CN100535167C

CN100535167C - 一种高韧性无镍铁素体不锈钢的制造方法

Info

Publication number: CN100535167C
Application number: CNB2006101174449A
Authority: CN
Inventors: 戚国平
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2026-10-23
Also published as: CN101168822A

Abstract

一种高韧性无镍铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：C 0.03～0.08、Si≤1.0、Mn≤1.0、S≤0.030、P≤0.035、Cr 16～20、N 0.01～0.03、[O_T]≤0.0050、稀土RE 0.02～0.1、余量为Fe和不可避免杂质。其制造方法为：1)冶炼和铸造，严格控制稀土金属加入后和浇钢之间的时间为≤25秒；浇铸温度控制在1550±15℃；2)铸锭或铸坯开坯，铸锭或铸坯可采用锻造开坯或连铸连轧，铸锭或铸坯的加热温度为1150±10℃，终锻温度不低于900℃，水冷。3)钢材轧制，加热温度为1160±10℃，开轧温度控制在1100～1150℃，终轧温度控制在≤800℃，空冷；4)热处理。本发明可明显延长低温条件下的使用寿命，相对超低碳、氮和含镍的铁素体不锈钢而言性价比高。

Description

一种高韧性无镍铁素体不锈钢的制造方法

技术领域

本发明属于合金钢领域，主要涉及高韧性无镍铁素体不锈钢的制造方法。

背景技术

铁素体不锈钢由于不含或含有少量的贵重金属镍，故相对于镍含量较高的奥氏体不锈钢而言，合金成本低，再加上其本身固有的一些特点如耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等局部腐蚀性能优良，目前已广泛应用于民用和工业上。

但是，其也存在一些缺点和不足，如室温、低温韧性差等，突出表现在Cr＞16％的铁素体不锈钢上，影响了中、高铬铁素体不锈钢的扩大应用。

在中铬铁素体不锈钢中，用量最大的牌号是不含镍的SUS430铁素体不锈钢；一般用于制作家用电器、化工设备用酸槽、输送管道等部件。但由于其碳、氮含量较高，在铁素体中的溶解度非常低，因此难以防止碳、氮化合物的析出，导致钢的韧性差(室温、低温韧性)，易脆断，且钢材使用厚度受限制，一般不允许超过4mm，造成部件在低温条件下使用寿命短，不能满足气候寒冷的地区用于化工设备用酸槽、输送管道等要求。

目前，提高铁素体不锈钢韧性(室温、低温韧性)，扩大厚度使用范围，延长产品使用寿命的方法，通常采用最大限度地降低碳、氮等间隙元素，或者在控制钢中C+N总量的同时，添加适量的镍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高韧性无镍铁素体不锈钢的制造方法，可明显延长低温条件下的使用寿命，相对超低碳、氮和含镍的铁素体不锈钢而言性价比高。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种高韧性无镍铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：

C 0.03～0.08

Si ≤1.0

Mn ≤1.0

S ≤0.030

P ≤0.035

Cr 16～20

N 0.01～0.03

[O_T]≤0.0050

稀土RE 0.02～0.1

余量为Fe和不可避免杂质。

在上述化学成份中，铬是使铁素体不锈钢具有铁素体组织并具有良好耐腐蚀性的合金元素。铁素体不锈钢在氧化性介质中，铬能使不锈钢的表面上迅速生成氧化铬(Cr₂O₃)的钝化膜。铁素体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得是由于在介质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。铬对铁素体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性。主要表现在铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能；铬还提高钢耐局部腐蚀，比如晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀以及某些条件下应力腐蚀的性能。本发明属于中铬级别铁素体不锈钢，铬保持在16～20％。

碳和氮，在铁素体不锈钢中是不受欢迎的，但又没有办法完全避免。铁素体中碳和氮，除了能使钢强化外，铁素体不锈钢的所有缺点，例如，脆性转变温度高，室温、低温韧性差，焊后耐蚀性下降等都与钢中的碳、氮有关，碳和氮之所以没有办法完全避免是因为大气中含有很高的氮，且炼钢用原材料铬、废钢等中也含有碳，在冶炼过程中虽然能够去除部分和大部分碳和氮，但若要完全去除则是非常困难的，且钢中碳、氮越低，铁素体不锈钢成本越高，综合考虑，控制(C+N)≤0.06～0.08％。

除了碳、氮外，含稀土铁素体不锈钢中氧含量，不仅对韧性有影响，且使钢的脆性转变温度升高。更重要的是为了有效发挥稀土元素的作用，氧含量严格要求控制在[O_T]≤0.005％。如[O_T]大于0.005％，则相应稀土加入量增加；同时会引起钢中夹杂物总量增加，影响钢的洁净度，导致韧性下降。

本发明添加的稀土RE合金量控制在0.02～0.1％的范围，可获得具有良好室温、低温冲击韧性的无镍含稀土铁素体不锈钢。在铁素体不锈钢中，微量稀土元素通过大量吸附碳原子，使铁素体不锈钢析出碳化物的总量减少，同时通过变质夹杂物，使裂纹源区的断口形貌发生了变化，从而提高钢的冲击韧性。如在[O_T]控制≤0.005％、硫控制≤0.030％条件下，过多的加入稀土，会与钢的基体发生反应，形成铁铈脆性相，同时会引起钢中夹杂物总量增加，影响钢的洁净度，导致韧性下降。

本发明高韧性无镍铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤，

1)冶炼和铸造，无镍铁素体不锈钢的成分质量百分比为C 0.03～0.08、Si≤1.0、Mn≤1.0、S≤0.030、P≤0.03 5、Cr 16～20、N 0.01～0.03、[O_T]≤0.0050、稀土RE 0.02～0.1、余量为Fe和不可避免杂质；在冶炼中控制加入稀土金属前钢液的全氧含量≤50ppm，并在出钢浇铸前加入稀土金属，即稀土金属加入后立即浇铸，控制稀土金属加入后和浇铸之间的时间为≤25秒，即稀土金属加入钢液中的加入和搅拌时间，要求控制在≤25秒；浇铸温度控制在1550±15℃；

2)铸锭或铸坯开坯，铸锭或铸坯可采用锻造开坯或连铸连轧，采用锻造开坯时，铸锭或铸坯的加热温度为1150±10℃，终锻温度不低于900℃，水冷；

3)钢材轧制，铸锭或铸坯开坯后根据用户要求的钢材规格，进行钢材轧制，钢材坯料的加热温度为1160±10℃，开轧温度控制在1100～1150℃，终轧温度控制在≤800℃，空冷；

4)热轧制后，进行热处理：770±10℃，保温30分钟，水冷。

又，本发明步骤1)中冶炼采用在真空感应炉、电弧炉+炉外精炼，转炉+炉外精炼中任一种冶炼工艺。

步骤1)采用大生产转炉-炉外精炼-连铸、电炉-炉外精炼-连铸工艺中任一种工艺。

本发明的有益效果

稀土是我国的富有资源，在铁素体不锈钢中添加微量的稀土元素，提供一种高韧性无镍铁素体不锈钢，用于制作化工设备用输送管道、储槽、酸槽等。

本发明无镍、中铬级别含稀土铁素体不锈钢综合性能良好，与原有技术相比，冲击韧性明显优于SUS430：V型冲击试验温度分别为：-20℃，0℃，20℃时，摆捶能量为150J，试样规格为10*10*55mm，缺口深为2.00mm。-20℃时，本发明冲击韧性值为15-50J/cm²，而原有技术是11-13J/cm²；0℃时，本发明冲击韧性值为25-75J/cm²，而原有技术是17-20J/cm²；20℃时，本发明冲击韧性值为32-130J/cm²，而原有技术是25-28J/cm²。

本发明可用于制作化工设备用输送管道、储槽、酸槽等部件，大大提高了低温条件下的使用寿命和安全性。

具体实施方式

实施例参见表1、表2。根据本发明所述的无镍型含稀土铁素体不锈钢的化学成分，在真空感应炉上冶炼，其化学成分(wt％)分别如表1、2所示。冶炼后，浇铸成铸锭，接着按其制备方法的工艺步骤，进行了铸锭开坯和钢材轧制和热处理。有关冶炼、铸锭和钢材轧制的有关参数如表3所示。随后，对产品钢材取样，分别进行了拉伸试验、室温和低温冲击韧性试验，所得结果分别列入表4、表5。

由表4看出，强度、延伸率与SUS430相当，由表5看出，冲击韧性(室温、低温)明显优于SUS430。

表1实施例钢种的化学成份(wt％)

实施例	C	Si	Mn	Cr	P	S	N	RE	Fe
实施例	C	Si	Mn	Cr	P	S	N	RE	Fe	1	0.035	0.28	0.49	16.60	0.018	0.0019	0.0151	0.032	余量
2	0.041	0.24	0.55	16.60	0.018	0.0019	0.0137	0.024	余量	1	0.035	0.28	0.49	16.60	0.018	0.0019	0.0151	0.032	余量
2	0.041	0.24	0.55	16.60	0.018	0.0019	0.0137	0.024	余量	3	0.042	0.24	0.56	16.80	0.020	0.0017	0.0137	0.044	余量
4	0.060	0.46	0.43	16.46	0.021	0.0018	0.0154	0.067	余量	3	0.042	0.24	0.56	16.80	0.020	0.0017	0.0137	0.044	余量
4	0.060	0.46	0.43	16.46	0.021	0.0018	0.0154	0.067	余量	5	0.064	0.40	0.42	16.44	0.021	0.0019	0.0149	0.072	余量
6	0.060	0.44	0.45	16.46	0.021	0.0024	0.0153	0.095	余量	5	0.064	0.40	0.42	16.44	0.021	0.0019	0.0149	0.072	余量

7	0.054	0.61	0.65	18.40	0.028	0.006	0.0215	0.063	余量
7	0.054	0.61	0.65	18.40	0.028	0.006	0.0215	0.063	余量	8	0.072	0.75	0.79	19.62	0.032	0.023	0.0262	0.081	余量
9	0.055	0.91	0.92	17.65	0.026	0.008	0.0198	0.075	余量	8	0.072	0.75	0.79	19.62	0.032	0.023	0.0262	0.081	余量

表3实施例制备过程的有关参数

表4实施例力学性能试验结果

实施例	屈服强度σ<sub>0.2</sub>(MPa)	抗拉强度σ<sub>b</sub>(MPa)	延伸率A(％)
实施例	屈服强度σ<sub>0.2</sub>(MPa)	抗拉强度σ<sub>b</sub>(MPa)	延伸率A(％)	1	275	445	30
2	300	455	32	1	275	445	30
2	300	455	32	3	265	460	31
4	280	479	34	3	265	460	31
4	280	479	34	5	278	477	33
6	279	475	33	5	278	477	33

表5实施例冲击韧性试验结果

实施例	αk常温J/cm2	αk0℃J/cm2	αk-20℃J/cm2
实施例	αk常温J/cm2	αk0℃J/cm2	αk-20℃J/cm2	1	32	25	15
2	110	55	30	1	32	25	15
2	110	55	30	3	130	75	50
4	125	63	40	3	130	75	50
4	125	63	40	5	75	40	32
6	54	35	20	5	75	40	32

Claims

1.一种高韧性无镍铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤，

1)冶炼和铸造，无镍铁素体不锈钢的成分质量百分比为C 0.03～0.08、Si≤1.0、Mn≤1.0、S≤0.030、P≤0.035、Cr 16～20、N 0.01～0.03、[O_T]≤0.0050、稀土RE 0.02～0.1、余量为Fe和不可避免杂质；

在冶炼中控制加入稀土金属前钢液的全氧含量≤50ppm，并在出钢浇铸前加入稀土金属，即稀土金属加入后立即浇铸，控制稀土金属加入后和浇铸之间的时间为≤25秒，即稀土金属加入钢液中的加入和搅拌时间，要求控制在≤25秒；浇铸温度控制在1550±15℃；

4)热轧制后，进行热处理：770±10℃，保温25～30分钟，水冷。

2.如权利要求1所述的高韧性无镍铁素体不锈钢的制造方法，其特征是，冶炼采用在真空感应炉、电弧炉+炉外精炼，转炉+炉外精炼中任一种冶炼工艺。

3.如权利要求1所述的高韧性无镍铁素体不锈钢的制造方法，其特征是，步骤1)采用大生产转炉-炉外精炼-连铸、电炉-炉外精炼-连铸工艺中任一种工艺。