CN101135028B

CN101135028B - 一种高强度不锈钢及其热处理方法

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Publication number: CN101135028B
Application number: CN2006100305946A
Authority: CN
Inventors: 叶晓宁; 田劲松; 刘竑; 王宝森
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: CN101135028A

Abstract

一种高强度不锈热轧带钢，其重量百分比为：C：≤0.03；Si：≤1.00；Mn：≤1.50；P：≤0.040；S：≤0.015；Cr：10.5～12.5；Ni：0.3～1.0；N：0.030；Nb：≤0.6；其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供了一种高强度不锈钢的热处理方法：将钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理；钢卷经整体加热到650～700℃并保温20～30小时；钢卷随炉冷却至550℃以下。本发明可以使钢的成分得到有效利用，采用新加入合金元素Nb和改变热处理方法来提高钢的强度，在获得高强度的情况下，降低了带钢成品的生产成本，节约了合金原料资源。

Description

一种高强度不锈钢及其热处理方法

技术领域

本发明涉及一种不锈钢及其热处理方法，尤其涉及一种高强度的铁素体-马氏体不锈热轧带钢及其热处理方法。

背景技术

目前国内外生产带钢大都添加钛或添加总量少于0.3％的钛、铌、钒元素。生产出的带钢钢卷采用700～750℃长时间保温退火的热处理方式，退火时间为25mm/小时，换算成钢卷实际保温时间为20～30小时，钢卷热处理完成后，带钢的屈服强度在275～320MPa，抗拉强度为450～550MPa之间。随着铁素体不锈钢使用范围的不断扩大，对钢强度的要求也越来越高。而上述热处理条件下的带钢的强度已不能满足生产需要。

表1列举了现有的国内外主要生产使用的不锈钢的化学成分(Wt％)：

表1

国别	牌号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N
国别	牌号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N	美国	S41003	≤0.03	≤1.00	≤1.50	≤0.040	≤0.030	10.5～12.5	≤1.50	≤0.030
南非	3CR12	≤0.03	≤1.00	≤1.50	≤0.040	≤0.030	10.5～12.5	≤1.50		美国	S41003	≤0.03	≤1.00	≤1.50	≤0.040	≤0.030	10.5～12.5	≤1.50	≤0.030
南非	3CR12	≤0.03	≤1.00	≤1.50	≤0.040	≤0.030	10.5～12.5	≤1.50		中国	TCS330	≤0.03	≤1.0	≤1.5	≤0.040	≤0.015	10.5～12.5	0.3～1.0

南非生产的牌号为3CR12、美国生产的牌号为S41003以及中国生产的牌号为TCS330不锈钢，由于碳含量均(Wt％)≤0.03，并添加了(Wt％)≤1.5左右的镍，使得高温钢中奥氏体组织比例较高，在空冷至室温条件下，获得铁素体+马氏体双相组织，但是，此时钢的强度较高而延伸率偏低，不能满足生产使用要求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种高强度不锈热轧带钢。

本发明的另一目的是提供一种高强度不锈热轧带钢的热处理方法，通过该热处理方法生产出的高强度不锈热轧带钢具有较高的屈服强度和抗拉强度，并且有较好的塑性。

为达到上述目的，本发明提供一种高强度不锈热轧带钢，其各成分的重量百分比(Wt％)为：

C：≤0.03；

Si：≤1.00；

Mn：≤1.50；

P：≤0.040；

S：≤0.015；

Cr：10.5～12.5；

Ni：0.3～1.0；

N：0.030；

Nb：≤0.6；

其余为Fe和不可避免的杂质。

其中，Nb的重量百分比(Wt％)为：0.1～0.5。

本发明还提供了一种高强度不锈钢的热处理方法：将钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理；钢卷经整体加热到650～700℃并保温20～30小时；钢卷随炉冷却至550℃以下。

优选地，钢卷整体加热到670～700℃。

下面分别介绍各个合金元素的作用：

C：≤0.03(wt％，以下各元素相同)，

C为碳化物形成元素和奥氏体形成元素，可以提高钢的强度，但高于标准要求，钢的冲击性能下降，大大降低钢的韧性。

Si：≤1.00wt％，

Si为铁素体形成元素，可增加铁素体组织比例；对提高钢的屈服强度有利。

Mn：≤1.5wt％，

Mn为奥氏体形成元素，可以提高钢的高温奥氏体组织比例，含量大于1.5时，组织偏析倾向加重，影响热轧组织的均匀性。

P：≤0.040wt％

P为钢中不可避免的杂质元素，高的磷含量对焊接和冲击韧性不利。

S：≤0.015wt％，

S为钢中不可避免的杂质元素，高的硫含量对钢的韧性不利。

Cr：10.5～12.5wt％，

Cr为抗氧化(锈蚀)元素和铁素体形成元素，可以提高钢的耐蚀性和增加和稳定钢的铁素体组织比例。

Ni：0.30～1.00wt％，

Ni为奥氏体形成元素，可以提高钢的高温奥氏体组织比例，增加钢的韧性。但含量达到一定量时，其效果增加便不明显了。

Nb：≤0.60wt％，

Nb为铁素体形成元素，可以细化晶粒，提高钢的屈服强度。在BSH450钢中加入适量的铌，主要起到两个重要作用，其一，起到稳定化元素的作用；在热处理温度范围内，长时间保温，钢中铌元素与碳充分结合，形成碳铌化合物，避免了碳与铬元素的结合，使钢的耐腐蚀性能进一步得到保证。其二，提高钢的再结晶温度，使钢的晶粒细化，提高了钢的屈服强度和抗拉强度。铌元素添加量控制在0.1～0.5wt％范围内为佳。

本发明的热处理的主要工艺参数如下：

对本发明的高强度不锈钢进行热轧，并进行卷曲形成钢卷，然后将所述钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理。罩式退火炉分为内罩和外罩，钢卷竖直放置于内罩中，内罩和外罩之间用燃气加热。钢卷可层垛，一个退火炉可垛放3～4个钢卷。退火炉内部有强制对流风机，便于均匀炉内的温度以及提高钢卷的加热速度。所放置的钢卷的板厚度在3～30mm之间，宽度不限(层垛后钢卷总高度于罩式炉内罩的高度)，钢卷重量小于30吨。

钢卷经整体加热到650℃～700℃，开始保温，保温时间视钢卷大小而定，一般为20～30小时，本实施例为20小时，然后钢卷随炉冷却至550℃以下，去除外罩，继续冷却至400℃以下后，再去除内罩。

与现有技术相比，本发明的优点在于：加入了Nb元素，细化了晶粒，提高钢的屈服强度；同时，本发明的热处理方法可以提高钢的强度，并降低了高强度不锈钢成品的生产成本，且有较好的的塑性，满足变形加工的需要。

具体实施方式

下面具体介绍本发明的实施例1-5：

其中，表2为本发明的高强度不锈钢的实施例1～5的化学成分表。

表3为对应表2中实施例1～5的强度不锈钢在使用本发明热处理方法后的性能参数表。

表2　　　单位：(wt％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N	Nb
实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N	Nb	1	0.03	1.00	1.50	0.040	0.015	12.50	1.00	0.01	0.60
2	0.03	0.81	1.35	0.021	0.004	12.20	1.00	0.03	0.33	1	0.03	1.00	1.50	0.040	0.015	12.50	1.00	0.01	0.60
2	0.03	0.81	1.35	0.021	0.004	12.20	1.00	0.03	0.33	3	0.03	0.52	1.21	0.018	0.004	12.03	0.71	0.03	0.25
4	0.03	0.36	0.98	0.015	0.003	11.91	0.33	0.009	0.41	3	0.03	0.52	1.21	0.018	0.004	12.03	0.71	0.03	0.25
4	0.03	0.36	0.98	0.015	0.003	11.91	0.33	0.009	0.41	5	0.01	0.1	0.1	0.010	0.001	10.5	0.8	0.03	0.1

表3

实施例	热处理温度(℃)	保温时间(h)	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率(％)
实施例	热处理温度(℃)	保温时间(h)	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率(％)	1	650	20	509.1	628.29	24.42
2	660	21	508.71	626.06	21.24	1	650	20	509.1	628.29	24.42
2	660	21	508.71	626.06	21.24	3	670	25	530.17	641.95	22.62
4	680	28	487.45	596.83	21.27	3	670	25	530.17	641.95	22.62
4	680	28	487.45	596.83	21.27	5	700	30	494.06	610.4	23.55

实施例1：

高强度不锈钢，其重量百分比(Wt％)为：

C：0.030；Si：1.00；Mn：1.5；P：0.040；S：0.015；Cr：12.50；

Ni：1.0；N：0.01；其余为Fe和不可避免的杂质。

在上述高强度不锈钢的冶炼过程中，添加Nb合金元素：0.60％wt，(铌合金元素的优选添加范围在0.1～0.5％wt之间)，对添加了Nb元素的高强度不锈钢进行热轧，再进行卷曲形成钢卷，然后将所述钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理。

罩式退火炉分为内罩和外罩，钢卷竖直放置于内罩中，内罩和外罩之间用燃气加热。钢卷可层垛，一个退火炉可垛放3～4个钢卷(钢卷堆垛高度小于退火炉内罩高度)。退火炉内部有强制对流风机，便于均匀炉内的温度以及提高钢卷的加热速度。所放置的钢卷的板厚度在3～30mm之间，宽度不限、钢卷重量小于30吨。

钢卷经整体加热到650℃，开始保温，保温时间视钢卷大小而定，一般为20～30小时，实施例1为保温时间20小时，然后钢卷随炉冷却至550℃以下，去除外罩，继续冷却至400℃以下后，再去除内罩。

实施例1中，钢卷经热处理后，屈服强度为509.1MPa，抗拉强度为628.29MPa延伸率达到24.42％，具有良好的焊接性能和焊后强度与抗冲击性能，并且使带钢性能均匀化。

本发明将热处理温度控制在650～700℃使钢的晶粒长大得到了抑制，使钢组织在相变过程中晶粒细化，并且使钢的组织相变完成后晶粒相似均匀，提高了带钢热处理后的强度。

实施例2：

高强度不锈钢，其重量百分比(Wt％)为：

C：0.03；Si：0.81；Mn：1.35；P：0.021；S：0.004；Cr：12.20；

Ni：1.00；N：0.03；其余为Fe和不可避免的杂质。

在上述高强度不锈钢的冶炼过程中，添加Nb合金元素：0.33％wt，对添加了Nb元素的高强度不锈钢进行热轧，再进行卷曲形成钢卷，然后将所述钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理。

钢卷经整体加热到660℃，开始保温，本实施例保温时间21小时，然后钢卷随炉冷却至550℃以下，去除外罩，继续冷却至400℃以下后，再去除内罩。

实施例2中，钢卷经热处理后，屈服强度为508.71MPa，抗拉强度为626.06MPa延伸率达到21.24％，具有良好的焊接性能和焊后强度与抗冲击性能，并且使带钢性能均匀化。

实施例3：

高强度不锈钢，其重量百分比(Wt％)为：

C：0.03；Si：0.52；Mn：1.21；P：0.018；S：0.004；Cr：12.03；

Ni：0.71；N：0.030；其余为Fe和不可避免的杂质。

在上述高强度不锈钢的冶炼过程中，添加Nb合金元素：0.25％wt，对添加了Nb元素的高强度不锈钢进行热轧，再进行卷曲形成钢卷，然后将所述钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理。

钢卷经整体加热到670℃，开始保温，本实施例保温时间为25小时，然后钢卷随炉冷却至550℃以下，去除外罩，继续冷却至400℃以下后，再去除内罩。

实施例3中，钢卷经热处理后，屈服强度为530.17MPa，抗拉强度为641.95MPa延伸率达到22.62％，具有良好的焊接性能和焊后强度与抗冲击性能，并且使带钢性能均匀化。

热处理温度优选地控制在650～700℃，钢的组织相变完成后晶粒更加相似均匀细致。

实施例4：

高强度不锈钢，其重量百分比(Wt％)为：

C：0.03；Si：0.36；Mn：0.98；P：0.015；S：0.003；Cr：11.91；

Ni：0.33；N：0.009；其余为Fe和不可避免的杂质。

在上述高强度不锈钢的冶炼过程中，添加Nb合金元素：0.41％wt，对添加了Nb元素的高强度不锈钢进行热轧，再进行卷曲形成钢卷，然后将所述钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理。

钢卷经整体加热到680℃，开始保温，本实施例保温时间为28小时，然后钢卷随炉冷却至550℃以下，去除外罩，继续冷却至400℃以下后，再去除内罩。

实施例4中，钢卷经热处理后，屈服强度为487.45MPa，抗拉强度为596.83MPa延伸率达到21.27％，具有良好的焊接性能和焊后强度与抗冲击性能，并且使带钢性能均匀化。

实施例5：

高强度不锈钢，其重量百分比(Wt％)为：

C：0.01；Si：0.1；Mn：0.1；P：0.010；S：0.001；Cr：10.50；Ni：0.8；N：0.030；其余为Fe和不可避免的杂质。

在上述高强度不锈钢的冶炼过程中，添加Nb合金元素：0.1％wt，对添加了Nb元素的高强度不锈钢进行热轧，再进行卷曲形成钢卷，然后将所述钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理。

钢卷经整体加热到700℃，开始保温，本实施例保温时间为30小时，然后钢卷随炉冷却至550℃以下，去除外罩，继续冷却至400℃以下后，再去除内罩。

实施例5中，钢卷经热处理后，屈服强度为494.06MPa，抗拉强度为610.4MPa延伸率达到23.55％。

Claims

1.一种制备高强度不锈钢的热处理方法，包括下列步骤：将钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理；钢卷整体加热到650～700℃，保温20～30小时；钢卷随炉冷却至550℃以下；

所述高强度不锈钢，其重量百分比为：

C：≤0.03；

Si：≤1.00；

Mn：≤1.50；

P：≤0.040；

S：≤0.015；

Cr：10.5～12.5；

Ni：0.3～1.0；

N：0.030；

Nb：0.1～0.6；

其余为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的高强度不锈钢的热处理方法，其特征在于：钢卷为整体加热到670～700℃。