CN103014559B

CN103014559B - 一种节镍型双相不锈钢及其制备工艺

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Publication number: CN103014559B
Application number: CN201210578208.2A
Authority: CN
Inventors: 李�杰; 申鹏; 付学慧; 张寄东
Original assignee: ZHENSHI GROUP EASTERN SPECIAL STEEL CO Ltd
Current assignee: East special steel company limited of Zhen Shi group
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103014559A

Abstract

本发明涉及一种节镍型双相不锈钢制备工艺，它包括以下步骤：1)在电炉中母液成分控制在C：＞1.0%，Si：＜1.0%，Cr：12-21%，Ni：1.5-1.9%，P：＜0.025%，出钢温度控制在1580-1630℃，将电炉中母液和中频炉的高碳铬铁母液混合形成混合母液，其中高碳铬铁母液成分为C：6-10%，Si<5%，P<0.06%，Cr：62-72%，其余为铁；2)将混合母液兑入AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；再在钢包精炼炉中精炼及微合金加入成分最终调整，调整后铬镍当量比≥2.2。适当控制铬镍当量比有利于双相不锈钢高温铁素体的形成，使其尽量在单相区中热加工，进而有利提高双相不锈钢的高温塑性。

Description

一种节镍型双相不锈钢及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种节镍型双相不锈钢，还涉及一种该节镍型双相不锈钢的制备工艺，属于冶金行业。

背景技术

传统的18-8型奥氏体不锈钢及双相不锈钢主要成分是铬、镍、钼，而镍和钼价格昂贵，波动也很大，制约着不锈钢的发展，为了节约成本，降低钢的镍和钼含量，可以采用增加锰含量和氮含量代替部分镍含量，通过提高铬的含量来代替钼的含量。镍和钼含量的降低可以减少原材料价格波动对不锈钢市场的影响。同时随着AOD、LF炼钢工艺的发展，尤其是AOD炉中能控制氮的加入，从而促进了含氮双相不锈钢的发展，氮的加入不仅可以提高双相不锈钢的耐局部腐蚀性，而且也解决了不锈钢的焊接问题，使双相不锈钢成为一种可焊接的结构材料，大大拓展了双相不锈钢的应用范围。随着冶金技术的进一步发展和成本的降低，对氮的加入也能够精确控制，从而出现了新的低镍高性能经济型双相不锈钢。但是相对于300系的奥氏体不锈钢，双相不锈钢的热加工性能较差，而双相不锈钢的热加工性能主要和成分、铬镍当量比、微合金元素、杂质元素磷、硫、氧的含量及热加工工艺有关。

如CN 102102166 A的中国发明专利说明书中公开了一种强耐腐蚀双相不锈钢其组成成分及各成分重量百分比(Wt％)如下：

C：≤0.03；Si：0.4～0.7；Mn：1.4～1.7；P：≤0.03；S：≤0.001；Cr：22.3～22.7；Ni：5.6～5.9；Mo：3.0～3.2；Cu：≤0.5；Al：≤0.15；B：0.0028～0.0043；N：0.145～0.175；Ti：≤0.005；Pb：≤0.99；余量为Fe。该强耐腐蚀双相不锈钢虽然耐腐蚀性强，但是其中Ni含量高，使得其制造成本高，不利于推广使用。

该专利说明书中还公开了了一种强耐腐蚀双相不锈钢生产工艺：1705±20℃的高温钢水中，吹入O2和氮气，通过氧化还原反应原理降低成分中C含量，同时，加入Mo、Mn、Cr、V、Nb、Ti等元素，以提高成分中的N含量；轧制阶段，加热炉温度控制在1320～1350℃范围，在轧制过程中，避免打开高压水除磷系统；退火温度一般控制在1100～1150℃；酸洗工艺采用H2SO4：220～240g/L，NaCl：30～38g/L，添加剂：10～14g/L，在60℃平均酸洗55～60min。但是由于该生产工艺没有控制铬镍当量比，加强了其中两相之间的的强度差异，降低了整体性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种Ni含量大幅度降低，热加工塑性优良的节镍型双相不锈钢。本发明还提供了一种有效控制铬镍当量比的节镍型双相不锈钢制备工艺。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该节镍型双相不锈钢的制备工艺，其特殊之处在于包括以下步骤：

1)在电炉中母液成分控制在C：＞1.0%，Si：＜1.0%，Cr：12-21%，Ni：1.5-1.9%，P：＜0.025%，出钢温度控制在1580-1630℃，将电炉中母液和中频炉的高碳铬铁母液混合形成混合母液，其中高碳铬铁母液成分为C：6-10%，Si<5%，P<0.06%，Cr：62-72%，其余为铁；

2)将电炉中的母液转移入AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；再在钢包精炼炉中精炼及微合金加入成分最终调整，调整后铬镍当量比≥2.2。

本发明还包括以下步骤：3)依次进行连铸、板坯修磨、一次加热、一次保温、开坯轧制、二次加热、二次保温、粗轧轧制、精轧轧制和卷取，连铸厚度为160-220mm；板坯修磨后一次加热，加热至1150-1280℃，加热后进行一次保温，保温时间为40-50min；开坯轧制3-7道次，厚度控制在120-160mm，相对压下率为8-20%，轧制速度控制3-8m/s；开坯轧制后进行二次加热，加热温度1180-1280℃，加热后进行二次保温，保温时间为40-50min。

本发明所述步骤3)中，二次保温后出炉，出炉时上下板面温度差为≤20℃。

本发明所述步骤3）中粗轧轧制5-13道次，粗轧轧制的轧制厚度为30mm，轧制温度为1050-1250℃，粗轧轧制的相对压下率控制在8-25%，粗轧轧制的轧制速度控制在3-12m/s；所述步骤3）中精轧轧制5-11道次，相对压下率控制10-25%，轧制速度控制在2-12m/s，终轧温度≥850℃。

本发明所述卷取温度≤700℃。

本发明所述的节镍型双相不锈钢的制备工艺所制备的节镍型双相不锈钢，其特殊之处在于包括以下重量百分含量的组分：

C：≤0.035%；Si：0.3-1.0%；Mn：4.0-6.0%；Cr：19-23%；Ni：1.0-2.5%；Mo：0.25-0.85%；N：0.20-0.3%；Cu：0.2-0.5%；S：≤0.001%；P：≤0.035%；O：≤0.005%；B：0.005-0.1%；Ca：0.005-0.1%；Al：0.001-0.08%；REM：0.005-0.5%；余量为Fe。

本发明所述节镍型双相不锈钢，其特殊之处在于包括以下重量百分含量的组分：

C：≤0.025%；Si：0.35-1.0%；Mn：4.2-5.2%；Cr：19-22%；Ni：1.0-2.0%；Mo：0.25-0.45%；N：0.20-0.25%；Cu：0.3-0.5%；S：≤0.001%；P：≤0.02%；O：≤0.005%；B：0.0005-0.05%；Ca：0.005-0.05%；Al：0.001-0.05%；REM：0.005-0.1%；余量为Fe。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

适当控制铬镍当量比有利于双相不锈钢高温铁素体的形成，使其尽量在单相区中热加工，进而有利提高双相不锈钢的高温塑性。提高铬镍当量比可以适当调整铁素体形成元素及奥氏体形成元素的比例，在奥氏体形成元素中控制氮元素的含量对提高铬镍当量比最为明显，因氮元素形成奥氏体的能力大约是镍元素的30倍。同时氮以间隙固溶体方式主要存在奥氏体相中，随着氮含量的提高，奥氏体相含量也在增加，两相间的强度差也有增大趋势，使应变更加容易在铁素体相产生，减小了奥氏体相的应变分布，导致热塑性的下降，热加工时，随着温度的升高，双相不锈钢中奥氏体含量也在逐渐转变成铁素体，同时奥氏体中的氮含量也在急剧增加，更加导致了两相强度之间的差异，所以当热加工超过一定温度后，控制铬镍当量比≥2.2，氮含量≤0.25%时利于该经济型双相不锈钢板卷的生产。

通过添加钙、硼、和稀土（铈/镧）元素来提高双相不锈钢的热加工塑性，这些元素主要起到净化钢液、净化晶界、改性杂质、改善杂质的分布、提高晶界能、细化组织等作用。钙或稀土与氧、硫的亲合力高，主要和O及S形成了CaO和Ce2O3， CaS ，CeS及LaS等物质，和铝的氧化物进行复合成没有尖角的硬质夹杂物，钢中长条状MnS夹杂变短、数量变少，同时发现稀土（铈/镧）有净化晶界、提高晶界能及减少磷的区域偏析作用，使磷不再集中于晶界。而添加硼元素可以细化双相不锈钢的组织，提高晶界能进而来提高其热加工性能。

当该双相不锈钢成分及组织确定后，轧制温度、相对压下率及轧制速度是影响双相不锈钢的热加工性能的关键因素。随着轧制温度的提高，铁素体含量也升高，利于双相不锈钢在单相区加工，同时当热加工温度过高时双相不锈钢热加工塑性反而降低，这是因为当温度达到一定高度时组织急剧长大、出现过烧现象，严重影响该双相不锈钢的热加工塑性，随着温度的升高大量的氮元素集中在奥氏体相中，导致两相强度差急剧增大也是导致高温时塑性变差的原因之一，当然如果热加工温度低于850℃时有富铬析出相的危险，富铬相是一种脆性相，对该双相不锈钢的热加工塑性不利，所以该双相不锈钢热加工区间温度一般选在850-1280℃进行较为合适。为防止轧制时边部和表面温降太快，造成其边部及表面热加工塑性差于心部的热加工塑性对边部和表面产生裂纹的不利影响。

Cr是铁素体形成元素，改善材料的耐腐蚀性，提高合金的强度，适当控制Cr元素的含量有利于控制铬镍当量比，进而有利于控制该双相不锈钢的热加工塑性；

Ni是形成并稳定奥氏体组织元素，有改善冷热加工性能，并使强度、塑性和韧性很好的配合，但是镍本身对不锈钢的腐蚀性能不起作用，而且价格也比较昂贵，所以在保证不锈钢综合性能的前提下，尽可能降低镍的含量；

C是形成并稳定奥氏体组织元素，一定程度上代替镍，同时碳元素以间隙固溶体方式存在奥氏体相中，碳元素含量过高时对双相不锈钢的热加工性能不利，而且以也易和铬元素形成碳化铬，恶化不锈钢的耐腐蚀性和韧性；

Si是形成并稳定铁素体组织元素，也起到脱氧，改善焊接流动性，硅含量过高时有增加中间相析出的趋势和降低N浓度；

Mn是形成并稳定奥氏体组织元素，在一定程度上可以取代镍，获得奥氏体组织，同时提高氮固溶度，进而提高氮的含量；

N是形成并稳定奥氏体组织元素，改善钢的耐腐蚀性、强度和材料的焊接性能，同时氮元素以间隙固溶体方式主要存在奥氏体相中，随着氮含量的提高，奥氏体相含量也在增加，两相间的强度差也有增大趋势，使应变更加容易在铁素体相产生，减小了奥氏体相的应变分布，导致热塑性的下降；

Cu是弱奥氏体稳定元素，提高材料的耐腐蚀性、耐大气腐蚀性，具有40%镍奥氏体作用，同时也具有提高材料的冷加工性和改善在硫酸中的腐蚀性能，但是当铜元素含量高于0.5%时，易产生脆性相ε相，对热加工不利；

O是有害元素，是构成非金属氧化物夹杂的代表元素，过多的氧含量对双相钢的韧性不利，另外生成粗大的簇状氧化物时，就成为表面缺陷的原因。；

P是有害元素，偏析在晶界或相界中，对材料的耐腐蚀性和热加工性能不利；

S是有害元素，易和锰形成硫化锰降低材料的热加工性，和钙形成钙硫化物，对抗腐蚀性能有害；

Ca可以改善钢的机加性能和改善氧化物夹杂的性质，过多容易和硫形成钙硫化物，对材料的耐腐蚀性不利；

B是半径较小的间隙性原子，易在相界和晶界偏聚，细化晶粒，改善材料的热加工性能，提高材料的耐晶间腐蚀性能，一般控制在0.0005~0.05%之间，过多的硼在连铸和焊接时有开裂的风险及易在晶界处形成熔点低的BN，对材料热加工性能反而不利；

REM（铈/镧）稀土元素主要起到净化钢液、净化晶界、改性杂质、改善杂质的分布、提高晶界能、细化组织、提高双相不锈钢的热加工塑性的作用。稀土与氧、硫的亲合力高，主要和O及S形成了Ce2O3，CeS 及 LaS等物质，和铝的氧化物进行复合成没有尖角的硬质夹杂物，钢中长条状MnS夹杂变短、数量变少，同时稀土有净化晶界、提高晶界能及减少磷的区域偏析作用，使磷不再集中于晶界进而提高双相不锈钢的热加工塑性及改善双相不锈钢的边部和表面质量的作用。但过多的稀土添加在连铸时会形成氧化物结瘤，恶化生产性能，同时和硫化物形成的夹杂比重大，不易于上浮，一般和钙复合使用。本发明中REM表示铈和/或镧。本发明中，REM为稀土元素中的一种或者几种的混合物。

本发明中所述的铬镍当量比的计算公式为：

Creq/Nieq≥2.2；

其中Creq为Cr当量，Creq=%Cr+%Mo+1.5*%Si+0.73%W+0.5%Nb；

其中Nieq为Ni当量，Nieq=%Ni+30*%C+0.5*%Mn+0.33*%Cu+30(%N-0.045)；

以上公式中，%Cr、%Mo、%Si、%W、%Nb分别表示Cr、Mo、Si、W、Nb的重量百分含量的数值；%Ni、%C、%Mn、%Cu、%N分别表示Ni、C、Mn、Cu、N的重量百分含量的数值。

附图说明

图1为实施例1中卷取后的不锈钢成品示意图。

图2为实施例2中不锈钢的显微组织图。

图3为实施例2中不锈钢钢酸洗后板面质量图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1。

本实施例中，节镍型双相不锈钢的制备工艺包括以下步骤。

1)在Consteel电炉中母液成分控制在C：1.72%，Si：0.65%，Cr：14.5%，Ni：1.8%，P：0.018%，出钢温度控制在1610℃,该母液可以采用不锈钢废料、优质废钢、镍铁和铬铁制成。将电炉中母液和中频炉的高碳铬铁母液混合形成混合母液，其中高碳铬铁母液成分为C：6%，Si：4%，P：0.05，Cr：62%，其余为铁。

2)将混合后的母液转移入AOD炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；再在钢包精炼炉中精炼及微合金加入成分最终调整，调整后铬镍当量比为2.3。

3)依次进行连铸、板坯修磨、一次加热、一次保温、开坯轧制、二次加热、二次保温、粗轧轧制、精轧轧制和卷取，连铸厚度为198mm；板坯修磨后一次加热，加热至1220℃，加热后进行一次保温，保温时间为45min；开坯轧制5道次，厚度控制在135mm。，相对压下率为8%，轧制速度控制3.0m/s；开坯轧制后进行二次加热，加热温度1250℃，加热后进行二次保温，保温时间为45min。

二次保温后出炉，出炉时上下板面温度差为20℃。

粗轧轧制7道次，粗轧轧制的轧制厚度为30mm，轧制温度为1050℃，粗轧轧制的相对压下率控制在8-25%，粗轧轧制的轧制速度控制在7m/s；

精轧轧制7道次，相对压下率控制10-25%，轧制厚度为6.05mm，轧制速度控制在2-12m/s，终轧温度950℃。

卷取温度900℃。成品如图1所示。

本发明中，相对压下率是指轧制前的厚度减需轧制的目标厚度之后再除以轧前的厚度。

实施例2。

实施例1所制备的节镍型双相不锈钢包括以下重量百分含量的组分：

C：0.035%；Si：0.3%；Mn：4.0%；Cr：19%；Ni：1.0%；Mo：0.25%；N：0.20%；Cu：0.2%；S：0.001%；P：0.035%；O：0.005%；B：0.005%；Ca：0.005%；Al：0.001%；REM：0.005；余量为Fe。

图2显示灰色为铁素体组织，亮白色为奥氏体组织，可以看出相界光滑，无明显析出相。图3显示不锈钢酸洗后板面质量情况，可以看出板面质量良好。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1. 一种节镍型双相不锈钢的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

1) 在电炉中母液成分控制在C ：＞1.0%，Si ：＜1.0%，Cr ：12-21%，Ni ：1.5-1.9%，P ：＜0.025%，出钢温度控制在1580-1630℃，将电炉中母液和中频炉的高碳铬铁母液混合形成混合母液，其中高碳铬铁母液成分为C ：6-10%，Si<5%，P<0.06%，Cr ：62-72%，其余为铁；

2) 将混合母液兑入AOD 炉内吹氧脱碳、吹氮及成分调整；再在钢包精炼炉中精炼及微合金加入进行成分最终调整，调整后铬镍当量比≥2.2；

3)依次进行连铸、板坯修磨、一次加热、一次保温、开坯轧制、二次加热、二次保温、粗轧轧制、精轧轧制和卷取，连铸厚度为160-220mm ；板坯修磨后一次加热，加热至1150-1280℃，加热后进行一次保温，保温时间为40-50min ；开坯轧制3-7道次，厚度控制在120-160mm，相对压下率为8-20%，轧制速度控制3-8m/s ；开坯轧制后进行二次加热，加热温度1180-1280℃，加热后进行二次保温，保温时间为40-50min；

所述步骤3）中粗轧轧制5-13道次，粗轧轧制的轧制厚度为30mm，轧制温度为1050-1250℃，粗轧轧制的相对压下率控制在8-25%，粗轧轧制的轧制速度控制在3-12m/s ；所述步骤3）中精轧轧制5-11道次，相对压下率控制10-25%，轧制速度控制在2-12m/s，终轧温度≥850℃。

2. 根据权利要求1 所述的节镍型双相不锈钢的制备工艺，其特征在于：所述步骤3)中，二次保温后出炉，出炉时上下板面温度差为≤20℃。

3. 根据权利要求1所述的节镍型双相不锈钢的制备工艺，其特征在于：所述卷取温度≤700℃。