸洗温度为50~70℃。
下面将通过表格对实施例进行具体说明:
表1实施例板坯的化学成分:(质量百分百)
Figure BDA0002106226240000051
表2实施例的热轧、卷取、热退温度、冷退温度和酸洗温度
实施例 抽钢温度 卷取温度 热退温度 冷轧压下量(%) 酸洗温度 冷退温度
1 1220℃ 680 1090℃ 60 50℃ 1060℃
2 1230℃ 700 1100℃ 75 60℃ 1080℃
3 1245℃ 660 1110℃ 55 55℃ 1070℃
4 1215℃ 650 1095℃ 50 70℃ 1065℃
5 1225℃ 670 1100℃ 80 58℃ 1075℃
对比例1 1240℃ 700℃ 1080℃ 60℃ 60℃ 1070℃
对比例2 1245℃ 710℃ 1080℃ 60℃ 60℃ 1070℃
对实施例制备的耐热钢进行抗氧化性测试,在900℃的氧化速率如表4所示,根据抗氧化性标准,氧化速率介于0.1~1.0g/m2h之间的均为抗氧化性。
表3为耐热钢的抗氧化性
900℃的氧化速率(g/m<sup>2</sup>h)
实施例1 0.78
实施例2 0.69
实施例3 0.65
实施例4 0.67
实施例5 0.72
对比例1 085
对比例2 0.83
可以得出本发明制备的奥氏体耐热钢具有优良的抗氧化性能。

Claims (4)

1.一种资源节约型奥氏体耐热钢的制备方法,其特征在于:该奥氏体耐热钢的化学成分质量百分比为:C:0.04~0.08%;Si:2.1~3.5%;Mn:6.4~7.5%;Cr:22.0~24.0%;Ni:9.0~11.0%;N:0.1~0.25%;Cu:1.0~2.0 %;Mo:0.5~1.2 %;W:0.5~1.2 %;P:小于等于0.035%;S:小于等于0.005%;其余为Fe和不可避免的杂质元素;
其中Creq和Nieq之比控制为1.3~1.8,
Creq=%Cr+1.5×%Si+%Mo+%W;
Nieq=%Ni+30×(%C+%N)+0.5×%Mn;
该奥氏体耐热钢的制备包括以下步骤:
1)按配比称量,通过两步法冶炼好成分满足要求的钢水;
2)将钢水倒入烘烤好的钢包内,在精炼工位微调成分,确保成分满足1.3≤(Creq/Nieq)≤1.8,通过连铸的方式浇铸成板坯;
3)在加热炉内加热连铸坯,根据1~1.5mm/min的加热速率加热板坯,抽钢温度为1230±15℃;
4)通过热轧连轧机组将加热好的板坯轧制到目标厚度,整个热轧轧制过程中全程不除鳞,热轧后快速冷却、卷取温度为650~700℃,带钢卷取后空冷;
5)热退酸洗:固溶处理温度为1090~1110℃,酸洗温度为50~70℃,制备出表面质量良好的白皮卷,为冷轧做准备;
6)冷轧:用单机架轧机或者是连轧机将白皮卷冷轧到目标厚度,压下量为50%~80%;
7)退火酸洗:将冷轧卷退火酸洗,得到所需目标厚度的成品,退火温度为1060~1080℃,酸洗温度为50~70℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤1)的二步法是采用电炉+AOD或者电炉+GOR冶炼钢水。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤2)在连铸工序浇铸之前,需对微调成分后的钢水进行底吹氩软搅拌,浇铸后,需将连铸过程中产生的板坯表面缺陷修磨掉。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤5)酸洗前要对黑皮卷进行强力抛丸,去除大部分的氧化铁皮。
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