CN103643157A

CN103643157A - 一种含铜铁素体不锈钢盘元及其制造方法

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Publication number: CN103643157A
Application number: CN201310613487.6A
Authority: CN
Inventors: 郭晓军; 罗定祥; 陈晋阳; 王利伟; 林华; 刘迎骥; 彭声通; 周茂华; 陈琦
Original assignee: Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Jiangyou Changcheng Special Steel Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: CN103643157B

Abstract

本发明公开的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法包括依次进行的冶炼、初轧开坯、热轧盘元、表面处理，在冶炼步骤中，将出钢温度控制为1540～1560℃，在钢水的成分达到以下要求时出钢并浇注成钢锭，以重量百分比计，钢水的成分包括：C≤0.025％、Si0.20～0.80％、Mn0.20～0.80％、Cr10.0～16.0％、Mo0.20～0.80％、Ni0.20～0.80％、Cu0.15～0.50％、Nb0.10～0.50％、Ti0.10～0.30％、Al0.05～0.20％、Co≤0.15％、V≤0.15％、N≤0.025％、S≤0.030％、P≤0.030％以及Fe和不可避免的杂质；在初轧开坯步骤中，控制加热温度为1050～1200℃、保温时间为1.5～5小时；在热轧盘元步骤中，控制加热温度为850～1150℃、保温时间为1～3小时，轧制成盘元后快冷至室温；在表面处理的步骤中，对盘元进行酸洗后检验入库。

Description

一种含铜铁素体不锈钢盘元及其制造方法

技术领域

本发明属于冶金和金属材料加工领域，更具体地讲，涉及一种含铜铁素体盘元及其制造方法。

背景技术

从现有的国产不锈钢材料来看，抗拉强度≥1000Mpa的冷拉钢丝主要由镍不锈钢盘元制成，涉及的钢种有0Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18N9Ti、0Cr19Ni9N等。但随着全球不锈钢产量的不断增长，镍资源也变得越来越少,而不锈钢的需求却越来越大,导致生产成本较高。从可持续发展角度来看，开发含低镍不锈钢的产品成为不锈钢的发展趋势。因此，铁素体不锈钢成为主要的开发目标，而普通的铁素体不锈钢如1Cr17、0Cr13等由于冷拉强度低、塑性差、耐腐蚀性不足等缺陷，用途受到很大限制，并且无法达到冷拉钢丝抗拉强度≥1000Mpa的技术要求，同时普通铁素体不锈钢的点腐蚀和生锈等腐蚀所造成的表面性状劣化也是常见的问题。

已公开的涉及含铜铁素体不锈钢的资料中，Cu含量通常为0.6％以上，而铜属于低熔点元素，加热时晶界易析出低熔点化合物并使钢产生表面裂口,反而影响力学性能。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明旨在解决其中的一个或多个问题。

本发明的目的在于提供一种表面质量好、低偏析、高纯洁度、強度高和塑性优的含少量铜的铁素体不锈钢盘元及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法，所述方法包括依次进行的冶炼、初轧开坯、热轧盘元、表面处理，在冶炼的步骤中，将出钢温度控制为1540～1560℃，在钢水的成分达到以下要求时出钢并浇注成钢锭，其中，以重量百分比计，钢水的成分包括：C≤0.025％、Si0.20～0.80％、Mn0.20～0.80％、Cr10.0～16.0％、Mo0.20～0.80％、Ni0.20～0.80％、Cu0.15～0.50％、Nb0.10～0.50％、Ti0.10～0.30％、Al0.05～0.20％、Co≤0.15％、V≤0.15％、N≤0.025％、S≤0.030％、P≤0.030％以及Fe和不可避免的杂质；在初轧开坯的步骤中，控制加热温度为1050～1200℃、保温时间为1.5～5小时；在热轧盘元的步骤中，控制加热温度为850～1150℃、保温时间为1～3小时，轧制成盘元后快冷至室温；在表面处理的步骤中，对盘元进行酸洗后检验入库。

根据本发明的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法的一个实施例，在冶炼的步骤中，采用真空感应炉进行钢水冶炼，或者依次采用电弧炉、LF精炼炉和真空精炼炉进行钢水冶炼。

根据本发明的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法的一个实施例，在冶炼的步骤中，以返回钢、纯铁、镍板、金属铬、金属铜、金属锰、金属钼、硅铁合金、铌铁合金、钛铁合金、金属铝作为原料进行冶炼。

根据本发明的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法的一个实施例，在初轧开坯之后，将轧制后的钢坯表面磨光并清理净缺陷，锯切头尾后送至连轧轧机进行热轧；并在酸洗之后，清理净缺陷并锯切头尾后检验入库。

本发明还提供了一种含铜铁素体不锈钢盘元，所述含铜铁素体不锈钢盘元由上述制造方法制得，并且，以重量百分比计，所述含铜铁素体不锈钢盘元的成分包括：C≤0.025％、Si0.20～0.80％、Mn0.20～0.80％、Cr10.0～16.0％、Mo0.20～0.80％、Ni0.20～0.80％、Cu0.15～0.50％、Nb0.10～0.50％、Ti0.10～0.30％、Al0.05～0.20％、Co≤0.15％、V≤0.15％、N≤0.025％、S≤0.030％、P≤0.030％以及Fe和不可避免的杂质。

根据本发明的含铜铁素体不锈钢盘元，所述盘元的直径为5～20mm。

根据本发明的含铜铁素体不锈钢盘元，所述盘元的组织包括铁素体及少量铜析出相、弥散碳化物和氮化物。

本发明选用工业纯铁、合金和其它金属为原料，为获取高纯净度铁素体不锈钢盘元提供了物质基础，在真空感应炉(或电弧炉+LF炉+真空精炼炉)中进行合金化冶炼，减少碳氮含量并大幅度减少镍使用量,同时采用Nb、Ti、Al综合使用并降低氧含量，细化晶粒、减少脆性并获得高纯洁度钢锭；对钢锭进行初轧开坯，使合金元素分布均匀，从而减少偏析；制得的含铜铁素体不锈钢盘元的产品质量能够达到技术要求。

具体实施方式

在下文中，将结合具体示例详细说明本发明的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法。若无特别说明，以下所述的百分比均为重量百分比。

根据本发明的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法主要包括依次进行的冶炼、初轧开坯、热轧盘元、表面处理，本发明通过对盘元成分、加工工艺进行改进，获得了符合力学性能技术要求的铁素体不锈钢盘元，下面针对主要步骤进行具体说明。

首先，在冶炼的步骤中，将出钢温度控制为1540～1560℃，在钢水的成分达到以下要求时出钢并浇注成钢锭，以重量百分比计，钢水的成分包括：C≤0.025％、Si0.20～0.80％、Mn0.20～0.80％、Cr10.0～16.0％、Mo0.20～0.80％、Ni0.20～0.80％、Cu0.15～0.50％、Nb0.10～0.50％、Ti0.10～0.30％、Al0.05～0.20％、Co≤0.15％、V≤0.15％、N≤0.025％、S≤0.030％、P≤0.030％以及Fe和不可避免的杂质。其中，上述出钢温度是根据钢由固态转变为液态的温度、浇钢过程的温度下降以及浇注完之后钢液的过热度等因素综合计算确定的，若出钢温度高于1560℃，则钢水易烫坏锭模、钢包等设备，若出钢温度过低，则易造成堵钢、短锭等现场废品。

其中，碳、氮是增加合金强度的元素,但碳、氮在铁素体不锈钢中属于有害元素之一，这是因为碳、氮在铁素体不锈钢中的溶解度低，在冷却过程中会析出碳化物、氮化物而损失材料塑性，因而控制0.025％以下为宜，在冶炼过程中主要釆用碳氧反应生成一氧化碳气泡在真空环境下去除多余的碳和氮。硅是作为脱氧剂加入的主要元素，若硅含量较低，则钢水中的氧含量高，但硅含量过高，则会降低钢的塑性，控制在0.20～0.80％为宜。锰是提高強度加入的主要元素，若锰含量较低，则钢的強度不足，但锰含量过高，则会降低钢的塑性，控制0.20～0.80％为宜。硫、磷是导致钢热塑性差的杂质元素，需要尽量控制在较低的含量，本发明中控制硫≤0.030％、磷≤0.030％。铬是铁素体的主要形成元素，也是改善钢的耐蚀性的重要元素，若铬含量较低，则达不到耐蚀性要求，若铬含量较高，则增加成本，将铬含量控制为10.0～16.0％为宜。钼可以提高铁素体不锈钢的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能，并促进铁铬合金钝化提高不锈钢的耐蚀性能，若钼含量过高可能促进应力腐蚀敏感性，最好控制在0.20～0.80％。镍能够提高铁素体不锈钢的室温力学性能、强度和韧性,使钢的脆性温度下移,还可以提高某些介质中钢的耐腐蚀性能，对中铬铁素体钢的冷拉成型性能提高非常有利，但同时镍为奥氏体形成元素，为了保证盘元中相对单一的铁素体组织，避免成分偏析导致冷拉表面质量下降，镍含量最好控制为0.20～0.80％。铜是弱化奥氏体形成的元素，若铜含量过高，易引起热轧时的开裂，但适量的铜可提高冷拉成形性能，并析出富铜相，起细化晶粒并提高冷拉強度的作用，铜还可提高钢在酸性环境下的耐蚀性能；但铜属于低熔点元素，加热时晶界易析出低熔点化合物并使钢产生表面裂口导致热加工过程塑性较差，优选地将铜含量控制为0.15～0.50％，有利于力学性能和耐腐蚀性能的综合提高。钛和铌均为促进铁素体形成的元素，适量的钛和铌可使铬的碳氮化合物形成钛和铌的碳氮化物并细化晶粒，提高钢的耐晶间腐蚀性能，同时促进富铜相析出并均匀弥散，但钛、铌含量过高会增加成本，钛、铌含量过低又将使钢的性能下降，最好控制铌含量为0.10～0.50％、钛含量为0.10～0.30％。铝是促进形成铁素体的元素，也是较强的脱氧元素，若铝含量过低，则钢中的氧含量高，钛收得率较低，若铝含量过高，则易引起脆性转变温度提高，最好将铝含量控制为0.05～0.20％。

根据本发明的示例性实施例，通过降低钢中的碳和氮含量，并添加钛、铌等稳定化元素来提高铁素体不锈钢的加工性，扩展铁素体钢的使用范围；同时适量添加钼、铬改善铁素体不锈钢的点腐蚀和生锈等腐蚀所造成的表面性状劣化问题。

具体地，采用真空感应炉进行钢水的合金化冶炼，或者依次采用电弧炉、LF精炼炉和真空精炼炉进行钢水的合金化冶炼，但本发明不限于此。例如，可以采用两条并列的生产线冶炼钢水，第一条采用真空感应炉冶炼为合格钢水，笫二条采用电弧炉、LF精炼炉和真空精炼炉进行联合生产并且最后在真空精炼炉中冶炼为合格钢水。其中，以返回钢、纯铁、镍板、金属铬、金属铜、金属锰、金属钼、硅铁合金、铌铁合金、钛铁合金、金属铝等作为原料进行冶炼，并将出炉时的钢水成分调整为上述成分。其中，为了获取高纯净度的铁素体不锈钢盘元，纯铁应满足其中的C≤0.02％、S≤0.005％、P≤0.010％、N≤50ppm且O≤40ppm。

然后，将钢锭送至初轧热加工工序进行初轧开坯，以使合金元素分布均匀，从而减少偏析。在初轧开坯的步骤中，控制加热温度为1050～1200℃、保温时间为1.5～5小时。

优选地，将初轧后的钢坯表面磨光并清理净缺陷，锯切头位后送至连轧轧机进行热轧。

在热轧盘元的步骤中，控制加热温度为850～1150℃、保温时间为1～3小时，轧制成盘元后快冷至室温。

其中，初轧开坯和热轧盘元的加热温度和保温时间是根据钢锭在轧制过程中的温度热塑性而选定的，同时还考虑了钢锭在轧制过程中的冷却强度、轧制道次量、钢锭截面等因素，若加热温度过高，则易导致晶粒粗大脆性，若加热温度过低，则易产生表面拉裂。

最后，将轧制后的盘元进行酸洗，并在酸洗之后清理净缺陷、锯切头尾后检验入库。

根据本发明的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法制得的盘元的成分包括：C≤0.025％、Si0.20～0.80％、Mn0.20～0.80％、Cr10.0～16.0％、Mo0.20～0.80％、Ni0.20～0.80％、Cu0.15～0.50％、Nb0.10～0.50％、Ti0.10～0.30％、Al0.05～0.20％、Co≤0.15％、V≤0.15％、N≤0.025％、S≤0.030％、P≤0.030％以及Fe和不可避免的杂质。根据本发明的一个实施例，所制得的盘元的直径为5～20mm。并且，所制得盘元的轧后组织主要由铁素体组成并包括少量铜析出相（如CuNi₃）和弥散碳氮化物（如NbC、TiN），该盘元的组织晶粒细小，一般大于8级，并且其冷拉塑性好，一般的冷拉过程无需中间退火。

下面给出的示例用以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。其中，示例中的物理检验结果是参照相关标准并通过将偏析、氧化物、硫化物含量的面积与标准中图谱的某－级对比而确定的。

示例1：

a、真空感应炉合金化冶炼：以返回钢、纯铁和其它合金、金属等为原料，在真空感应炉中冶炼钢水，当钢水成分为：碳0.016％、硅0.32％、锰0.54％、硫0.003％、磷0.030％、铬16.00％、钼0.30％、镍0.5％、氮0.025％、钛0.15％、铌0.35％、铜0.22％、钴0.05％、钒0.03％、铝0.05％以及余量为铁和不可避免的杂质时，将出钢温度控制为1540℃，进行出钢并浇注成3.0t的钢锭；

b、初轧开坯：将钢锭进行初轧热加工，控制加热温度为1200℃、保温时间为3小时；钢锭经初轧后的钢坯为150×150×5700-6000mm³，将钢坯表面全面磨光，清理净缺陷并锯切头尾后送连轧轧机；

c、热轧盘元：将初轧后的钢坯进行轧制热加工，控制加热温度为1200℃、保温时间为1小时，轧制成Ф5.5mm的盘元后快冷至室温；

d、表面处理：将热轧后的盘元进行酸洗，清理净缺陷并锯切头尾后检验入库。

其中，经物理检验，盘元的偏析为0.5级、氧化物为0.5级、硫化物为1.0级；抗拉强度为554MPa、屈服强度为390MPa、断后伸长率为34％、断面收缩率为66％、晶粒度为10级。

示例2：

a、依次采用电弧炉、LF精炼炉、真空精炼炉进行合金化冶炼：以返回钢、纯铁和其它合金、金属等为原料，在真空精炼炉中冶炼钢水，当钢水成分为：碳0.02％、硅0.55％、锰0.51％、硫0.014％、磷0.022％、铬10.0％、钼0.43％、镍0.38％、氮0.009％、钛0.26％、铌0.31％、铜0.20％、钴0.06％、钒0.05％、铝0.20％以及余量为铁和不可避免的杂质时，将出钢温度控制为1550℃，进行出钢并浇注成3.5t的钢锭；

b、初轧开坯：将钢锭进行初轧热加工，控制加热温度为1220℃、保温时间为6小时；钢锭经初轧后的钢坯为180×180×5700-6000mm³，将钢坯表面全面磨光，清理净缺陷并锯切头尾后送连轧轧机；

c、热轧盘元：将初轧后的钢坯进行轧制热加工，控制加热温度为1150℃、保温时间为3小时，轧制成Ф15mm的盘元后快冷至室温；

其中，经物理检验，盘元的偏析为0级、氧化物为1.0级、硫化物为0.5级；抗拉强度为531MPa、屈服强度为370MPa、断后伸长率为39％、断面收缩率为77％、晶粒度为8级。

示例3：

a、采用真空感应炉进行合金化冶炼：以返回钢、纯铁和其它合金、金属等为原料，在真空感应炉中冶炼钢水，当钢水成分为：碳0.025％、硅0.80％、锰0.56％、硫0.002％、磷≤0.030％、铬14.2％、钼0.44％、镍0.35％、氮0.0015％、钛0.30％、铌0.50％、铜0.15％、钴0.15％、钒0.15％、铝0.15％以及余量为铁和不可避免的杂质时，将出钢温度控制为1560℃，进行出钢并浇注成3.5t的钢锭；

b、初轧开坯：将钢锭进行初轧热加工，控制加热温度为1050℃、保温时间为5小时；钢锭经初轧后的钢坯为180×180×5700-6000mm³，将钢坯表面全面磨光，清理净缺陷并锯切头尾后送连轧轧机；

c、热轧盘元：将初轧后的钢坯进行轧制热加工，控制加热温度为1000℃、保温时间为1.5小时，轧制成Ф20mm的盘元后快冷至室温；

其中，经物理检验，盘元的偏析为0.5级、氧化物为0.5级、硫化物为1.0级；抗拉强度为595MPa、屈服强度为443MPa、断后伸长率为36.5％、断面收缩率为77％、晶粒度为10级。

示例4：

a、依次采用电弧炉、LF精炼炉、真空精炼炉进行合金化冶炼：以返回钢、纯铁和其它合金、金属等为原料，在真空精炼炉中冶炼钢水，当钢水成分为：碳0.012％、硅0.60％、锰0.20％、硫0.030％、磷0.030％、铬12.20％、钼0.20％、镍0.20％、氮0.010％、钛0.21％、铌0.32％、铜0.50％、钴0.10％、钒0.08％、铝0.10％以及余量为铁和不可避免的杂质时，将出钢温度控制为1545℃，进行出钢并浇注成3.5t的钢锭；

b、初轧开坯：将钢锭进行初轧热加工，控制加热温度为1180℃、保温时间为3小时；钢锭经初轧后的钢坯为180×180×5700-6000mm³，将钢坯表面全面磨光，清理净缺陷并锯切头尾后送连轧轧机；

c、热轧盘元：将初轧后的钢坯进行轧制热加工，控制加热温度为1100℃、保温时间为2小时，轧制成Ф10.5mm的盘元后快冷至室温；

其中，经物理检验，盘元的偏析为0级、氧化物为1级、硫化物为0.5级；抗拉强度为553MPa、屈服强度为379MPa、断后伸长率为40.5％、断面收缩率为81％、晶粒度为10级。

综上所述，采用本发明的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法获得的含铜铁素体不锈钢盘元的偏析满足GB1979中≤1级水平，氧化物、硫化物均≤1.0级要求；抗拉强度≥500MPa、屈服强度≥350MPa、断后伸长率≥30％、断面收缩率≥50％，晶粒度≥8级。

本发明的制备工艺简单、实用性强，不仅大幅度减少镍的使用量，降低了生产成本，并且提高了钢的力学性能，能够满足大规模工业生产需要，为铁素体不锈钢盘元的更新提供了技术保障。

Claims

1.一种含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法，其特征在于，所述方法包括依次进行的冶炼、初轧开坯、热轧盘元、表面处理，

在冶炼的步骤中，将出钢温度控制为1540～1560℃，在钢水的成分达到以下要求时出钢并浇注成钢锭，其中，以重量百分比计，钢水的成分包括：C≤0.025％、Si0.20～0.80％、Mn0.20～0.80％、Cr10.0～16.0％、Mo0.20～0.80％、Ni0.20～0.80％、Cu0.15～0.50％、Nb0.10～0.50％、Ti0.10～0.30％、Al0.05～0.20％、Co≤0.15％、V≤0.15％、N≤0.025％、S≤0.030％、P≤0.030％以及Fe和不可避免的杂质；

在初轧开坯的步骤中，控制加热温度为1050～1200℃、保温时间为1.5～5小时；

在热轧盘元的步骤中，控制加热温度为850～1150℃、保温时间为1～3小时，轧制成盘元后快冷至室温；

在表面处理的步骤中，对盘元进行酸洗后检验入库。

2.根据权利要求1所述的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法，其特征在于，在冶炼的步骤中，采用真空感应炉进行钢水冶炼，或者依次采用电弧炉、LF精炼炉和真空精炼炉进行钢水冶炼。

3.根据权利要求2所述的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法，其特征在于，在冶炼的步骤中，以返回钢、纯铁、镍板、金属铬、金属铜、金属锰、金属钼、硅铁合金、铌铁合金、钛铁合金、金属铝等作为原料进行冶炼。

4.根据权利要求1所述的含铜铁素体不锈钢盘元的制造方法，其特征在于，在初轧开坯之后，将轧制后的钢坯表面磨光并清理净缺陷，锯切头尾后送至连轧轧机进行热轧；并在酸洗之后，清理净缺陷并锯切头尾后检验入库。

5.一种含铜铁素体不锈钢盘元，其特征在于，所述含铜铁素体不锈钢盘元由权利要求1至4中任一项所述的制造方法制得，并且，以重量百分比计，所述含铜铁素体不锈钢盘元的成分包括：C≤0.025％、Si0.20～0.80％、Mn0.20～0.80％、Cr10.0～16.0％、Mo0.20～0.80％、Ni0.20～0.80％、Cu0.15～0.50％、Nb0.10～0.50％、Ti0.10～0.30％、Al0.05～0.20％、Co≤0.15％、V≤0.15％、N≤0.025％、S≤0.030％、P≤0.030％以及Fe和不可避免的杂质。

6.根据权利要求5所述的含铜铁素铁不锈钢盘元，其特征在于，所述盘元的直径为5～20mm。

7.根据权利要求5所述的含铜铁素铁不锈钢盘元，其特征在于，所述盘元的组织包括铁素体及少量铜析出相、弥散碳化物和氮化物。