CN111471918A - 软磁不锈钢及用于制造软磁不锈钢线材的方法 - Google Patents

软磁不锈钢及用于制造软磁不锈钢线材的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种软磁不锈钢，其中，包括按重量百分比计的如下化学成分：C≤0.015％；Si：1.9‑2.1％；Mn：0.20‑0.30％；P≤0.025％；S：0.015‑0.030％；Cr：14.5‑15.5％；Ni≤0.20％；Mo：0.40‑0.45％；N≤0.020％；余量为Fe及不可避免的杂质。本发明也公开一种用于制造软磁不锈钢线材的方法，其中，包括：高炉铁水预处理步骤；多级冶炼步骤，其包括转炉冶炼、VOD炉精炼及LF炉精炼；不锈钢方坯连铸步骤；不锈钢方坯退火步骤；线材轧制步骤。根据本发明制造的软磁不锈钢可具有良好耐蚀性，并具有较低的矫顽力，优良的电磁性能。

Description

软磁不锈钢及用于制造软磁不锈钢线材的方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金行业的不锈钢新材料技术领域，尤其涉及一种软磁不锈钢、以及一种用于制造软磁不锈钢线材的方法。
背景技术
一般而言，软磁材料是指具有低矫顽力和高磁导率的材料，可广泛应用于精密仪器仪表、无线电行业等电子产品的电磁阀体，是支撑国民经济的重要材料之一。
常见的金属基软磁材料有纯铁和硅钢。然而，随着自动控制技术和智能化技术的迅猛发展，这两种材料在加工成元件后，为确保其耐蚀性，就必须加以电镀或防锈涂层，这样就导致既增加生产成本又带来环境污染危害问题。因此，研究开发具有良好耐蚀性能及电磁性能的软磁不锈钢就显得非常重要。
目前，中国国内市场对软磁不锈钢需求量很大，但主要由国外进口材料垄断。因此，软磁不锈钢材料急需国产化。
因此，本领域需要一种新的软磁不锈钢以及用于制造软磁不锈钢线材的方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种新的软磁不锈钢，其具有良好耐蚀性能及电磁性能。另外，本发明也提供一种用于制造软磁不锈钢线材的方法。
在此强调，除非另有说明，本文所用术语与本领域中各种科技术语的通常含义、各种技术词典、教科书等中定义的专业术语的含义一致。
为此，根据本发明一实施例，提供一种软磁不锈钢，其中，软磁不锈钢包括按重量百分比计的如下化学成分：
C≤0.015％；Si：1.9-2.1％；Mn：0.20-0.30％；P≤0.025％；S：0.015-0.030％；Cr：14.5-15.5％；Ni≤0.20％；Mo：0.40-0.45％；N≤0.020％；余量为Fe及不可避免的杂质。
可选地，在一实施例中，软磁不锈钢可包括按重量百分比计的如下化学成分：
C：0.0096％；Si：1.90％；Mn：0.25％；P：0.018％；S：0.019％；Cr：14.86％；Ni：0.09％；Mo：0.42％；N：0.0083％；Cu：0.017％；余量为Fe及不可避免的杂质。
可选地，在一实施例中，软磁不锈钢可包括按重量百分比计的如下化学成分：
C：0.0097％；Si：2.06％；Mn：0.26％；P：0.014％；S：0.030％；Cr：14.70％；Ni：0.18％；Mo：0.44％；N：0.0011％；Cu：0.022％；余量为Fe及不可避免的杂质。
可选地，在一实施例中，软磁不锈钢可包括按重量百分比计的如下化学成分：
C：0.0086％；Si：2.08％；Mn：0.25％；P：0.019％；S：0.025％；Cr：14.58％；Ni：0.13％；Mo：0.41％；N：0.013％；Cu：0.024％；余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，如前述任一实施例所述的软磁不锈钢可具有增大的晶粒尺寸和降低的矫顽力，其中，矫顽力可低至100-160A/m。
为此，根据本发明另一实施例，提供一种用于制造软磁不锈钢线材的方法，其中，所述方法包括顺次执行的如下步骤：
首先，高炉铁水预处理步骤，其中，在铁水预处理过程中，控制P≤0.010％，S≤0.035％；
下一步，多级冶炼步骤，其包括：
首先，转炉冶炼，其中，将经过预处理的铁水引入转炉内，在所述转炉冶炼过程中全程引入惰性气体，控制所述转炉冶炼，以使其产生的第一钢液包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.20-0.30％，Si：0.05-0.15％，Mn：0.20-0.30％，P≤0.025％，S≤0.030％，Cr：15.2-15.4％，Ni≤0.15％，Mo：0.43-0.48％，N≤0.020％，余量为Fe及不可避免的杂质；
其次，VOD炉(真空吹氧脱碳炉)精炼，其中，将第一钢液引入VOD炉内，实施真空脱碳和脱氮处理，根据需要加入适量Al，控制VOD炉精炼，以使其产生的第二钢液包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.006-0.010％，Si：1.80-1.90％；
最后，LF炉(钢包精炼炉)精炼，其中，将第二钢液引入LF炉内，调整LF炉内熔融液体的硫含量，控制LF炉精炼，以使其产生的第三钢液包括按重量百分比计的如下化学成分：C≤0.015％，Si：1.9-2.1％，Mn：0.20-0.30％，P≤0.025％，S：0.015-0.030％，Cr：14.5-15.5％，Ni≤0.20％，Mo：0.40-0.45％，N≤0.020％，余量为Fe及不可避免的杂质；
下一步，不锈钢方坯连铸步骤，其中，将第三钢液连铸成不锈钢方坯，其中在连铸时使用电磁搅拌；
下一步，不锈钢方坯退火步骤；
最后，线材轧制步骤，其中，将经过退火的不锈钢方坯适当加热后，轧制成期望的线材。
进一步地，在一实施例中，在高炉铁水预处理步骤中，可控制高炉内的温度≥1230℃。
优选地，上述惰性气体可为氩气。
进一步地，在一实施例中，上述多级冶炼步骤还可包括：
在所述转炉冶炼过程中，可控制出钢温度1655-1675℃，渣厚≤50mm；
在VOD炉精炼过程中，可控制引入到VOD炉的第一钢液的到站温度≥1610℃，到站渣厚≤50mm，且VOD炉内的真空度≤3mbar，搅拌时间≥10min；
在LF炉精炼过程中，可用硫铁调整硫含量，第三钢液的出钢温度可控制为1570-1585℃，优选地，单浇时，出钢温度可控制为1575-1585℃，优选地，连浇时，出钢温度可控制为1570-1580℃。
优选地，在VOD炉精炼过程中，可实施底吹供气强度在200L/min以上的强搅拌，且强搅拌时间≥10min。
优选地，在LF炉精炼过程中，假定S回收率可按40％计算，则可底吹80-200L/min，其中，可实施底吹供气强度在100-200L/min的中搅拌3min以确保钢水不裸露，以及可实施底吹供气强度80-100L/min的弱搅拌，其中弱搅拌时间≥15min。
进一步地，在一实施例中，在不锈钢方坯连铸步骤中，可控制浇钢温度为1515-1530℃。优选地，将第三钢液运送到连铸平台，可在不锈钢方坯连铸机上连铸成方坯。每浇次第一炉开浇前可向连铸中包内吹氩气5min。典型地地，制得的方坯规格厚度×宽度×长度＝220×220×3150mm。
进一步地，在一实施例中，在不锈钢方坯退火步骤中，可将不锈钢方坯置于退火炉内退火，可控制保温温度为730-750℃，保温时间3-4小时，然后揭盖出炉空冷。
进一步地，在一实施例中，在线材轧制步骤中，可将经过退火的不锈钢方坯装入加热炉适当加热后，轧制成线材，加热炉均热段温度可控制在1040-1080℃，粗轧咬入温度≤950℃，吐丝温度800-900℃，优选地，可轧制成Φ7.5-16mm线材。优选地，加热炉均热段温度的目标温度可为1070℃，均热段时间可根据不锈钢方坯厚度按0.6mm/min计算，确保不锈钢方坯烧透均匀。
根据本发明实施例提供的软磁不锈钢及用于制造软磁不锈钢线材的方法可具有如下有益效果：
根据本发明制造的软磁不锈钢可具有良好耐蚀性，并具有较低的矫顽力，优良的电磁性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1例示性地示出现有技术中的软磁不锈钢的金相图；
图2例示性地示出根据本发明一实施例的软磁不锈钢的金相图；
图3示出软磁不锈钢的矫顽力与晶粒尺寸之间的关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下详述根据根据本发明实施例提供的软磁不锈钢的技术方案。
一方面，根据本发明一实施例，提供一种软磁不锈钢，其中，上述软磁不锈钢包括按重量百分比计的如下化学成分：
C≤0.015％；Si：1.9-2.1％；Mn：0.20-0.30％；P≤0.025％；S：0.015-0.030％；Cr：14.5-15.5％；Ni≤0.20％；Mo：0.40-0.45％；N≤0.020％；余量为Fe及不可避免的杂质。
另一方面，根据本发明另一实施例，提供一种用于制造软磁不锈钢线材的方法，其中，上述方法包括顺次执行的如下步骤：
首先，高炉铁水预处理步骤，其中，在铁水预处理过程中，控制P≤0.010％，S≤0.035％；
下一步，多级冶炼步骤，其包括：
首先，转炉冶炼，其中，将经过预处理的铁水引入转炉内，在转炉冶炼过程中全程引入惰性气体，控制转炉冶炼，以使其产生的第一钢液包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.20-0.30％，Si：0.05-0.15％，Mn：0.20-0.30％，P≤0.025％，S≤0.030％，Cr：15.2-15.4％，Ni≤0.15％，Mo：0.43-0.48％，N≤0.020％，余量为Fe及不可避免的杂质；
其次，VOD炉精炼，其中，将第一钢液引入VOD炉内，实施真空脱碳和脱氮处理，根据需要加入适量Al，控制VOD炉精炼，以使其产生的第二钢液包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.006-0.010％，Si：1.80-1.90％；
最后，LF炉精炼，其中，将第二钢液引入LF炉内，调整LF炉内熔融液体的硫含量，控制LF炉精炼，以使其产生的第三钢液包括按重量百分比计的如下化学成分：C≤0.015％，Si：1.9-2.1％，Mn：0.20-0.30％，P≤0.025％，S：0.015-0.030％，Cr：14.5-15.5％，Ni≤0.20％，Mo：0.40-0.45％，N≤0.020％，余量为Fe及不可避免的杂质；
下一步，不锈钢方坯连铸步骤，其中，将第三钢液连铸成不锈钢方坯，其中在连铸时使用电磁搅拌；
下一步，不锈钢方坯退火步骤；
最后，线材轧制步骤，其中，将经过退火的不锈钢方坯适当加热后，轧制成期望的线材。
以下结合现有技术中的对比例，对比说明根据本发明实施例提供的软磁不锈钢的技术方案。
表1示出根据本发明多个具体实施例的软磁不锈钢的化学成分、以及作为对比例的现有软磁不锈钢的化学成分。
表1：
C Si Mn P S Cr Ni Cu Mo N
实施例1 0.0096 1.90 0.25 0.018 0.019 14.86 0.09 0.017 0.42 0.0083
实施例2 0.0097 2.06 0.26 0.014 0.030 14.70 0.18 0.022 0.44 0.011
实施例3 0.0086 2.08 0.25 0.019 0.025 14.58 0.13 0.024 0.41 0.013
对比例 0.037 2.11 0.25 0.032 0.024 13.5 0.19 0.1 0.19 0.032
表1中的实施例1、实施例2及实施例3均为根据本发明实施例的软磁不锈钢材料，其均采用上述的用于制造软磁不锈钢线材的方法生产。对比例为市售的现有技术材料，牌号KM-31。
一般而言，C、N元素含量增加，会提高不锈钢材料的强度、硬度，但塑性、韧性、耐蚀性和焊接性严重降低。P元素是不锈钢中的有害元素，会降低塑性，增加材料低温冷脆开裂倾向，不锈钢中的含量越低越好。Cr元素是不锈钢中必备元素，含量越高，耐蚀性越高。
如表1所示，与对比例相比，实施例1、实施例2及实施例3中的C、N、P元素含量降低，而Cr元素含量增加，因而提高了耐蚀性。
因此，根据本发明实施例的软磁不锈钢及其制成的软磁不锈钢线材可具有优良的耐蚀性。
另一方面，衡量软磁材料电磁性能的一个重要指标是矫顽力Hc，其值越低，电磁性能越优良。
软磁材料的矫顽力Hc与晶粒尺寸相关。图3示出软磁不锈钢的矫顽力与晶粒尺寸之间的关系图，其中，纵坐标可表示矫顽力Hc，横坐标可表示晶粒尺寸D。由图3可知，晶粒尺寸D越大，1/D值越小，对应的矫顽力Hc越低，电磁性能越优良。
图1例示性地示出现有技术中的软磁不锈钢KM-31的金相图，图2例示性地示出根据本发明一实施例的软磁不锈钢的金相图。由图1和图2知，根据本发明实施例的软磁不锈钢可比软磁不锈钢KM-31的晶粒尺寸大，因而对应的矫顽力Hc更低，电磁性能更加优良。
表2进一步示出根据本发明实施例的软磁不锈钢以及作为对比例的现有软磁不锈钢KM-31的性能对比。表2中的实施例为本发明的一实施例，对比例为软磁不锈钢材料KM-31。
表2：
Figure BDA0002430333530000061
由表2可看出，根据本发明一实施例的软磁不锈钢材料的矫顽力为100.71A/m，远比KM-31的200A/m低，因而本发明的软磁不锈钢材料的电磁性能更优良。
据测试，根据本发明实施例的软磁不锈钢材料的矫顽力可介于100-160A/m范围内，电磁性能优良。
总之，根据本发明实施例制造的软磁不锈钢及其制成的软磁不锈钢线材可具有良好耐蚀性，并具有较低的矫顽力，以及因而优良的电磁性能。
根据本发明实施例的软磁不锈钢及其制成的软磁不锈钢线材可用于制造诸如咖啡机、冰淇淋机等电器产品的电磁阀体。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，但本领域技术人员应理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种软磁不锈钢，其特征在于，包括按重量百分比计的如下化学成分：
C≤0.015％；Si：1.9-2.1％；Mn：0.20-0.30％；P≤0.025％；S：0.015-0.030％；Cr：14.5-15.5％；Ni≤0.20％；Mo：0.40-0.45％；N≤0.020％；余量为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的软磁不锈钢，其特征在于，包括按重量百分比计的如下化学成分：
C：0.0096％；Si：1.90％；Mn：0.25％；P：0.018％；S：0.019％；Cr：14.86％；Ni：0.09％；Mo：0.42％；N：0.0083％；Cu：0.017％；余量为Fe及不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的软磁不锈钢，其特征在于，包括按重量百分比计的如下化学成分：
C：0.0097％；Si：2.06％；Mn：0.26％；P：0.014％；S：0.030％；Cr：14.70％；Ni：0.18％；Mo：0.44％；N：0.0011％；Cu：0.022％；余量为Fe及不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的软磁不锈钢，其特征在于，包括按重量百分比计的如下化学成分：
C：0.0086％；Si：2.08％；Mn：0.25％；P：0.019％；S：0.025％；Cr：14.58％；Ni：0.13％；Mo：0.41％；N：0.013％；Cu：0.024％；余量为Fe及不可避免的杂质。
5.如权利要求1至4中任一项所述的软磁不锈钢，其特征在于，具有增大的晶粒尺寸和降低的矫顽力，其中，矫顽力低至100-160A/m。
6.一种用于制造软磁不锈钢线材的方法，其特征在于，包括顺次执行的如下步骤：
首先，高炉铁水预处理步骤，其中，在铁水预处理过程中，控制P≤0.010％，S≤0.035％；
下一步，多级冶炼步骤，其包括：
首先，转炉冶炼，其中，将经过预处理的铁水引入转炉内，在所述转炉冶炼过程中全程引入惰性气体，控制所述转炉冶炼，以使其产生的第一钢液包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.20-0.30％，Si：0.05-0.15％，Mn：0.20-0.30％，P≤0.025％，S≤0.030％，Cr：15.2-15.4％，Ni≤0.15％，Mo：0.43-0.48％，N≤0.020％，余量为Fe及不可避免的杂质；
其次，VOD炉精炼，其中，将第一钢液引入VOD炉内，实施真空脱碳和脱氮处理，根据需要加入适量Al，控制VOD炉精炼，以使其产生的第二钢液包括按重量百分比计的如下化学成分：C：0.006-0.010％，Si：1.80-1.90％；
最后，LF炉精炼，其中，将第二钢液引入LF炉内，调整LF炉内熔融液体的硫含量，控制LF炉精炼，以使其产生的第三钢液包括按重量百分比计的如下化学成分：C≤0.015％，Si：1.9-2.1％，Mn：0.20-0.30％，P≤0.025％，S：0.015-0.030％，Cr：14.5-15.5％，Ni≤0.20％，Mo：0.40-0.45％，N≤0.020％，余量为Fe及不可避免的杂质；
下一步，不锈钢方坯连铸步骤，其中，将第三钢液连铸成不锈钢方坯，其中在连铸时使用电磁搅拌；
下一步，不锈钢方坯退火步骤；
最后，线材轧制步骤，其中，将经过退火的不锈钢方坯适当加热后，轧制成期望的线材。
7.如权利要求6所述的用于制造软磁不锈钢线材的方法，其特征在于，在高炉铁水预处理步骤中，控制高炉内的温度≥1230℃。
8.如权利要求7所述的用于制造软磁不锈钢线材的方法，其特征在于，所述多级冶炼步骤还包括：
在所述转炉冶炼过程中，控制出钢温度1655-1675℃，渣厚≤50mm；
在VOD炉精炼过程中，控制引入到VOD炉的第一钢液的到站温度≥1610℃，到站渣厚≤50mm，且VOD炉内的真空度≤3mbar，搅拌时间≥10min；
在LF炉精炼过程中，用硫铁调整硫含量，第三钢液的出钢温度控制为1570-1585℃，优选地，单浇时，出钢温度控制为1575-1585℃，优选地，连浇时，出钢温度控制为1570-1580℃。
9.如权利要求8所述的用于制造软磁不锈钢线材的方法，其特征在于，在不锈钢方坯连铸步骤中，控制浇钢温度为1515-1530℃。
10.如权利要求9所述的用于制造软磁不锈钢线材的方法，其特征在于，
在不锈钢方坯退火步骤中，控制保温温度为730-750℃，保温时间3-4小时，然后空冷；
优选地，在线材轧制步骤中，加热炉均热段温度控制在1040-1080℃，粗轧咬入温度≤950℃，吐丝温度800-900℃，更优选地，轧制成Φ7.5-16mm线材。
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