CN112647022A - 一种高硅不锈钢管材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高硅不锈钢管材，其中各元素的重量百分比为：C:≤0.03%，Si:4.5‑6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.025%，S:≤0.010%，Ni:18.0‑20.0%，Cr:17.0‑19.0%，Mo:0.30‑0.80%，Cu:1.50‑2.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了一种高硅不锈钢管材的制备工艺，步骤包括：原料准备、真空冶炼、电渣重熔、锻造、机加工、制管、冷轧制管。本发明工艺设计合理，各原料成分配比优化，成品率高，制备的高硅不锈钢管材具有更加优良的冷热加工性能和耐蚀性，可以更好地适用于化工领域，尤其是应用在真空过滤机、压滤机、硫酸装置中。

Description

一种高硅不锈钢管材及其制备工艺
技术领域
本发明涉及耐腐蚀合金材料领域，尤其涉及一种高硅不锈钢管材及其制备工艺。
背景技术
我国于20世纪80年代，开始发展耐腐蚀用的高硅不锈钢，近几十年来发展迅速，广泛应用于化工领域，特别是应用在腐蚀性强的强酸装置上。
当然，随着含硅量的增加，高硅不锈钢的加工性能会越来越差，因此同时具有优良的耐腐蚀性和优良加工性能的高硅不锈钢管材，工艺往往比较复杂，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，提供一种高硅不锈钢管材及其制备工艺，用于解决具有高性能的高硅不锈钢管材工艺复杂，生产成本高的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种高硅不锈钢管材，各元素的重量百分比为：C:≤0.03%，Si:4.5-6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.025%，S:≤0.010%，Ni:18.0-20.0%，Cr:17.0-19.0%，Mo:0.30-0.80%，Cu:1.50-2.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
较佳的，各元素的重量百分比为：C:≤0.02%，Si:5.0-6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.015%，S:≤0.010%，Ni:19.0-20.0%，Cr:17.0-18.0%，Mo:0.30-0.60%，Cu:1.50-2.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供一种高硅不锈钢管材的制备工艺，包括以下步骤：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用。
S2真空冶炼：真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度＜8Pa，精炼期真空度≤8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间≥25分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：55～60V，熔炼电流：5000～6000A。
S4锻造：加热温度1140-1170℃，加热过程升温速率应≤300℃/h，保温应≥40分钟，锻造时应前轻倒角然后重锤锻造，回炉加热至1150℃保温45分钟后再锻，锻造规格Φ90棒材。S5机加工:棒材表面车光去除氧化皮，定尺寸L800-1200mm/支。
S6制管：加热温度1140℃-1170℃，保温40分钟，穿管轧制规格Φ90*8*L管坯，热处理后酸洗。S7冷轧制管：管材表面检查修磨去除缺陷和端部裂纹，退火热处理温度：1150℃-1180℃，冷轧或冷拉管材至成品前一道进行热处理，精密轧制成品。
较佳的，S2真空冶炼中原料装炉顺序为:小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部Ni板覆盖。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过采用高效、短流程的无缝管生产工艺，成功制备出成材率高、腐蚀率≤0.07mm/year的高硅不锈钢管材，通过优化材料配比和使用返回料，大大节省了原料成本，提高了产品的市场竞争力。
附图说明
图1为本发明的一种高硅不锈钢管材的制备工艺的流程图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供一种高硅不锈钢管材，各元素的重量百分比为：C:≤0.03%，Si:4.5-6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.025%，S:≤0.010%，Ni:18.0-20.0%，Cr:17.0-19.0%，Mo:0.30-0.80%，Cu:1.50-2.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
优选的，各元素的重量百分比为：C:≤0.02%，Si:5.0-6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.015%，S:≤0.010%，Ni:19.0-20.0%，Cr:17.0-18.0%，Mo:0.30-0.60%，Cu:1.50-2.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的高硅不锈钢管材中各元素起到的作用如下：
C:本发明的高硅奥氏体不锈钢，为了保证优良的力学性能和耐蚀性能，特别是冷加工性能，本发明严格控制合金中的碳含量，碳含量控制在不大于0.03％。
Si:硅元素可脱氧形成SiO2，提高不锈钢的耐腐蚀能力，本发明将硅含量设计为4.5-6.0%。
Mn:锰元素是奥氏体形成元素，具有强烈稳定不锈钢奥氏体基体的作用，因此本发明将锰含量控制在不大于1.0%。
P、S:为两种致命却无法避免的有害元素，很难溶解到合金中，它们能与镍和铬生成低熔点和共晶化合物，随着合金的凝固，从晶界处析出并聚集在晶界上，使晶界变得脆化。因此，将其含量分别设置在P：≤0.025%。S：≤0.010%。
Ni:镍是高硅不锈钢具有奥氏体组织的主要合金元素，同时提高不锈钢的耐蚀性。本发明将镍含量设计为18.0-20.0%，用以保证稳定的奥氏体组织。
Cr:铬是高硅不锈钢具有耐蚀性最主要的合金元素，在氧化介质 中，铬能使合金表面上迅速生成氧化铬(例如Cr2O3)的钝化膜，提高不锈钢的耐蚀性。由于铬是不锈钢中主要的耐蚀元素，考虑到铬是铁素体形成元素，本发明将铬含量设计为17.0-19.0%。
Mo:本发明含有钼元素，钼加入主要用来提高钢的耐蚀性，特别是耐点蚀及缝隙腐蚀等性能，钼的加入可以和铬等元素协同作用提高耐蚀性，但是考虑到钼是铁素体形成元素，本发明钼含量控制在1.50-2.50%。
Cu:本发明含有铜元素，铜是较弱的奥氏体元素，可适当提高耐蚀性,和钼元素可以协同提高不锈钢的耐蚀性，少量的铜元素还可以提高不锈钢的冷成型性能，铜在含镍奥氏体不锈钢中可以和镍形成固溶体而存在，综合考虑本发明铜含量控制在1.50-2.50％。
本发明还提供一种高硅不锈钢管材的制备工艺，包括以下步骤：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用。
S2真空冶炼：真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度＜8Pa，精炼期真空度≤8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间≥25分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。优选的，原料装炉顺序为:小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部Ni板覆盖。
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：55～60V，熔炼电流：5000～6000A。
S4锻造：加热温度1140-1170℃，加热过程升温速率应≤300℃/h，保温应≥40分钟，锻造时应前轻倒角然后重锤锻造，回炉加热至1150℃保温45分钟后再锻，锻造规格Φ90棒材。S5机加工:棒材表面车光去除氧化皮，定尺寸L800-1200mm/支。
S6制管：加热温度1140℃-1170℃，保温40分钟，穿管轧制规格Φ90*8*L管坯，热处理后酸洗。S7冷轧制管：管材表面检查修磨去除缺陷和端部裂纹，退火热处理温度：1150℃-1180℃，冷轧或冷拉管材至成品前一道进行热处理，精密轧制成品。
本发明的一种高硅不锈钢管材制备工艺，采用真空冶炼和电渣重熔双联熔炼法，对各步骤操作顺序及工艺参数进行优化设计，能够提高高硅不锈钢管材的纯度、减少杂质夹杂、保证脱气充分、金相组织和化学成分均匀，提高高硅不锈钢的耐腐蚀性和加工性能。
实施例1：
本发明实施例1的一种高硅不锈钢管材中，各元素的重量百分比为：C:0.03%，Si:6.0%，Mn:1.0%，P:0.015%，S:0.010%，Ni:20.0%，Cr:18.0%，Mo:0.70%，Cu:2.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的高硅不锈钢管材的制备工艺如下：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用。
S2真空冶炼：原料装炉顺序为:小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部Ni板覆盖，真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度＜8Pa，精炼期真空度≤8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间30分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：55V，熔炼电流：5000。
S4锻造：加热温度1140，加热过程升温速率280℃/h，保温50分钟，锻造时应前轻倒角然后重锤锻造，回炉加热至1150℃保温45分钟后再锻，锻造规格Φ90棒材。S5机加工:棒材表面车光去除氧化皮，定尺寸L800-1200mm/支。
S6制管：加热温度1150℃，保温40分钟，穿管轧制规格Φ90*8*L管坯，热处理后酸洗。S7冷轧制管：管材表面检查修磨去除缺陷和端部裂纹，退火热处理温度：1160℃，冷轧或冷拉管材至成品前一道进行热处理，精密轧制成品。
实施例2：
本发明实施例2的一种高硅不锈钢管材中，各元素的重量百分比为：C:0.02%，Si:5.0%，Mn:1.0%，P:0.015%，S:0.010%，Ni:19.0%，Cr:17.0%，Mo:0.60%，Cu:2.0%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的高硅不锈钢管材的制备工艺如下：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用。
S2真空冶炼：原料装炉顺序为:小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部Ni板覆盖，真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度7Pa，精炼期真空度7Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间28分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：58V，熔炼电流：5500A。
S4锻造：加热温度1160℃，加热过程升温速率300℃/h，保温40分钟，锻造时应前轻倒角然后重锤锻造，回炉加热至1150℃保温45分钟后再锻，锻造规格Φ90棒材。S5机加工:棒材表面车光去除氧化皮，定尺寸L800-1200mm/支。
S6制管：加热温度1160，保温40分钟，穿管轧制规格Φ90*8*L管坯，热处理后酸洗。
S7冷轧制管：管材表面检查修磨去除缺陷和端部裂纹，退火热处理温度：1160℃，冷轧或冷拉管材至成品前一道进行热处理，精密轧制成品。
实施例3：
本发明实施例3的一种高硅不锈钢管材中，各元素的重量百分比为：C:0.02%，Si:5.5%，Mn:0.8%，P:0.010%，S:0.010%，Ni:20.0%，Cr:18.0%，Mo:0.5%，Cu:1.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的高硅不锈钢管材的制备工艺如下：
S1原料准备：所有材料应符合真空质量要求，返回同钢种表面时磨光处理，配料严格控制各元素的配入量，配入量≤20%，按制度烘烤后使用。
S2真空冶炼：原料装炉顺序为:小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部Ni板覆盖，真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度7Pa，精炼期真空度88Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间25分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识。
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：60V，熔炼电流：6000A。
S4锻造：加热温度1140-1170℃，加热过程升温速率应300℃/h，保温应40分钟，锻造时应前轻倒角然后重锤锻造，回炉加热至1150℃保温45分钟后再锻，锻造规格Φ90棒材。S5机加工:棒材表面车光去除氧化皮，定尺寸L800-1200mm/支。
S6制管：加热温度1170℃，保温40分钟，穿管轧制规格Φ90*8*L管坯，热处理后酸洗。
S7冷轧制管：管材表面检查修磨去除缺陷和端部裂纹，退火热处理温度：1180℃，冷轧或冷拉管材至成品前一道进行热处理，精密轧制成品。
综上所述，本发明提供一种高硅不锈钢管材及其制备工艺，对合金组分进行优化设计，使合金具有较好的耐腐蚀性和优良的加工性能通过使用返回料，大大节省了原料成本，提高了产品的市场竞争力；通过采用高效、短流程的无缝管生产工艺，成功制备出成材率高、腐蚀率≤0.07mm/year的高硅不锈钢管材，采用真空冶炼和电渣重熔双联熔炼法，提高了合金纯度、减少了杂质夹杂、保证了脱气充分、金相组织和化学成分均匀。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种高硅不锈钢管材，其特征在于：其各元素的重量百分比为：C:≤0.03%，Si:4.5-6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.025%，S:≤0.010%，Ni:18.0-20.0%，Cr:17.0-19.0%，Mo:0.30-0.80%，Cu:1.50-2.50%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种高硅不锈钢管材，其特征在于：其各元素的重量百分比为：C:≤0.02%，Si:5.0-6.0%，Mn:≤1.0%，P:≤0.015%，S:≤0.010%，Ni:19.0-20.0%，Cr:17.0-18.0%，Mo:0.30-0.60%，Cu:1.50-2.20%，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1-2中任一项所述的一种高硅不锈钢管材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1原料准备：所有材料应符合质量要求，返回用的同钢种表面磨光处理配入量≤20%，配料严格控制各元素的配入量，按制度烘烤后使用；
S2真空冶炼：真空冶炼按焊丝冶炼工艺执行，熔化期真空度＜8Pa，精炼期真空度≤8Pa，采用不少于两次的高温瞬时精炼和一次低温长时精炼，提钢温到1540℃持续1-2分钟，降钢温到1480℃（刚结膜冲膜状态）低温，精炼时间≥25分钟，精炼温度1480℃，出钢温度1520℃，浇注200Kg电极，浇注后期补缩充分，浇铸完成10分钟后破空出标识；
S3电渣重熔：切除缩孔，修磨表面氧化物去除杂质，使用渣系为：CaF2：AL2O3：CaO =75：20：5，电压：55～60V，熔炼电流：5000～6000A；
S4锻造：加热温度1140-1170℃，加热过程升温速率应≤300℃/h，保温应≥40分钟，锻造时应前轻倒角然后重锤锻造，回炉加热至1150℃保温45分钟后再锻，锻造规格Φ90棒材；
S5机加工:棒材表面车光去除氧化皮，定尺寸L800-1200mm/支；
S6制管：加热温度1140℃-1170℃，保温40分钟，穿管轧制规格Φ90*8*L管坯，热处理后酸洗；
S7冷轧制管：管材表面检查修磨去除缺陷和端部裂纹，退火热处理温度：1150℃-1180℃，冷轧或冷拉管材至成品前一道进行热处理，精密轧制成品。
4.如权利要求3所述的一种高硅不锈钢管材的制备工艺，其特征在于：所述S2真空冶炼中原料装炉顺序为:小块镍板加入底部约1/4,底碳配入0.030%，将Mo、Cr放在坩埚中上部，上部用Ni板覆盖。
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