CN102230136B

CN102230136B - 一种奥氏体不锈钢及其制造方法

Info

Publication number: CN102230136B
Application number: CN 201110027216
Authority: CN
Inventors: 季灯平; 江来珠; 吴狄峰; 杨宴宾; 吴挺强
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Desheng Stainless Steel Co., Ltd.
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: CN102230136A

Abstract

本发明涉及一种具有优良抛光性能的低镍奥氏体不锈钢，其化学成分(wt％)：C：0.05-0.12％、0.3％＜Si＜1％、Mn：9.2-11.0％、Cr：14.0-16.0％、Ni≤0.4％、N：0.12-0.25％、P＜0.08％、S＜0.01％、Cu：1.5-3.5％、10×10^-4％≤B≤30×10^-4％、30×10^-4％≤Ca≤60×10^-4％，余量为Fe和不可避免杂质。该不锈钢在大幅度减少使用贵金属Ni的前提下，通过合理的成分设计，获得室温下单一的奥氏体组织，使其具有良好的机械性能和一定的耐蚀性。另外，通过科学的制造方法，提高钢水纯净度，并利用夹杂物改性技术，有效避免不锈钢在抛光过程中的起皮、砂眼等缺陷；控制冷轧产品的晶粒度等级，避免抛光条纹的产生，从而获得良好的抛光性能。本发明钢可以很好满足装饰、制品等领域高抛光性不锈钢的使用要求，并大大降低了成本。

Description

一种奥氏体不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种奥氏体不锈钢及其制造方法，更具体地说是一种具有优良抛光性能的低镍奥氏体不锈钢及其制造方法。

背景技术

304、316等奥氏体不锈钢因其优良的机械性能和耐腐蚀性能，广泛应用于国民经济的各个领域。但近年来镍价格的剧烈波动，给304、316等高镍含量奥氏体不锈钢的生产带来了巨大风险，低镍甚至无镍的奥氏体不锈钢开发已受到人们的高度关注。低镍型奥氏体不锈钢具有优良的机械性能和一定的耐蚀性能，可以满足弱腐蚀环境条件下的使用要求，例如装饰、制品等领域。然而，装饰、制品用不锈钢往往需要进行表面抛光，对不锈钢的抛光性能提出较高的要求。因此，开发具有优良抛光性能的低镍奥氏体不锈钢有着十分重要的实际应用意义。

国内外有介绍低镍奥氏体不锈钢的成分设计和改善不锈钢的抛光性能的文献。

CN1584098A公开了一种低Ni奥氏体不锈钢的化学组成，在这些化学组成中虽然采用了进一步降低Ni含量(Ni≤1.2％)，提高Mn含量(8.5％≤Mn≤10.0％)的合金化方法，但没有考虑加入一定含量Cu提高冷加工性能，另外也没有考虑到提高抛光性能的工艺措施。

CN1500894A和CN1704497A公开了一种低Ni奥氏体不锈钢的化学组成，在这些化学组成中虽然也采用了进一步降低Ni含量(1.0％≤Ni≤5.0％)，提高Mn含量(7.5％≤Mn≤10.5％)的合金化方法，并且CN1500894A也考虑到添加微量B改善热加工。但Ni含量依然较高，而且没有考虑到Ca处理提高钢液纯净度以及夹杂物改性可以避免抛光过程中出现起皮、沙眼而改善不锈钢抛光性的作用。

CN1876882A描述了一种低Ni奥氏体不锈钢的化学组成，在这些化学组成中虽然也采用了进一步降低Ni含量(0.6％≤Ni≤1.3％)，提高Mn含量(8.5％≤Mn≤12.0％)的合金化方法，并且也考虑到添加微量稀土元素Re改善热加工性。但Ni含量依然较高，而且没有考虑到Ca处理提高钢液纯净度以及夹杂物改性可以避免抛光过程中出现起皮、沙眼而改善不锈钢抛光性的作用，同时稀土元素在工业化大生产中难以加入而且收得率不稳定，不利于工业化大生产的组织。

CN1240839A描述了一种低Ni奥氏体不锈钢的化学组成，在这些化学组成中虽然也采用了进一步降低Ni含量(1.0％≤Ni≤4.0％)，提高Mn含量(5.0％≤Mn≤11.0％)的合金化方法，并且也考虑到添加微量元素B和Ca处理，但该技术Ni含量依然较高而且该技术没有加入N元素，使该技术产品的奥氏体稳定性下降，不利于冷加工成形。

CN12160132A描述了一种低Ni奥氏体不锈钢的化学组成，在这些化学组成中将Ni含量降低到较低含量(0.1％≤Ni≤2.0％)，但是Mn含量(5.0％≤Mn≤9.0％)不是很高，会降低奥氏体的稳定性。另外，该技术也没有考虑到Ca处理等改善不锈钢抛光性能的工艺方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低镍奥氏体不锈钢，以及使不锈钢具有优良抛光性能的制造方法。

为了实现上述目的，本发明的优良抛光性能的低镍奥氏体不锈钢，其化学成分(重量百分比)为：C：0.05-0.12％、Si：0.3-1％、Mn：9.2-11.0％、Cr：14-16％、Ni≤0.4％、N：0.12-0.25％、P＜0.08％、S＜0.01％、Cu：1.5-3.5％、10×10^-4％≤B≤30×10^-4％、30×10^-4％≤Ca≤60×10^-4％，余量为Fe和不可避免杂质。

优选地，Mn：9.2-10.5％、Cr：14-15％、Ni≤0.4％、N：0.12-0.20％、Cu：1.5-2.0％。

优选地，Ni：0.1-0.4％。

下面，对本发明的具有优良抛光性能低镍奥氏体抗菌不锈钢中各元素的作用进行叙述。

C：C是强烈形成、稳定和扩大奥氏体区的元素，C对室温下形成奥氏体组织起到重要作用。但是C含量太高会降低不锈钢的塑性，而且对不锈钢的耐蚀性不利，所以C要有适当的百分含量。

Mn：Mn是比较弱的奥氏体形成元素，但在不锈钢中是强烈的奥氏体组织稳定元素，并能提高N在钢中的溶解度。在低镍型奥氏体不锈钢中，Mn与钢中C、N等元素复合作用，部分取代Ni确保不锈钢在室温下为奥氏体组织。但Mn对奥氏体不锈钢的耐蚀性有着负面影响，因此Mn含量也不能太高。

Cr：Cr是不锈钢中最重要的合金元素，是获得不锈钢不锈性和耐蚀性的保证。本发明的低镍型奥氏体抗菌不锈钢Cr含量控制在14-16％。Cr不能太高的原因是为了获得室温下单一的奥氏体组织。

Ni：Ni是形成和稳定奥氏体相最重要的元素，并且还可以增强不锈钢抗还原酸的能力和提高加工性能，但为了降低成本，本发明大大降低Ni的含量，限制Ni含量小于0.4％，优选为0.1-0.4％。

N：N在不锈钢中是非常强烈地形成、稳定和扩大奥氏体区的元素。N在不锈钢中除了可以替代贵重资源如Ni之外，还可以在不明显降低材料塑性和韧性的前提下明显提高材料的强度，还能提高不锈钢的不锈性、耐蚀性以及延缓碳化物的析出等。但由于N在不锈钢中的溶解度有限，为了避免钢在凝固过程中出现皮下气泡，N含量的确定必须与其它合金元素协调作用以确保N以固溶状态存在，并且与其它合金元素复合作用来确保不锈钢在室温下为单相奥氏体组织。

Cu：Cu可以改善不锈钢冷加工性能，但是随着Cu含量的提高，不锈钢的热加工性能变差，因此本发明添加1.5-3.5％重量的Cu。另外，从降低成本的角度考虑，本发明的Cu含量优选为1.5-2.0％重量。

Si：Si在低镍奥氏体不锈钢冶炼过程作为脱氧剂加入，因此，为了控制钢中低的总[O]含量，钢中必须具有一定的还原Si含量。但Si在不锈钢中又是铁素体形成元素，为了确保不锈钢在室温下为单相奥氏体组织，Si含量必须加以一定的限制。本发明Si含量控制在0.3-1.0％。

P：P在不锈钢中被视为有害元素，应尽量控制得越低越好。

S：考虑到本发明钢Mn含量较高，容易形成MnS夹杂物，影响耐蚀性能，因此要求控制S含量在较低的水平。

Ca：利用钢水Ca处理进行Al₂O₃高熔点夹杂物的改性作用，使Al₂O₃夹杂物转变为CaO-Al₂O₃-SiO₂复合型夹杂物。通常认为复合型夹杂物中CaO的质量百分比大于20％时，夹杂物的改性效果比较明显，因此根据钢水中Al含量的计算，若Ca元素的含量大于30ppm以上，可以取得理想效果。另外，Ca元素不能太高的原因是避免过多的CaO类夹杂物。

需要说明的是，Cr、Mn、N三个元素的含量必须协同设计添加，为了使N在钢中有足够的固溶度，就必须添加一定量的Cr、Mn元素，但为了保证单一的奥氏体组织，Cr含量也不能太高。

本发明的低镍奥氏体不锈钢按如下工艺流程进行制造：电炉冶炼→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→热轧→热退酸洗→冷轧→冷退酸洗→平整。

本发明在改善抛光性能的工艺措施是：

转炉冶炼过程，采用Si脱氧，控制还原Si含量在0.3-1.0％。保持钢中一定还原Si的含量是降低钢中总[O]含量的有效措施，而钢中总[O]含量越低，夹杂物的含量就越低，从而改善抛光性能。据统计分析，当还原Si含量大于0.3％时，钢水中的总[O]含量可以降低至50ppm以下，钢水的纯净度得以很好地保证。

炉外精炼过程，保证精炼时间不少于40分钟，氩气软搅拌时间不少于10分钟，并进行Ca处理。保证足够时间的精炼和氩气软搅拌时间，可以促使钢水中夹杂物的充分上浮，提高钢水纯净度。对于钢中可能存在的高熔点Al₂O₃夹杂，通过Ca处理进行改性，可以减小高熔点夹杂物对后续加工性能的影响。

制定合理的冷退酸洗(即冷轧后退火酸洗)工艺，控制材料温度为1000-1050℃，TV(T是材料厚度，单位为mm；V为带钢退火走带速度，单位为m/min)值为50-80mm*m/min，控制材料的晶粒度在8-9级。奥氏体不锈钢的晶粒度对抛光性能具有重要的影响，晶粒太大，材料太软，成形过程会出现表面起皱，抛光过程容易出现抛光条纹；晶粒过细，材料太硬，难以进行表面抛光，因此，本发明钢控制晶粒度在8-9级，使材料具有良好的抛光效果。

附图说明

图1为本发明具有良好抛光性能的低镍奥氏体不锈钢冷轧退火态金相组织。

图2为本发明具有良好抛光性能的低镍奥氏体不锈钢制备的餐盘。

具体实施方式

以下用实施例对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，最佳实施方式并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1：

采取电炉、AOD的两步法冶炼，冶炼过程控制钢水中还原Si含量大于0.3％，现场实际分析为0.45％。LF工位精炼时间为45min。吹氩软搅拌时间为12min。在LF工位终点进行Ca处理、B微合金化，使钢水中Ca元素的含量控制在30-60ppm，B元素的含量控制在10-30ppm。钢水经过连铸得到板坯，板坯再经过热轧、热退酸洗、冷轧、冷退酸洗生产出2B表面状态的带钢，其中冷轧后退火工艺为：材温1030±5℃，TV值60-70mm*m/min。成分检测表明：带钢总氧含量[O]＜50ppm，为38ppm。因此，通过本发明的生产工艺可以获得高纯净的钢水，有效避免产品在表面抛光过程中出现由于夹杂物引起的砂眼缺陷，从而改善抛光性能。

实施例2：

采取电炉、AOD的两步法冶炼，冶炼工艺的控制要求和实施例1相同，不再重复叙述，各主要控制点实际值为：LF精炼时间40min，吹氩软搅拌时间为15min。钢水经过连铸、热轧、冷轧、退火酸洗、平整，生产出2B表面状态的低镍奥氏体不锈钢，其中冷轧退火艺为1050±5℃，TV值70-80mm*m/min。

利用金相法对钢中的夹杂物等级进行评定，评定依据为GB/T10561-2005，结果如表1所示。可以看出，影响材料抛光性能的C类夹杂物，如Al₂O₃、MgO等数量少，尺寸小，有利于改善抛光性能。

表2实施例2的夹杂物评定结果

实施例3：

采取电炉、AOD的两步法冶炼，冶炼工艺的控制要求和实施例1相同，不再重复叙述，各主要控制点实际值为：LF精炼时间48min，吹氩软搅拌时间为10min。再经过连铸、热轧、冷轧、退火酸洗、平整，生产出2B表面状态的低镍奥氏体不锈钢。其中冷轧后退火工艺为：材料温度为1000±5℃，TV值为50-60mm*m/min。成品的金相组织如图1所示，可以看出，本发明钢室温下为单一的奥氏体组织，晶粒度等级为8.5级。控制晶粒度在8-9级可以获得良好抛光性能的原因是：保证材料具有适当的硬度，避免了抛光条纹的产生。

实施例4：

采取电炉、AOD的两步法冶炼，再经过连铸、热轧、冷轧、退火酸洗、平整，生产出2B表面状态的低镍奥氏体不锈钢，生产工艺的控制要求和实施例3相同，不再重复叙述。各主要控制点实际值为：LF精炼时间46min，吹氩软搅拌时间为11min，冷轧后退火工艺中材料温度控制在1010±5℃，TV值为55-65mm*m/min。实施例的室温力学性能如表4所示，可以看出本发明钢具有较高的塑性，易于加工成形，适合于应用于装饰、制品、家电、公共设施等领域。

实施例5：

采取电炉、AOD的两步法冶炼，再经过连铸、热轧、冷轧、退火酸洗、平整，生产出2B表面状态的低镍奥氏体不锈钢，生产工艺的控制要求和实施例3相同，不再重复叙述。各主要控制点实际值为：LF精炼时间46min，吹氩软搅拌时间为11min，冷轧后退火工艺中材料温度控制1040±5℃，TV值65-75mm*m/min。

利用本发明的2B板(实施例5)进行冲压制备餐盘，然后进行表面抛光，如图2所示。可见利用本发明的钢制造的不锈钢餐盘抛光后表面没有存在抛光条纹缺陷，也没有起皮、砂眼等由于夹杂物引起的缺陷，表明本发明的钢具有良好的抛光性能。

各实施例的成分、主要组织性能指标列于表3、表4和表5中。

表3实施例的化学成分，wt％

实施例	C	Si	S	P	Cr	Mn	Ni	N	Cu	Ca	B	Fe
													1	0.075	0.45	0.001	0.02	15.5	9.8	0.30	0.18	1.50	42	18	余量
2	0.065	0.73	0.002	0.03	14.0	10.5	0.15	0.12	2.0	30	10	余量
													3	0.12	1.00	0.002	0.03	16.0	11.0	0.40	0.20	1.58	37	30	余量
4	0.050	0.67	0.003	0.02	14.3	10.0	0.10	0.15	1.73	48	27	余量
													5	0.093	0.30	0.003	0.04	14.2	9.2	0.35	0.16	1.60	60	22	余量

表4实施例的室温力学性能和点蚀电位

实施例	R_p0.2(MPa)	R_m(MPa)	A_50mm(％)	E_p(mV)
					1	395	810	52	91
2	380	785	53	82
					3	415	850	50	102
4	385	790	54	87
					5	395	815	53	92

E_p(mV)：点蚀电位(按照GB/T 17899-1999进行)。

表5实施例的夹杂物和晶粒度等级评定

由以上说明和实施例的实验结果可知：本发明通过科学的合金设计，在大大降低原材料成本的前提下，获得了优良的力学性能和抛光性能，可以很好地满足于装饰装潢、制品等领域的使用要求。因此，本发明具有广阔的市场应用前景。

以上通过具体实施例对本发明进行了说明，但不仅仅限于这些实施例，在不脱离本发明构思的前提下，还可以有更多变化或改进的其他实施例，而这些变化和改进都应属于本发明的范围。

Claims

1.一种低镍奥氏体不锈钢，其特征在于，所述奥氏体不锈钢的化学成分以重量百分比计包括：C：0.05-0.12％、Si：0.3-1％、Mn：9.2-11.0％、Cr：14-16％、Ni≤0.4％、N：0.12-0.25％、P＜0.08％、S＜0.01％、Cu：1.5-3.5％、10×10^-4％≤B≤30×10^-4％、30×10^-4％≤Ca≤60×10^-4％，余量为Fe和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的低镍奥氏体不锈钢，其特征还在于，优选化学成分以重量百分比计包括：Mn：9.2-10.5％、Cr：14-15％、Ni≤0.4％、N：0.12-0.20％、Cu：1.5-2.0％。

3.如权利要求1或2所述的低镍奥氏体不锈钢，其特征还在于，Ni：0.1-0.4％。

4.如权利要求1-3任一所述的低镍奥氏体不锈钢的制造方法，包括：

采取电炉、AOD两步法冶炼，冶炼过程控制钢水中还原Si含量大于0.3％；钢中总氧含量≤50ppm；

LF炉精炼时间≥40min；

吹氩软搅拌时间≥10min；

在LF工位终点进行Ca处理、B微合金化，使钢水中Ca元素的含量控制在30-60ppm，B元素的含量控制在10-30ppm；

钢水经过连铸得到板坯，板坯再经过热轧、热退酸洗、冷轧、冷退酸洗。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，LF炉精炼时间优选为45-50min。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，吹氩软搅拌时间优选为15-20min。

7.如权利要求4-6任一所述的方法，其特征还在于，还包括冷轧后的带钢在1000-1050℃进行退火，带钢退火走带速度为50-80m/min。

8.如权利要求4-7任一所述的方法制造的低镍奥氏体不锈钢，冷轧成品带钢的晶粒度为8-9级。