CN104195458A - 一种低相对磁导率的不锈钢热轧板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种低相对磁导率的不锈钢热轧板及其制备方法，属于冶金技术领域，热轧板成分按重量百分比含C0.03~0.08%，Si≤0.2%，Mn4~10%，Cr18~24%，Ni10~16%，Mo0.6~3%，Nb0.05~0.2%，P≤0.04%，S≤0.04%，N0.1~0.5%，余量为Fe；其显微组织为晶粒尺寸在25~35μm的奥氏体；相对磁导率≤1.002；制备方法按以下步骤进行：（1）按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭；（2）将钢锭锻造成板坯，空冷至室温；（3）加热至1200~1250℃，进行6~8道次热轧，以10~60℃/s的速度冷却至450~700℃，空冷至常温；（4）在1000~1100℃进行固溶处理。本发明的低相对磁导率的不锈钢热轧板力学性能优良，冷变形后低磁性能依然十分稳定。

Description

一种低相对磁导率的不锈钢热轧板及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种低相对磁导率的不锈钢热轧板及其制备方法。

背景技术

低磁钢（低相对磁导率钢）广泛应用于电力、轨道交通、建筑和军工等领域。典型的18-8型奥氏体不锈钢是一种低磁钢，该低磁不锈钢具有优良的抗氧化、耐腐蚀及良好的低磁性能。但是18-8型奥氏体不锈钢的屈服强度只有200~300MPa，同时由于钢中亚稳奥氏体冷变形后容易发生马氏体相变，降低了低磁性能（相对磁导率在1.05以上）；因此，开发一种强度高、耐蚀性好、低磁性能稳定优良的低磁不锈钢是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低相对磁导率的不锈钢热轧板及其制备方法，通过合理设计材料的成分，经锻造、热轧及固溶处理，制成力学性能良好，相对磁导率低于1.002的不锈钢热轧钢板。

本发明的低相对磁导率的不锈钢热轧板的成分按重量百分比含C 0.03~0.08 %，Si ≤0.2 %，Mn 4~10 %，Cr 18~24 %，Ni 10~16 %，Mo 0.6~3 %，Nb 0.05~0.2 %，P ≤0.04 %，S ≤0.04 %，N 0.1~0.5 %，余量为Fe；其显微组织为晶粒尺寸在25~35μm的奥氏体；相对磁导率≤1.002。

上述的低相对磁导率的不锈钢热轧板的屈服强度为450~490MPa，抗拉强度为830~900 MPa，断后伸长率≥45%。

本发明的低相对磁导率的不锈钢热轧板的制备方法按以下步骤进行：

1、按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按重量百分比为C 0.03~0.08 %，Si ≤0.2 %，Mn 4~10 %，Cr 18~24 %，Ni 10~16 %，Mo 0.6~3 %，Nb 0.05~0.2 %，P ≤0.04 %，S ≤0.04 %，N 0.1~0.5 %，余量为Fe；

2、将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1220~1270℃，锻造比为3~6，锻造完成后空冷至室温；

3、将空冷后的板坯加热至1200~1250℃，进行6~8道次热轧，开轧温度为1150~1180℃，终轧温度为880~920℃，总压下量为85~97 %；热轧完成后以10~60 ℃/s的速度冷却至450~700 ℃，再空冷至常温，制成热轧板；

4、将热轧板在1000~1100 ℃进行固溶处理，固溶处理时间为30~50 min，获得低相对磁导率的不锈钢热轧板。

上述方法中，热轧时每道次压下量在20~40%。

上述方法中，以10~60 ℃/s的速度冷却至450~700 ℃是采用水冷进行冷却。

本发明中合金元素的设计考虑了以下几点：

C是奥氏体组织形成元素，也是固溶强化元素；随着C含量的增加，在水淬或空冷情况下，都能得到单一的奥氏体组织；但是高C含量降低了钢的耐腐蚀性和焊接性，同时增加了铁磁性碳化物析出的倾向，因此，C含量控制在0.03~0.08 %；

N是强烈扩大奥氏体相区、稳定奥氏体的合金元素，N能提高钢的强度但却不显著降低钢的韧性和塑性；N能抑制碳化物的析出，提高钢的耐腐蚀性能，是保证低磁不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和低磁性能的元素；但N含量过高则会给钢的冶炼和凝固造成困难，故N含量控制在0.1~0.5 %；

Mn是扩大奥氏体区和强烈地使奥氏体稳定的元素，Mn在钢中大部分固溶于奥氏体中，形成置换式固溶体，使基体得到强化；随着Mn含量的增加，                                               及马氏体转变温度降低，马氏体相变受到抑制；Mn+N复合合金化能够显著提高奥氏体的稳定性，因此Mn含量控制在4~10 %；

Cr是决定低磁不锈钢耐蚀性的主要元素，能提高基体电极电位，从而显著改善钢的抗氧化和耐腐蚀性能；由于Cr是较强的铁素体形成元素，钢中需要添加足够数量的C、Ni、Mn元素以保证得到单一奥氏体组织，从而保证低磁性能，因此Cr含量控制在18~24 %；

Ni是形成和稳定奥氏体组织的主要合金元素，其作用仅次于C和N；Ni能够提高基体的电极电位，显著提高钢的耐腐蚀性，同时可以改善钢的力学性能、加工性和物理性能，因此Ni含量控制在10~16 %；

Mo在钢中一方面能够和C形成碳化物，经过时效处理从基体弥散析出而使钢得到强化；另一方面，Mo还能溶于奥氏体基体中，起到强化奥氏体的作用，并且大大改善钢的高温力学性能，因此Mo含量控制在0.6~3 %；

Nb是强碳化物形成元素，高温加热过程中，未溶的Nb(C,N)粒子能显著地抑制奥氏体晶粒发生长大。在高温变形过程中，Nb(C,N)在奥氏体晶界应变诱导析出，阻碍动态再结晶的发生，细化奥氏体晶粒，提高钢的力学性能, 因此Nb含量控制在0.05~0.2 %。

本发明与已有技术相比较，具有显著的优点和积极效果：

1、制备的低相对磁导率的不锈钢热轧板提供了一种晶粒尺寸为25~35μm的奥氏体组织，并在奥氏体组织基体上弥散分布纳米级Nb、Mo、Cr的碳氮化物，阻碍了再结晶并促进了析出强化作用，对抑制高温奥氏体粗化，保证低磁不锈钢热轧板获得较高的强度提供了组织保证；

2、制备的低相对磁导率的不锈钢热轧板可达如下力学性能：固溶处理前的屈服强度800~850 MPa，抗拉强度1000~1050 MPa，断后伸长率20~25 %；固溶处理后的屈服强度450~490 MPa，抗拉强度830~900 MPa，断后伸长率45~50 %。

3、通过添加充分数量的Cr、Ni元素以及Mn、Mo、Nb和N等元素，在保证良好的腐蚀性能条件下，极大地稳定了奥氏体组织，甚至在强烈的冷变形后低磁性能依然十分稳定；相对磁导率≤1.002；经过25 %冷轧变形后，相对磁导率≤1.002；经过75 %冷轧变形后，相对磁导率≤1.002。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的低相对磁导率的不锈钢热轧板固溶处理前扫描电镜形貌图；

图2为本发明实施例1制备的低相对磁导率的不锈钢热轧板固溶处理后金相组织图。

具体实施方式

本发明实施例中显微组织是采用FEI Quanta 600型扫描电子显微镜和Leica DMIRM型光学显微镜进行观察。

本发明实施例中按照 GB/T228-2002制成矩形截面标准拉伸试样，在CMT5105-SANS微机控制电子万能实验机上进行室温力学性能测试。

本发明实施例中相对磁导率是采用Lake Shore的7400系列振动样品磁强计进行测量。

本发明实施例中制备的热轧板经过固溶处理后的屈服强度450~490MPa，抗拉强度830~900MPa，断后伸长率≥45%，相对磁导率≤1.002。

实施例1

按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按重量百分比为C 0.03 %，Si 0.11 %，Mn 10 %，Cr 18%，Ni 10%，Mo 3%，Nb 0.2 %，P 0.037%，S 0.036%，N 0.4%，余量为Fe；

将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1260℃，锻造比为4.5，锻造完成后空冷至室温；

将空冷后的板坯加热至1200℃，进行6道次热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度为880℃，每道次压下量在20~40%，总压下量为85%；热轧完成后采用水冷以10℃/s的速度冷却至700 ℃，再空冷至常温，制成热轧板；厚度为4mm；热轧板扫描电镜形貌结果如图1所示；

将热轧板在1000℃进行固溶处理，固溶处理时间为50 min，获得低相对磁导率的不锈钢热轧板，显微组织为平均晶粒尺寸在30μm的奥氏体；相对磁导率1.0019，屈服强度为453MPa，抗拉强度为842MPa，断后伸长率47%；金相组织如图2所示。

实施例2

按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按重量百分比为C 0.04 %，Si 0.16%，Mn 8 %，Cr 24 %，Ni 12%，Mo 2%，Nb 0.05%，P 0.034 %，S 0.032%，N 0.2%，余量为Fe；

将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1220℃，锻造比为6，锻造完成后空冷至室温；

将空冷后的板坯加热至1250℃，进行7道次热轧，开轧温度为1160℃，终轧温度为890℃，每道次压下量在20~40%，总压下量为90%；热轧完成后采用水冷以20 ℃/s的速度冷却至650 ℃，再空冷至常温，制成热轧板；厚度为3mm；

将热轧板在1050 ℃进行固溶处理，固溶处理时间为40 min，获得低相对磁导率的不锈钢热轧板，显微组织为平均晶粒尺寸在25μm的奥氏体；相对磁导率1.0019，屈服强度为486MPa，抗拉强度为887MPa，断后伸长率52%。

实施例3

按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按重量百分比为C 0.05 %，Si 0.17 %，Mn 6 %，Cr 20%，Ni 14 %，Mo 1.5%，Nb 0.1%，P 0.038%，S 0.037%，N 0.1%，余量为Fe；

将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1230℃，锻造比为3，锻造完成后空冷至室温；

将空冷后的板坯加热至1230℃，进行8道次热轧，开轧温度为1160℃，终轧温度为900℃，每道次压下量在20~40%，总压下量为92%；热轧完成后采用水冷以30 ℃/s的速度冷却至600 ℃，再空冷至常温，制成热轧板；厚度为6mm；

将热轧板在1100 ℃进行固溶处理，固溶处理时间为30min，获得低相对磁导率的不锈钢热轧板，显微组织为平均晶粒尺寸在35μm的奥氏体；相对磁导率1.002，屈服强度为452MPa，抗拉强度为846MPa，断后伸长率46%。

实施例4

按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按重量百分比为C 0.06%，Si 0.19%，Mn 5 %，Cr 22%，Ni 15%，Mo 1%，Nb 0.08%，P 0.036%，S 0.039%，N 0.3%，余量为Fe；

将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1240℃，锻造比为4，锻造完成后空冷至室温；

将空冷后的板坯加热至1240℃，进行6道次热轧，开轧温度为1170℃，终轧温度为910℃，每道次压下量在20~40%，总压下量为95%；热轧完成后采用水冷以50 ℃/s的速度冷却至550 ℃，再空冷至常温，制成热轧板；厚度为5mm；

将热轧板在1000℃进行固溶处理，固溶处理时间为45min，获得低相对磁导率的不锈钢热轧板，显微组织为平均晶粒尺寸在30μm的奥氏体；相对磁导率1.002，屈服强度为490MPa，抗拉强度为884MPa，断后伸长率50%。

实施例5

按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按重量百分比为C 0.08 %，Si 0.18%，Mn 4%，Cr 19%，Ni 16%，Mo 0.6%，Nb 0.15%，P 0.033%，S 0.035%，N 0.5 %，余量为Fe；

将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1260℃，锻造比为4.5，锻造完成后空冷至室温；

将空冷后的板坯加热至1250℃，进行7道次热轧，开轧温度为1180℃，终轧温度为920℃，每道次压下量在20~40%，总压下量为97 %；热轧完成后采用水冷以60 ℃/s的速度冷却至450℃，再空冷至常温，制成热轧板；厚度为4mm；

将热轧板在1100 ℃进行固溶处理，固溶处理时间为35min，获得低相对磁导率的不锈钢热轧板，显微组织为平均晶粒尺寸在25μm的奥氏体；相对磁导率1.0019，屈服强度为476MPa，抗拉强度为870 MPa，断后伸长率51%。

Claims (5)

1.一种低相对磁导率的不锈钢热轧板，其特征在于成分按重量百分比含C 0.03~0.08 %，Si ≤0.2 %，Mn 4~10 %，Cr 18~24 %，Ni 10~16 %，Mo 0.6~3 %，Nb 0.05~0.2 %，P ≤0.04 %，S ≤0.04 %，N 0.1~0.5 %，余量为Fe；其显微组织为晶粒尺寸在25~35μm的奥氏体；相对磁导率≤1.002。

2.根据权利要求1所述的一种低相对磁导率的不锈钢热轧板，其特征在于该热轧板的屈服强度为450~490MPa，抗拉强度为830~900 MPa，断后伸长率≥45%。

3.一种权利要求1所述的低相对磁导率的不锈钢热轧板的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按重量百分比为C 0.03~0.08 %，Si ≤0.2 %，Mn 4~10 %，Cr 18~24 %，Ni 10~16 %，Mo 0.6~3 %，Nb 0.05~0.2 %，P ≤0.04 %，S ≤0.04 %，N 0.1~0.5 %，余量为Fe；

（2）将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1220~1270℃，锻造比为3~6，锻造完成后空冷至室温；

（3）将空冷后的板坯加热至1200~1250℃，进行6~8道次热轧，开轧温度为1150~1180℃，终轧温度为880~920℃，总压下量为85~97 %；热轧完成后以10~60 ℃/s的速度冷却至450~700 ℃，再空冷至常温，制成热轧板；

（4）将热轧板在1000~1100 ℃进行固溶处理，固溶处理时间为30~50 min，获得低相对磁导率的不锈钢热轧板。

4.根据权利要求3所述的低相对磁导率的不锈钢热轧板的制备方法，其特征在于步骤（3）中的热轧时每道次压下量在20~40%。

5.根据权利要求3所述的低相对磁导率的不锈钢热轧板的制备方法，其特征在于所述的以10~60 ℃/s的速度冷却至450~700 ℃是采用水冷进行冷却。