CN103469069A - 下屈服强度≥810MPa的奥氏体低磁导率钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

下屈服强度≥810MPa的奥氏体低磁导率钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.11%～0.13%,Si:0.35%～0.49%,Mn:18.50%～21.50%,P<0.020%,S≤0.015%,Ti:1.15%～2.55%；其生产步骤：电炉冶炼，并经钢包精炼及真空处理；底浇模铸成坯；对模铸坯加热；轧制；快速冷却至室温；回火处理。本发明化学成分简单，工艺参数易控制，成本低廉，适宜规模生产；具有低磁性，且强度高，即钢板下屈服强度ReL≥810MPa，相对磁导率不大于1.005；用于制造的变压器、发电机等电力设备体积小、效率高。

Description

下屈服强度≥810MPa的奥氏体低磁导率钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种高强低磁钢及生产方法，具体地属于一种适用于变压器、发电机、核电等制造工程的下屈服强度≥810MPa的奥氏体低磁导率钢及生产方法。

背景技术

气轮发电机护环、变压器拉板、核电护环均由低磁钢制造，低磁钢也是超导储能设备、磁流体发电设备、超导发电机、超导输电和电磁推进船等必不可少的结构材料。随着社会的进步和经济的不断发展，低磁钢材的需求量越来越大。目前广泛使用的低磁高锰钢系列如20Mn23AlV等，虽然磁导率相对较低，但因强度较低，屈服强度仅为237MPa，故钢板厚度就会增加，导致制造难度加大，电机体积很大，运输难度加大。还由于高锰低磁钢中添加了较多的Al，不仅生产难度增加，而且还提高了制造成本，还容易造成钢板缺陷，使钢板成材率底。

在本申请之前，中国专利申请号为201110329175.3的专利文献，公布了“一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法”，其室温屈服强度大于或等于400MPa，抗拉强度大于或等于750MPa，断后伸长率大于或等于66％，相对磁导率小于或等于1.002。制备方法为：按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，加热后进行粗轧获得中间坯，精轧后带钢厚度为2～14mm，冷却后的钢卷经过固溶处理和时效处理后获得成品热轧带钢。该热轧带钢的成分按重量百分比为：C：0.25～0.35％、Si：0.5～0.6％、Mn：25～26％、Al：3.8～4.2％、V：0.06～0.1％、P：0.02～0.03％、S：0.02～0.03％。该热轧带钢的金相组织为晶粒尺寸为20～25μm的奥氏体。其存在的不足在于化学成分中添加了含量高达3.8～4.2％AL，生产过程中易产生氧化，表面质量差，易形成裂纹，降低钢材成材率，增加生产成本；另一方面，生产方法中需要固溶处理，消耗了能源，增加了生产成本。

另一项中国专利申请号为201210222982.X的专利文献，公开了“一种含铌高锰无磁钢及其制备方法”，其成分按质量百分比计为：Mn：10%～15%、C：0.8%～1.2%、Si：0.3%～0.5%、P：<0.008%、S：<0.005%、Nb：0.01～0.02，其余为Fe。含铌高锰无磁钢制备步骤为：冶炼、锻造、热轧和水韧处理，热轧板在加热炉中1000℃保温15min后水淬。可得到900～1100MPa的抗拉强度以及50～60%的延伸率，洛氏硬度15-22HRC，磁导率小于1.0002。其不足在于钢中C含量过高，生产过程中易产生网状碳化物，易脆。另外，制造过程中需要锻造，增加了生产工序，降低了生产效率，增加制造成本，不是一种廉价的无磁钢。

中国专利申请号为201110054633.7的专利文献，公开了“一种钻具用无磁钢及其制备方法”， 其化学成分按重量百分比含有C：0.30～0.40％，Si≤0.8％，Mn：7.0～9.0％，P≤0.06％，S≤0.01％，Cr：3.0～4.0％，Ni：8.0～10.0％，V：1.0～1.5％，其余量为铁，及其采用固溶时效热处理强化工艺的制备方法。其存在的不足在于化学成分中添加了较高含量的Ni、Cr、V等，而廉价的Mn含量则较少，成本十分昂贵，大幅度增加了生产难度和成本。

发明内容

本发明针对现有技术存在的合金元素多，成本高、力学性能较低、工艺相对复杂的不足，提供一种合金元素少，工艺较简单，成本低廉，钢板下屈服强度ReL≥810MPa，相对磁导率不大于1.005的奥氏体低磁导率钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

下屈服强度≥810MPa的奥氏体低磁导率钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.11%～0.13%, Si: 0.35%～0.49%, Mn: 18.50%～21.50%, P<0.020%, S≤0.015%, Ti: 1.15%～2.55%, 余量Fe和不可避免的杂质；金相组织为全奥氏体，钢板下屈服强度ReL≥810MPa，相对磁导率不大于1.005。

生产下屈服强度≥800MPa的奥氏体低磁导率钢的方法，其步骤：

1）电炉冶炼，并经钢包精炼及真空处理；

2）进行底浇模铸成坯；

3）对模铸坯加热，加热温度为1250～1350℃，并在此温度下保温4～6个小时；

4）进行轧制：控制开轧温度在1180～1220℃，控制终轧温度在1050～1130℃；

5）在冷却速度为30～100℃/min下快速冷却至室温；

6)进行回火处理，回火温度为600～680℃，回火时间为2～5个小时。

本发明中各元素及主要工序的作用

C，设定范围为0.11%～0.13%。C与Fe生成有限溶解的奥氏体相区，确保本申请的全奥氏体组织，利于低磁性能。一方面，C以间隙固溶的方式提高钢的强度，效果显著；另一方面，加入钢中C与合金元素Ti在回火过程中反应生成TiC，对奥氏体基体形成弥散强化作用，增加钢的强度。若C含量低于0.11%，难于达到本申请钢种的强度指标，若C含量高于0.13%,则易产生碳化物网状结构，钢板脆化倾向明显。

Si，设定范围是0.35%～0.49%，是一种经济的置换固溶强化元素，加入钢中可显著提高钢的屈服强度，有利于提高钢的高温强度，但过多地加入Si会使钢的韧性，尤其使低温韧性明显降低；低于0.35%，强化效果不明显。

Mn，设定含量范围为18.5%～21.5%。Mn与铁生成无限互溶的奥氏体相区，属于扩大奥氏体相变区域的合金元素，能够很好地稳定奥氏体组织，有效地抑制奥氏体相变，保证钢板的低磁性。Mn含量低于18.5％，在生产过程中易形成一定数量的铁素体，增加钢板的磁性性能，不能达到本申请的低磁钢的性能指标，本申请Mn含量上限设定21.5%，已经足够使钢板形成完全奥氏体组织，能够保证本申请低磁性能要求，添加高于21.5％的Mn含量属于不必要的浪费，增加了制造成本。

Ti，设定范围为1.15%～2.55%。Ti与钢中C形成析出相TiC，可抑制位错的滑移，还可以抑制晶界的移动速率，提高钢的高温强度。Ti还可与钢中残余O反应生产纳米级的颗粒Ti2O3、Ti2O5，这些颗粒分解温度很高，同样可以抑制晶界的迁移速率，提高钢的强度。固溶的Ti可以提高钢的屈服强度，Ti含量低于1.15%，不能够与C反应生产足够数量的TiC强化奥氏体基体，钢板的强度难于得到保障，Ti含量高于2.55%易脆化钢板。

P、S是钢中有害的杂质元素，钢中P虽然可大幅度提高强度，但易在钢中形成偏析，降低钢的韧性。S易形成塑性硫化物，易使钢板产生分层，故P、S含量越低越好，但若将其含量限定得过低，会增加生产难度，提高生产成本，因此在不影响韧性及焊接性能的前提下，将钢得P、S含量分别限定在≤0.020%及≤0.015%常规范围。

以下简述生产方法所依据的原理：

钢水采用电炉冶炼，一般地，电炉＋模铸，工序简明流畅，生产成本低。采用钢包炉精炼，目的在于除去钢中有害气体N、H、O等，得到纯净钢水。真空系统循环进一步去除杂质和气体，采用底浇模铸，上部采用保护渣覆盖，隔离钢水与空气接触，目的在于避免钢水氧化，尤其要防止钢中游离Ti发生氧化。轧制过程：模铸坯加热温度：1250～1350℃，该温度范围比一般结构钢烧钢温度高50℃左右，目的在于充分烧透铸坯，并均匀化。将本申请钢坯烧透需要足够的时间，经试验，保温时间4～6小时即可将本申请钢坯烧透。开轧温度1180～1220℃，由于本申请属于高锰高合金钢种，在轧制过程中易产生加工硬化，若开轧温度低于1180℃，则导致后续轧制因加工硬化而难于实现。终轧温度控制在1050～1130℃，即在奥氏体区域完成轧制。轧后浇水快冷至室温，冷却速率控制在30～100℃，将在奥氏体区域完成轧制的全奥氏体组织经过快速冷却保持到室温。钢板经600～680℃回火处理2～5小时，目的在于使钢中TiC第二相出发析出，强化奥氏体基体，保证钢板下屈服强度ReL≥810MPa，且相对磁导率不大于1.005。

本发明与现有技术相比：

1. 化学成分简单，生产工艺过程容易操作，工艺参数容易控制，成本低廉，效率高，适宜规模生产。

2. 具有低磁性，且强度高，即钢板下屈服强度ReL≥810MPa，相对磁导率不大于1.005；用于制造的变压器、发电机等，制造的电力设备体积小，效率高，经济效益和社会效益显著。

附图说明

附图为本发明的金相组织图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数及性能列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

其步骤：

1）电炉冶炼，并经钢包精炼及真空处理；

2）进行底浇模铸成坯；

3）对模铸坯加热，加热温度为1250～1350℃，并在此温度下保温4～6个小时；

4）进行轧制：控制开轧温度在1180～1220℃，控制终轧温度在1050～1130℃；

5）在冷却速度为30～100℃/min下快速冷却至室温；

6)进行回火处理，回火温度为600～680℃，回火时间为2～5个小时。

以下各实施例的保温时间及回火时间可在所限定的时间范围内任意确定。

表1. 本发明各实施例与比较钢化学成分

表2. 生产本发明各实施例钢及比较钢的主要工艺参数和性能

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (2)

1.下屈服强度≥810MPa的奥氏体低磁导率钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.11%～0.13%, Si: 0.35%～0.49%, Mn: 18.50%～21.50%, P<0.020%, S≤0.015%, Ti: 1.15%～2.55%, 余量Fe和不可避免的杂质；金相组织为全奥氏体，钢板下屈服强度ReL≥810MPa，相对磁导率不大于1.005。

2.生产如权利要求1所述的下屈服强度≥800MPa的奥氏体低磁导率钢的方法，其步骤：

1）电炉冶炼，并经钢包精炼及真空处理；

2）进行底浇模铸成坯；

3）对模铸坯加热，加热温度为1250～1350℃，并在此温度下保温4～6个小时；

4）进行轧制：控制开轧温度在1180～1220℃，控制终轧温度在1050～1130℃；

5）在冷却速度为30～100℃/min下快速冷却至室温；

6)进行回火处理，回火温度为600～680℃，回火时间为2～5个小时。

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