CN113981326A - 630不锈钢板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种630不锈钢板材，所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.03‑0.07％、Mn：0‑1.000％、P：0‑0.04％、S：0‑0.03％、Si：0‑1.00％、Cr：15.00‑17.50％、Ni：3.00‑5.00％、Nb：0.10‑0.50％、Cu：3.00‑5.00％、N：0.02‑0.06％、Al：0.01‑0.06％，余量为铁以及不可避免的杂质；本发明还提供了所述630不锈钢板材的制备方法。通过本发明制备获得的630不锈钢板材强度、延伸率以及收缩率性能都非常出色，具有较高的商业化价值。

Description

630不锈钢板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及特种合金领域，更具体地说，涉及一种630不锈钢板材及其制备方法。
背景技术
马氏体不锈钢是指通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13、3Cr13、4Cr13等。淬火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体(或半马氏体)沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。
630不锈钢是一种马氏体沉淀硬化型不锈钢，630不锈钢的性能特点是易于调整强度级别，即可通过变动热处理工艺予以调整，马氏体相变和时效处理形成沉淀硬化相是其主要强化手段，630不锈钢衰减性能好，抗腐蚀疲劳及抗水滴性能强。目前制备630不锈钢的制备方法一般工艺都比较繁琐，且最终制备获得的630不锈钢抗拉强度、屈服强度以及延伸率、收缩率都比较的一般，无法很好地保证强度与韧性的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种630不锈钢板材，以解决目前常规的630马氏体不锈钢抗拉强度、屈服强度以及延伸率、收缩率都比较的一般，无法很好地保证强度与韧性的性能的问题。
本发明所采取的技术方案是：提供一种630不锈钢板材，所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.03-0.07％、Mn：0-1.000％、P：0-0.04％、S：0-0.03％、Si：0-1.00％、Cr：15.00-17.50％、Ni：3.00-5.00％、Nb：0.10-0.50％、Cu：3.00-5.00％、N：0.02-0.06％、Al：0.01-0.06％，余量为铁以及不可避免的杂质。
作为优选的方案：所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.04-0.06％、Mn：0.40-0.60％、P：0-0.025％、S：0-0.01％、Si：0.40-0.60％、Cr：15.60-16.00％、Ni：4.00-4.60％、Nb：0.15-0.45％、Cu：3.20-3.60％、N：0.03-0.05％、Al：0.01-0.05％，余量为铁以及不可避免的杂质。
作为优选的方案：所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.05％、Mn：0.50％、Si：0.50％、Cr：15.80％、Ni：4.30％、Nb：0.30％、Cu：3.40％、N：0.04％、Al：0.02％，余量为铁以及不可避免的杂质。
本发明所提供的另一种技术方案是：提供一种用于制备所述630不锈钢板材的方法，以解决目前常规630不锈钢板材制备方法工艺都比较繁琐，且制备效率低的问题。
本发明的制备方法包括以下步骤：
S1：准备原料：按配比准备工业纯铁、硅铁、金属铬、铌铁、电解镍、锰、电解铜、氮化铬铁作为630不锈钢板材的原料备用；
S2：熔化原料：在中频炉中铺设底渣，将步骤S1准备的工业纯铁、硅铁、金属铬、电解镍、电解铜分批加入至所述中频炉中进行熔化；
S3：预脱氧：在中频炉中加入硅钙块、铝块进行预脱氧，并将铌铁、氮化铬铁以及锰加入至中频炉中；
S4：精炼：将中频炉化清后铺设还原渣，控制精炼温度为1540-1560℃，对原料进行精炼；
S5：制备电渣锭：加入硅钙粉对S4精炼得到的原料进行扩散脱氧，扩散脱氧后控制液相线温度为1420-1450℃，保持出钢温度为1580～1620℃将钢水溶液进行真空电弧重熔精炼或电渣重熔精炼得到感应电极；
S6：电渣锭重熔：将步骤S5获得的感应电极进行电渣重熔得到电渣锭，重熔后对产物进行退火得到钢锭；
S7：将钢锭进行至少一次的锻造处理，制成锻坯，将锻坯进行至少一次的热轧后进行固溶处理以及时效处理，退火后得到630不锈钢板材。
作为优选的方案：所述步骤S2中，底渣的原料包括萤石与石灰，且以质量配比计，所述萤石与石灰的配比为1:4；所述步骤S4中，还原渣的原料包括氟化钙和氧化钙，且以质量配比计，所述氟化钙和氧化钙的配比为(20-30)：(70-80)。
作为优选的方案：所述步骤S5中，硅钙粉分多次加入，且加入的次数为9次，每次间隔时间为5分钟；且所述步骤S5中，还包括加入脱氧剂的步骤，所述的脱氧剂为铝石灰、铝块或结晶硅中的一种或多种。
作为优选的方案：所述步骤S5中，所述感应锭是直径为φ350mm的坯料；所述步骤S6中，所述电渣锭是直径为φ460mm的坯料。
作为优选的方案：所述步骤S6中，退火的步骤具体包括以下步骤：
S611：将电渣锭置于400℃中保温2-3h；
S612：控制升温速度在小于等于80℃/h的条件下升温至890-910℃，保温4-5h；
S613：控制降温速度在小于等于30℃/h的条件下降温至590-610℃，保温110-130h；
S614：降电渣锭自然冷却至温度小于等于300℃，出炉。
作为优选的方案：所述步骤S7中，所述固溶处理具体包括以下步骤：
S711：控制升温速度在小于等于100℃/h的条件下将锻坯随炉升温至790-810℃，保温1-2h；
S712：控制升温速度在小于等于150℃/h的条件下将随炉升温至1030-1050℃，待锻坯升至1030-1050℃后保温1-2h；
S713：将锻坯出炉，并水冷处理；
所述时效处理具体包括以下步骤：
S721：控制升温速度在小于等于100℃/h的条件下将锻坯随炉升温至290-310℃，保温1-2h；
S722：控制升温速度在小于等于150℃/h的条件下将随炉升温至570-590℃，保温4-5h；
S723：将锻坯出炉，并空冷处理。
作为优选的方案：所述步骤S7中，所述固溶处理以及时效处理后还包括将锻坯校平的操作，且所述锻坯的平面度小于8mm/m。
作为优选的方案：所述步骤S7中，所述锻造处理采用至少一次镦粗多火次拔长成型的变形工艺，且所述锻造处理的次数为2次，第1次锻造处理中，每火次开锻的温度≥1050℃，停锻的温度≥900℃；第2次锻造处理中，每火次开锻的温度≥1110℃，停锻的温度≥900℃。
本发明不同于传统的中频炉+AOD炉工艺，仅运用中频炉作为第一道初炼设备。通过对不锈钢原料的控制配比，以及具体的工艺处理，运用合理的炼钢工艺再结合与锭型相适配的电渣重熔工艺，在成份设计上优化铬、镍、氮、铜等主元素的配入点从而控制基体铁素体的含量小于2％。在优化合金成分的基础上通过中频+气氛保护电渣冶炼以及扩氢退火工艺生产出低氢低偏析高纯的630铸锭，锻造开坯加热工艺上设置一段均匀化加热温度然后再降温至正常锻造保温温度，从而进一步减少铸锭偏析的程度，降低高温铁素体形成的概率。再通过换向轧制工艺减少板材纵横向性能差异从而实现630板材优异的综合性能，最终制备获得的630不锈钢板材力学性能优秀，本发明对炼钢装备需求简单，仅需要中频感应炉加电渣重熔炉而无需AOD炉和VD炉，且制备方法简单，在中小企业具有较高的推广价值。
附图说明
图1为本发明的电渣锭退火曲线图；
图2为本发明的电渣锭锻造加热工艺图；
图3为本发明的锻坯退火曲线图；
图4为本发明的工件固溶曲线图；
图5为本发明的工件时效曲线图；
图6为本发明的工件取样图位置示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。下面实施例重未注明具体条件的试验方法，按常规方式和条件，按照商品说明书选择。本发明中，未具体标注长度单位的默认为毫米为单位。
本发明下列实施例运用的检测设备有SPECTROMAX直读光谱仪、LECO氮氢氧分析仪、英之诚碳硫分析仪、带低温槽的SANS摆锤冲击试验机和带环境箱的SANS电子万能拉伸机、带ZEISS镜头的Leica光学显微镜、蔡康光学洛氏硬度计。
实施例1
一种630不锈钢板材，所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.03％、Cr：15.00％、Ni：3.00％、Nb：0.10％、Cu：3.00％、N：0.02％、Al：0.01％，余量为铁以及不可避免的杂质。
所述630不锈钢板材的制备方法包括以下步骤：
S1:精选工业纯铁、硅铁、金属铬、铌铁(FeNb-50以上)、电解镍、金属Mn、电解铜、氮化铬铁作为原料，将原料分批装入炉中进行熔炼，
S2：铺设20％萤石+80％石灰作为底渣，用量为20±2kg，及早盖渣，减少吸气，扣除金属Mn、铌铁、氮化铬铁，其余原料在溶化期分批加入:；
S3：预脱氧加SiCa块2kg，Al块1kg，加锰(按0.4％加入)、铌铁以及氮化铬铁；
S4：将中频炉化清，化清毕扒底渣造新还原渣，还原渣CaF20～30％，CaO70～80％，精炼期视渣成色多次换渣，精炼温度设定为1540～1560℃；
采用Si-Ca粉扩散脱氧，用量为18kg，分9批进行，并且均分为2kg/批，每批间隔时间为5分钟，期间视渣情况及时更换新渣后继续脱氧，注意保证脱氧质量。可隔批加入铝石灰，每批重量≤500g。可用铝块和结晶硅进行沉淀脱氧，白渣时间必须大于40分钟；根据分析报告，可以按照按配入点调整成份进内控范围。
S5：根据Si含量用Si-Ca粉、萤石和少量铝石灰调节渣子流动性准备出钢，控制钢种的液相线温度为1430℃；底注出钢温度：1580～1620℃进行出钢，将钢水溶液进行真空电弧重熔精炼或电渣重熔精炼浇铸得到φ350mm的感应锭，对冷却后的感应锭进行表面研磨至金属色，切割尾部同钢引锭板，并用压缩空气吹净缩孔内残渣，水气，随后经200℃×4小时的预热，辅助电极焊接在缩孔端，检测焊缝质量合格后待用；
S6：电渣锭重熔：将步骤S5获得的φ350mm的感应锭进行电渣重熔得到Φ460mm的电渣锭，采用石墨电极起弧，待液态渣池形成后转金属电极进行重熔，采用CaF2:Al2O3:MgO65:30:5渣系，渣量70Kg,预熔渣经800℃×4小时后使用。重熔期间全程充氩流量保持在30L/min分钟。重熔的电制度配方如下表所示。
Figure BDA0003291210600000061
Figure BDA0003291210600000071
重熔结束后，模冷1小时后对处理的电渣锭进行热装去应力退火加扩氢退火。扩氢效率取决于基体组织，尺寸效应和环境温度。选取600℃作为扩氢温度是因为该温度下材料为体心立方结构，氢的溶解度低，且扩散速度相对较大。工艺如图1所示。
钢锭的开坯采用六吨自由锻，电渣锭经表面处理后在室氏炉内进行锻造加热。电渣锭加热工艺如图2所示。
S7：将Φ460mm电渣钢锭开坯采用至少一次的镦粗多火次拔长成型的变形工艺，且控制每火次开锻温度≥1050℃，停锻温度≥900℃。在每火结束的时候进行倒棱处理，控制最后一火的变形量≧20％，具体的工艺如下(采用三火，可以根据实际的需求增多或减少)：
1.1第一火：出炉四面轻滚锭身，竖起镦粗，高度镦下至少原高度1/3，收平四边至400方，然后展宽至700(宽)*300(厚)，倒大棱；
1.2第二火：继续下压镦粗并展宽至800；拔长至800(宽)*150～160(厚)；
1.3第三火：继续拔长至100(厚)*800(宽)，收边倒角。
对锻造完的轧坯进行热装去应力退火，可采用沙冷作为临时的处理方式，沙冷完3天内必须完成后续工序。去应力退火工艺按图3所示。
将切头尾后100*800*L的热轧坯料在25米滚底炉中进行加热，其中加热段、均热段、保温段、出炉段各6米。其中保温段要求料温达到1160～1180℃要求后停留至少30min/25mm。根据以上要求调节滚速，保证保温段停留2小时,总加热时间≥3.5小时。
控制轧制目标尺寸
Figure BDA0003291210600000072
开轧温度≥1050℃，终轧温度≥850℃。
根据来料规格采用二火轧制(60mm厚以下采用一火轧制)。第一火采用7道次轧至40mm×1800mm×L1,第二火轧制可视第一火坯料情况，若中间坯外观尺寸情况较好，可直接热料装炉进行二火加热轧制。若需修磨表面则采用冷装炉形式。第二火采用5道次轧至14.5mm×1800mm×L2。单每道次延伸率控制在1.1～1.3，每道次压下量6～8mm。
对处理后的轧板进行在线热校平，避风空冷，随后做品质热处理。板材的固溶在隧道炉内进行，应接外热电偶采用料温控制，装料时单张板放置不叠加。板材固溶完后再冷床上进行在线喷淋，随后校平。固溶和时效工艺分别见图4和图5。
控制每段热处理完成后都要进行板材的校平，固溶热处理应在板材经喷淋冷却后及时进行校平，时效处理完成后板材应空冷至200～300℃进行热校平，平面度要求≤8mm/m，得到630不锈钢板材。
实施例2
630不锈钢板材，所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.07％、Mn：1.000％、P：0.04％、S：0.03％、Si：1.00％、Cr：17.50％、Ni：5.00％、Nb：0.50％、Cu：5.00％、N：0.06％、Al：0.06％，余量为铁以及不可避免的杂质。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种630不锈钢板材，所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.05％、Mn：0.50％、Si：0.50％、Cr：15.80％、Ni：4.30％、Nb：0.30％、Cu：3.40％、N：0.04％、Al：0.02％，余量为铁以及不可避免的杂质。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种630不锈钢板材，所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.05％、Mn：0.53％、Si：0.50％、Cr：15.80％、Ni：4.30％、Nb：0.30％、Cu：3.40％、N：0.04％、Al：0.01％，余量为铁以及不可避免的杂质。
制备方法同实施例1：
对实施例4的630不锈钢板材进行测试，具体的测试方法和结果如下：
通过中频感应测试板材实际的成分以及放入原料的成分，具体数据如下表所示：
元素 C Mn P S Si Cr Ni
配入％ 0.050 0.53 / / 0.50 15.80 4.30
实测％ 0.052 0.48 0.016 0.008 0.54 15.74 4.32
元素 N Al Fe Ta Nb Cu
配入％ 0.040 0.01 余 / 0.30 3.40
实测％ 0.038 0.018 余 0.01 0.32 3.35
将实施例4的板材经剥皮后进行电渣重熔，稳态熔速稳定在7kg/min波动，熔炼过程稳定，电渣电极成份见下表。
元素 C Mn P S Si Cr Ni
实测％ 0.051 0.49 0.014 0.005 0.52 15.65 4.28
变化率％ -1 +2 -12.5 -37.5 -3.7 -0.6 -0.9
元素 N Al Fe Ta Nb Cu
实测％ 0.038 0.020 余 0.01 0.33 3.30
变化率％ 0 +11 / 0 -3 -1.5
变化率＝100％*(电渣成份-感应成份)/感应成份
对实施例4的板材进行取样测试强度、韧性等性能，在热处理校平完成后对工件进行本体取样，取样采用线切割的方式，取样位置参照GB/T2975，取自工件具有代表性的位置即1/4W处，试样加工有效区域应距离热处理表面至少25mm，取样位置如图6所示，测试的项目及标准如下表所示：
Figure BDA0003291210600000091
Figure BDA0003291210600000101
测试的力学性能如下表所示：
Figure BDA0003291210600000102
通过对实施例力学性能以及实际成分的测试，说明了通过本发明的原料配比以及制备方法制备所获得的630不锈钢板材的综合力学性能都较好，且实测的合金配比与配入的误差较小，同样说明了本发明方法的准确性以及高效性，本发明在优化成分的基础上通过中频+电渣冶炼和扩氢退火工艺生产出低氢低偏析高纯的630铸锭，再通过轧制工艺实现630板材优异的综合性能极好，具有较高的商业推广价值。
以上就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，凡在本发明独立要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种630不锈钢板材，其特征在于：所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.03-0.07％、Mn：0-1.000％、P：0-0.04％、S：0-0.03％、Si：0-1.00％、Cr：15.00-17.50％、Ni：3.00-5.00％、Nb：0.10-0.50％、Cu：3.00-5.00％、N：0.02-0.06％、Al：0.01-0.06％，余量为铁以及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的630不锈钢板材，其特征在于：所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.04-0.06％、Mn：0.40-0.60％、P：0-0.025％、S：0-0.01％、Si：0.40-0.60％、Cr：15.60-16.00％、Ni：4.00-4.60％、Nb：0.15-0.45％、Cu：3.20-3.60％、N：0.03-0.05％、Al：0.01-0.05％，余量为铁以及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的630不锈钢板材，其特征在于：所述630不锈钢板材包括以下质量份数计的原料：C：0.05％、Mn：0.50％、Si：0.50％、Cr：15.80％、Ni：4.30％、Nb：0.30％、Cu：3.40％、N：0.04％、Al：0.02％，余量为铁以及不可避免的杂质。
4.一种用于制备权利要求1-3任一项所述630不锈钢板材的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：准备原料：按配比准备工业纯铁、硅铁、金属铬、铌铁、电解镍、锰、电解铜、氮化铬铁作为630不锈钢板材的原料备用；
S2：熔化原料：在中频炉中铺设底渣，将步骤S1准备的工业纯铁、硅铁、金属铬、电解镍、电解铜分批加入至所述中频炉中进行熔化；
S3：预脱氧：在中频炉中加入硅钙块、铝块进行预脱氧，并将铌铁、锰加入至中频炉中；
S4：精炼：将中频炉化清后铺设还原渣，控制精炼温度为1540-1560℃，对原料进行精炼；取炉前样进行全分析，待深度脱氧后加入氮化铬铁并调整其余元素；
S5：制备电渣锭：加入硅钙粉对S4精炼得到的原料进行扩散脱氧，扩散脱氧后控制液相线温度为1420-1450℃，保持出钢温度为1580～1620℃将钢水溶液进行真空浇注得到感应电极；
S6：电渣锭重熔：将步骤S5获得的感应电极进行电渣重熔得到电渣锭，重熔后对产物进行退火得到钢锭；
S7：将钢锭进行至少一次的锻造处理，制成锻坯，将锻坯进行至少一次的热轧后进行固溶处理以及时效处理，退火后得到630不锈钢板材。
5.根据权利要求4所述630不锈钢板材的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，底渣的原料包括萤石与石灰，且以质量配比计，所述萤石与石灰的配比为1:4；所述步骤S4中，还原渣的原料包括氟化钙和氧化钙，且以质量配比计，所述氟化钙和氧化钙的配比为(20-30)：(70-80)。
6.根据权利要求4所述630不锈钢板材的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中，硅钙粉分多次加入，且加入的次数为9次，每次间隔时间为5分钟；且所述步骤S5中，还包括加入脱氧剂的步骤，所述的脱氧剂为铝石灰、铝块或结晶硅中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述630不锈钢板材的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述感应电极是直径为φ350mm的坯料；所述步骤S6中，所述电渣锭是直径为φ460mm的坯料。
8.根据权利要求4所述630不锈钢板材的制备方法，其特征在于：所述步骤S6中，退火的步骤具体包括以下步骤：
S611：将电渣锭置于400℃中保温2-3h；
S612：控制升温速度在小于等于80℃/h的条件下升温至890-910℃，保温4-5h；
S613：控制降温速度在小于等于30℃/h的条件下降温至590-610℃，保温110-130h；
S614：降电渣锭自然冷却至温度小于等于300℃，出炉。
9.根据权利要求4所述630不锈钢板材的制备方法，其特征在于：所述步骤S7中，所述固溶处理具体包括以下步骤：
S711：控制升温速度在小于等于100℃/h的条件下将锻坯随炉升温至790-810℃，保温1-2h；
S712：控制升温速度在小于等于150℃/h的条件下将随炉升温至1030-1050℃，待锻坯升至1030-1050℃后保温1-2h；
S713：将锻坯出炉，并水冷处理；
所述时效处理具体包括以下步骤：
S721：控制升温速度在小于等于100℃/h的条件下将锻坯随炉升温至290-310℃，保温1-2h；
S722：控制升温速度在小于等于150℃/h的条件下将随炉升温至570-590℃，保温4-5h；
S723：将锻坯出炉，并空冷处理。
10.根据权利要求4所述630不锈钢板材的制备方法，其特征在于：所述步骤S7中，所述锻造处理采用至少一次镦粗多火次拔长成型的变形工艺，且所述锻造处理的次数为2次，第1次锻造处理中，每火次开锻的温度大于等于1050℃，停锻的温度大于等于900℃；第2次锻造处理中，每火次开锻的温度大于等于1110℃，停锻的温度大于等于900℃；所述步骤S7中，所述固溶处理以及时效处理后还包括将锻坯校平的操作，且所述锻坯的平面度小于8mm/m。
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