CN103397274A

CN103397274A - 深冲用304j1奥氏体不锈钢热轧钢带及其生产方法

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Publication number: CN103397274A
Application number: CN2013103467586A
Authority: CN
Inventors: 李六一
Original assignee: Sichuan Guang Guang Industrial (group) Ltd By Share Ltd
Current assignee: Sichuan Guang Guang Industrial (group) Ltd By Share Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: CN103397274B

Abstract

本发明公开了一种深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带及其生产方法，属于不锈钢技术领域。本发明钢的化学组成为：C0.03～0.07％、Si0.40～0.70％、Mn1.80～2.00％、P≤0.045％、S≤0.005％、Cr17.05～17.35％、Ni6.02～6.12％、Cu1.50～1.60％、N0.03～0.07％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明通过冶炼控制化学成分，以及在连铸、热轧和酸洗中对工艺的控制，使得本发明不锈钢热轧钢带具有更好的机械性能。

Description

深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带及其生产方法

技术领域

本发明属于不锈钢技术领域，具体涉及一种深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带及其生产方法。

背景技术

自2008年金融危机以来，不锈钢产业整体面临较大的市场竞争和压力，且随着国际镍价格的进一步动荡，市场上出现了进口的以Mn、N等元素代替部分Ni元素的奥氏体不锈钢产品。

SUS304J1（06Cr16Ni7Cu2）不锈钢通过适量降低镍元素，添加铜元素，不仅降低了生产成本，而且由于铜元素的加入改善了钢带的成型性能。其复合型成形、深加工性等与304相当，除此之外304J1的耐时效开裂性、焊接性能优良，在固溶状态下无磁性，冷轧产品外观光泽度好、美观。该钢种适合用于卫生条件要求比较严格的环境及深加工产品。如保温瓶、保温饭盒、厨房用组合灶台（SINK）、集体供饭设施等需要深冲加工的产品。304J1不锈钢带首先在日本开发成功，2010年下半年出口到中国华东市场，用户使用后反映该产品深冲性能优于304不锈钢，可以在对深拉性能要求较高的民用产品中替代304不锈钢。但是，由于该钢种在304的基础上添加了Cu元素，对Ni、Cr、Mn都进行了调整，钢材的组织结构和加工性能也随之发生了变化，同时深冲钢对材质的纯净度有更为严格的要求，开发生产该产品具有较高的技术难度。

由于该钢种还没有列入国家标准，因此项目组在开发过程中，化学成分和力学性能采用了日本JISG4304-2005《热轧不锈钢钢板和钢带》标准。另外，在JISG4304-2005标准中还规定了表面加工、形状、尺寸、允许偏差、外观及其他质量要求和相关实验方法等标准，这些规定与我国GB/T4237-2007《不锈钢热轧钢板和钢带》标准中的规定是相当的。因此，除化学成分和力学性能采用JISG4304-2005标准外，其余质量要求采用GB/T4237-2007《不锈钢热轧钢板和钢带》标准。

由于该钢种还没有列入国家标准，各企业参照标准尺度不一，导致产品性能差异较大。如果成分控制不合理，就会出现热轧边裂、冷轧脱皮、爆带、深冲性能差、耐蚀性差，生产成本高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种深冲性能更好的304J1奥氏体不锈钢热轧钢带及其生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带，钢的化学组成为：C0.03～0.07％、Si0.40～0.70％、Mn1.80～2.00％、P≤0.045％、S≤0.005％、Cr17.05～17.35％、Ni6.02～6.12％、Cu1.50～1.60％、N0.03～0.07％，余量为铁和不可避免的杂质。

其中，上述钢带中C含量0.05～0.07％，Cu含量1.50～1.57％，N含量0.05～0.07％。

其中，上述钢带中钢的化学组成为：C0.06％、Si0.55％、Mn1.90％、P≤0.045％、S≤0.005％、Cr17.10％、Ni6.05％、Cu1.52％、N0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。

其中，上述钢的组织大于95％为奥氏体组织。

深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带的生产方法，包括冶炼、连铸、热轧和酸洗步骤，冶炼步骤得到成分为上述钢带中所述的化学组成的钢水。

其中，上述方法连铸步骤中，控制非正弦振动偏斜率14～16％，二冷比水量0.55～0.65L/kg，连铸平台温度1520～1530℃，结晶器锥度1.04～1.06％/m，浇铸速度0.9～1.0m/min。

其中，上述方法热轧步骤中对钢带进行加热时，当板坯宽度小于1050mm时，控制二加炉温1200～1230℃，均热段炉温1230～1250℃；当板坯宽度在1050～1150mm时，控制二加炉温1200～1230℃，均热段炉温1240～1260℃；当板坯宽度在1150～1250mm时，控制二加炉温1210～1240℃，均热段炉温1250～1270℃。

其中，热轧步骤对钢带进行加热采用加热炉，加热炉分为预热段、一加段、二加段和均热段，所述二加炉温即是二加段控制的炉温，所述均热段炉温即是均热段需要控制的炉温。

其中，上述方法热轧步骤中对钢带进行轧钢时，控制出钢温度1250～1270℃，粗轧温度≥1250℃，精轧温度950～1050℃，中间坯厚度25～28mm，卷曲温度690～730℃。

其中，上述方法酸洗步骤包括硫酸酸洗和混酸酸洗，硫酸酸洗中控制酸液硫酸浓度170～230g/L，金属离子浓度≤5.5g/L。

进一步的，混酸酸洗分为两段，一段混酸中硝酸浓度90～150g/L，氢氟酸浓度20～40g/L，金属离子浓度≤5.5g/L；二段混酸中硝酸浓度80～140g/L，氢氟酸浓度20～40g/L，金属离子浓度≤5.5g/L。

本发明的有益效果是：本发明将合金元素组成范围控制在合理的较窄的范围内，要求杂质元素含量低，从而保证了钢带的热加工、冷加工和深冲性能，避免出现热轧边裂、冷轧脱皮、爆带、深冲性能差、耐蚀性差，生产成本高等问题。304J1不锈钢属于奥氏体不锈钢，决定奥氏体组织的因素有两个方面，其一是通过化学成分的设计，保证钢种组织为奥氏体组织；其二是通过控制加热制度的调整来避免高温铁素体析出；其中，化学成分设计对组织的影响是决定性的，不能通过热处理或其他后续工序消除由于化学成分设计不合理形成的铁素体组织。304J1不锈钢属于深冲用不锈钢，要求钢有很好的冷加工塑性，较高的屈强比，较低的冷加工硬化程度；而奥氏体不锈钢在冷加工条件下塑性最好，具有最好的屈强比，因此需控制钢带中钢的组织为奥氏体组织，避免高温铁素体析出。本发明通过冶炼控制化学成分，以及在连铸、热轧和酸洗中对工艺的控制，使得本发明不锈钢热轧钢带具有最好的机械性能。

具体实施方式

下面利用具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带，钢的化学组成为：C0.03～0.07％、Si0.40～0.70％、Mn1.80～2.00％、P≤0.045％、S≤0.005％、Cr17.05～17.35％、Ni6.02～6.12％、Cu1.50～1.60％、N0.03～0.07％，余量为铁和不可避免的杂质。

本发明对化学成分的设计，能够使钢种组织为奥氏体组织，具有最好的冷加工塑性和屈强比，保证了钢带的热加工、冷加工和深冲性能。

碳元素的设定：

碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成、稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素，碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍，但是在深冲用奥氏体不锈钢中，碳有两个不利的方面，其一是碳是一种间隙元素，常常被视为有害元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度，随着钢中碳含量的增加，奥氏体不锈钢的强度提高，硬度增加。其二是在奥氏体不锈钢中碳可与钢中的铬形成高铬的Cr₂₃C₆化合物，从而导致局部铬的贫化及耐蚀性降低。因此，依据采用的标准要求碳含量≤0.08%，综合以上因素，同时考虑到产品性能的稳定性和通过试验确定，将产品的碳含量控制在0.03～0.07％范围内。

铬元素的设定：

铬是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素，铬元素的高低决定着奥氏体不锈钢的耐蚀性能。铬元素含量越高，不锈钢表面的钝化膜越致密，耐蚀性越高。在奥氏体不锈钢中，铬是强烈形成并稳定铁素体的元素，缩小奥氏体区，随着钢中铬含量的增加，奥氏体不锈钢中可出现铁素体组织。在奥氏体不锈钢中铬含量的提高可使马氏体转变温度下降，铬具有抑制加工诱导马氏体形成。因此，在304J1不锈钢的设计中，尽管铬含量低有缩小铁素体区和节约成本的有利方面，但考虑到保证耐蚀性和抑制加工诱导马氏体的形成，虽然采用的标准中Cr含量下限要求是15.00%，但项目组将内控成分下限设计为17.00%。同时，为保证产品性能的稳定性，通过试验确定，将铬元素控制在17.05～17.35％的范围内。

镍元素的设定：

镍可以使钢获得完全的奥氏体组织，是奥氏体不锈钢中最主要的形成并稳定奥氏体的元素，从而使钢具有良好的强度、塑性和韧性的配合，使之具有优良的冷热加工性能和冷成型性。但是全球的镍资源缺乏、价格很贵且波动很大。因此将304J1钢种镍含量设计在所采用标准的下限6.00%，由于镍含量不足所引起的性能方面的不利因素，通过其他合金元素的调整来弥补，通过试验从产品性能的稳定性和节约成本方面考虑，将将镍元素控制在6.02～6.12％的范围内。

锰和硫元素的设定：

锰是比较弱的奥氏体形成元素，但是具有强烈的稳定奥氏体的能力。锰在镍铬奥氏体钢中除脱氧以外，一是希望它能稳定奥氏体，二是能改善钢的热塑性，三是借助锰和硫较强的亲和力形成硫化锰，有利于消除钢中残余硫的有害作用。但是，硫化锰的形成会导致镍铬奥氏体不锈钢的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀的性能下降，同时由于形成的硫化锰经热轧和冷压加工后以长条状形式存在，造成材料各向异性差异明显，使得在深冲过程中在横向上更容易产生开裂，会严重影响奥氏体不锈钢的深冲性能。因此在以调高锰元素含量代替部分镍元素含量的镍铬奥氏体不锈钢中，要求严格控制残余元素硫。采用的标准中锰含量的要求为≤3.00%，硫含量的要求为≤0.030%。通过试验确定最佳范围，将锰含量控制在1.80～2.00％范围内，硫含量的控制在≤0.005％范围内。

氮元素的设定：

氮在奥氏体不锈钢种是非常强烈形成、稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素，它形成奥氏体的能力与碳相当，约为镍的30倍。在镍铬奥氏体不锈钢中可以抑制碳化物析出和延缓σ相与χ相的析出，同时增加奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀，如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。但是氮作为一种间隙元素，在深冲用奥氏体不锈钢中，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度和硬度。虽然依据采用的标准未对氮含量做明确要求，综合以上因素，同时考虑到产品性能的稳定性，通过试验确定将产品的氮含量控制在0.03～0.07％范围内。

硅元素的设定：

硅是强烈形成铁素体的元素，在奥氏体不锈钢中随着硅含量的增加，铁素体含量增加，从而影响钢的加工性能，但同时硅是304J1不锈钢冶炼的最主要的脱氧元素，硅的高低影响着钢中的残氧含量，因此依照所采用标准中对硅元素含量≤1.70%的规定，通过试验确定将硅元素控制在0.40～0.70％范围内。

铜元素的设定：

铜是具有较弱的形成和稳定奥氏体区的元素，在奥氏体不锈钢中，铜作为合金元素的作用是显著降低镍铬奥氏体不锈钢的冷作硬化倾向，提高冷加工成形性能。铜的加入使镍铬不锈钢的室温强度降低，塑性提高。特别是对影响镍铬奥氏体不锈钢冷成型性的几个重要参数，如加工硬化指数（n值）、塑性应变比（r值）、杯凸深度值（IE值）有显著作用。有资料表明，在镍铬奥氏体不锈钢中，随着钢中铜含量增加，r值和IE值均增加，而n值则减小，这说明铜能显著改善铬镍奥氏体不锈钢的冷成形性。通过试验确定将铜元素控制在1.50～1.60％范围内。

更优选的，上述钢带中C含量0.05～0.07％，Cu含量1.50～1.57％，N含量0.05～0.07％。

最优选的，上述钢带中钢的化学组成为：C0.06％、Si0.55％、Mn1.90％、P≤0.045％、S≤0.005％、Cr17.10％、Ni6.05％、Cu1.52％、N0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。

优选的，上述钢的组织大于95％为奥氏体组织。

304J1不锈钢连铸工艺的难点是避免在凝固结晶过程中的包晶反应，因此为了减轻包晶反应对连铸过程的影响，优选的，上述方法连铸步骤中，控制非正弦振动偏斜率14～16％，二冷比水量0.55～0.65L/kg，连铸平台温度1520～1530℃，结晶器锥度1.04～1.06％/m，浇铸速度0.9～1.0m/min。

为了尽可能采用弱还原气氛，降低表面氧化情况，避免铜的富集和形成大量铁素体相，优选在上述方法热轧步骤中对钢带进行加热时，当板坯宽度小于1050mm时，控制二加炉温1200～1230℃，均热段炉温1230～1250℃；当板坯宽度在1050～1150mm时，控制二加炉温1200～1230℃，均热段炉温1240～1260℃；当板坯宽度在1150～1250mm时，控制二加炉温1210～1240℃，均热段炉温1250～1270℃。同时，优选的，上述方法热轧步骤中对钢带进行轧钢时，控制出钢温度1250～1270℃，粗轧温度≥1250℃，精轧温度950～1050℃，中间坯厚度25～28mm，卷曲温度690～730℃。

上述方法酸洗步骤包括硫酸酸洗和混酸酸洗，优选的，硫酸酸洗中控制酸液硫酸浓度170～230g/L，金属离子浓度≤5.5g/L。混酸酸洗分为两段，进一步优选的，一段混酸中硝酸浓度90～150g/L，氢氟酸浓度20～40g/L，金属离子浓度≤5.5g/L；二段混酸中硝酸浓度80～140g/L，氢氟酸浓度20～40g/L，金属离子浓度≤5.5g/L。

下面通过实施例对本发明的具体实施方式作进一步的说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例之中。

实施例一

冶炼工艺是电弧炉+GOR转炉+LF精炼炉。

试炼304J1的主要原料由高碳铬铁、自产镍铁、镍铬生铁、进口镍铁、电解铜板、电解镍等合金料组成。其中，高碳铬铁、自产镍铁、镍铬生铁含有较高的碳和硅元素，自产镍铁、镍铬生铁含有较高的硫和磷元素。

电弧炉的主要作用是主要利用电能，熔化高碳铬铁、自产镍铁、镍铬生铁、进口镍铁，通过送电和吹氧氧化钢水中的硅和碳，使炉料熔化并达到要求的温度，与此同时部分铬、镍等元素氧化，再经还原剂还原渣中的贵重金属元素，为GOR转炉提供吹炼304J1不锈钢母液。其主要技术诀窍是通过调配合理的渣系脱硫、保铬；通过合理的布料保镍和均匀熔化。

GOR转炉主要工艺是在转炉内进行高合金熔体脱碳、还原、合金化。其冶炼过程可以分三期，二个氧化期一个还原期。在第一阶段，主管吹入氧气，环逢管道吹入氮气保护气体，对电炉初钢液进行脱硅、脱碳和升温，在此阶段按照304J1要求进行合金的配加，并且加入石灰进行造渣。在第二阶段，通过调整氧气与氮气的比例降低炉内CO分压达到“降碳保铬”的目的，并进行深脱碳。在第三阶段加入硅铁进行还原脱氧，并加入萤石造还原渣，进行富铬渣的还原，并加入电解锰、铜板等金属合金料合金化。其冶炼难度是碳、氮及合金元素的内控范围窄，要将合金元素和碳、氮控制在内控范围内，特别是要将硅元素控制在0.30%以上，将硫元素脱至0.005%以下，将渣的碱度控制在合理的范围内，是保证钢的纯净度的一个重点。

LF精炼炉是控制深冲用304J1不锈钢钢水纯净度的另一关键环节，其通过合理的软吹工艺和镇静使钢液进一步净化，通过温度的调整保证连铸的节奏和准确的过热度，同时也可以对合金成分微调达到304J1钢种的成分要求。

通过冶炼，得到成分如表1的钢水。

连铸：为了降低包晶反应对连铸过程的影响，本发明主要是控制非正弦振动偏斜率14～16％，二冷比水量0.55～0.65L/kg，连铸平台温度1520～1530℃，结晶器锥度1.04～1.06％/m，浇铸速度0.9～1.0m/min。

热轧：为了尽可能采用弱还原气氛，降低表面氧化情况，避免铜的富集和形成大量铁素体相，对钢带进行加热时，当板坯宽度小于1050mm时，控制二加炉温1200～1230℃，均热段炉温1230～1250℃；当板坯宽度在1050～1150mm时，控制二加炉温1200～1230℃，均热段炉温1240～1260℃；当板坯宽度在1150～1250mm时，控制二加炉温1210～1240℃，均热段炉温1250～1270℃。同时，优选的，上述方法热轧步骤中对钢带进行轧钢时，控制出钢温度1250～1270℃，粗轧温度≥1250℃，精轧温度950～1050℃，中间坯厚度25～28mm，卷曲温度690～730℃。

酸洗步骤：304J1的酸洗工艺中最主要的是退火和酸洗两方面。

退火即将钢板加热到1130±30℃使碳化物全部溶解到奥氏体中，然后快速冷却防止其再次析出，在退火过程中发生的显著效应是热轧时的残余应力消失、带钢晶粒长大、硬度降低和塑性提高。但是在退火过程中，会在304J1表面上形成含有Cr₂O₃和尖晶石FeO·Cr₂O₃的致密氧化层，因此除了合理的控制温度以外，带钢速度和炉内气氛也很重要，根据304J1的特点以及酸洗生产设备，项目组确定了带钢速度为60m/min，空燃比为12～13。

酸洗段的主要任务是去除304J1带钢表面的氧化铁皮，并将表面进行发白钝化，确定酸洗工艺如下：包括硫酸酸洗和混酸酸洗，硫酸酸洗中控制酸液硫酸浓度170～230g/L，金属离子浓度≤5.5g/L。混酸酸洗分为两段，一段混酸中硝酸浓度90～150g/L，氢氟酸浓度20～40g/L，金属离子浓度≤5.5g/L；二段混酸中硝酸浓度80～140g/L，氢氟酸浓度20～40g/L，金属离子浓度≤5.5g/L。

最后得到产品深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带。

表1 钢的化学成分检测结果

表2 钢的力学性能及晶相组织检测结果

实施例一主要是举例说明：在其他元素基本已经通过试验确定的情况下对铜元素的调整，并不代表为了实现本发明效果、只需控制铜元素即可。本发明通过综合控制各元素含量，以及在连铸、热轧和酸洗中对工艺的控制，使得本发明不锈钢热轧钢带具有最好的机械性能。

Claims

1.深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带，其特征在于钢的化学组成为：C0.03～0.07％、Si0.40～0.70％、Mn1.80～2.00％、P≤0.045％、S≤0.005％、Cr17.05～17.35％、Ni6.02～6.12％、Cu1.50～1.60％、N0.03～0.07％，余量为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带，其特征在于：C含量0.05～0.07％，Cu含量1.50～1.57％，N含量0.05～0.07％。

3.根据权利要求2所述的深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带，其特征在于钢的化学组成为：C0.06％、Si0.55％、Mn1.90％、P≤0.045％、S≤0.005％、Cr17.10％、Ni6.05％、Cu1.52％、N0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1、2或3所述的深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带，其特征在于：钢的组织大于95％为奥氏体组织。

5.深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带的生产方法，包括冶炼、连铸、热轧和酸洗步骤，其特征在于：冶炼步骤得到成分为权利要求1、2或3中所述的化学组成的钢水。

6.根据权利要求5所述的深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带的生产方法，其特征在于：连铸步骤中，控制非正弦振动偏斜率14～16％，二冷比水量0.55～0.65L/kg，连铸平台温度1520～1530℃，结晶器锥度1.04～1.06％/m，浇铸速度0.9～1.0m/min。

7.根据权利要求5所述的深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带的生产方法，其特征在于：热轧步骤中对钢带进行加热时，当板坯宽度小于1050mm时，控制二加炉温1200～1230℃，均热段炉温1230～1250℃；当板坯宽度在1050～1150mm时，控制二加炉温1200～1230℃，均热段炉温1240～1260℃；当板坯宽度在1150～1250mm时，控制二加炉温1210～1240℃，均热段炉温1250～1270℃。

8.根据权利要求7所述的深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带的生产方法，其特征在于：热轧步骤中对钢带进行轧钢时，控制出钢温度1250～1270℃，粗轧温度≥1250℃，精轧温度950～1050℃，中间坯厚度25～28mm，卷曲温度690～730℃。

9.根据权利要求5所述的深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带的生产方法，其特征在于：酸洗步骤包括硫酸酸洗和混酸酸洗，硫酸酸洗中控制酸液硫酸浓度170～230g/L，金属离子浓度≤5.5g/L。

10.根据权利要求9所述的深冲用304J1奥氏体不锈钢热轧钢带的生产方法，其特征在于：混酸酸洗分为两段，一段混酸中硝酸浓度90～150g/L，氢氟酸浓度20～40g/L，金属离子浓度≤5.5g/L；二段混酸中硝酸浓度80～140g/L，氢氟酸浓度20～40g/L，金属离子浓度≤5.5g/L。