CN113528963A - 易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条及其制备方法，不锈钢盘条的化学组分按质量百分比计包括C≤0.03％、Si≤1.0％、Mn≤2.0％、Cr:16.0～18.0％、Ni:10.0～14.0％、Mo:2.0～3.0％、N＜0.10％、P＜0.045％、S:0.02～0.03％、Te:0.003～0.015％、B:0.0015～0.0035％，余量为Fe和不可避免的杂质；制备方法包括将炉料依次经电弧冶炼、AOD冶炼、LF精炼、连铸、轧制、固溶及酸洗工序处理。本发明提高钢的切削性能，改善热加工性能变差的问题，增强不锈钢的耐腐蚀性，制备工序简单，容易操作，适合大批量生产。

Description

易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及金属冶炼技术领域，尤其涉及易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条及其制备方法。
【背景技术】
高耐蚀性022Cr17Ni12Mo2不锈钢，因添加Mo，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用，由盘条制造生产的产品常用于照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母等零部件。而由盘条制造生产此类零部件时需要进行切削加工，因此需要材料应有良好的切削性能，对于精密零部件的加工，为提高车削加工效率，减少车削刀具损耗，对材料的车削性能提出了更高要求。
通常，为提高不锈钢的车削性能，主要是向不锈钢系列钢种中加入易切削元素，其中硫系易切削不锈钢和铅系易切削不锈钢是广泛使用的易切削不锈钢钢种。铅系易切削钢的切削性能好，但由于铅污染环境以及铅在废钢回收熔炼过程中的有害作用，其应用受到了限制。因此，目前世界各大钢铁公司在易切削钢的发展规划上，都在朝着无铅易切削钢方面发展。
碲(Te)是一种易切削元素，在含硫易切削钢中加入碲元素后，能够使钢中长条状硫化锰夹杂转变成球形或纺锤形夹杂，从而提高钢的切削性能，切削时刀具寿命、切削力、工件表面质量、积屑瘤等方面均得到改善。但是，高硫易切削钢晶界比普通钢种的晶界强度要低，产生晶界弱化，碲不固溶于钢的基体中，大多富集在硫化物附近，进一步降低材料的塑性，导致热加工性能变差；而且现有奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能较差，需进一步提高。
【发明内容】
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条；还提供一种易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条，所述不锈钢盘条的化学成分按质量百分比计，包括C:≤0.03％、Si:≤1.0％、Mn:≤2.0％、Cr:16.0～18.0％、Ni:10.0～14.0％、Mo:2.0～3.0％、N:＜0.10％、P:＜0.045％、S:0.02～0.03％、Te:0.003～0.015％、B:0.0015～0.0035％，余量为Fe和不可避免的杂质。
作为优选，上述不锈钢盘条的化学组成按质量百分比计，包括C:0.01～0.025％、Si:0.2～0.8％、Mn:0.5～1.5％、Cr:16.5～17.5％、Ni:11.0～13.0％、Mo:2.3～2.8％、N:0.03～0.08％、P:0.01～0.03％、S:0.022～0.028％、Te:0.005～0.010％、B:0.0018～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条的制备方法，该制备方法包括将炉料依次经电弧炉冶炼、AOD炉冶炼、LF精炼炉精炼、连铸、轧制、固溶及酸洗工序处理；其中，在电弧炉冶炼工序中，通过电弧炉将炉料熔化、钢液初炼，并控制出钢时P含量≤0.045％；
在AOD炉冶炼工序中，加入硅铁、纯锰、铬铁、镍铁、纯钼、纯铁，以便对钢液中的Si、Mn、Cr、Ni、Mo元素含量进行微调，使得成品不锈钢盘条的成分满足上述的质量百分比配比要求，并将钢液中碳含量去除至≤0.03％；
在LF精炼炉精炼工序中，调整炉渣碱度R为1.0～2.0，通过向炉中喂入碲线以及硫线或硫铁，将钢液中的碲含量调节至0.005～0.01％、硫含量调节至0.02～0.03％，同时吹氩软搅拌；
在连铸工序中，采用弧形连铸机进行浇筑,制成连铸坯，其中的连铸中间包温度控制在1500～1530℃；然后将制成的连铸坯送入加热炉中加热；
在轧制工序中，通过连轧机进行轧制，并将轧制温度控制在1050℃以上；
在固溶工序中，将轧制形成的盘条通过环形固溶炉进行固溶热处理；
酸洗，通过酸洗去除盘条表面氧化皮；
其中，上述步骤中涉及的物质含量，均按质量百分比计。
作为优选，在LF精炼炉精炼工序中，投加硼铁，将钢液中的硼含量调节至0.002～0.003％。
作为优选，在LF精炼炉精炼工序中，软搅拌时间在10min以上。
作为优选，所述加热炉的加热温度为1200～1280℃，加热时间为2h以上。
作为优选，固溶工序中，热处理温度为1030～1080℃，热处理时间控制在60min以上。
下面，对本发明的具有优异切削性能和高表面质量的奥氏体不锈钢盘条各元素的作用进行叙述。
(1)碳(C)，C是强烈形成、稳定和扩大奥氏体区的元素，C对室温下形成奥氏体组织起到重要作用。但是C含量太高会降低不锈钢的塑性，而且对不锈钢的耐蚀性不利，所以C要有适当的百分含量。
(2)锰(Mn)，是比较弱的奥氏体形成元素，但在不锈钢中是强烈的奥氏体组织稳定元素，并能提高N在钢中的溶解度。另外，Mn与S元素形成低熔点的MnS夹杂物是提高材料切削性能的关键因素，易切削钢种需要一定含量的Mn元素，但Mn对奥氏体不锈钢的耐蚀性有着负面影响，因此Mn含量也不能太高。
(3)铬(Cr)，Cr是不锈钢中最重要的合金元素，是获得不锈钢不锈性和耐蚀性的保证。本发明的Cr含量控制在16～18％，Cr不能太高的原因是为了获得室温下单一的奥氏体组织。
(4)镍(Ni)，Ni是形成和稳定奥氏体相最重要的元素，并且还可以增强不锈钢抗还原酸的能力和提高加工性能，但为了降低成本，本发明Ni含量控制在10.0～14.0％。
(5)磷(P)，P在不锈钢中被视为有害元素，应尽量控制得越低越好。
(6)硫(S)，S是易切削钢的关键元素，理论上，S含量越高，钢的切削性能越好，但是S含量的增加，对材料的热加工性能和腐蚀性能均带来负面影响，因此本发明控制S含量在0.02～0.03％之间。
(7)碲(Te)，Te是一种易切削元素，在含硫易切削钢中加入碲元素后，以能够使钢中长条状硫化锰夹杂转变成球形或纺锤形夹杂，从而提高钢的切削性能，切削时刀具寿命、切削力、工件表面质量、积屑瘤等方面均得到改善。另一方面，高硫易切削钢晶界比普通钢种的晶界强度要低，产生晶界弱化，碲不固溶于钢的基体中，大多富集在硫化物附近，进一步降低材料的塑性，导致热加工性能变差。由此导致，含碲高硫易切削钢的生产难度大，钢中的Te需要控制在一个合理的范围，国内还没有厂家进行批量稳定化生产。
(8)硼(B),B元素加入奥氏体不锈钢中，可以显著提高奥氏体不锈钢晶界强度，改善材料的高温塑性，实验研究表明，对于热加工性能差的含氮奥氏体，加入一定量的B元素，900～1000℃下材料的断面收缩率可以提高10～15％。为此，硼元素的微合金化通常是改善奥氏体不锈钢热加工性能的重要手段。但B元素含量也不能太高，不然造成晶界偏聚反而带来有害的作用，为此，我们控制B含量在15ppm～35ppm。
本发明的有益效果是：本发明通过向钢中添加适量的硫(S)、碲(Te)，能够使钢中长条状硫化锰夹杂转变成球形或纺锤形夹杂，从而提高钢的切削性能；通过向钢中添加硼(B)，来改善由于添加硫、碲导致的热加工性能变差的问题；通过添加钼，来增强不锈钢的耐腐蚀性。该发明所述不锈钢盘条的制备方法，其制备工序简单，容易操作，适合大批量生产。
【附图说明】
图1为本发明的冶炼工艺流程图；
图2为本发明中轧制轧制工艺的流程图。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例对本申请再作进一步详细的说明。
一种易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条，所述不锈钢盘条的化学组分按质量百分比计，包括C:≤0.03％、Si:≤1.0％、Mn:≤2.0％、Cr:16.0～18.0％、Ni:10.0～14.0％、Mo:2.0～3.0％、N:＜0.10％、P:＜0.045％、S:0.02～0.03％、Te:0.003～0.015％、B:0.0015～0.0035％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，上述不锈钢盘条的化学组分按质量百分比计，包括C:0.01～0.025％、Si:0.2～0.8％、Mn:0.5～1.5％、Cr:16.5～17.5％、Ni:11.0～13.0％、Mo:2.3～2.8％、N:0.03～0.08％、P:0.01～0.03％、S:0.022～0.028％、Te:0.005～0.010％、B:0.0018～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条的制备方法，通过下述实施例做进一步详述。
实施例1
该不锈钢盘条通过以下方法制备：需要说明的是，下述涉及到的百分比均为质量百分比，
(1)电弧炉冶炼，将废钢、合金等投加到电弧炉中冶炼熔化成钢水，冶炼的废钢及合金选用低P含量的废钢及合金，以便控制电弧炉冶炼的出钢P含量＜0.045％，具体可控制在0.044％；
(2)AOD炉冶炼，将步骤(1)中的粗炼钢水加入AOD炉中，同时加入硅铁、纯锰、铬铁、镍铁、纯钼、纯铁，以便对钢液中的Si、Mn、Cr、Ni、Mo元素含量进行微调，使得成品不锈钢的成分满足所述的质量百分比配比要求，即使得成品不锈钢中的化学成分能够满足Si:0.2～0.8％、Mn:0.5～1.5％、Cr:16.5～17.5％、Ni:11.0～13.0％、Mo:2.3～2.8％，具体地，可以使钢水中的Si含量保持在0.8％、Mn含量为1.5％、Cr含量为17.5％、Ni含量为13.0％、Mo含量为2.8％，并将钢液中的碳含量去除至0.03％以下。
(3)LF精炼炉精炼，将经步骤(2)加工的钢液投加到精炼炉中，调整炉渣碱度R为1.0～2.0，具体可以调整到炉渣碱度R为2.0，控制低碱度，有利于钢水中硫含量的稳定控制，通过向炉中分别喂入碲线、硼铁、硫铁或硫线，来将钢液中的碲含量调节至0.015％，将钢液中硼含量调节至0.0035％，将钢液中的硫含量调节至0.03％，同时吹氩软搅拌16min，以便于碲、硼、硫等元素在钢液中均匀混合。
(4)连铸，将冶炼纯净且成分达到目标值的钢水进行连铸，经中间包、弧形连铸机生产出180*180mm的方形连铸坯，其中的连铸中间包温度控制在1530℃。然后将钢水成分合格，连铸坯表面合格的180*180mm方坯送至步进式加热炉中，并在1280℃条件下加热2.6h。
(5)轧制，采用高速线材轧机，经过34架连轧机(包括短应力轧机、精轧机组、减定径轧机)轧制，其中粗轧后采用感应加热进行补温，使轧制过程温度1050℃，然后经过吐丝机形成盘卷并打包成捆。
(6)固溶，将打包成捆的盘条送至环形固熔炉进行固溶热处理，加热温度1080℃，保温时间60min。
(7)将固溶热处理的盘条通过预酸洗-混酸洗-冲洗-钝化-中和工序，去除盘条表面氧化皮，制成酸白的不锈钢盘条。
通过本实施例所制备的不锈钢盘条的主要机械性能如表1所示。
实施例2
该不锈钢盘条通过以下方法制备：需要说明的是，下述涉及到的百分比均为质量百分比，
(1)电弧炉冶炼，将废钢、合金等投加到电弧炉中冶炼熔化成钢水，冶炼的废钢及合金选用低P含量的废钢及合金，以便控制电弧炉冶炼的出钢P含量＜0.045％，具体可控制在0.030％；
(2)AOD炉冶炼，将步骤(1)中的粗炼钢水加入AOD炉中，同时加入硅铁、纯锰、铬铁、镍铁、纯钼、纯铁，以便对钢液中的Si、Mn、Cr、Ni、Mo元素含量进行微调，使得钢水中的Si含量为0.2％、Mn含量为0.5％、Cr含量为16.5％、Ni含量为11.0％、Mo含量为2.3％，并将钢液中的碳含量去除至0.01％。
(3)LF精炼炉精炼，将经步骤(2)加工的钢液投加到精炼炉中，调整炉渣碱度R为1.0～2.0，具体可以调整到炉渣碱度R为1.0，通过向炉中分别喂入碲线、硼铁、硫铁或硫线，来将钢液中的碲含量调节至0.003％，将钢液中硼含量调节至0.0015％，将钢液中的硫含量调节至0.02％，同时吹氩软搅拌10min，以便于碲、硼、硫等元素在钢液中均匀混合。
(4)连铸，将冶炼纯净且成分达到目标值的钢水进行连铸，经中间包、弧形连铸机生产出180*180mm的方形连铸坯，其中的连铸中间包温度控制在1500℃。然后将钢水成分合格，连铸坯表面合格的180*180mm方坯送至步进式加热炉中，并在1200℃条件下加热2h。
(5)轧制，采用高速线材轧机，经过18架连轧机(包括短应力轧机、精轧机组、减定径轧机)轧制，其中粗轧后采用感应加热进行补温，使轧制过程温度1100℃，然后经过吐丝机形成盘卷并打包成捆。
(6)固溶，将打包成捆的盘条送至环形固熔炉进行固溶热处理，加热温度1030℃，保温时间85min。
(7)将固溶热处理的盘条通过预酸洗-混酸洗-冲洗-钝化-中和工序，去除盘条表面氧化皮，制成酸白的不锈钢盘条。
通过本实施例所制备的不锈钢盘条的主要机械性能如表1所示。
实施例3
该不锈钢盘条通过以下方法制备：需要说明的是，下述涉及到的百分比均为质量百分比，
(1)电弧炉冶炼，将废钢、合金等投加到电弧炉中冶炼熔化成钢水，冶炼的废钢及合金选用低P含量的废钢及合金，以便控制电弧炉冶炼的出钢P含量＜0.045％，具体可控制在0.0386％；
(2)AOD炉冶炼，将步骤(1)中的粗炼钢水加入AOD炉中，同时加入硅铁、纯锰、铬铁、镍铁、纯钼、纯铁，以便对钢液中的Si、Mn、Cr、Ni、Mo元素含量进行微调，使得钢水中的Si含量为0.8％、Mn含量为1.5％、Cr含量为17.5％、Ni含量为13.0％、Mo含量为2.8％，并将钢液中的碳含量去除至0.025％。
(3)LF精炼炉精炼，将经步骤(2)加工的钢液投加到精炼炉中，调整炉渣碱度R为1.5，通过向炉中分别喂入碲线、硼铁、硫铁或硫线，来将钢液中的碲含量调节至0.010％，将钢液中硼含量调节至0.0030％，将钢液中的硫含量调节至0.028％，同时吹氩软搅拌13min，以便于碲、硼、硫等元素在钢液中均匀混合。
(4)连铸，将冶炼纯净且成分达到目标值的钢水进行连铸，经中间包、弧形连铸机生产出180*180mm的方形连铸坯，其中的连铸中间包温度控制在1508℃。然后将钢水成分合格，连铸坯表面合格的180*180mm方坯送至步进式加热炉中，并在1250℃条件下加热3.0h。
(5)轧制，采用高速线材轧机，经过26架连轧机(包括短应力轧机、精轧机组、减定径轧机)轧制，其中粗轧后采用感应加热进行补温，使轧制过程温度1080℃，然后经过吐丝机形成盘卷并打包成捆。
(6)固溶，将打包成捆的盘条送至环形固熔炉进行固溶热处理，加热温度1050℃，保温时间80min。
(7)将固溶热处理的盘条通过预酸洗-混酸洗-冲洗-钝化-中和工序，去除盘条表面氧化皮，制成酸白的不锈钢盘条。
通过本实施例所制备的不锈钢盘条的主要机械性能如表1所示，耐腐蚀性能如表2、3所示。
表1不锈钢盘条的机械性能
Figure BDA0003165779880000091
表2不锈钢盘条的盐雾测试结果
Figure BDA0003165779880000092
Figure BDA0003165779880000101
表3不锈钢盘条点腐蚀性能
Figure BDA0003165779880000102
通过上述表1～3的性能测试比对，可以看出，通过本发明制备的奥氏体不锈钢盘条的机械性能如抗拉强度、断后延伸率、断面收缩率均优于现有的奥氏体不锈钢盘条；本发明所制备的奥氏体不锈钢盘条比现有的奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能更优秀。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条，其特征在于，所述不锈钢盘条的化学组分按质量百分比计，包括C:≤0.03％、Si:≤1.0％、Mn:≤2.0％、Cr:16.0～18.0％、Ni:10.0～14.0％、Mo:2.0～3.0％、N:＜0.10％、P:＜0.045％、S:0.02～0.03％、Te:0.003～0.015％、B:0.0015～0.0035％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条，其特征在于，所述不锈钢盘条的化学组分按质量百分比计，包括C:0.01～0.025％、Si:0.2～0.8％、Mn:0.5～1.5％、Cr:16.5～17.5％、Ni:11.0～13.0％、Mo:2.3～2.8％、N:0.03～0.08％、P:0.01～0.03％、S:0.022～0.028％、Te:0.005～0.010％、B:0.0018～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.基于权利要求1所述的易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条的制备方法，其特征在于，该制备方法包括将炉料依次经电弧炉冶炼、AOD炉冶炼、LF精炼炉精炼、连铸、轧制、固溶及酸洗工序处理；其中，
电弧炉冶炼工序中，通过电弧炉将炉料熔化、钢液初炼，并控制出钢时P含量≤0.045％；
AOD炉冶炼工序中，加入硅铁、纯锰、铬铁、镍铁、纯钼、纯铁，以便对钢液中的Si、Mn、Cr、Ni、Mo元素含量进行调节，并将钢液中的碳含量去除至≤0.03％；
LF精炼炉精炼工序中，调整炉渣碱度R为1.0～2.0，通过向炉中喂入碲线以及硫线或硫铁，将钢液中的碲含量调节至0.005～0.01％、硫含量调节至0.02～0.03％，同时吹氩软搅拌；
连铸工序中，采用弧形连铸机进行浇筑,制成连铸坯，其中的连铸中间包温度控制在1500～1530℃；然后将制成的连铸坯送入加热炉中加热；
轧制工序中，通过连轧机进行轧制，并将轧制温度控制在1050℃以上；
固溶工序中，将轧制形成的盘条通过环形固溶炉进行固溶热处理；
酸洗：通过酸洗去除盘条表面氧化皮；
其中，上述步骤中涉及的物质含量，均按质量百分比计。
4.根据权利要求3所述的易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条的制备方法，其特征在于，在LF精炼炉精炼工序中，投加硼铁，将钢液中的硼含量调节至0.002～0.003％。
5.根据权利要求3所述的易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条的制备方法，其特征在于，在LF精炼炉精炼工序中，软搅拌时间在10min以上。
6.根据权利要求3所述的易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条的制备方法，其特征在于，所述加热炉的加热温度为1200～1280℃，加热时间为2h以上。
7.根据权利要求3所述的易切削高耐腐蚀的奥氏体不锈钢盘条的制备方法，其特征在于，固溶工序中，热处理温度为1030～1080℃，热处理时间控制在60min以上。
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