背景技术
目前国内外生产Cr17型铁素体不锈带钢的显微组织以铁素体为主,并添加少量微量合金元素钛、铌等改善钢的耐蚀性能和强度,有的钢种也添加钼,由于近年来钼价上涨,加入钼会使钢的成本显著增加。
表1是国际同类型铁素体不锈钢的标准成分,表2是1中五个牌号钢种的机械性能。
表1
国别 |
牌号 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ti |
N |
美国 |
ASTM439 |
≤0.03 |
≤1.00 |
≤1.00 |
≤0.040 |
≤0.030 |
17.0-19.0 |
0.2+4×(C+N)~1.10 |
- |
韩国 |
POS439 |
≤0.01 |
≤0.40 |
≤0.40 |
≤0.040 |
≤0.030 |
17.0-19.0 |
0.2+4×(C+N)~1.10 |
≤0.01 |
日本 |
SUS430 |
≤0.12 |
≤1.00 |
≤1.00 |
≤0.040 |
≤0.030 |
16.0-18.0 |
- |
- |
日本 |
SUS434 |
≤0.12 |
≤1.00 |
≤1.00 |
≤0.040 |
≤0.030 |
16.0-18.0 |
Mo:0.75-1.25 |
- |
日本 |
SUS444 |
≤0.025 |
≤1.00 |
≤1.00 |
≤0.040 |
≤0.030 |
17.0-20.0 |
Mo:1.75-2.50Nb:8(C+N)~0.80 |
0.025 |
表2
|
ASTM439 |
SUS430 |
POS439 |
SUS434 |
SUS444 |
抗拉强度(MPa) |
415Min |
420Min |
420Min |
450Min |
410Min |
0.2%屈服强度(MPa) |
215Min |
205Min |
230Min |
205Min |
245Min |
|
ASTM439 |
SUS430 |
POS439 |
SUS434 |
SUS444 |
延伸率(%) |
22Min |
22Min |
21Min |
22Min |
20Min |
硬度(HV) |
180Max |
200Max |
170Max |
200Max |
230Max |
注:Min-至少,Max-至多
由表1可见,美国牌号为ASTM439,其碳含量上限为≤0.03wt%;日本牌号SUS430和SUS434碳含量上限为≤0.12wt%;韩国牌号为POS439,硅、锰含量上限为≤0.4wt%,日本牌号SUS434中加入了0.75-1.25wt%Mo,日本牌号SUS444加入了1.75-2.5%Mo和少量Nb。
由表2可知,SUS434钢中添加了0.75-1.25wt%Mo,其抗拉强度有较大提高;SUS444钢中加入1.75-2.5%Mo和少量稳定化元素Nb,其抗拉强度、屈服强度显著增加。其他三个牌号的力学性能接近,强度和延伸率稍显不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高含铌不锈冷轧带钢及其制造方法。所制造的带钢性能满足高强度的要求,冷轧带钢抗拉强度达到450MPa、屈服强度达到280MPa以上,延伸率不降低(≥25%);而且,成本略低。
为达到上述目的,本发明的技术方案是:
一种高强度含铌不锈冷轧带钢,其成分重量百分比为:
C ≤0.02%
Si 0.3~0.80%
Mn 0.2~0.80%
P ≤0.040%
S ≤0.015%
Cr 16.5~19.5%
N ≤0.02%
Nb 0.2~0.6%
Al 0.005~0.08%
其余为Fe和不可避免的杂质。
其中,
C≤0.02%,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0.02%,钢的延伸性能下降,大大降低钢的成形性。
Si:0.3~0.80%,Si为铁素体形成元素,可增加铁素体组织比例;对提高钢的强度有利。
Mn:0.2~0.80%,Mn为奥氏体形成元素,在Cr17型钢中,适当添加一定量的锰可以提高钢的强度。但高于0.08%,钢中存在高温奥氏体,冷却不当会形成残余奥氏体,造成基体组织不均匀,降低钢的成形性。
P:≤0.040%,P为钢中不可避免的杂质元素,高的磷含量对耐蚀性和焊接不利。
S:≤0.015%,S为钢中不可避免的杂质元素,高的硫含量对钢的耐蚀性不利。
Cr:16.5~19.5%,Cr为抗氧化(腐蚀)元素,也是铁素体形成元素,可以提高钢的耐蚀性,增加、稳定钢的铁素体组织。
N:≤0.02%,N为奥氏体形成元素,可以增加钢的高温奥氏体组织的比例。但其含量超过0.02%时,会危害铁素体钢的延伸性能。
Nb:0.2~0.6%,Nb为稳定化元素,能够与N等形成稳定的化合物NbN,通过热处理能在钢中起到细化晶粒的作用,提高钢的强度,改善延伸性能。
Al:0.005~0.08%,Al可以控制钢中的氧含量,可以提高钢的耐蚀性和成型性。
本发明的高强度高延伸率不锈钢的制造方法,其包括如下步骤:
1)冶炼、铸造成坯,其成分重量百分比为:C≤0.02%、Si:0.2~0.80%、Mn:0.1~0.80%、P≤0.040%、S≤0.015%、Cr:16.5~19.5%、N≤0.02%、Nb:0.2-0.6%,Al:0.005~0.08%,其余为Fe和不可避免的杂质;连铸过程采用电磁搅拌使板坯断面的等轴晶比例达到40%以上。
2)热轧,板坯经加热炉加热至950~1200℃,多道次轧制成带钢,并进行卷取形成钢卷,终轧温度750~900℃,卷取温度350~700℃,卷取后空冷至室温。优选粗轧和精轧都是5-7道次,粗轧和精轧压下量均大于60%,有利于冷加工,并保证最终产品性能。
3)冷轧,热轧钢卷首先进行酸洗,酸洗后进行退火或者不进行退火。优选的是进行退火,退火温度800-1000℃,退火时间0.5-5.0min;再进行多道次冷轧轧制,总压下量60~75%;最后对冷轧带钢酸洗退火,退火温度800~1050℃,退火时间0.5~3min;钢卷冷却至550℃以下,获得较高强度的带钢。优选退火温度为900~1050℃,退火时间1~3min。优选进行5~7道次冷轧轧制。
本发明成份的钢采用铁水、合金及铁合金原料(或碳素废钢、相同及类似成分废钢),通过电炉、氧氩脱碳转炉(AOD)、真空脱碳炉(VOD)冶炼达到目标成分。符合成分要求的钢水在连铸机浇注成板坯,连铸过程中在二冷区采用电磁搅拌使等轴晶比例达到40%以上,可以保证最终产品的延伸率达到本发明的要求。将板坯切割成所需长度后,板坯冷却至室温,用砂轮修磨去除板坯表面缺陷,送到加热炉加热。板坯经加热炉加热至950~1200℃,经高压水去除高温氧化铁皮,在轧机多道次轧制成带钢,并进行卷取形成钢卷,终轧温度750~900℃,卷取温度350~700℃,带钢轧后空冷至室温;然后将上述钢卷先通过酸洗、退火,退火温度800-1000℃,退火时间0.5-5.0min,然后进行多道次冷轧,总冷轧压下量60-75%,成品厚度0.7-2.5mm,最后,将冷轧带钢连续退火,退火温度800-1050℃,退火时间0.5-3.0min,钢卷冷却至550℃以下,获得较高抗拉强度(≥450MPa)和屈服强度(≥280MPa)的冷轧带钢,延伸率不降低(≥25%)。
本发明控制较低的C,N含量,加入适量的Si、Mn元素,添加Nb,形成少量NbN,通过热处理可细化晶粒,提高钢的强度,不降低延伸率;不使用Mo等价格昂贵元素。同时,采用电磁搅拌提高板坯等轴晶比例,控制适当的热轧温度、卷取温度,采取适当的冷轧压下量和退火温度,使带钢获得较好的延塑性,使不锈钢冷轧成品具有较好的加工性能,满足变形加工的需要。由于不添加Mo等贵重元素,钢的生产成本大为降低,但强度性能保持较高水平。
与已有技术相比,本发明具有有益效果。
在表1所列的钢种中,对不含钼的钢种,有的C、N含量较高,有的Si、Mn含量偏低,强度和延伸率略低;对含钼钢种,屈服强度或抗拉强度略有提高,但是,由于添加Mo导致成本较高。本发明控制钢中(C+N)≤0.04%,改善延伸率和成型性能,加入适量的Si、Mn,添加Nb等,不使用Mo等价格昂贵的元素,控制成本;不添加Ti,避免连铸水口结瘤。同时,在工艺上作了相应改进,如,采用电磁搅拌提高板坯等轴晶比例,控制热轧温度、卷取温度,冷轧带钢的压下量、退火温度、时间,使带钢获得良好的强度和延塑性。该钢种与同类型不含钼的钢种比较,钢的强度明显改善;与同类型含钼的钢种比较,钢的强度相当,但成本低。
具体实施方式
本发明通过调整钢种成份、改变热加工和冷加工工艺,在获得高强度的条件下,降低了不锈冷轧带钢的生产成本,使该种铁素体不锈钢在冷加工处理后得到较高强度和良好延塑性,满足变形加工需要。
下面通过具体实施例较详细说明本发明的特点。
本发明的钢种成份重量百分比为,C≤0.02、Si:0.2~0.80、Mn:0.1~0.80、P≤0.040、S≤0.015、Cr 16.5~19.5、Nb:0.2~0.6、N≤0.02、Al:0.005~0.08,其余为Fe和不可避免的杂质。
上述成份的钢是通过如下方法制造:采用铁水、合金及铁合金原料(或碳素废钢、相同及类似成分废钢),通过电炉、氧氩脱碳转炉(AOD)、真空脱碳炉(VOD)冶炼达到目标成分。符合成分要求的钢水在连铸机浇注成板坯,连铸过程中最好是在二冷区采用电磁搅拌使等轴晶比例达到40%以上,其中电磁搅拌的电流为1000-1600A,频率为7.9Hz。将板坯切割成所需长度后,板坯冷却至室温,用砂轮修磨去除板坯表面缺陷,送到加热炉加热。板坯经加热炉加热至950~1200℃,经高压水去除高温氧化铁皮,在轧机多道次轧制成带钢,并进行卷取形成钢卷,终轧温度750~900℃,卷取温度350~700℃,带钢轧后空冷至室温;然后将上述钢卷先通过酸洗、退火,退火温度800-1000℃,退火时间0.5-5.0min,然后进行多道次冷轧,总冷轧压下量60-75%,成品厚度0.7-2.5mm,最后,将冷轧带钢连续退火,退火温度800-1050℃,退火时间0.5-3.0min,钢卷冷却至550℃以下,获得较高抗拉强度(≥450MPa)和屈服强度(≥280MPa)的冷轧带钢,延伸率不降低(≥25%)。
表3中是实施例的化学成分,表4所示为实施例的有关工艺参数和性能指标。
表3实施例的化学成分(wt%)
实施例 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Nb |
N |
Al |
1 |
0.005 |
0.20 |
0.80 |
0.040 |
0.015 |
16.50 |
0.6 |
0.02 |
0.08 |
2 |
0.007 |
0.39 |
0.63 |
0.021 |
0.004 |
17.20 |
0.5 |
0.015 |
0.05 |
3 |
0.01 |
0.61 |
0.51 |
0.018 |
0.004 |
18.03 |
0.4 |
0.01 |
0.03 |
4 |
0.016 |
0.73 |
0.39 |
0.015 |
0.003 |
18.91 |
0.30 |
0.007 |
0.015 |
实施例 |
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Nb |
N |
Al |
5 |
0.02 |
0.8 |
0.20 |
0.010 |
0.001 |
19.50 |
0.2 |
0.005 |
0.005 |
表4实施例的有关工艺参数和性能指标
实施例 |
板坯加热温度(℃) |
带钢终轧温度(℃) |
卷取温度(℃) |
冷卷退火温度(℃) |
冷卷退火时间(min) |
屈服强度(MPa) |
抗拉强度(MPa) |
延伸率(%) |
1 |
950 |
750 |
350 |
987 |
2.5 |
295 |
458 |
25 |
2 |
1040 |
790 |
420 |
956 |
2.0 |
310 |
470 |
25.5 |
3 |
1110 |
840 |
555 |
1050 |
1.0 |
280 |
465 |
26 |
4 |
1170 |
875 |
685 |
900 |
3.0 |
320 |
450 |
25.8 |
5 |
1200 |
900 |
700 |
930 |
2.5 |
288 |
457 |
26.1 |
综上所述,本发明通过调整钢种成分配比,降低钢中C、N含量,调整适当的硅、锰含量,改变热加工和冷加工的有关工艺参数,提高铁素体不锈冷轧带钢的抗拉强度和屈服强度,不降低延伸率。改善钢的强度,稳定塑性,生产成本相对降低。冷轧加工后所得到的强度性能和延伸率指标均符合要求,适用于需要高强度、成形性好和不锈性的使用场合。如加热水箱、建筑装饰材料、汽车排气管等。
以上是通过实施例对本发明进行了较为详细的说明,但不仅仅限于这些实施例,在不脱离本发明构思的条件下,还可以有更多其他等效的实施例。