CN100575527C - 一种薄带连铸奥氏体不锈钢带及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种薄带连铸奥氏体不锈钢带及其制造方法，其成分质量百分比为：C 0.04～0.12，Si 0.2～1，Mn 0.8～2，P≤0.04，S≤0.03，Cr0.017～0.019，Ni 0.08-0.011，Sn 0.005～0.04，余Fe和不可避免杂质。其制造方法为：冶炼，并连铸形成1-5mm厚铸带、卷取；对铸带进行固溶处理，温度1050～1150℃，时间5～8min；酸洗，铸带再进行冷轧，退火，退火温度1050～1100℃，时间为3～8min，再酸洗、冷轧，达到成品厚度。本发明通过对废钢中Sn的利用，减少钢中残余铁素体比例，这样不仅可以减少镍的用量，降低生产成本，同时提高钢的综合性能；另外本发明中，省去了热轧工序，大大降低生产成本，使生产过程简单稳定，易于控制。

Description

一种薄带连铸奥氏体不锈钢带及其制造方法

技术领域

本发明涉及不锈钢的制造方法，特别涉及薄带连铸奥氏体不锈钢带及其制造方法。

背景技术

不锈钢以良好的耐蚀性，耐高温性，高强韧性，外观精美以及优良的加工成型性等特点，被广泛应用于食品机械、卫生设施、厨房、建筑装潢、汽车、化工和电器产品等方面。在不锈钢市场中，不锈钢板材的需求量占80％以上，这其中主要的产品是不锈钢冷轧薄板。

传统的不锈钢带的生产工艺是由连铸，热轧和冷轧工序完成。般传统的连铸工艺中铸坯的厚度是200mm。不锈钢的热轧生产工艺有连续式热轧带钢轧机和现代炉卷轧机两种。这两种生产工艺在粗轧机以前是相同的。钢坯的断面尺寸多为(180-200mm)*(1050-2550)mm。钢坯在步进梁式加热炉加热。出炉钢坯经过高压水除磷后在带有立辊的四辊可逆式粗轧机进行5～7道次往复轧制，轧制到30-50mm，送入精轧机组或炉卷轧机，轧制到成品厚度，完成带钢的热轧生产过程。不锈钢冷轧带钢的生产工艺是主要是在热轧带钢连续退火酸洗机组上进行软化和去除氧化铁皮处理。然后进行冷轧，冷轧后的带钢在冷轧带钢连续退火酸洗机组进行再结晶软化退火和酸洗；成品冷轧带钢经平整机组改善板形，经纵切(钢卷交货)或横切(单张板交货)机组，完成冷轧带钢的生产。

上述是传统的不锈钢带钢的生产工艺。在上个世纪90年代，随着薄板坯连铸连轧技术的发展，不锈钢也可以用薄板坯连铸连轧工艺生产。该工艺与传统工艺相比最大的特点是连铸的铸坯是(50～90mm)，由于铸坯薄，热轧机组不需要粗轧机(若坯厚50mm)，或只需要1台粗轧机轧制一个道次(坯厚70～90mm)。而传统工艺中粗轧机要反复轧几个道次才能将铸坯减薄至需要的规格。另外传统工艺中铸坯要经过冷却后加热再进粗轧机，而薄板坯连铸连轧工艺重铸坯不经冷却直接轧制，因此热轧机组前的加热炉只需要补温。因此该工艺比上述传统工艺大大缩短了流程，降低了能耗。节省了能源。

比薄板坯更先进的连铸技术是薄带连铸技术，它的生产工艺的主要特点就是钢水通过一对内部具有循环冷却作用的结晶辊，经过凝固和轻微轧制后直接浇注出1～5mm厚的铸带，铸带经过一道次在线热轧(或无热轧)可以直接生产出热轧卷，因此薄带连铸连轧工艺可以大大简化生产工艺、缩短生产周期、明显降低能耗和生产成本。与传统工艺和薄板坯连铸连轧工艺相比，薄带连铸的主要特点是凝固速度快，快速凝固后材料的组织和性能发生了很大的改变。因此，对薄带连铸连轧的后续冷轧和热处理轧制的工艺和流程有与传统工艺或薄板坯工艺有很大的不同。因此薄带连铸技术成为近年来各国冶金行业研究开发的热点。

在薄带连铸生产中，由于结晶辊的激冷作用，合金也在远离热力学平衡的条件下凝固，这种非平衡凝固使本来是奥氏体单相的不锈钢成分出现了δ铁素体。这是薄带连铸奥氏体不锈钢的主要问题之一。奥氏体不锈钢中的铁素体将使热加工时裂纹倾向加剧，同时还导致耐点蚀性下降。常用的减少铁素体量的方法是提高Ni/Cr当量比，这样就要增加Ni的量，使成本大大增加。因此如何减少奥氏体不锈钢中的铁素体含量是奥氏体不锈钢薄带连铸工艺中需要解决的问题。

另外，为了提高不锈钢的综合使用性能，传统的工艺包括薄板坯连铸甚至薄带连铸一般都需要热轧，热轧后的组织和性能更加均匀，不仅材料的强度高而且塑性也好。如果能开发出一种生产工艺使薄带连铸不锈钢不经热轧也可以达到不低于传统工艺下铸带的性能，生产成本则大大降低。

发明内容

本发明的目的在于设计一种薄带连铸奥氏体不锈钢带及其制造方法，通过合理的合金成分和工艺设计，利用少量的Sn，减少镍的使用量，并达到降低薄带连铸不锈钢铸带的铁素体含量的目的，同时提高材料的耐点蚀性和机械性能。

本发明涉及的钢种为18-8型Ni-Cr奥氏体不锈钢。

一种薄带连铸奥氏体不锈钢带，其成分质量百分比为：C 0.04～0.12，Si 0.2～1，Mn 0.8～2，P≤0.04，S≤0.03，Cr 0.017～0.019，Ni 0.08-0.011，Sn 0.005～0.04，余量为Fe和不可避免杂质。

本发明的特点之一在于在常规成分上加入Sn。

众所周知，Sn元素被公认为废钢中的有害元素，因为Sn元素偏析严重，即使少量的Sn也会由于偏析在局部大量富集，导致是裂纹等缺陷发生，因此在传统的工艺中Sn元素的含量是被严格控制的。

薄带连铸由于快速凝固的特点，元素在枝晶间的偏析大大减小，因此在薄带连铸这样的工艺条件下，Sn元素的用量范围可以扩大。在保证铸带质量的前提下，加入Sn的主要目的是解决薄带连铸奥氏体不锈钢中析出铁素体的问题。

参见图1，其所示是Sn元素与平均热流密度的关系。由图1可见，当Sn加入量小于0.04％时，对热流密度的影响不大。

图2为Sn含量与表面粗糙度的关系。因为铸带表面的裂纹通常都是在铸带表面凹凸不平的皱褶处产生，用表面粗糙度来表征表面裂纹发生情况。如果粗糙度大，则裂纹发生的概率高。由图2可知，Sn含量增加在快速凝固条件下并没有对铸带的表面质量有不良的影响。

由图1和图2的结果可知，加入Sn没有对铸带的凝固和表面质量产生不良影响。图3是加入Sn元素对铸带铁素体含量的影响。可见，加入Sn可以大大减小奥氏体不锈钢中的铁素体的含量。

本发明涉及到的是一种18-8型Ni-Cr奥氏体不锈钢冷轧板带的制造工艺，具体地，一种薄带连铸奥氏体不锈钢带的制造方法，其包括如下步骤：

1)其成分质量百分比为：C 0.04～0.12，Si 0.2～1，Mn 0.8～2，P≤0.04，S≤0.03，Cr 0.017～0.019，Ni 0.08-0.011，Sn 0.005～0.04，余量为Fe和不可避免杂质；

2)按上述成分冶炼，并连铸形成1～5mm铸带，卷取；

3)对铸带进行固溶处理，固溶处理温度为1050～1150℃，固溶时间5～8min；

4)然后进行酸洗，再进行冷轧，冷轧的压下率大于40％；

5)冷轧后的带钢进行退火，退火温度为1050～1100℃，退火时间为3～8min，再一次酸洗和冷轧，达到成品厚度；

6)冷轧后的带钢进行退火，退火温度为1050～1100℃，退火时间为3～8min，再酸洗、平整、纵切成成品卷。

又，如果成品厚度要求极薄，重复步骤5)一次或多次。

另，步骤2)卷取的温度小于600℃。

本发明采用上述冷轧及热处理工艺的主要目的是提高不锈钢带的耐腐蚀性和综合机械性能。我们知道薄带连铸工艺生产的铸带与常规连铸相比，凝固速度要快的多，这对于生产18-8型Ni-Cr奥氏体不锈钢来说最大的问题是在奥氏体中不可避免地有高温残留的铁素体。奥氏体不锈钢之所以不生锈就是因为是单相组织，如果奥氏体的单相组织中有了铁素体相，不锈钢的耐腐蚀性大大降低。当成分中加了Sn后，铁素体的量大大减少，但不能根本消除。因此必须通过后续的热处理工艺进一步消除铁素体，同时提高钢的耐晶间腐蚀性和综合性能。

本发明中铸带卷取后经过固溶处理，固溶处理温度为1050～1150℃，固溶处理的时间5～8min，然后水淬，其主要目的是使碳化物如Cr23C6溶于奥氏体中，并将此状态保留到室温，这样钢的耐蚀性会有很大改善，防止晶间腐蚀。

固溶处理后的不锈钢经过酸洗后冷轧，然后进行高温退火。这是因为304不锈钢薄带在冷轧的过程中产生形变，由于形变诱导产生奥氏体向马氏体的相变，同时形变导致亚晶和晶粒细化，从而不锈钢薄带的强度与硬度大大提高。当铸带经过大形变量的冷轧变形后造成很大的晶格畸变和位错塞积，而且位错密度很高，导致强度硬度很高，但塑性很差。为了提高材料的塑性，我们在冷轧后增加了高温退火工序，冷轧后的不锈钢薄带高温退火产生回复，位错开始运动，产生攀移会使同号刃型位错垂直于滑移面的方向排列成小角度的亚晶界，形成多边形化，这样就会使位错密度大大降低，而位错密度的降低导致强度、硬度降低，塑性增加，各向异性得到改善。

在本发明中，铸带的卷取的温度小于600℃；固溶处理的温度为1050～1150℃；固溶时间5～8min；退火温度为1050～1100℃；退火时间为3～8min。冷轧的压下率大于40％，铁素体平均含量小于0.3％。

用薄带连铸的铸带不经过热轧工序，成品的σ_s可以大于240Mpa，σm可以大于630Mpa，材料的延伸率大于52％。

本发明与已有技术的区别和改进之处：

美国专利号US5281284公开了一种用薄带连铸工艺生产18-8Cr-Ni不锈钢带的方法，其合金的成分为18-8Cr-Ni不锈钢，其中合金元素Al、Ti、Nb、Zr、La、Ca、Nd中至少两种总和或一种成分达到0.01-1％；或成分中的合金元素Mg，Ca，B至少两种总和或一种成分达到0.001-1％。其生产工艺为：用薄带连铸工艺浇注小于10mm厚的铸带，铸带在100℃/s冷却速度下凝固，并在900-1250℃保持5sec-2min，然后以10℃/s速度冷却到600℃-900℃，并在＜＝600℃卷取。生产的铸带卷在高于850℃的温度下退火，退火保证奥氏体晶粒50um，然后进行酸洗冷轧。

本发明也是用薄带连铸工艺生产18-8Cr-Ni不锈钢，但本发明与上述专利不同点为：

1)本发明在成分中添加了Sn，用来降低铁素体量，而上述专利没有涉及到Sn。

2)该发明中铸带在900～1250℃保持5sec～2min，然后以10℃/s速度冷却到600～900℃的主要目的是为了在线固溶；但实际上在一条连续生产线上是生产的连续性最重要，无法保证保持时间，因此固溶处理效果不好，或者说铸带质量的稳定性无法保证。

本发明的固溶处理工序是在铸带卷取冷却后进行，这样能够保证固溶的效果及质量的稳定性。

3)冷轧工艺也不同，上述现有技术的退火温度为大于850℃，本发明的退火温度要高于1000℃，另外本发明在冷轧间增加中间退火，目的是为了软化钢带，可以将带钢冷轧到更薄的规格，而且冷轧后增加退火工序，以提高材料的塑性和减少铁素体含量。

美国专利申请号US5,284,535公布了一种304奥氏体不锈钢带的生产方法。该发明是用双辊薄带连铸的方法浇注奥氏体不锈钢，然后将铸带冷却到奥氏体单相区；在奥氏体和铁素体的两相区或者铁素体的单相区进行退火然后冷却到奥氏体单相区进行冷轧。退火温度在1200-1400℃，上述过程至少进行2次，这种循环加热可以细化析出物，改善性能。与上述专利不同之处是不发明的退火温度在1200℃以下，而且在退火前有固溶处理。同时本发明成分与上述专利也不同。

美国专利申请号US6,099,665公开了一种薄带连铸Cr-Ni不锈钢的方法，薄带连铸小于10mm铸带，铸带在线在1000～1150℃进行热轧，热轧的压下率为10～50％，并且在1050-1150℃保持5sec，保证充分再结晶；然后在小于以20℃/s的速度从900℃将到600℃度并在600℃卷取。本发明不需要在线热轧，节省了热轧工序。

本发明的有益效果

Sn是废钢中的有害元素，很难去除，在本发明中废钢中的Sn可以被利用，少量的Sn就起到了减少钢中残余铁素体的作用。这样可以减少生产中镍的用量，大大降低了生产成本。

本发明的生产工艺中不经过热轧工序，铸带经过固溶处理后直接冷轧，并配以高温退火工艺，同样达到了用热轧工序能够达到的效果。由于省去了热轧工序，大大降低了设备的投资成本和操作成本，使生产过程简单稳定，易于控制。

附图说明

图1为Sn元素与平均热流密度关系的示意图；

图2为Sn含量与表面粗糙度关系的示意图；

图3a、图3b分别为未加入和加入Sn元素对铸带铁素体含量的影响的示意图；

图4为不锈钢冷轧后成本的铁素体含量；

图5为成品冷轧带的晶间腐蚀性；

图6为本发明的机组的工艺流程示意图。

具体实施方式

实施例成分见表1，工艺路线见表2。在表2的工艺路线中冷轧工序1和冷轧工序2前都需要酸洗工序。

参见图6，将符合成分要求的钢水从钢包1经过中间包2和浸入式水口3进入旋转的水冷结晶辊5和侧封板5形成的熔池内，经过水冷结晶辊4的冷却形成1～5mm铸带6，铸带经过夹送辊7和输送辊道8以及冷却控制装置9，使铸带的温度低于600℃，然后经过卷取前夹送辊10，进入卷取机11。从卷取机上卸卷的铸带经过在1050～1150℃温度范围内保温5～8min，然后空冷进行固溶处理。经过固溶处理的铸带酸洗后进行冷轧；冷轧的压下率大于40％。将冷轧后的带钢在罩式退火炉中进行退火，退火温度为1050～1100℃，退火时间为3～8min。退火后再一次酸洗和冷轧来达到要求的目标成品厚度。将达到目标厚度的带钢再次在罩式退火炉中进行退火，退火温度为1050～1100℃，退火时间为3～8min。然后酸洗平整，纵切或横切成成品。

工艺的流程为：薄带连铸1～5mm铸带-冷却控制装置达到目标温度-卷取-固溶处理-(酸洗-冷轧-退火)-酸洗-平整-纵切-成品卷。上述工序中括号中的内容根据成品的厚度要求确定次数，可以一次，也可以两次甚至三次。

具体实施例和实施效果见表3。

表1成分    单位：质量百分比

成分	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Sn	Fe
										1	0.12	0.68	0.80	0.04	0.02	0.0190	0.085	0.008	余量
2	0.06	0.70	1.45	0.03	0.03	0.0170	0.011	0.005	余量
										3	0.07	0.68	1.56	0.04	0.02	0.0186	0.080	0.040	余量
4	0.08	1.00	1.67	0.03	0.02	0.0183	0.089	0.020	余量
										5	0.04	0.60	1.63	0.03	0.03	0.0178	0.095	0.010	余量
6	0.05	0.50	2.00	0.035	0.03	0.018	0.010	0.030	余量
										7	0.10	0.20	1.80	0.035	0.03	0.0175	0.010	0.025	余量
8(对比例)	0.05	0.68	1.60	0.035	0.03	0.0175	0.095	0	余量

表2工艺参数

方案	固溶温度℃	固溶时间min	冷轧1	退火温度1	退火时间1	冷轧2	退火温度2	退火时间2
									1	1050	8	40％	1050	8	45％	1060	5
2	1150	5	45％	1100	5	40％	1100	7
									3	1080	7	50％	1080	3	45％	1050	4

表3实施例及实施效果

实施例	试验方案	σs(MPa)	σ<sub>m</sub>(MPa)	δ(％)	铁素体含量％
						1	成分1+方案1	265	663	55	0.25
2	成分2+方案1	268	662	58	0.29
						3	成分3+方案2	262	670	52	0.2
4	成分4+方案3	270	680	53	0.23
						5	成分5+方案2	242	630	57	0.26
6	成分6+方案1	250	673	58	0.23
						7	成分7+方案3	280	690	59	0.25
8	成分7+方案2	260	660	56	0.2
						9	成分4+方案1	268	668	55	0.24
10	成分5+方案1	265	676	57	0.2
						对比例(传统工艺)		240～350	590～690	50～60
对比例(无Sn)	成分8+方案1	260	680	52	0.5％

由表3可知，经过了本发明的成分和工艺，冷轧成品的σ_s可以大于240MPa，σ_m大于630Mpa；材料的延伸率大于52％。图4是冷轧后带钢中铁素体，图5是冷轧后带钢的腐蚀性。可以看出，材料的铁素体含量明显减少，而且材料的腐蚀性提高。本发明工艺生产的带钢的质量不低于传统工艺带钢的质量。

Claims (4)

1.一种薄带连铸奥氏体不锈钢带，其成分质量百分比为：C 0.04～0.12，Si 0.2～1，Mn 0.8～2，P≤0.04，S≤0.03，Cr 0.017～0.019，Ni 0.08-0.011，Sn 0.005～0.04，余量为Fe和不可避免杂质。

2.一种薄带连铸奥氏体不锈钢带的制造方法，其包括如下步骤：

1)其成分质量百分比为：C 0.04～0.12，Si 0.2～1，Mn 0.8～2，P≤0.04，S≤0.03，Cr 0.017～0.019，Ni 0.08-0.011，Sn 0.005～0.04，余量为Fe和不可避免杂质；

2)按上述成分冶炼，并连铸形成1～5mm铸带，卷取；

3)对铸带进行固溶处理，固溶处理温度为1050～1150℃，固溶时间5～8min；

4)然后进行酸洗，再进行冷轧，冷轧的压下率大于40％；

5)冷轧后的带钢进行退火，退火温度为1050-1100℃，退火时间为3～8min，再一次酸洗和冷轧，达到成品厚度；

6)冷轧后的带钢进行退火，退火温度为1050-1100℃，退火时间为3～8min，再酸洗、平整、纵切成成品卷。

3.如权利要求2所述的薄带连铸奥氏体不锈钢带的制造方法，其特征是，如果成品厚度要求极薄，重复步骤5)一次或多次。

4.如权利要求2所述的薄带连铸奥氏体不锈钢带的制造方法，其特征是，步骤2)卷取的温度小于600℃。

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