CN115786804B - 一种低Cr系软磁不锈钢及其组织的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低Cr系软磁不锈钢及其组织的控制方法，所述低铬系不锈钢的含铬量为10～15.5％，所述控制方法包括如下步骤：S1、将钢胚在900～1050℃下热轧，并冷却，获得包括铁素体和马氏体的细晶组织；S2、将步骤S1获得的钢坯于900～1000℃下保温处理2～5h，经至少15h缓冷至550～650℃后冷却；S3、将步骤S2获得的钢坯于700～800℃下保温处理2～5h后冷却，得到纯铁素体不锈钢。本发明通过特殊的热轧工艺，将钢坯热轧为以铁素体为基体，马氏体均匀分布于晶界处的细晶组织。然后通过高温缓冷退火，使得双相组织完全转变为单相铁素体组织，提升磁性；再进行去应力退火，去除组织应力，均匀组织，磁性再次提升。
Description
技术领域
本发明涉及软磁铁素体，具体地，涉及一种低Cr系软磁不锈钢及其组织的控制方法。
背景技术
软磁材料具有低矫顽力、且易磁化和去磁的特点，因此被广泛用在无线电、计算机、家用电器、电机工程和通讯等领域。软磁铁素体不锈钢对于许多机电装置的使用很关键，必须为这些装置提供最佳的磁性，才能保证正确的输出信号和响应时间。
该种材料除了需要确保优异的软磁性能，通常还需要具备优异的耐蚀性能。过去常通过采用含铬量高的材料，以确保耐腐蚀性能，这类钢种成分设计上为纯铁素体组织，热轧后只需进行去应力缓冷退火，即可获得优异磁性。宋全明在《ChromeCore_系列耐蚀软磁合金的开发及应用》一文中指出，铬含量越高，饱和磁感应强度越低，可见，铬含量与软磁性能具有一定的负相关性。为了获得优异的软磁性能和耐蚀性能的软磁不锈钢，目前常用的方法是采用低铬系原料确保软磁性能，再额外添加额外成分例如钛、铌等，钛和铌与碳结合生成碳化钛、碳化铌，碳化钛、碳化铌提升了材料的耐蚀性，可碳化钛、碳化铌的生成减少了材料中的碳单质含量，进而提升材料的软磁性能。例如40920不锈钢，其组分含量为：C0.014％、Si 0.59％、Mn 0.5％、P0.023％、S 0.001％、Cr 10.82％、Ni 0.27％、Mo 0.04％、N 0.006％、Ti0.163％，该不锈钢通过钛来提高耐蚀性和软磁性能。再如申请公布号为CN114836684A的专利，该专利成分设计采用添加Ti元素来优先于Cr元素与C、N元素结合，避免局部贫铬，提高材料耐蚀性；申请公布号为CN114606440A的专利，公开了一种高性能软磁不锈钢及其制备方法，该专利通过添加Mo、Nb、Re元素，不锈钢的耐蚀性得到提升，盐雾试验48小时不生锈。以上材料在软磁不锈钢的制备工艺中，通常在热轧时即形成纯铁素体组织，这对前期料坯的炼制要求非常高，导致不良率高，而且轧制过程中容易产生马氏体组织，则无法获得优异的软磁性能。
发明内容
针对上述热轧后获得非纯铁素体组织的不锈钢软磁性能差的问题，本发明提供了一种低Cr系软磁不锈钢及其组织的控制方法，该控制方法通过热轧工艺和热处理的配合处理，促使双相组织转变为纯铁素体组织，以获得优异的软磁性能。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，所述低铬系不锈钢的含铬量为10～15.5％，所述控制方法包括如下步骤：
S1、将钢胚在900～1050℃下热轧，并冷却，获得包括铁素体和马氏体的细晶组织；
一般轧制温度为1100～1250℃，该轧制温度下获得的组织晶粒通常混晶严重，除了在晶界处存在马氏体且在铁素体晶粒内部也有小块状马氏体，无法通过转相获得纯铁素体，本发明在900～1050℃下进行热轧，可以获得晶粒均匀的细晶组织，且马氏体组织均匀分布于晶界处，该种组织在后续退火处理中可以转变为纯铁素体，进而确保不锈钢的软磁性能；
S2、将步骤S1获得的钢坯于900～1000℃下保温处理2～5h，经至少15h缓冷至550～650℃后冷却；
常规的磁性退火温度在900℃以下，该温度无法实现双相组织到单相组织的转变，因此本发明采用900～1000℃退火温度，温度不可过高，否则会导致晶粒变大，不利于组织转变，冷却时间不得低于15小时，否则会导致转变不完全；
S3、将步骤S2获得的钢坯于700～800℃下保温处理2～5h后冷却，得到纯铁素体不锈钢；
经过步骤S2，马氏体已转变为铁素体组织，此时磁性有所提升，但仍有少量残余奥氏体(退火过程中马氏体先转变为奥氏体后再转变为铁素体)及组织应力，故需要再进行磁性退火处理，二次磁性退火后，磁性进一步提升，获得较高的磁导率及磁感应强度，较低的矫顽力。二次磁性退火温度不可高于800℃，因为会重新奥氏体化，冷却时重新产生马氏体，而低于700℃时，应力去除不完全，无法提升磁性。
本发明通过特殊的热轧工艺，将钢坯热轧为以铁素体为基体，马氏体均匀分布于晶界处的细晶组织。然后通过高温缓冷退火，使得双相组织完全转变为单相铁素体组织，提升磁性；再进行去应力退火，去除组织应力，均匀组织，磁性再次提升，进而确保软磁性能优异。
优选地，步骤S1中，所述热轧的温度为950℃。
具体地，步骤S1中，所述细晶的晶粒度≥5级，且晶粒大小差值≤2级，该种组织在后续退火处理中更容易转变为纯铁素体。
优选地，步骤S2中，保温温度为950℃。
优选地，步骤S2中，钢坯保温处理后经15～20h缓冷至600℃后冷却。
优选地，步骤S3中，保温温度为780℃。
优选地，步骤S1中，冷却方式为空冷；和/或
步骤S2中，冷却方式为空冷；和/或
步骤S3中，冷却方式为空冷。
优选地，所述低铬系不锈钢的含铬量为10.5～12.5％。
优选地，所述低铬系不锈钢还包括以下成分：碳≤0.06％、氮≤0.06％、硅≤2％、锰≤1.5％、镍≤1％、磷≤0.045％、硫≤0.40％。
本发明第二方面提供一种低Cr系软磁不锈钢，该软磁不锈钢由上述的控制方法获得。
通过上述技术方案，本发明实现了以下有益效果：
1、本发明通过将钢坯热轧为包括铁素体和马氏体的双相细晶组织，且马氏体组织均匀分布于晶界处，然后通过一次退火后缓冷和二次退火的方式，使得双相组织完全转变为纯铁素体组织，进而确保软磁性能优异。
2、本发明的工艺对原料的成分设计无特别需求，即使为铁素体+马氏体组织亦可转换，便于软磁钢的生产。
附图说明
图1是本发明实施例1中钢坯热轧后的金相组织图；
图2是本发明实施例1中制得的软磁不锈钢的金相组织图；
图3是本发明对比例1中制得的软磁不锈钢的金相组织图；
图4是本发明对比例2中制得的软磁不锈钢的金相组织图；
图5是本发明对比例3中钢坯热轧后的金相组织图；
图6是本发明对比例3中制得的软磁不锈钢的金相组织图；
图7是本发明对比例6中钢坯热轧后的金相组织图；
图8是本发明对比例6中制得的软磁不锈钢的金相组织图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1
S1、炼制成分碳0.011％、铬12.16％、硅0.88％、镍0.58％、锰0.9％、磷0.028％、硫0.015％、钼0.36％、铜0.085％、氮0.008％、钒0.147％的连铸胚，炼制方式采用三段式炼钢：电炉+转炉+VOD精炼(具体为：使用废钢、合金、石灰等为原料在电炉熔炼成铁水，再转至转炉增加Si进行脱C、O操作，再转至VOD炉吹氧进行脱C、N，并增加所需的金属进行最后的成分调控)，而后进行连铸为150方连钢胚(横截面为150mm*150mm的正方形的连铸胚)；
S2、将步骤S1获得的钢胚采用1050℃保温2h，而后热轧成直棒，其金相组织如图1所示，从图中可以看出，为均匀的细晶组织；
S3、采用箱式炉对步骤S2获得的材料进行完全退火，退火工艺为：1000℃下保温处理3h，经17h缓冷至600℃后再出炉空冷；
S4、再使用连续炉对步骤S3获得的材料进行磁性退火，退火工艺为：780℃下保温2h后空冷，得到的不锈钢组织如图2所示，从图2可以看出，不锈钢组织为纯铁素体组织。
对比例1
其他条件同实施例1，不同点在于省略步骤S4，获得材料组织如图3所示，从图中可以看出，组织已经转变为铁素体组织，且晶粒细小，但磁性不如实施例1。
对比例2
其他条件同实施例1，不同点在于省略步骤S3，获得材料组织如图4所示，从图中可以看出仅仅通过低温磁性退火，无法使组织转变，仍然残留大量的马氏体在晶界处，磁性较差。
对比例3
S1、炼制成分碳0.011％、铬12.16％、硅0.88％、镍0.58％、锰0.9％、磷0.028％、硫0.015％、钼0.36％、铜0.085％、氮0.008％、钒0.147％的连铸胚，炼制方式采用三段式炼钢：电炉+转炉+VOD精炼(同实施例1)，而后进行连铸为150方连钢胚；
S2、将步骤S1获得的钢胚采用1150℃保温2h，而后热轧成直棒，其金相组织如图5所示，从图中可以看出，获得的组织晶粒混晶严重，除了在晶界处存在马氏体且在铁素体晶粒内部也有小块状马氏体；
S3、采用箱式炉对步骤S2获得的材料进行完全退火，退火工艺为：1000℃下保温处理3h，经17h缓冷至600℃后再出炉空冷；
S4、再使用连续炉对步骤S3获得的材料进行磁性退火，退火工艺为：780℃下保温2h后空冷，得到的不锈钢组织如图6所示，从图中可以看出，材料仍为铁素体和马氏体的双相组织，无法获得纯铁素体组织。
对比例4
其他条件同对比例3，不同点在于省略步骤S4。
对比例5
其他条件同对比例3，不同点在于省略步骤S3。
对比例6
S1、炼制成分碳0.011％、铬12.16％、硅0.88％、镍0.58％、锰0.9％、磷0.028％、硫0.015％、钼0.36％、铜0.085％、氮0.008％、钒0.147％的连铸胚，炼制方式采用三段式炼钢：电炉+转炉+VOD精炼(同实施例1)，而后进行连铸为150方连钢胚；
S2、将步骤S1获得的钢胚采用1250℃保温2h，并且控制轧制比＜65％时轧制成直棒，其金相组织如图7所示，从图中可以看出，获得了铁素体和马氏体的双相粗晶组织；
S3、采用箱式炉对步骤S2获得的材料进行完全退火，退火工艺为：1000℃下保温处理3h，经17h缓冷至600℃后再出炉空冷；
S4、再使用连续炉对步骤S3获得的材料进行磁性退火，退火工艺为：780℃下保温2h后空冷，得到的不锈钢组织如图8所示，从图中可以看出，退火后，材料仍为铁素体和马氏体的双相组织，同样无法获得纯铁素体组织。
对比例7
其他条件同对比例6，不同点在于省略步骤S4。
对比例8
其他条件同对比例6，不同点在于省略步骤S3。
实施例2
S1、炼制成分碳0.028％、铬13.8％、硅1.45％、镍0.20％、锰0.15％、磷0.004％、硫0.007％、钼0.214％、铜0.072％、钒0.05％的连铸胚，炼制方式采用三段式炼钢：电炉+转炉+VOD精炼(同实施例1)，而后进行连铸为150方连铸胚；
S2、将步骤S1获得的钢胚采用900℃保温2h，而后热轧成直棒；
S3、采用箱式炉对步骤S2获得的材料进行完全退火，退火工艺为：900℃下保温处理5h，经15h缓冷至650℃后再出炉空冷；
S4、再使用连续炉对步骤S3获得的材料进行磁性退火，退火工艺为：700℃保温5h后空冷。
实施例3
S1、炼制成分碳0.011％、铬11.13％、硅0.38％、镍0.95％、锰0.49％、磷0.021％、硫0.001％、钼0.065％、铜0.10％、氮0.012％、钒0.06％的连铸胚，炼制方式采用三段式炼钢：电炉+转炉+VOD精炼(同实施例1)，而后进行连铸为150方连铸胚；
S2、将步骤S1获得的钢胚采用950℃保温2h，而后热轧成直棒；
S3、采用箱式炉对步骤S2获得的材料进行完全退火，退火工艺为：950℃下保温处理2h，经20h缓冷至550℃后再出炉空冷；
S4、再使用连续炉对步骤S3获得的材料进行磁性退火，退火工艺为：800℃保温2h后空冷。
对上述实施例1-实施例3和对比例1-对比例8获得材料进行磁性测试，测试方法为：棒材加工成直径R14.9mm，长度200-300的研磨棒，使用laboratorio elettrofisico公司的AMH-DC-TB-S型号设备，按照IEC 60404-4标准中的A类磁导计法进行磁性检测，结果如下表所示。
表1磁性测试结果
从上表可以看出：
(1)对比实施例和对比例制得的软磁不锈钢的组织，仅热轧为M+F双相细晶时，才能在退火后获得软磁性能好的纯铁素体组织；
(2)对比实施例和对比例1，仅经过一段式高温缓冷退火，虽然能够获得纯铁素体组织，但是其软磁性能较差，本发明经过高温缓冷+去应力退火，不仅能获得纯铁素体组织，而且软磁性能优异；
(3)对比实施例和对比例2，在热轧为M+F双相细晶后，仅经过一般去应力退火(700～900℃)，不能获得纯铁素体组织，不锈钢的软磁性能较差。
以上结合实施例详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，其特征在于，所述低铬系不锈钢的含铬量为10～15.5％，所述控制方法包括如下步骤：
S1、将钢坯在900～1050℃下热轧，并冷却，获得包括铁素体和马氏体的细晶组织；
S2、将步骤S1获得的钢坯于900～1000℃下保温处理2～5h，经至少15h缓冷至550～650℃后冷却；
S3、将步骤S2获得的钢坯于700～800℃下保温处理2～5h后冷却，得到纯铁素体不锈钢。
2.根据权利要求1所述的低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述热轧的温度为950℃。
3.根据权利要求1所述的低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述细晶的晶粒度≥5级，且晶粒大小差值≤2级。
4.根据权利要求1所述的低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，其特征在于，步骤S2中，保温温度为950℃。
5.根据权利要求1所述的低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，其特征在于，步骤S2中，钢坯保温处理后经15～20h缓冷至600℃后冷却。
6.根据权利要求1所述的低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，其特征在于，步骤S3中，保温温度为780℃。
7.根据权利要求1所述的低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，其特征在于，步骤S1中，冷却方式为空冷；和/或
步骤S2中，冷却方式为空冷；和/或
步骤S3中，冷却方式为空冷。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，其特征在于，所述低铬系不锈钢的含铬量为10.5～12.5％。
9.根据权利要求8所述的低Cr系软磁不锈钢的组织控制方法，其特征在于，所述低铬系不锈钢还包括以下成分：碳≤0.06％、氮≤0.06％、硅≤2％、锰≤1.5％、镍≤1％、磷≤0.045％、硫≤0.4％。
10.一种低Cr系软磁不锈钢，其特征在于，由权利要求1至9中任一项所述的控制方法获得。
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