CN103526130A

CN103526130A - 一种双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后直接冷轧的加工方法

Info

Publication number: CN103526130A
Application number: CN201310505454.XA
Authority: CN
Inventors: 贺宏; 王一德
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: CN103526130B

Abstract

本发明公开了一种双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后直接冷轧的加工方法，属于轧钢和热处理领域，该双相不锈钢冷轧板的加工方法包括：冶炼，连铸或模铸成铸坯，坯料厚度为4~20mm，在1050~1150℃固溶处理，保温时间为4~6min/mm，水淬至室温后酸洗，经过多道次冷轧后在1050~1150℃退火，退火时间3min/mm。根据该加工方法获得的冷轧板组织均匀，晶粒细小，强度和延伸率和传统热轧冷轧加工工艺接近，耐腐蚀性能优异；与传统的热轧冷轧工艺相比，避免了热轧易开裂现象，提高了成材率。铸态固溶后冷加工性能良好，冷轧总压下量达85%不开裂，而且省去了热轧工序，降低了成本，提高了生产效率。

Description

一种双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后直接冷轧的加工方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，具体涉及双相不锈钢的轧制和热处理工艺，特别是铸坯固溶处理后直接冷轧获得高强度、延伸率和耐腐蚀性能优异的双相不锈钢的加工方法。

背景技术

双相不锈钢在室温下由奥氏体和铁素体两相组成，综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点，强度是300系列奥氏体不锈钢两倍以上，耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能优异，对比奥氏体不锈钢，既可减轻重量又可降低成本，随着工程技术的发展，双相不锈钢可以在更加恶劣的腐蚀环境中服役，使用需求量日益增加，目前被广泛于石油、化工、造纸和海洋工程等领域。

双相不锈钢相对于传统的奥氏体不锈钢含有更多的Cr、Mo、N元素，合金元素固溶强化作用提高了双相不锈钢变形抗力，高温下更容易析出金属间相和氮化物，降低双相不锈钢的塑韧性和耐腐蚀性；N元素是强烈的奥氏体稳定元素，使高温下奥氏体相仍然保持较高比例，恶化了热加工性能。

双相不锈钢热塑性差一直是制约其生产应用的关键问题，由于热加工状态下铁素体相和奥氏体相强度差异较大，两相动态回复和再结晶机制不同，导致热轧时两相应变不协调并在相界产生显微孔洞，在热轧板边部和表面处出现各种裂纹，从而影响了产品的成材率和品质。

相对于热塑性，双相不锈钢冷加工性能更好，经过热轧固溶后冷轧压下量可以达到90%以上，由于室温下铁素体和奥氏体两相动态回复和再结晶很难发生，而且不会在相界产生析出物，室温下两相变形协调性更好。

为了改善双相不锈钢热塑性，中国发明专利CN101812647A公布了一种在双相不锈钢加入微量合金来减少杂质提高相界强度的方法，加入合金元素W：0～2.0%，B：0～0.003%，0＜稀土（Ce）≤0.2%，另外通过控制铸坯的冷却速度获得60%以上的等轴晶，从而获得良好热加工性能的双相不锈钢，该方法虽然改善了热塑性，但冶炼难度增大，生产成本提高，对铸造工艺和设备能力提出了更高的要求。

发明内容

为了避免双相不锈钢热加工过程中开裂，本发明提出将双相不锈钢铸坯经一定的固溶处理后直接冷轧，可保证冷轧变形量达85%边部仍不开裂，退火处理后力学性能和耐腐蚀性能与传统热轧冷轧工艺冷轧板接近，是一种低成本，高效率的双相不锈钢加工方法。

一种双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后直接冷轧的加工方法，适用钢种其化学成分重量百分比范围为：C≤0.10%、Mn≤2.00%、P≤0.045%、S≤0.040%、Si≤1.00%、3.00%≤Ni≤9.00%、20.00%≤Cr≤33.00%、1.00%≤Mo≤4.00%、0.15%≤N≤0.60%，余量为Fe和不可避免的杂质；包括以下步骤：

步骤1.根据合金的成分配比准备好原材料，采用真空感应冶炼或电炉-氩氧脱碳冶炼，随后连铸成连铸坯或者模铸成铸坯，铸坯厚度4～20mm；铸坯表面无缩孔、裂痕，心部无气孔和夹杂物，铁素体和奥氏体任意一相的比例不少于30%；

步骤2.将所得铸坯在1050～1150℃温度范围内固溶处理，保温时间4～6min/mm，随后水淬冷至室温，冷速大于10℃/s，防止冷却过程中第二次的析出，随后酸洗和表面处理；

步骤3.由步骤2得到的铸坯经过多道次冷轧，冷轧总压下率不小于60%，冷轧后厚度为0.5～4mm；

步骤4.冷轧板在1050～1150℃退火，按照2～3min/mm设置退火时间，喷水冷却至室温，冷却速度大于20℃/s，退火后的组织均匀，晶粒尺寸在3～10μ～之间，两相平行相间沿轧制方向分布。

进一步的，经过所述步骤2的固溶处理后的组织中无析出物，两相比例40%～60%之间，奥氏体晶粒呈等轴状分散在铁素体基体中，其晶粒尺寸在10～30μm之间。

进一步的，所述采用真空感应冶炼或电炉-氩氧脱碳冶炼，冶炼温度在1550～1600℃之间，时间45～60min，浇铸过热度为30～100℃。

本发明的有益效果在于：所述双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后直接冷轧的加工方法中铸态钢坯固溶处理后，不经过热轧或锻造，而直接冷轧的加工方法。采用上述加工方法获得的冷轧板，冷轧总压下量达85%边部不开裂，表面质量高，退火后铁素体和奥氏体相分布均匀，晶粒细小，强度和延伸率等机械性能优异，耐氯化物点蚀和晶间腐蚀性能良好，与传统的热轧+冷轧相比，各项性能相当，提高了轧后的成材率和生产效率，降低了成本。

附图说明

图1为实施例1双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后的金相图；

图2为实施例1双相不锈钢冷轧退火处理后纵截面的金相图；

图3为实施例2双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后的金相图；

图4为实施例2双相不锈钢冷轧退火处理后的纵截面金相图；

图5为实施例3双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后的金相图；

图6为实施例3双相不锈钢冷轧退火处理后的纵截面金相图。

具体实施方式

根据本发明的加工方案，下面用具有代表性的实施例做进一步的阐述，本发明所采用的真空感应冶炼或电炉-氩氧脱碳冶炼，冶炼温度在1550～1600℃之间，时间45～60min，浇铸过热度为30～100℃；以下实施例仅用于解释该加工方法，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1：

一种双相不锈钢合金材料，该合金材料具有如下的成分和重量百分比：C：0.079%，Si：0.15%，Mn：1.0%，P：0.014%，S：0.005，Cr：31.05%，Ni：6.64%，Mo：3.88%，N：0.53%，其余部分为Fe。

该合金的加工方法为：真空熔炼炉冶炼，浇铸成方坯，切取厚度为6mm的钢坯，在1100℃固溶处理30min后水冷至室温，冷速大于10℃/s，防止冷却过程中第二次的析出，酸洗去除氧化皮，随后经过18个道次冷轧至1.2mm厚，总压下量为80%，冷轧后边部无开裂，冷轧板在1140℃退火3min后水冷，冷却速度大于20℃/s。

图1是实施例1铸态钢坯经过1100℃固溶处理30min，水冷至室温后的金相，从组织中看出奥氏体呈独立的岛状均匀分布在铁素体基体中，奥氏体体积分数为42%，晶粒尺寸在12～20μm范围内，组织中没有σ相等析出物的存在。图2是实施例1冷轧退火后纵截面的金相，可以看出两相均完成了再结晶，铁素和奥氏体两相成条带状沿轧制方向排列，晶粒尺寸在5～10μm之间。

实施例2：

一种双相不锈钢合金材料，该合金材料具有如下的成分和重量百分比：C：0.043%，Si：0.12%，Mn：1.1%，P：0.014%，S：0.005，Cr：25.64%，Ni：6.58%，Mo：3.14%，N：0.28%，其余部分为Fe。

该合金的加工方法为：真空熔炼炉冶炼，浇铸成方坯，切取厚度为12mm的钢坯，在1060℃固溶处理60min后水冷至室温，冷速大于10℃/s，防止冷却过程中第二次的析出，酸洗去除氧化皮，随后经过23个道次冷轧至1.8mm厚，总压下量为85%，冷轧后边部无开裂，冷轧板在1080℃退火5min后水冷，冷却速度大于20℃/s，使其在很短的时间内冷却。

图3是实施例2铸态钢坯经过1060℃固溶处理60min，水冷至室温后的金相，奥氏体体积分数为48%，晶粒尺寸在10～25μm范围内，大部分奥氏体晶粒为独立的岛状组织，组织中存在少量未固溶的奥氏体枝晶，没有σ相等析出物的存在。图4是实施例2冷轧退火后纵截面的金相，铁素体和奥氏体相平行相间排列，沿轧制方向分布，晶粒尺寸在5～10μm之间，铁素体晶粒内存在少量的黑色二次奥氏体。

实施例3：

一种双相不锈钢合金材料，该合金材料具有如下的成分和重量百分比：C：0.021%，Si：0.26%，Mn：1.4%，P：0.008%，S：0.005，Cr：21.76%，Ni：5.32%，Mo：2.78%，N：0.16%，其余部分为Fe。

该合金的加工方法为：电炉-氩氧脱碳冶炼，连铸成连铸坯，厚度为20mm，在1050℃固溶处理90min后水冷至室温，冷速大于10℃/s，防止冷却过程中第二次的析出，酸洗去除氧化皮，随后经过26个道次冷轧至4mm厚，总压下量为80%，冷轧后边部无开裂，冷轧板在1050℃退火8min后水冷。

图5是实施例3铸态钢坯经过1050℃固溶处理90min，水冷至室温后的金相，奥氏体体积分数为57%，晶粒尺寸在8～15μm范围内，奥氏体晶粒呈独立的等轴状，没有σ相等析出物的存在。图6是实施例3冷轧退火后纵截面的金相，铁素体和奥氏体相沿轧制方向分布，晶粒细小分散呈纺锤形，晶粒尺寸在3～8μm之间，两相再结晶均已经完成。

表1列出了实施例1～3冷轧板退火后的力学性能测试结果，材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率的测试采用国际标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》。

表1实施例1～3双相不锈钢力学性能：

从表1的数据可以看出，实施例1～3的力学性能均超过了ASTM/A789标准中的要求，结合附图2、4、6中的微观组织，可以得出此新型双相不锈钢加工方法能获得与传统热轧加冷轧成形工艺相接近的性能。

实施例1～3冷轧板退火后的耐腐蚀性能测试结果，与传统的热轧冷轧加工方法耐腐蚀性能比较如表2所示。点蚀电位测量按照国家标准GB/T17899-1999《不锈钢点蚀电位测量方法》进行，采用动电位法测得中性3.5%氯化钠溶液点蚀电位；6%三氯化铁溶液中耐腐蚀性能测试按照国家标准GB/T17897-1999《不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法》进行；按照国家标准GB/T4334-2008《金属和合金的腐蚀—不锈钢晶间腐蚀试验方法》对实施例和对比例进行耐晶间腐蚀性能测定，选择方法C，即不锈钢65%硝酸腐蚀试验方法。

表2实施例1～3双相不锈钢耐腐蚀性能结果：

实施例1～3冷轧退火后附图中可以看出，本发明的加工方法获得的冷轧退火板组织均匀，两相比例接近50%，且无析出物的存在。均匀的微观组织提高了双相不锈钢耐点蚀和耐均匀腐蚀的能力，表2中的数据表明，本发明的冷轧板退火后耐腐蚀性能与传统热轧加冷轧退火板相近。

由以上实施例可知，本发明中的双相不锈钢加工方法不经过热轧，节省了能源，提高了加工效率；铸态钢坯固溶处理后，组织均匀，晶粒细小，冷轧压下量85%时边缘不开裂；冷轧板退火后的两相分布均匀，力学性能和耐腐蚀性能均与传统的热轧加冷轧加工工艺接近。

Claims

1.一种双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后直接冷轧的加工方法，其特征在于，适用钢种其化学成分重量百分比范围为：C≤0.10%、Mn≤2.00%、P≤0.045%、S≤0.040%、Si≤1.00%、3.00%≤Ni≤9.00%、20.00%≤Cr≤33.00%、1.00%≤Mo≤4.00%、0.15%≤N≤0.60%，余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后直接冷轧的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1. 根据合金的成分配比准备好原材料，采用真空感应冶炼或电炉-氩氧脱碳冶炼，随后连铸成连铸坯或者模铸成铸坯，铸坯厚度4~20mm；铸坯表面无缩孔、裂痕，心部无气孔和夹杂物，铁素体和奥氏体任意一相的比例不少于30%；

步骤2. 将所得铸坯在1050~1150℃温度范围内固溶处理，保温时间4~6min/mm，随后水淬冷至室温，冷速大于10℃/s，酸洗和表面处理；

步骤3. 由步骤2得到的铸坯经过多道次冷轧，冷轧总压下率不小于60%，冷轧后厚度为0.5~4mm；

步骤4. 由步骤3得到的冷轧板在1050~1150℃退火，按照2~3min/mm设置退火时间，喷水冷却至室温，冷却速度大于20℃/s，退火后晶粒尺寸在3~10μ~之间，两相平行相间沿轧制方向分布。

3.根据权利2所述的双相不锈钢铸态钢坯固溶处理后直接冷轧的加工方法，其特征在于，经过所述步骤2的固溶处理后的组织中无析出物，两相比例40%~60%之间，奥氏体晶粒呈等轴状分散在铁素体基体中，其晶粒尺寸在10~30μm之间。