CN102816978A - 一种表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板及制造方法，其成分重量百分比为：C≤0.040%、Si：0.3~0.7%、Mn：0.70~1.8%、P≤0.045%、S≤0.003%、Ni：8.5~13.00%、Cr：16.00~20.00%、Mo：1.00~3.00%、N：0.02~0.07%、B：0.0010~0.0030%、Ca：0.0050~0.010%、[O]≤0.0040%、0.06＜Nb≤0.20%、其余为Fe和不可避免杂质；C+N小于0.09%；高温铁素体δ含量小于2.5%；其制造方法包括：1）冶炼，连铸；2）热轧，加热温度1220~1270℃，时间小于1.5min/t，t钢坯厚度，mm；终轧温度大于1000℃，室温进行10~30%的冷加工；3）退火，退火温度950~1050℃；4）酸洗。本发明可应用于对奥氏体不锈钢强度、表面质量有较高要求的化工、能源和压力容器等领域。

Description

一种表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板及制造方法

技术领域

本发明涉及不锈钢制备方法，特别涉及一种表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板及制造方法。

背景技术

18－8系列奥氏体不锈钢，如SUS304、SUS304L等，由于在高温和极低温度下都具有良好的塑韧性、冷热加工性能和耐局部腐蚀性能而被广泛用于石油、化工、宇航和能源等领域。随着全球能源的紧张和市场的竞争加剧，越来越多的行业要求设备的轻型化、大型化和长使用寿命，轻型化和大型化给材料的强度提出了要求，而表面质量除了有利于材料的腐蚀性能提高，还有利于材料成型过程中降低材料与模具之间的摩擦，从而有利于材料的成型。

传统18-8系列奥氏体不锈钢，如304奥氏体不锈钢，其ASTM标准成分为：C≤0.080%、Si≤1.00%、Mn≤2.00%、P≤0.045%、S≤0.030%、Ni8.00~10.00%、Cr 18.00~20.00%、N≤0.10%，制造工艺为：冶炼；热轧，其加热温度为1200～1300℃，保温，终轧温度大于950℃；水冷至卷曲温度，空冷；退火：退火温度为1010～1150℃，退火后直接水冷至室温，酸洗后制成热轧卷板。

传统18-8系列奥氏体不锈钢由于没有其它强化元素，且在固溶热处理过程中，为了充分的对碳化物进行固溶，会采用提高热处理温度和延长热处理时间，从而导致奥氏体晶粒比较粗大。且在制造的过程中，并没有采用其它的提高强度措施，因此其不具备一些行业提出的奥氏体不锈钢强度的要求。

18-8系列奥氏体不锈钢在室温和高温下除了少量的残余铁素体相外都为奥氏体组织，不能通过热处理方式来提高其强度。

目前提高该类钢强度的方法主要有以下三种：

1、通过采用锰、氮合金化来提高强度，如中国专利CN1285005A，锰氮的复合添加在提高强度的同时，还带来了其耐腐蚀性能的降低以及高的加工硬化，高的加工硬化不利于材料的成型。

2、添加强化元素，如Nb、V等，如日本专利JP58120766A，美国专利US2004234408，该类方法在提高强度的同时也会带来材料的加工硬化和热加工性能的恶化。

3、利用该类钢的亚稳组织进行室温下轧制，既可提高材料的强度还可以改善表面质量，如中国专利CN1295139，但同时带来了其延伸率的降低，从而影响其成型性能。有的专利是复合应用了上述两种方法，如日本专利JP61270356A。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板及制造方法，其制造工艺简单，可应用于对奥氏体不锈钢强度和表面质量有较高要求的化工、能源和压力容器等领域。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

本发明是在18-8奥氏体不锈钢的基础上，通过添加适量的Mo，添加一定量难熔元素Nb来控制晶粒度、晶界强化元素B、控制S、Ca和O含量来提高钢质的纯净度，通过控制碳氮含量来降低其加工硬化，通过采用较低的加热温度和短的加热时间、高的终轧温度、低的热处理温度来进一步细化奥氏体不锈钢晶粒，通过冷轧后直接进行10~30%的冷加工来保证其表面质量，从而通过晶粒细化和热轧板材冷加工变形来获得表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板。

具体地，本发明的表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板，其成分重量百分比为：

C ≤0.040%

Si 0.3~0.7%

Mn 0.70~1.8%

P ≤0.045%

S ≤0.003%

Ni 8.5~13.00%

Cr 16.00~20.00%

Mo 1.00~3.00%

N 0.02~0.07%

B 0.0010~0.0030%

Ca 0.0050~0.010%

[O]≤0.0040%

0.06＜Nb≤0.20%

其余为Fe和不可避免杂质；

其中，C+N小于0.09%；

铸态奥氏体不锈钢中的高温铁素体δ含量小于2.5%，其中δ含量采用下式计算：

Cont(δ)=3×(Cr+Mo)+4.5×Si-2.8×Ni-1.4×Mn-84×(C+N)-19.8。

本发明通过在普通18-8系列奥氏体不锈钢的基础上，添加1~3%的Mo，添加0.06~0.20%的Nb，0.0010～0.0030%的B；通过控制S、Ca和O含量来提高钢质纯净度，通过控制碳氮含量及其复合含量来降低其加工硬化性能，通过调整镍铬当量形成元素Ni、Mn、C、N和Cr、Mo、Si，将奥氏体不锈钢铸态中高温铁素体δ含量控制为小于2.5%。

Mo在18-8系列奥氏体不锈钢中除了可以提高其耐腐蚀性能外，还可以通过固溶强化提高其强度，此外一定量的Mo含量的添加，能够有效的抑制18-8系列奥氏体不锈钢在冷加工过程中的马氏体形成，研究表明，当Mo添加量超过1%时就会具有这种作用，从而降低由于马氏体形成导致的材料延迟开裂等现象，但Mo含量的大量添加会导致材料成本的大幅上升和加工性能恶化，因此Mo含量上限设定为3%，而其含量限定为1~3%。

Nb除了有固溶强化作用，微量的该类元素添加到18-8系列奥氏体不锈钢中还会明显的提高奥氏体不锈钢的再结晶温度，抑制奥氏体不锈钢晶粒的长大，因此该类元素除了固溶强化外，还可通过细化晶粒来达到晶粒强化效果，研究表明，小于0.2%的该类难熔元素添加就可达到该效果，但过量的难熔元素Nb又会导致材料的制造工艺复杂。根据研究表明，在奥氏体不锈钢添加一定N含量的基础上，超过0.06%的Nb就可起到明显的强化效应，因此本发明将Nb含量确定为0.06~0.2%。

由于本发明成分奥氏体不锈钢中铁素体含量的减少，杂质元素S、P易偏聚在晶间，而降低其热加工塑性，在表面形成微裂纹，因此通过添加晶界强化元素B以提高其热塑性。

通过平衡Ni、Cr当量形成元素，将奥氏体不锈钢铸态高温铁素体δ含量控制为小于2.5%，主要是为了保证材料中奥氏体组织的稳定性，从而降低在成型过程中的加工硬化。

一定的B含量可以增加奥氏体不锈钢凝固过程中的形核点，且可以增加晶界强度，从而可以防止由于相界之间塑性不同而造成的表面缺陷。

将[O]含量控制为小于0.0040%，由于钢水纯净度与钢中全氧含量密切相关，同时由于钢中的S含量较高时，形成的硫化物容易进入基体晶界，破坏晶格间的粘接，更容易在轧制过程中造成晶间开裂，形成细小的微裂纹，通常会分布在钢带的两边部及中间部位，即形成所谓的裂纹状线鳞。

通过添加适量的Ca元素会球化硫化物夹杂，且使钢水中的高熔点Al₂O₃夹杂物变成低熔点的CaO-Al₂O₃夹杂物，从而有利于夹杂物上浮。

本发明的表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼，按上述成分冶炼、铸造成钢坯；

2)热轧，

加热温度1220~1270℃，在炉加热时间小于1.5min/t，t为钢坯厚度，单位，mm，终轧温度大于1000℃，水冷至卷取温度750±30℃，空冷至室温进行压下量为10~30%的冷加工；

3)退火，退火温度950~1050℃；

4)酸洗，酸洗后得到表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板。

奥氏体不锈钢在加热过程中加热温度不能太高，若过高就会导致铸态组织粗大，而由于组织的传递性，粗大的铸态组织就会导致粗大的热轧态组织，从而不利于细化材料晶粒，相应的导致最终板材力学性能降低；但过低会造成热加工变形抗力提高，增加了材料的制造难度，因此将加热温度制定为1220~1270℃。

加热时间控制按照小于1.5min/t（t为钢坯厚度，单位mm）来确定，其目的也是为了防止原始晶粒在加热过程中长大，因为如果加热温度过长会导致连铸坯晶粒长大。

终轧温度要大于1000℃，如果终轧温度太低，其动态再结晶速度会降低，从而组织中轧制流线过多，在随后的低温热处理过程中不易完成静态再结晶过程，导致组织再结晶不完全。

传统的奥氏体不锈钢退火温度一般控制在1050~1150℃，而本发明考虑到热轧过程中部分晶粒已实现动态再结晶，因此其退火温度控制在较低温度850~1050℃，以防止晶粒长大，这种低温退火获得的细小晶粒有助于奥氏体不锈钢强度的提高。

热轧后进行10~30%的冷加工变形，主要是因为热轧态通过冷轧后，一方面细化晶粒从而提高强度，且由于合金中添加了N和Nb，这种细化效果会更加明显；另一方面可以降低其酸洗后的表面粗糙度，从而提高其表面质量。

而本发明考虑到热轧过程中部分晶粒已实现动态再结晶，因此其退火温度控制在较低温度850~1050℃，以防止晶粒长大。

本发明所获得的奥氏体不锈钢卷板，既具有良好的强度，还具有良好的表面质量。相比于常规产品18-8系列奥氏体不锈钢卷板，本发明所制备的奥氏体不锈钢卷板，最终产品力学性能得到了明显提高，塑性仍维持在较高水平，且材料具有良好的表面质量。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明做进一步说明。

表1为本发明实施例1~5的奥氏体不锈钢成分，采用电炉＋AOD熔炼，浇注成连铸坯，热轧、冷轧，低温退火酸洗后得到奥氏体不锈钢卷板，具体工艺参数见表2，该卷板具有细的晶粒度、较高的强度和良好的表面质量，具体见表3。

对比例1为按照ASTM A240标准冶炼了18-8系列钢种中的典型代表304L，由于其中未添加Mo、Nb等强化元素，从中可以看出其力学性能明显低于实施例，表面粗糙度要明显高于实施例。

对比例2采用了实施例2中的成分，但其由于高的加热温度导致铸态组织比较粗大，高的热处理温度导致最终板材力学性能偏高，低的冷加工变形量也不利于获得细化的晶粒组织，因此其力学性能和表面质量达不到本发明实施例的相应水平。

表1单位：                            重量百分比

表2

表3

Claims (2)

1.一种表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板，其成分重量百分比为：

C ≤0.040%

Si 0.3~0.7%

Mn 0.70~1.8%

P ≤0.045%

S ≤0.003%

Ni 8.5~13.00%

Cr 16.00~20.00%

Mo 1.00~3.00%

N 0.02~0.07%

B 0.0010~0.0030%

Ca 0.0050~0.010%

[O] ≤0.0040%

0.06＜Nb≤0.20%

其余为Fe和不可避免杂质；

其中，C+N小于0.09%；

铸态奥氏体不锈钢中的高温铁素体δ含量小于2.5%，其中δ含量采用下式计算：

Cont(δ)=3×(Cr+Mo)+4.5×Si-2.8×Ni-1.4×Mn-84×(C+N)-19.8。

2.如权利要求1所述的表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼，按上述成分冶炼、铸造成钢坯；

2)热轧，

加热温度1220~1270℃，在炉加热时间小于1.5min/t，t为钢坯厚度，单位，mm；终轧温度大于1000℃，水冷至卷取温度750±30℃，空冷至室温进行压下量为10~30%的冷加工；

3)退火，退火温度950~1050℃；

4)酸洗，酸洗后得到表面细腻的高强度奥氏体不锈钢热轧卷板。