CN101845595A - 一种抗皱纹性良好的铁素体不锈钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

一种抗皱纹性良好的铁素体不锈钢及其生产方法，其成分重量百分比为：C≤0.02％、N≤0.02％、Si 0.10～0.50％、Mn 0.10～0.50％、P≤0.03％、S≤0.01％、Cr 16-30％、Ni≤1.00％、Nb 0.15～0.40％、Nb/(C+N)≤16、O≤0.010％、Cu≤1.00％、余Fe及不可避免的杂质元素。本发明不添加有损连铸坯表面质量和提高脆性转变温度的稳定化元素Ti，仅添加稳定化元素Nb，可减少铸坯磨修量，降低断带风险，提高表面质量和综合性能，消除中、高Cr铁素体不锈钢冷轧板表面的起皱现象，减少生产过程的磨修损耗，降低生产成本。

Description

一种抗皱纹性良好的铁素体不锈钢及其生产方法

技术领域

本发明属于不锈钢产品制造领域，主要涉及利用单稳定元素Nb使铁素体不锈钢中的C、N与之形成析出物，提高铁素体不锈钢的综合性能，并结合制造工艺，改善纯铁素体不锈钢冷轧后表面的起皱现象。

背景技术

铁素体不锈钢，特别是C、N含量较低的中、高Cr超纯铁素体不锈钢越来越多地受到青睐。这是因为它与传统的C、N含量较高的铁素体不锈钢相比，耐腐蚀性能和加工成形性能都有很大程度的提高，在许多应用场合其综合性能优于含镍的奥氏体不锈钢。但是中、高Cr铁素体不锈钢在生产冷轧偏厚规格(≥2.0mm)成品2B板时，由于材料机体内不容易形核、晶粒偏粗，且热轧过程形成的晶粒拉长和晶粒变形方向难于在后续加工过程完全消除，导致成品表面的起皱现象比起低Cr系的铁素体不锈钢更加严重，影响外观质量。针对这种不尽如意的现象，一般通过在此类铁素体不锈钢中添加适量的稳定化元素Ti，使铁素体不锈钢中的C、N与之形成氮化钛，增加连铸坯的等轴晶区，以此来改善后续加工过程的起皱现象；另一种方法是增加后续冷轧过程的退火次数，使材料不断地回复和再结晶，达到消除铁素体不锈钢起皱现象的目的。以上两种方法存在的问题是第一种方法不能完全消除冷轧板的起皱问题，而且影响连铸坯表面质量，增加铸坯磨修量，以及使钢的脆性转变温度提高。第二种方法浪费能源，增加工序成本和影响生产节奏。

中国专利号98801478.5公开了“深冲性和耐皱纹状变形性良好的铁素体不锈钢及其制造方法”和200410046247.3公开了“具有优良成形性的铁素体不锈钢板及其生产方法”，以上专利主要通过在铁素体不锈钢里添加稳定化元素Ti和Nb或复合添加V等元素，来促进TiN等沉淀析出，且按Ti与N一定的乘积配比控制；除了添加Ti外，第一个专利还强调了热轧要求950℃～1170℃范围的热加工工艺；第二个专利则强调了终轧温度在800℃以下的热轧工艺控制，以及450℃～1080℃的退火生产工艺，最终完成成形性和起皱性良好的铁素体不锈钢冷轧成品。

发明内容

本发明的目的提供一种抗皱纹性良好的铁素体不锈钢及其生产方法，消除中、高Cr铁素体不锈钢冷轧2B板(成品)表面的起皱现象，减少生产过程的磨修损耗，降低生产成本。

本发明采用在铁素体不锈钢里添加适量的稳定化元素Nb，使碳氮化铌沉淀析出，适当增加连铸坯等轴晶比例；更主要的是配合高的粗轧温度和低的终轧精轧温度，确保粗轧过程的表面质量和低温精轧储蓄一定的变形储能，使材料机体内的晶粒破碎，促进形核；再进行高于精轧终轧温度100度或以上的热处理退火温度，在释放能量的过程中促进材料重新形核的晶粒均匀长大和再结晶回复，为后续的冷轧和退火能够消除原本很难消除的铁素体织构(晶粒变形方向)，创造回复条件，达到改善和消除中、高Cr铁素体不锈钢冷轧2B板成品表面起皱现象的目的。

具体地，本发明的一种抗皱纹性良好的铁素体不锈钢，其成分重量百分比为：C≤0.02％、N≤0.02％、Si 0.10～0.50％、Mn 0.10～0.50％、P≤0.03％、S≤0.01％、Cr 16-30％、Ni≤1.00％、Nb 0.15～0.40％、Nb/(C+N)≤16、O≤0.010％、Cu≤1.00％、余Fe以及不可避免的杂质元素。

进一步，还包含Mo≤2.00％，重量百分比计

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、高铬级别高纯铁素体抗皱不锈钢，铬保持在16-30％。

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，缺口敏感性大，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去除碳和氮，但若要完全去除则是非常困难的，且钢中碳、氮越低，铁素体不锈钢起皱现象越严重。根据目前我国不锈钢企业冶炼装备水平和成本等因素，实施例要求控制(C+N)0.010～0.025％。

钼的重要作用主要是提高铁素体不锈钢的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能，促进铁铬合金的钝化，提高不锈钢的耐点蚀性能。但钼含量过高对铁素体不锈钢冷轧态的应力腐蚀敏感性提高，且成本增加，因此本发明中、高Cr纯铁素体抗皱不锈钢中保持Mo≤2.0％，可根据使用要求适量选择。

镍可以提高铁素体不锈钢的室温力学性能、强度和韧性，并使钢的脆性转变温度下移，还可进一步提高某些介质中钢的耐腐蚀性能，对纯铁素体不锈钢的冷热加工性能不利。但镍为强的奥氏体形成元素，为保证中高铬纯铁素体抗皱不锈钢具有单一的铁素体组织，避免晶粒成分偏析导致不锈钢抗皱性能下降，本发明不锈钢保持Ni≤1.00％。

铌为铁素体形成元素，适量的铌可使铁素体不锈钢中铬的碳、氮化物转而形成铌的碳、氮化物和Fe₂Nb沉淀析出，提高铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀和高温性能，但过高的Nb会引起过多的沉淀析出和夹杂物尺寸变大，并不利地提高铁素体不锈钢的再结晶温度，综合考虑铌合金元素的影响，保持Nb 0.15～0.40％，且Nb/C+N应≤16倍。

硅、锰等是不锈钢中不可缺少的合金元素，可作为脱氧元素，为了提高不锈钢液的纯净度，提高冷轧板带的表面质量，本发明中高铬纯铁素体抗皱不锈钢中保持Si 0.10～0.50％，Mn 0.10～0.50％。

本发明的抗皱纹性良好的铁素体不锈钢的生产方法，其包括如下步骤：

1)按上述成分冶炼、浇铸成铸坯；

2)热轧，在920℃～1180℃热轧粗轧，在精轧终轧温度为750～860℃完成热轧；

3)热轧后退火酸洗，热轧后的板带采用连续退火酸洗，退火温度850～1080℃，保温时间1～5分钟，工艺走带速度为25～40米/分；

4)冷轧，采用一个轧程，累计冷轧压下率≥40％；

5)冷轧后退火酸洗，退火温度850～1080℃，处理时间为1～5分钟。

冶炼中、高Cr铁素体不锈钢时，除了必要的耐腐蚀元素外，只须添加0.15～0.40％稳定化元素Nb，使钢中形成碳氮化物和Fe₂Nb，适当增加铸坯等轴晶区，改善铸坯表面质量。更重要的是通过后续热轧过程在920℃～1180℃范围完成粗轧，在750～860℃相对较低的精轧终轧温度范围完成热轧过程，积蓄一定的变形储能，在低温大变形过程中，促使材料机体内粗大的晶粒破碎和再形核；再进行高于精轧终轧温度约100℃或850℃～1080℃范围，工艺走带速度为25～40米/分，进行退火和酸洗，以促进材料的重新形核、晶粒均匀长大和充分再结晶；然后再以累计压下率大于等于40％的工艺再冷轧、退火，且退火温度不超过前一次温度并酸洗，可以有效改善中、高Cr超纯铁素体不锈钢成品表面的起皱现象，避免加Ti后各工序的磨修量增加和成品Ti条纹(另一种表面缺陷)产生。

1、Nb单稳定化的纯铁素体不锈钢连铸坯，使连铸坯形成少量的等轴晶区；经920℃～1180℃热轧粗轧，在精轧终轧温度750～860℃的范围完成热轧阶段生产，为后续的热处理加工积蓄一定的变形储能，促使材料机体内的晶粒破碎和形成新的形核点。

2、热轧后退火酸洗

热轧后的板带采用连续退火酸洗，退火温度保持在850～1080℃，一般退火温度要求比热轧终轧温度至少提高100度，保温时间在1～5分钟，工艺走带速度为25～40分/米，促使热轧过程破碎的晶粒重新形核、长大和再结晶，使热轧同方向拉长的晶粒得到充分的回复和均匀长大，避免材料在后续冷轧变形过程中沿着原来拉长的晶粒继续变形，为冷轧过程的晶粒回复创造条件，从而有效消除冷轧后成品起皱现象的产生。

本发明中、高铬纯铁素体抗皱不锈钢通过Nb稳定化和上述热轧、连续退火酸洗工艺生产即可保证后道工序生产出来的冷轧2B成品板具有良好的抗皱性能，与采用Ti、Nb复合稳定化生产出来的高纯铁素体不锈钢比，节约成本、减少过程工序的磨修损耗，和生产过程的断带风险，且成品表面质量更佳。

3、冷轧

不锈钢热轧板带在连续退火酸洗后到获得冷轧成品之间可采用一个轧程，累计冷轧压下率≥40％，即使累计冷轧压下率偏低，只要保证较低的热轧精轧终轧温度和较高的热卷退火温度，成品表面的起皱性能也能改善。

4、冷轧后退火酸洗

冷轧后的退火酸洗处理中，退火温度保持在850～1080℃，处理时间为1～5分钟，根据材料厚度，偏薄规格取下限和偏厚规格取上限作为保温时间的控制原则。退火温度过高，容易导致再结晶晶粒的粗化，从而劣化最终产品的抗皱性能，退火温度过低，不能实现带钢的完全再结晶，也将劣化最终产品的抗皱性能。保温时间过长，容易导致再结晶晶粒的粗化，从而劣化最终产品的抗皱性能，保温时间过短，同样不能实现带钢的完全再结晶。

本发明的有益效果

本发明中、高铬Nb单稳定化纯铁素体抗皱不锈钢的特点是低碳氮、中高铬级别、起皱性良好，生产工艺可行。本发明不添加有损连铸坯表面质量和提高脆性转变温度的稳定化元素Ti，仅添加稳定化元素Nb，可减少铸坯磨修量，降低断带风险，提高表面质量和综合性能。

在920～1180℃的粗轧温度范围热轧，和在750～860℃精轧终轧温度完成热轧生产，促使材料机体内的晶粒破碎并促进其形核；再进行至少高于热轧终轧温度100度以上的热处理退火工艺，使热轧变形储能在能量释放过程中机体内破碎的晶粒重新形核、长大和再结晶，并使热轧拉长的晶粒同时再回复；及执行以后的冷轧、退火酸洗工艺，就能获得冷轧后表面没有起皱现象的偏厚规格≥2mm中、高Cr铁素体不锈钢2B成品板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进步说明。

表1为用Nb单稳定组成化学成分的铁素体不锈钢实施例；表2为分别用不同热轧工艺和热处理退火工艺制度生产的实施例。

表1

表2

Claims (3)

1.一种抗皱纹性良好的铁素体不锈钢，其成分重量百分比为：C≤0.02％、N≤0.02％、Si 0.10～0.50％、Mn 0.10～0.50％、P≤0.03％、S≤0.01％、Cr 16-30％、Ni≤1.00％、Nb 0.15～0.40％、Nb/(C+N)≤16、O≤0.010％、Cu≤1.00％、余Fe以及不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的抗皱纹性良好的铁素体不锈钢，其特征是，还包含Mo≤2.00％，重量百分比计。

3.如权利要求1或2所述的抗皱纹性良好的铁素体不锈钢的生产方法，其包括如下步骤：

1)按上述成分冶炼、浇铸成铸坯；

2)热轧，在920℃～1180℃热轧粗轧，在精轧终轧温度为750～860℃完成热轧；

3)热轧后退火酸洗，热轧后的板带采用连续退火酸洗，退火温度850～1080℃，保温时间1～5分钟，工艺走带速度为25～40米/分；

4)冷轧，采用一个轧程，累计冷轧压下率≥40％；

5)冷轧后退火酸洗，退火温度850～1080℃，处理时间为1～5分钟。