CN113604639A - 一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法，按以下步骤进行：(1)冶炼钢水后制成连铸坯，其成分按质量百分比含C 0.03～0.13％，Si 0.2～1.2％，Mn 0.2～0.6％，S≤0.008％，P≤0.04％，N≤0.04％，Cr 12.00～20.00％，余量为Fe；(2)1150～1250℃后进行热轧，开轧温度总下压率为60～95％，空冷；(3)800～1150℃退火，水淬至室温；(4)冷轧；(5)870～1080℃进行二次退火，空冷。本发明在可相变铁素体不锈钢冷轧前进行退火处理，淬火处理在不锈钢中引入马氏体，抑制冷轧退火带钢中聚集组织的形成，减轻不锈钢在冲压、拉伸加工过程中褶皱现象，提高铁素体不锈钢的组织性能和产品的质量效果。

Description

一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法。
背景技术
奥氏体不锈钢因其优异的耐腐蚀性能和良好的成形性能在工业领域得到广泛使用，但是奥氏体不锈钢中Ni含量较高，成本也相对较高，因此节Ni型的铁素体不锈钢越来越受到科研人员的重视。
铁素体不锈钢是一种低成本、具有高导热系数、耐高温腐蚀和高温抗氧化性等优良性能的不锈钢，广泛应用于厨具、家电和装饰等领域。虽然铁素体不锈钢较奥氏体不锈钢具有很多优点，但铁素体不锈钢的成形性能远未达到奥氏体不锈钢的水平，主要体现在冷加工过程中在不锈钢表面出现褶皱，严重影响使用和加工成本。现在普遍认为起皱缺陷是由于与带钢轧向平行、取向相近的晶粒群的塑性变形不同而产生的，这种晶粒群被认为是起因于凝固柱状晶，在热轧和退火过程不能或极少发生相变，在热轧板中形成带状组织，最终残留于冷轧退火板上而产生；因此有效的抑制铁素体不锈钢起皱的产生就要分割破坏热轧板中的带状组织，抑制冷轧退火板上聚集组织的形成。
在工业生产中，一般采用罩式炉退火再冷轧，其中需要长时间保温退火，有研究表明再结晶率随着保温时间的延长而增加，但即使热轧板在保温30h后仍可以看到明显的带状团簇组织，对铁素体不锈钢的塑性和冷加工性能没有较大的改善。
专利CN104017971A提出在冷轧过程中选用铁素体不锈钢热轧板轧面上与热轧方向垂直的方向(即热轧退火板横向)为冷轧方向，在冷轧后进行退火处理得到了具有优异抗起皱性能的铁素体不锈钢板材，该专利仅提供一种冷轧加工工艺，该工艺在实际工业生产中具有一定的局限性。
专利CN104294004A提出提高430铁素体不锈钢铸锭等轴率的熔炼方法，其要求脱氧严格控制极低的氧含量，同时控制Al含量在一定范围形成一定量的氧化铝夹杂物，随后加入硅镁合金浇铸，最终形成成分均匀的氧化硅-氧化铝-氧化镁夹杂，该杂质可作为铁素体不锈钢凝固形核质点并具有一定的数量密度，促进了凝固过程铁素体不锈钢的结晶提高等轴晶率，从而起到改善组织降低起皱的效果；该专利介绍要严格控制Al含量和氧含量，确保镁处理后夹杂物成分符合要求，镁处理时也要严格要求镁含量在3～12ppm，过高或过低都不利于铁素体不锈钢凝固形核，该专利实验过程复杂，设备、精度要求高，不利于大规模生产，有一定的局限性。
专利CN109536690A提出一种铁素体不锈钢轧带钢的热处理工艺，通过可逆相变及再结晶分割轧带钢中的带状组织，其工艺在于热轧后在铁素体和奥氏体双相区温度区间进行反复热处理，冷却至200～250℃以下空冷，此时得到铁素体α相和细小的弥散分布的碳化物，随后进行冷轧退火，得到充分再结晶组织，实现了改善抗起皱性和r值得提高；该方法在热轧后在双相区保温时间较长，还需反复热处理，耗能较高，同时相对于本专利实施较为复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法，在两相温度区热处理，通过急冷使马氏体组织分散生成，分割破坏热轧钢带中带状组织，在冷轧退火过程中马氏体转变成铁素体，形成与周围铁素体取向不同的晶粒，避免晶粒团簇的形成，降低冲压、拉伸的起皱现象，提高产品质量同时节约生产成本。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、按设定成分冶炼钢水，然后制成连铸坯，其成分按质量百分比含C 0.03～0.13％，Si0.2～1.2％，Mn 0.2～0.6％，S≤0.008％，P≤0.04％，N≤0.04％，Cr 12.00～20.00％，余量为Fe和不可避免杂质；
2、将铸坯加热至1150～1250℃保温1～2h，然后进行热轧，开轧温度为980～1150℃，终轧温度为780～950℃，总下压率为60～95％，空冷至室温，获得热轧板；
3、将热轧板加热至800～1150℃后保温10～60min进行退火，然后水淬至室温，获得退火板；
4、将退火板进行冷轧，冷轧的总压下率为80～95％，制成冷轧板；
5、将冷轧板加热至870～1080℃保温2～20min进行二次退火，然后空冷至室温，获得铁素体不锈钢板。
上述的步骤2中，热轧道次为6～8道次。
上述的步骤2中，热轧板厚度为1～8mm。
上述的步骤4中，冷轧过程分为三段，第一段冷轧道次压下率为4～20％，共进行3道次；第二段冷轧道次压下率为5～25％，共进行5道次；第三段冷轧道次压下率为1～5％，共进行2道次。
上述的步骤4中，冷轧板的厚度为0.2～1.0mm。
上述的铁素体不锈钢板的抗拉强度431.32～463.92MPa。
本发明的原理是：在铁素体+奥氏体两相温度区(800～1150℃)热处理，通过急冷处理(水淬)使马氏体组织在母相铁素体中分散生成，在冷轧时马氏体组织和铁素体组织一起受到轧制力的作用，由于马氏体组织较铁素体组织硬，所以相邻马氏体组织的铁素体组织受到较大的塑性变形，变形是由于马氏体组织不均匀分布导致，成为产生随机再结晶晶粒形核的场所，分割破坏热轧钢带中带状组织，使{111}组织发达，从而抑制冷轧退火带钢中聚集组织的形成；同时在冷轧退火过程中马氏体转变成铁素体，形成与周围铁素体取向不同的晶粒，避免晶粒团簇的形成，进一步降低不锈钢在冲压、拉伸的起皱现象同时又提高奥氏体r值，提高产品质量同时节约生产成本，适于规模化工业生产。
本发明在可相变铁素体不锈钢冷轧前进行退火处理，淬火处理在不锈钢中引入马氏体，马氏体的引入在冷轧时可以割破坏热轧钢带中带状组织，抑制冷轧退火带钢中聚集组织的形成，在冷轧之后进行再结晶退火处理，提高铁素体不锈钢的等轴晶率，该热处理工艺可减轻不锈钢在冲压、拉伸加工过程中褶皱现象，提高铁素体不锈钢的组织性能和产品的质量效果。
附图说明
图1为本发明实施例及传统方法的热轧板退火-冷却-冷轧-二次退火流程示意图；
图中，上图为本发明实施例，下图为传统方法；
图2为本发明实施例1的热轧板微观组织图；
图3为本发明实施例1的铁素体不锈钢板微观组织图；
图4为本发明实施例1退火板微观组织图；
图5为对比试验的对比退火板微观组织图。
具体实施方式
本发明实施例中观测微观组织采用的设备为蔡司LSM700激光共聚焦显微镜。
本发明实施例中进行起皱和冲压性能测试采用的标准为GB2027-85《金属薄板塑性应变比(r值)实验方法》。
本发明实施例中用15％拉伸后的起皱高度Rmax来评测抗起皱性能，用激光共聚焦显微镜测定表面起皱高度，冲压性能可用平均塑性应变比
Figure BDA0003201756720000031
和凸耳参数(Δr)衡量。
本发明实施例中，平均塑性应变比的计算公式按：
Figure BDA0003201756720000032
式中，
Figure BDA0003201756720000033
为平均塑性应变比，r0°为沿与轧制方向平行的方向制取试样后，测得的塑性应变比，r45°为沿与轧制方向呈45°夹角方向制取试样后，测得的塑性应变比，r90°为沿与轧制方向呈90°夹角方向(垂直方向)制取试样后，测得的塑性应变比。
本发明实施例中凸耳参数的计算公式按：
Figure BDA0003201756720000041
式中，Δr为凸耳参数。
本发明实施例中钢水采用高炉、AOD转炉、LF精炼炉和CCM连铸机经熔炼-精炼-连铸制成连铸坯。
本发明实施例中铁素体不锈钢板的起皱高度为6.28～9.61μm。
实施例1
按设定成分冶炼钢水，然后制成连铸坯，其成分按质量百分比含C 0.055％，Si0.28％，Mn 0.33％，S 0.001％，P 0.021％，N 0.025％，Cr 16.59％，余量为Fe和不可避免杂质；
将铸坯加热至1150℃保温2h，然后进行8道次热轧，开轧温度980℃，终轧温度在780℃，总下压率为95％，空冷至室温，获得热轧板，厚度为2mm；热轧板微观组织如图2所示；
后续流程如图1上图所示；
将热轧板加热至950℃后保温20min进行退火，然后水淬至室温，获得退火板；微观组织如图4所示；
将退火板进行冷轧，冷轧总压下率为85％，制成冷轧板；其中冷轧过程分为三段，第一段冷轧道次压下率为4～20％，共进行3道次；第二段冷轧道次压下率为5～25％，共进行5道次；第三段冷轧道次压下率为1～5％，共进行2道次；
冷轧板的厚度0.3mm；
将冷轧板加热至1000℃保温5min进行二次退火，然后空冷至室温，获得铁素体不锈钢板，其抗拉强度445.56MPa，微观组织如图3所示；
将铁素体不锈钢板和进行起皱和冲压性能测试，起皱高度为8.05μm，平均塑性应变比为1.36，凸耳参数为0.48；
采用传统方法对相同材质的热轧板进行对比试验，热轧板退火之后随炉冷却至室温，获得对比退火板，其余步骤相同，流程如图1下图所示，制成对比铁素体不锈钢板；对比退火板的微观组织如图5所示；
对比铁素体不锈钢板进行起皱和冲压性能测试，起皱高度为14.98μm，平均塑性应变比为1.13，凸耳参数为0.44；
通过对退火板的加快冷却，配合其他操作，有效降低铁素体不锈钢起皱缺陷，改善不锈钢的加工性能，凸耳参数基本无变化。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)连铸坯成分按质量百分比含C 0.039％，Si 0.45％，Mn 0.20％，S 0.004％，P0.031％，N 0.035％，Cr 19.24％；
(2)将铸坯加热至1250℃保温1h，然后进行7道次热轧，开轧温度1150℃，终轧温度950℃，总下压率为80％，空冷至室温，获得热轧板，厚度为3mm；
(3)将热轧板加热至退火温度1050℃，时间25min；
(4)冷轧总压下率为80％；
(5)冷轧板的厚度0.6mm；
(6)二次退火温度950℃，时间20min；铁素体不锈钢板的抗拉强度431.32MPa；
(7)将铁素体不锈钢板和进行起皱和冲压性能测试，起皱高度为6.28μm，平均塑性应变比为1.42，凸耳参数为0.50。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)连铸坯成分按质量百分比含C 0.09％，Si 0.80％，Mn 0.58％，S 0.007％，P0.035％，N 0.03％，Cr 13.2％；
(2)将铸坯加热至1200℃保温1.5h，然后进行6道次热轧，开轧温度1050℃，终轧温度850℃，总下压率为75％，空冷至室温，获得热轧板，厚度为4mm；
(3)将热轧板加热至退火温度1150℃，时间30min；
(4)冷轧总压下率为95％；
(5)冷轧板的厚度0.2mm；
(6)二次退火温度1000℃，时间10min；铁素体不锈钢板的抗拉强度463.92MPa；
(7)将铁素体不锈钢板和进行起皱和冲压性能测试，起皱高度为9.61μm，平均塑性应变比为1.21，凸耳参数为0.46。
实施例1、2和3在淬火后均有马氏体组织产生，实施例3中马氏体组织较多，在后续冷轧中，由于马氏体组织随机分布存在，导致周围铁素体组织有较大的塑性变形，分割破坏热轧钢中的带状组织，抑制了聚集组织的形成，在冷轧后退火再结晶，使{111}织构发达进而改善铁素体不锈钢的起皱性能和r值(塑性应变比)的提高；对比试验热轧板在随炉退火后没有马氏体组织产生，组织还是以带状铁素体为主，呈层状分布，同时还有弥散分布的碳化物，导致对冷加工性能非常不利。

Claims (6)

1.一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)按设定成分冶炼钢水，然后制成连铸坯，其成分按质量百分比含C 0.03～0.13％，Si 0.2～1.2％，Mn 0.2～0.6％，S≤0.008％，P≤0.04％，N≤0.04％，Cr 12.00～20.00％，余量为Fe和不可避免杂质；
(2)将铸坯加热至1150～1250℃保温1～2h，然后进行热轧，开轧温度为980～1150℃，终轧温度为780～950℃，总下压率为60～95％，空冷至室温，获得热轧板；
(3)将热轧板加热至800～1150℃后保温10～60min进行退火，然后水淬至室温，获得退火板；
(4)将退火板进行冷轧，冷轧总压下率为80～95％，制成冷轧板；
(5)将冷轧板加热至870～1080℃保温2～20min进行二次退火，然后空冷至室温，获得铁素体不锈钢板。
2.根据权利要求1所述的一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法，其特征在于步骤(2)中，热轧道次为6～8道次。
3.根据权利要求1所述的一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法，其特征在于步骤(2)中，热轧板厚度为1～8mm。
4.根据权利要求1所述的一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法，其特征在于步骤(4)中，冷轧过程分为三段，第一段冷轧道次压下率为4～20％，共进行3道次；第二段冷轧道次压下率为5～25％，共进行5道次；第三段冷轧道次压下率为1～5％，共进行2道次。
5.根据权利要求1所述的一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法，其特征在于步骤(4)中，冷轧板的厚度为0.2～1.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种改善相变型铁素体不锈钢表面起皱的热处理方法，其特征在于所述的铁素体不锈钢板的抗拉强度431.32～463.92MPa。
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