CN102665963B - 马氏体系不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于西餐餐具、刀具和剪刀等中的中碳马氏体系不锈钢制造方法和用该方法制造的马氏体系不锈钢，本发明通过按照重量％包含0.10～0.50％的碳、11～16％的铬的薄带连铸装置中，在包含朝相反方向旋转的一对辊子、设置在该辊子两侧面而用于形成钢水池的侧封、从所述钢水池的上面供给惰性氮气的半月板盾的薄带连铸装置中，将按照重量％包含C：0.10～0.50％、Cr：11～16％的不锈钢钢水从中间包通过管口供给到所述钢水池而铸造不锈钢薄板，用所述铸造的不锈钢薄板利用在线辊子以5～40％的压下率制造热轧退火带钢。本发明通过减少碳化物中心偏析，抑制叠片结构的缺陷，使碳化物中心偏析部与未偏析部之间的硬度之差小，从而可以获得整体硬度均匀的马氏体系不锈钢。

Description

马氏体系不锈钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种马氏体系不锈钢及其制造方法，尤其涉及利用薄带连铸法制造含有0.10-0.50％的碳、11-16％的铬的中碳马氏体系不锈钢而减少叠片结构、硬度均匀的中碳马氏体系不锈钢及其制造方法。
背景技术
通常，马氏体系不锈钢通过如下制造工艺进行制造。即，通过对钢水进行铸造而制造出连铸板之后进行再加热并热轧，在热轧的状态下，钢的组织以马氏体相、回火马氏体相、残余奥氏体相等混在的状态存在。这种热轧卷板为了热轧板退火而经过箱式炉退火工艺之后，变态为铁素体和碳化物而被软质化，为了除去所形成的锈(scale)，通过热轧退火的软质材料经过酸洗工艺。酸洗后的软质材料在冷轧或产品加工之后，最终需求是经过热处理工艺而变态为马氏体钢。
作为典型的马氏体系不锈钢有420系列钢，这些钢因为钢的高含碳量，在连铸板制造工艺中形成粗大的碳化物中心偏析。碳化物中心偏析是树枝状晶体(dendrite)之间存在的微细偏析钢水在凝固的同时，向着较大(bulk)钢水内被吸入和堆积的结果发生的现象。形成于板内的中心偏析在再加热或退火热处理工艺中不容易去除，会残留在热轧或冷轧板上，因此在带钢(strip)的剪切(shearing)过程中伴随叠片结构(lamination，双重板)。
在生产现有的200～250mm的板的情况下，为了使中心偏析最小化，在连铸工艺中将铸造速度降低到通常的70～80％后进行操作，但存在连铸生产效率明显降低的问题。并且，为了使铸造时形成的中心部的粗大的碳化物固熔，需要使热轧之后的箱式炉退火(batch annealing)的退火温度和维持时间过长，这导致生产效率急剧降低。连续铸造时发生的中心偏析是因在进行凝固的同时碳的累积导致的浓化钢水而发生，因此存在用于降低此的方法。即，用于降低中心偏析的方法有电子搅拌法(Electromagnetic Stirring)、机械轻压法(Mechanical Softreduction)以及热应力压下(Thermal SoftReduction)等。
发明内容
本发明是为了满足上述要求而提出的，其目的在于通过使用与以往的连续铸造法不同的、直接通过双辊生产薄件的薄带连铸法制造马氏体系不锈钢而减少碳化物中心偏析，从而抑制以往的连续铸造的最大缺点的叠片结构，提供硬度均匀的高碳马氏体系不锈钢。
为了达到上述目的，本发明的中碳马氏体系不锈钢的制造方法，在包含朝着相反方向旋转的一对辊子、设置在该辊子的两侧面用于形成钢水池的侧封、从所述钢水池的上面供给惰性氮气的半月板盾的片铸装置中，将按照重量％包含C：0.10～0.50％、Cr：11～16％的不锈钢钢水从中间包通过管口供给到所述钢水池而铸造不锈钢薄板，使用所述铸造的不锈钢薄板利用在线辊子以5～40％的压下率制造热轧退火带钢。
并且，在本发明中，所述马氏体系不锈钢按照重量％包含 Si：0.1～1.0、Mn：0.1～1.0、Ni：超过0且小于等于1.0、N：超过0且小于等于0.1、S：超过0且小于等于0.04、P：超过0且小于等于0.05，剩余成分为Fe和其他不可避免的杂质。
并且，在本发明中提供在还原性气氛下以700～950℃的温度范围内对所述热轧退火带钢实施箱式炉退火(batch annealing)而制造热轧退火板的方法。
并且，在本发明中可以得到对于所述热轧退火带钢以荷重为100g的维氏硬度进行测量时，在厚度剖面部中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差为90Hv以下的中碳马氏体系不锈钢。
并且，本发明的另一个方面的中碳马氏体系不锈钢，在包含朝着相反方向旋转的一对辊子、设置在该辊子的两侧面用于形成钢水池的侧封、从所述钢水池的上面供给惰性氮气的半月板盾的片铸装置中，将按照重量％包含C：0.10～0.50％、Cr：11～16％的不锈钢钢水从中间包通过管口供给到所述钢水池而铸造不锈钢薄板，使用所述铸造的不锈钢薄板利用在线辊子以5～40％的压下率实施压下。
并且，在本发明中，所述马氏体系不锈钢包含按照重量％具有 Si：0.1～1.0、Mn：0.1～1.0、Ni：超过0且小于等于1.0、N：超过0且小于等于0.1、S：超过0且小于等于0.04、P：超过0且小于等于0.05，剩余成分为Fe和其他不可避免的杂质的中碳马氏体系不锈钢。
并且，本发明获得所述不锈钢在还原性气氛下以700～950℃的温度范围内通过箱式炉退火(batch annealing)的中碳马氏体系不锈钢。
并且，本发明可以获得所述不锈钢以荷重为100g的维氏硬度进行测量时，在厚度剖面部中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差为90Hv以下的马氏体系不锈钢。
并且，在本发明中根据所述方法制造的不锈钢是厚度为1～5mm的薄板。
如上所述，本发明通过利用薄带连铸法制造马氏体系不锈钢，具有减少中心偏析、且可以抑制层叠结构的缺陷的效果。如此得到的马氏体系不锈钢具有在整体组织上硬度均匀的效果。
附图说明
图1为一般的薄带连铸工艺的概略图。
图2为通过连续铸造法铸造的200mm厚度的板剖面微细组织，表示厚度的中心部存在碳化物偏析而被蚀刻成黑色的状态的组织照片图。
图3为通过薄带连铸法铸造，铸造之后立刻在高温下连续在线轧制(in-line rolling)的热轧板材的低倍率剖面微细组织，表示形成在厚度中心部的等轴晶(equiaxed crystals)组织和形成在表层部的柱状晶(columnarcrystals)组织的组织照片图。
图4为通过连续铸造法铸造并进行了箱式炉退火(batch annealing)的热轧退火板的低倍率微细组织，表示碳化物中心偏析部形成为黑带形态的组织照片图。
图5为将图4中表示的黑带部分放大的微细组织，表示以约20μm的厚度形成碳化物偏析的带的组织照片图。
图6为通过薄带连铸法铸造并进行了箱式炉退火(batch annealing)的热轧退火板的低倍率微细组织，表示图4中示出的带状的中心偏析部的形成被抑制的组织照片图。
图7为将图6进行了放大的微细组织，表示中心偏析部的形成被抑制的组织照片图。
图8为在碳化物中心偏析部和未偏析部测定的维氏硬度值的比较曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明实施例以及为了使本领域技术人员容易理解本发明内容所需的事项。只是，本发明可以在权利要求书中记载的范围内以各种不同的形态实现，因此下面说明的实施例与表述形式无关，仅仅是示例性实施例而已。
在说明本实施例的过程中，如果认为针对相关的公知功能或结构的具体说明可能会导致本发明要旨不清楚，则省略对相关内容的详细说明。并且，需要留意的是，在附图中对于相同的构成要素而言，即使被表示在其他图中，也尽可能用相同的参照号和符号表示。同时，为了使说明简便和清楚，在附图中各层的厚度或大小可能被放大，可能与实际的层厚度或大小不同。
图1是现有的薄带连铸设备的概略图。该薄带连铸工艺是从钢水直接生产较薄的热轧退火片的工艺，通过省略热轧工艺，可以显著地减少制造成本、设备投资费用、能源使用量、有害气体排出量等的新的钢铁工艺过程。一般的薄带连铸工艺中所使用的双辊型薄板铸造机如图1所示，将钢水收容到铁水包(ladle)1中，钢水随着管口流入到中间包(Tundish)2，流入到中间包2的钢水通过管口3供给至设置在铸造辊6的两个末端部的侧封5之间，即铸造辊6之间之后后开始凝固。此时，为了防止氧化，辊子之间的熔融金属部使用半月板盾4保护熔融金属面，并注入适当的气体来适当地调节气氛。从两个辊子相面对的辊距7挤出熔融金属而制造并拉拔薄板8的同时，经过轧钢机9进行轧钢之后，经过冷却工艺并卷绕到卷绕设备10。
此时，从钢水直接制造厚度为10mm以下的薄板的双辊式薄板铸造工艺中重要的技术是，向快速地以相反方向旋转的内部水冷式双辊之间通过注入管口供给钢水，在没有裂纹并提高成品率的情况下制造所期望的厚度的薄板。
本发明的发明人得知使用薄带连铸方法制造时可以创新地解决关于使用以往的连铸方法难以解决的中心偏析问题。其结果，确认了在带钢(strip)的剪切(shearing)过程中缓和叠片结构(lamination，双层板)，使板材厚度方向的硬度均匀的效果。
(实施例)
下面，通过实施例说明本发明。
在本发明中使用的母材是马氏体不锈钢，C的重量％为0.10～0.50％，Cr的重量％为11～16％的范围。在本发明中，如果C的范围为0.1％以下，则虽然不会发生严重的中心偏析，但从其硬度上并非优选，如果C的范围为0.5％以上，则淬火(Quenching)热处理时的残余奥氏体会过多的残存于微细组织内。因此，在本发明中，作为最优选的范围提出C：0.1～0.5％，Cr：11～16％的方案。
并且，根据本发明的实施例的上述马氏体不锈钢以下述成分系的合金作为对象，即按照重量％包含Si：0.1～1.0、Mn：0.1～1.0、Ni：超过0且小于等于1.0、N：超过0且小于等于0.1、S：超过0且小于等于0.04、P：超过0且小于等于0.05、剩余成分为Fe和其他不可避免的杂质。
在实施例中比较了通过以往的连续铸造法制造的热轧退火板和通过薄带连铸法制造的钢的微细组织学特性。
表1表示通过连续铸造法和薄带连铸法制造的钢的成分。使用以往的连续铸造法以420J2成分制造厚度为200m的连铸板100吨。这通过表1的#1以比较例表示。然后，为了进行热轧，在加热炉中对板进行再加热，最终热轧为3mm的厚度。将与通过连续铸造而制造的成分钢的表1的#1类似的成分作为表1的发明钢，利用双辊式薄带连铸机制造成热轧卷板的形态。双辊式薄带连铸机的特点是向朝着相反方向旋转的双辊(twin-drum rolls)和侧封(side dams)之间供给钢水，通过进行水冷的辊子表面排放很多热量的同时进行铸造。此时，在辊子表面以较快的冷却速度形成凝固壳(solidifyingshell)，铸造后通过在高温下连续进行的在线轧制(in-line rolling)，最终制造出1～5mm左右的薄的热轧薄板。在本实施例中，以420J2成分铸造3.0mmt，在铸造之后立刻实施在线轧制(in-line rolling)而制造厚度为2mm的热轧卷板。对于使用连续铸造法制造的厚度为3mm的热轧板和使用薄带连铸法制造的厚度为2mm的热轧卷板进行相同条件下的箱式炉退火(batchannealing)。
[表1]
利用连续铸造法和薄带连铸法制造的钢的成分
  ID   C   Si   Mn   P   S   Cr   Ni   N   ΔHv   备注
#1 0.29 0.43 0.45 0.021 0.004 13.2 0.1 0.03 98   连续铸造(比较例)
#2 0.13 0.43 0.50 0.023 0.001 12.3 0.25 0.02 4   薄带连铸(发明例)
  #3   0.30   0.45   0.49   0.021   0.001   13.3   0.1   0.03   6   薄带连铸(发明例)
  #4   0.32   0.46   0.50   0.019   0.001   13.4   0.4   0.03   9   薄带连铸(发明例)
  #5   0.45   0.35   0.40   0.018   0.002   14.0   0.15   0.02   8   薄带连铸(发明例)
  #6   0.48   0.52   0.45   0.018   0.002   14.8   0.3   0.02   10   薄带连铸(发明例)
图2为在通过以往的连铸法制造的成分钢中表示比较例的#1的厚度为200mm的板剖面组织照片。表示板中央部存在被蚀刻成黑色的碳化物中心偏析部。相反，作为通过薄带连铸法铸造的厚度为2mm的热轧板，表1的发明钢的#3只能确认在厚度中央部存在等轴晶(equiaxed crystals)，在光学显微镜上确认不出中心部存在偏析痕迹。这可以通过图3进一步了解。
图4和图5是对通过以往的连铸法制造并通过箱式炉退火进行了软化处理的、厚度为3mm的材料的比较例#1的中央部剖面组织分别在x50倍和x1000倍的倍率下拍摄的微细组织。根据所拍摄的微细组织可知，厚度的剖面中央部形成有中心偏析部，该中心偏析部以约20μm厚度的带状密集地形成碳化物。但是，通过薄带连铸法制造并通过箱式炉退火进行了软化处理的、厚度为2mm的材料的表1的发明钢的#3的中央部剖面组织中观察不到这种碳化物中心偏析。这可以通过图6和图7的组织照片进行确认。
图8是图5中确认的碳化物中心偏析部与未偏析部的硬度的测定结果。虽然测定了维氏硬度值(Hv)，但以100的荷重分别测定了10次。将其结果表示成图8的盒状。碳化物中心偏析部的平均硬度为288Hv，未偏析部的平均硬度为193Hv，其硬度值相差约95Hv。表1中示出了通过薄带连铸法制造的多种成分的马氏体不锈钢热轧退火板材的剖面硬度测定结果。表1中表示的维氏硬度值之差(ΔHv)如前所述，是碳化物中心偏析部与未偏析部的硬度之差的测定结果，除了通过连续铸造制造的钢的表1的比较例#1之外，在所有的发明例的情况下，剖面硬度的偏差被测量为10Hv以下。这种结果表明，通过薄带连铸法制造而除去碳化物中心偏析时，硬度的均匀性会提高。
虽然通过上述的优选实施例具体说明了本发明的技术思想，但应该知道，上述实施例仅用来进行说明，并非用来限定本发明。并且，本发明技术领域的具有一般的知识的人员应该明白，在本发明技术思想的范围内可以实现多种变形例。
对于前述发明的权利范围通过下面的权利要求书进行确定，并不局限于说明书本文的记载，属于权利要求书的等同范围内的变形和变更均属于本发明。

Claims (5)

1.一种马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在于，在包含朝着相反方向旋转的一对辊子、设置在该辊子的两侧面而用于形成钢水池的侧封、从所述钢水池的上面供给惰性氮气的半月板盾的薄带连铸装置中，按照重量％包含C：0.10～0.50％、Cr：11～16％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.1～1.0％、Ni：超过0％且小于等于1.0％、N：超过0％且小于等于0.1％、S：超过0％且小于等于0.04％、P：超过0％且小于等于0.05％，剩余成分为Fe和其他不可避免的杂质的不锈钢钢水从中间包通过管口被供给到所述钢水池后，所述不锈钢钢水被所述一对辊子挤出的同时直接被铸造成不锈钢薄板，使用所述铸造的不锈钢薄板在铸造后高温下连续利用在线辊子以5～40％的压下率制造热轧退火带钢，
并且，在还原性气氛下以700～950℃的温度范围内对所述热轧退火带钢实施箱式炉退火而制造热轧退火板，
所制造的所述热轧退火带钢以荷重为100g的维氏硬度进行测量时，在厚度剖面部中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差为90Hv以下。
2.根据权利要求1所述的马氏体系不锈钢的制造方法，其特征在于，在所述热轧退火带钢的厚度剖面部中碳化物偏析层的厚度为20μm以下。
3.一种马氏体系不锈钢，其特征在于，在包含朝着相反方向旋转的一对辊子、设置在该辊子的两侧面用于形成钢水池的侧封、从所述钢水池的上面供给惰性氮气的半月板盾的薄带连铸装置中，按照重量％包含C：0.10～0.50％、Cr：11～16％、Si：0.1～1.0％、Mn：0.1～1.0％、Ni：超过0％且小于等于1.0％、N：超过0％且小于等于0.1％、S：超过0％且小于等于0.04％、P：超过0％且小于等于0.05％，剩余成分为Fe和其他不可避免的杂质的不锈钢钢水从中间包通过管口被供给到所述钢水池后，所述不锈钢钢水被所述一对辊子挤出的同时直接被铸造成不锈钢薄板，使用所述铸造的不锈钢薄板在铸造后高温下连续利用在线辊子以5～40％的压下率实施压下而制造热轧退火带钢，
并且，所述不锈钢在还原性气氛下以700～950℃的温度范围内通过箱式炉退火，
所述不锈钢以荷重为100g的维氏硬度进行测量时，在厚度剖面部中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差为90Hv以下。
4.根据权利要求3所述的马氏体系不锈钢，其特征在于，在所述热轧退火带钢的厚度剖面部中碳化物偏析层的厚度为20μm以下。
5.根据权利要求3或4所述的马氏体系不锈钢，其特征在于，所述不锈钢是厚度为1～5mm的薄板。
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