CN101655490B - 一种不锈钢盘条抗拉强度的预测方法及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种不锈钢盘条抗拉强度的预测方法和控制方法，它涉及的不锈钢盘条的化学成分的质量百分数为：0＜C≤0.15％；0＜Si≤1.00％；0＜Mn≤2.00％P≤0.035％；S≤0.030％；Cr：11.50％～24.50％；0＜Ni≤15.00％0＜Cu≤4.00％；0＜N≤0.15％；其余为Fe与不可避免的杂质；预测方法是按照式Rm＝K+166.85C％+19.5Si％+8.527Mn％+2.217Cr％-18.654Cu％-0.18D预测抗拉强度，Rm为不锈钢盘条抗拉强度(Mpa)，D为不锈钢盘条轧制规格(mm)，K热处理常数，固溶处理状态，常数取447；控制冷却状态，常数取497。本抗拉强度预测方法能准确地预测不锈钢盘条抗拉强度，本抗拉强度控制方法可在冶炼时按照抗拉强度，设定符合要求的钢水的成分。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢盘条抗拉强度的预测方法及其控制方法。
背景技术
不锈钢盘条的抗拉强度要求与其如何使用有关。有的不锈钢盘条要经过冷拔、退火、再拔等几个加工过程，成为一定直径的钢丝后，才进一步应用于网、紧固件、五金制品、装饰品等产品的制造，为了进行较大程度的冷拔，减少退火次数，希望不锈钢盘条软一点，即抗拉强度要低；有的不锈钢盘条直接用做栏杆、架子、混凝土等结构材料时，又希望不锈钢盘条抗拉强度高点好。
影响不锈钢盘条抗拉强度主要因素是钢的化学成分和热处理状态。对于不锈钢盘条，热处理状态比较单纯，只有固溶和控制冷却两种，所以本发明主要研究不锈钢盘条的化学成分和抗拉强度的关系。不锈钢盘条的化学成分和抗拉强度的关系，以前都是从定性的角度来反映，如碳和氮含量增加，抗拉强度升高，镍含量高增加，抗拉强度降低，但是具体成分变化多少，使得抗拉强度变化多少，还没有深入研究，不能准确地预测不锈钢盘条的抗拉强度，更不能控制不锈钢盘条的抗拉强度。现在所知道的成分对抗拉强度的影响趋势，不能达到成分变化多少就知道抗拉强度变化多少的程度，而且不锈钢中多种成分是互相交叉作用的，所以要掌握这种关系就更难了。需要控制抗拉强度时，只能进行多种成分配比的试验，或者在生产中进行多次的调整，才能找到合适的成分范围。这样周期较长，而且形成大量的不良品甚至废品。造成时间和金钱的浪费。
发明内容
为了克服现有定性分析不锈钢盘条的抗拉强度的上述不足，本发明提供一种能准确地预测不锈钢盘条抗拉强度的方法，同时提供一种控制不锈钢盘条的抗拉强度的方法。
本发明先对不锈钢盘条化学成分和抗拉强度的关系进行研究，得到了不锈钢盘条化学成分与其抗拉强度的单因子曲线关系，参见图1。然后又对化学成分的综合作用进行研究，并加进了不锈钢盘条轧制规格和热处理状态的影响，得到了不锈钢盘条的化学成分和抗拉强度多因子关系的数学模型，参见模型1，可以利用计算机模拟，根据化学成分预测抗拉强度范围，从而达到控制抗拉强度的目的，很好地指导生产。
不锈钢盘条化学成分和抗拉强度的单因子关系曲线见图1、图2、图3、图4与图5。曲线图的优点是表现了单一因子的影响，结果比较直观，可以看到一种趋势。但抗拉强度与化学成分是多因子关系，为了准确描述这种关系，必须将其模型化。
因此本发明进一步对不锈钢盘条化学成分和其抗拉强度的多因子关系进行研究，得到数学模型1。
Rm＝K+166.85C％+19.5Si％+8.527Mn％+
2.217Cr％+1.461Ni％+853.216N％-18.654Cu％-0.18D………………1
其中：Rm………………不锈钢盘条抗拉强度(Mpa)
D………………不锈钢盘条轧制规格(mm)
K………………热处理常数，不锈钢盘条为固溶处理状态，常数取447；不锈钢盘条为控制冷却状态，常数取497。
该模型是申请人将积累的几千个不锈钢盘条实际的化学成分和抗拉强度数据放在计算机中，利用计算机进行回归分析得到的。利用该模型可以对现有不锈钢盘条成分进行优化，或者开发新的不锈钢盘条钢种。制定钢种冶炼成分控制范围时，要考虑的原则比较多，如要满足耐腐蚀性，Cr必须大于13％；要满足组织是奥氏体，Ni、N和Mn必须合起来在10％以上；等等，但如果同时要求抗拉强度在某个范围内(抗拉强度并不是越低越好，也不可能低到一定值以下)，就可以利用该模型提前预测成分应该在哪个范围，或者在一定的成分范围内，抗拉强度可能在哪个范围。抗拉强度的范围来源于你设计钢种的目标，或者根据使用要求设定。
将不锈钢盘条化学成分数值和规格数值代入模型1中计算，即可预测到对应的抗拉强度。
将模型1输入到计算机中，可以更方便地进行抗拉强度的预测和控制。
以规格为5.5mm的不锈钢盘条代表钢种304HC为例，利用模型1对其抗拉强度进行预测，并与实测值进行对比，结果见图6。
可见，预测值和实测值基本一致，最大相差不到30Mpa，平均相差不到5Mpa，说明该预测方法精度可以满足实际使用要求。
本发明涉及的不锈钢盘条的化学成分(重量百分数)为：
0＜C≤0.15％ 0＜Si≤1.00％ 0＜Mn≤2.00％ P≤0.035％ S≤0.030％
Cr：11.50％～24.50％ 0＜Ni≤15.00％ 0＜Cu≤4.00％ 0＜N≤0.15％
其余为Fe与不可避免的杂质。
上述成分范围是适用该模型的不锈钢盘条成分范围，是比较宽的，要达到目标抗拉强度，必须根据要求调整缩小成分控制范围，四种不锈钢盘条主要钢种化学成分优化具体范围(％)见表1。
表1
| 钢种 | C | Si | Mn | Cr | N | Ni | Cu |
| 0Cr18Ni9 | 0.03-0.05 | 0.3-0.6 | 1.2-1.5 | 18.0-18.5 | ≤0.04 | 8.05-8.50 | 0.20-0.50 |
| SUS304M | ≤0.035 | 0.3-0.6 | 1.2-1.5 | 18.0-18.5 | 0.03-0.05 | 9.05-9.50 | 0.20-0.50 |
| 304HC | ≤0.03 | 0.3-0.6 | 1.2-1.5 | 18.0-18.5 | ≤0.035 | 8.05-8.50 | 2.50-2.90 |
| SUSY308 | ≤0.04 | ≤0.3 | 1.5-2.0 | 19.5-20.5 | 0.03-0.05 | 9.60-10.50 | ≤0.10 |
本发明定量地对不锈钢盘条的化学成分与抗拉强度的多因子关系进行了研究，得到了预测模型，在不锈钢盘条的实际生产过程中得到了应用。申请人从2003年至今，已用该方法对不锈钢盘条的主要钢种化学成分进行了优化(表1)，使其抗拉强度可以控制在要求的范围内，四种不锈的目标抗拉强度(Mpa)见表2
表2
| 主要钢种 | 抗拉强度要求 | 实际达到的抗拉强度 |
| 0Cr18Ni9 | 520≤Rm≤680 | 580～635 |
| SUS304M | 520≤Rm≤590 | 540～585 |
| 304HC | 520≤Rm≤590 | 520～590 |
| SUSY308 | 520≤Rm≤640 | 580～630 |
[0029] 本不锈钢盘条抗拉强度的控制方法是在制备不锈钢盘条的冶炼工序中，按照要求的抗拉强度，根据数学模型1设定钢水的成分，即可由常规的不锈钢盘条制备方法，制备出抗拉强度符合要求的不锈钢盘条。
本不锈钢盘条抗拉强度的预测方法，可根据不同的要求，预先设定不锈钢盘条的成分，使之达到不同的使用要求的抗拉强度，避免了进行多种成分配比的试验，或者在生产中进行多次的调整，才能找到合适的成分范围而造成的时间和原料的浪费。
附图说明
图1是不锈钢盘条碳的成分与抗拉强度单因子关系曲线。
图2是不锈钢盘条氮的成分与抗拉强度单因子关系曲线。
图3是不锈钢盘条镍的成分与抗拉强度单因子关系曲线。
图4是不锈钢盘条锰的成分与抗拉强度单因子关系曲线。
图5是不锈钢盘条铜的成分与抗拉强度单因子关系曲线。
图6是304HC不锈钢盘条抗拉强度预测值和实测值对比。
具体实施方式
下面由实施例详细说明本不锈钢盘条抗拉强度的预测方法及其控制方法的具体实施方式，但本不锈钢盘条抗拉强度的预测方法及其控制方法不局限于下述的实施例。
盘条实施例一
本实施例的304HC，热成型后，经退火与酸洗，直径为5.5mm，用于生产不锈钢丝，抗拉强度要求520Mpa≤Rm≤590Mpa，根据模型1，设定该不锈钢盘条的化学成分的质量百分数为：
C：0.03％ Si：0.60％ Mn：1.45％ P：0.025％ S：0.010％
Cr：18.03％ Ni：8.08％ N：0.391％ Cu：2.40％
其余为Fe与不可避免的杂质。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算的304HC不锈钢盘条抗拉强度为566Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为570Mpa。
盘条实施例二
本实施例的304HC，热成型后，经退火与酸洗，直径为11mm，用于 生产不锈钢螺栓，抗拉强度要求520Mpa≤Rm≤590Mpa，根据模型1，设定该不锈钢盘条的化学成分的质量百分数为：
C：0.015％ Si：0.59％ Mn：1.40％ P：0.020％ S：0.003％
Cr：18.20％ Ni：8.31％ N：0.02％ Cu：2.62％
其余为Fe与不可避免的杂质。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算的304HC不锈钢盘条抗拉强度为542Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为535Mpa。
盘条实施例三
本实施例的0Cr18Ni9，热成型后，经退火与酸洗，直径为16mm，用于生产不锈钢丝，抗拉强度要求520Mpa～680Mpa。根据模型1，设定该不锈钢盘条的化学成分的质量百分数为：
C：0.03％ Si：0.60％ Mn：1.37％ P：0.028％ S：0.002％
Cr：18.43％ Ni：8.20％ N：0.0212％ Cu：0.3％
其余为Fe与不可避免的杂质。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算的0Cr18Ni9不锈钢盘条抗拉强度为588Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为595Mpa。
盘条实施例四
本实施例的SUSY308，热成型后，经退火与酸洗，直径为5.5mm，用于生产不锈钢焊条，抗拉强度要求520Mpa～640Mpa。根据模型1，设定该不锈钢盘条的化学成分的质量百分数为：
C：0.02％ Si：0.10％ Mn：1.80％ P：0.025％ S：0.010％
Cr：19.60％ Ni：10.00％ N：0.04％ Cu：0.01％
其余为Fe与不可避免的杂质。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算的SUSY308不锈钢盘条抗拉强度为609Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为610Mpa。
盘条实施例五
本实施例的SUS304M，热成型后，经退火与酸洗，直径为10mm，用于生产不锈钢螺栓，抗拉强度要求520Mpa～590Mpa。根据模型1，设定该不锈钢盘条的化学成分的质量百分数为：
C：0.025％ Si：0.50％ Mn：1.35％ P：0.028％ S：0.005％
Cr：18.10％ Ni：9.20％ N：0.04％ Cu：0.35％
其余为Fe与不可避免的杂质。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算SUS304M的不锈钢盘条抗拉强度为580Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为565Mpa。
控制方法实施例一
本实施例制备的盘条实施例一，根据模型1，本控制方法是在冶炼时，将制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数控制到下述范围内：
0＜C≤0.03％ 0.30％≤Si≤0.60％ 1.20％≤Mn≤1.50％ P≤0.035％
S≤0.030％ 18.00％≤Cr≤18.50％ 8.05％≤Ni≤8.50％
2.50％≤Cu≤2.90％ 0＜N≤0.035％其余为Fe与不可避免的杂质。
本实例是在冶炼时，制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数达下述要求出炉：
C：0.03％ Si：0.60％ Mn：1.45％ P：0.025％ S：0.010％
Cr：18.03％ Ni：8.08％ N：0.391％ Cu：2.40％
其余为Fe与不可避免的杂质。
出炉钢水连铸成不锈钢方坯，然后经不锈钢高速线材轧机轧制成形。热成型后，经退火与酸洗，直径为5.5mm，抗拉强度要求520Mpa≤Rm≤590Mpa。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算的304HC不锈钢盘条抗拉强度为566Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为570Mpa。
控制方法实施例二
本实施例制备的盘条实施例二，根据模型1，本控制方法是在冶炼时，将制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数控制到下述范围内：
0＜C≤0.03％ 0.30％≤Si≤0.60％ 1.20％≤Mn≤1.50％ P≤0.035％
S≤0.030％ 18.00％≤Cr≤18.50％ 8.05％≤Ni≤8.50％
2.50％≤Cu≤2.90％ 0＜N≤0.035％其余为Fe与不可避免的杂质。
本实例是在冶炼时，制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数达下述要求出炉：
C：0.015％ Si：0.59％ Mn：1.40％ P：0.020％ S：0.003％
Cr：18.20％ Ni：8.31％ N：0.02％ Cu：2.62％
其余为Fe与不可避免的杂质。
出炉钢水连铸成不锈钢方坯，然后经不锈钢高速线材轧机轧制成形。热成型后，经退火与酸洗，直径为11mm，抗拉强度要求520Mpa≤Rm≤590Mpa。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算的304HC不锈钢盘条抗拉强度为542Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为535Mpa。
控制方法实施例三
本实施例制备的盘条实施例三，根据模型1，本控制方法是在冶炼时，将制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数控制到下述范围内：
0.03％≤C≤0.05％ 0.30％≤Si≤0.60％ 1.20％≤Mn≤1.50％ P≤0.035％
S≤0.030％ 18.00％≤Cr≤18.50％ 8.05％≤Ni≤8.50％
0.20％≤Cu≤0.50％ 0＜N≤0.040％其余为Fe与不可避免的杂质。
本实例是在冶炼时，制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数达下述要求出炉：
C：0.03％ Si：0.60％ Mn：1.37％ P：0.028％ S：0.002％
Cr：18.43％ Ni：8.20％ N：0.0212％ Cu：0.3％
其余为Fe与不可避免的杂质。
出炉钢水连铸成不锈钢方坯，然后经不锈钢高速线材轧机轧制成形。热成型后，经退火与酸洗，直径为16mm，抗拉强度要求520Mpa≤Rm≤680Mpa。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算的0Cr18Ni9不锈钢盘条抗拉强度为588Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为595Mpa。
控制方法实施例四
本实施例制备的盘条实施例四，根据模型1，本控制方法是在冶炼时，将制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数控制到下述范围内：
0＜C≤0.04％ 0＜Si≤0.30％ 1.50％≤Mn≤2.00％ P≤0.035％
S≤0.030％ 19.50％≤Cr≤20.50％ 9.60％≤Ni≤10.50％
0＜Cu≤0.10％ 0＜N≤0.035％其余为Fe与不可避免的杂质。
本实例是在冶炼时，制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数达下述要求出炉：
C：0.02％ Si：0.10％ Mn：1.80％ P：0.025％ S：0.010％
Cr：19.60％ Ni：10.00％ N：0.04％ Cu：0.01％
其余为Fe与不可避免的杂质。
出炉钢水连铸成不锈钢方坯，然后经不锈钢高速线材轧机轧制成形。热成型后，经退火与酸洗，直径为5.5mm，抗拉强度要求520Mpa≤Rm≤640Mpa。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算的SUSY308不锈钢盘条抗拉强度为609Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为610Mpa。
控制方法实施例五
本实施例制备的盘条实施例五，根据模型1，本控制方法是在冶炼时，将制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数控制到下述范围内：
0＜C≤0.035％ 0.30％≤Si≤0.60％ 1.20％≤Mn≤1.50％ P≤0.035％
S≤0.030％ 18.00％≤Cr≤18.50％ 9.05％≤Ni≤9.50％
0.20％≤Cu≤0.50％ 0.030％≤N≤0.050％其余为Fe与不可避免的杂质。
本实例是在冶炼时，制备该不锈钢盘条的钢水的化学成分的质量百分数达下述要求出炉：
C：0.025％ Si：0.50％ Mn：1.35％ P：0.028％ S：0.005％
Cr：18.10％ Ni：9.20％ N：0.04％ Cu：0.35％
其余为Fe与不可避免的杂质。
出炉钢水连铸成不锈钢方坯，然后经不锈钢高速线材轧机轧制成形。热成型后，经退火与酸洗，直径为10mm，抗拉强度要求520Mpa≤Rm≤640Mpa。
利用本发明的不锈钢盘条抗拉强度的预测方法计算的SUS304M不锈钢盘条抗拉强度为580Mpa(常数项为497)，实际测定的抗拉强度为565Mpa。
Claims (2)
1.一种不锈钢盘条抗拉强度的预测方法，它涉及的不锈钢盘条的化学成分的质量百分数为：
0＜C≤0.15％ 0＜Si≤1.00％ 0＜Mn≤2.00％ P≤0.035％ S≤0.030％Cr：11.50％～24.50％ 0＜Ni≤15.00％ 0＜Cu≤4.00％ 0＜N≤0.15％其余为Fe与不可避免的杂质；
不锈钢盘条的化学成分与抗拉强度的关系由下式表示：
Rm＝K+166.85C％+19.5Si％+8.527Mn％+
2.217Cr％+1.461Ni％+853.216N％-18.654Cu％-0.18D
式中Rm………………不锈钢盘条抗拉强度(Mpa)
D………………不锈钢盘条轧制规格(mm)
K………………热处理常数，不锈钢盘条为固溶处理状态，常数取447；不锈钢盘条为控制冷却状态，常数取497。
2.一种不锈钢盘条抗拉强度的控制方法，它涉及的不锈钢盘条的化学成分的质量百分数为：
0＜C≤0.15％ 0＜Si≤1.00％ 0＜Mn≤2.00％ P≤0.035％ S≤0.030％Cr：11.50％～24.50％ 0＜Ni≤15.00％ 0＜Cu≤4.00％ 0＜N≤0.15％其余为Fe与不可避免的杂质；
不锈钢盘条的化学成分与抗拉强度的关系由下式表示：
Rm＝K+166.85C％+19.5Si％+8.527Mn％+
2.217Cr％+1.461Ni％+853.216N％-18.654Cu％-0.18D
式中Rm………………不锈钢盘条抗拉强度(Mpa)
D………………不锈钢盘条轧制规格(mm)
K………………热处理常数，不锈钢盘条为固溶处理状态，常数取447；不锈钢盘条为控制冷却状态，常数取497；
不锈钢盘条抗拉强度的控制方法是在制备不锈钢盘条的冶炼工序中，按照要求的抗拉强度，根据上述的不锈钢盘条的化学成分与抗拉强度的关系式设定钢水的成分。
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| 王辉绵等.奥氏体不锈钢线材生产工艺研究.《轧钢》.2007,第24卷(第4期),30-33. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101655490A (zh) | 2010-02-24 |
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