CN106591734A - 高强度马氏体不锈钢盘条及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度马氏体不锈钢盘条及其生产方法，其包括热轧工序和热处理工序；所述盘条化学成分按重量百分含量为：C 0.10%～0.20%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，S≤0.010%，P≤0.045%，Cr 12.50%～14.00%，Ni 1.00%～1.50%，Mo 1.00%～1.50%，N 0.05%～0.20%，余量为Fe和微量杂质。本不锈钢盘条的热处理力学性能良好，具有一定的耐腐蚀性，且生产成本较低。本方法通过合理的合金元素配比以及适当的热轧、热处理工艺，所得马氏体不锈钢盘条的组织均匀、力学性能稳定、易于进行后续机械加工，具有良的力学性能及盘条表面质量，可用于下游机械加工领域，如不锈钢标准件等替代传统的马氏体不锈钢钢种。

Description

高强度马氏体不锈钢盘条及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢及其生产工艺，尤其是一种高强度马氏体不锈钢盘条及其生产工艺。
背景技术
随着近年来现代工业技术的发展、建筑业的发展，Cr系马氏体不锈钢的需求量也越来越大。而传统的不锈钢标准件用Cr系马氏体不锈钢1Cr13由于各种原因已经难以满足其应用领域更加高端的用途需求，难以满足的主要原因有力学性能因素和耐蚀性因素。
1、力学性能：传统的不锈钢标准件自攻螺丝等经常使用的钢种为Cr系马氏体不锈钢钢种1Cr13，1Cr13有着0.10%左右的C含量，以保证螺丝热处理后的淬火硬度。但随着不锈钢标准件行业和建筑行业的发展，目前1Cr13标准件的淬火后硬度已经不能满足更加高端的要求了。
2、耐蚀性：作为不锈钢标准件，对于材料的耐蚀性会有一定的要求，而传统的马氏体不锈钢耐蚀性稍差。
最近也出现了一些通过加入氮元素优化马氏体不锈钢成分设计及专利，如公开号CN105821330A公布的“一种马氏体不锈钢及冶炼工艺”，其在1Cr13的成分基础上增加了少量氮元素，成分控制不同，耐蚀能力增加有限且强度偏低。公开号CN105296877A公布的“一种建筑结构紧固件用马氏体不锈钢及其制造方法”，其合金元素添加量较高，且添加了Cu元素，生产成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种力学性能良好的高强度马氏体不锈钢盘条；本发明还提供了一种高强度马氏体不锈钢盘条的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：化学成分按重量百分含量为：C 0.10%～0.20%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，S≤0.010%，P≤0.045%，Cr 12.50%～14.00%，Ni1.00%～1.50%，Mo 1.00%～1.50%，N 0.05%～0.20%，余量为Fe和微量杂质。
本发明采用上述化学成分范围的理由如下：
碳：碳是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素，同时可显著提高马氏体不锈钢的强度和硬度，随其含量的增加，马氏体不锈钢淬火后硬度、强度提高。另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成一系列复杂的碳化物，降低耐腐蚀能力，因此本发明中碳的含量范围在0.10%～0.20%。
铬：铬是不锈钢获得耐腐蚀性的重要元素，但同时铬的增加在淬火和回火条件下降低钢的硬度和抗拉强度，因此本发明中铬的含量范围在12.50%～14.00%。
氮：氮是强烈扩大奥氏体相区并稳定奥氏体的元素，还可以提高钢的耐腐蚀、抗拉强度等性能，由于氮在钢中的溶解度有限，氮使得钢的加工硬化更加明显，因此发明中氮的含量范围在0.05%～0.20%。
镍：镍是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区元素，可以提高马氏体不锈钢钢的淬透性，明显改善在还原性介质中的耐蚀性，因此发明中镍的含量范围在1.00%～1.50%。
钼：钼是形成和稳定铁素体并扩大铁素体相区元素，在Fe-Cr、Fe-Cr-Ni不锈钢中加入钼能形成致密稳定的含钼钝化膜，提高在氧化性及非氧化性介质中的耐蚀性，同时在马氏体不锈钢中加入钼可以增加回火稳定性和强化二次硬化效应，增加钢的强度，但韧性并不降低。因此发明中钼的含量范围在1.00%～1.50%。
其余元素：锰是奥氏体形成元素，具有稳定奥氏体组织的作用，可以提高氮在钢中的溶解度；硅是强烈形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素；硫、磷等杂质元素不应超过规定的上限，否则对力学性能造成极差影响。
本发明方法包括热轧工序和热处理工序；所述盘条化学成分按重量百分含量如上所述。
本发明方法所述热轧工序：加热温度为1170℃±10℃，进精轧温度为850～900℃，进减定径温度为850～900℃，吐丝温度控制在800～850℃。所述加热时间为150～180min。所述热轧工序中，吐丝后进斯太尔摩冷却线，保温罩和风机全部关闭，辊道速度为0.12～0.15m/s。
本发明方法所述热处理工序：退火温度为800℃±5℃，保温时间为6～8h；缓冷至550～600℃出炉，缓冷速度为15～20℃/h。
本发明方法采用上述工艺的理由如下：
加热温度：加热温度选择1170±10℃，经理论研究和实验论证表明，低于1100℃不利于保证钢坯组织的奥氏体化，且变形抗力较大；高于1250℃加热容易导致晶界发生熔化和钢坯弯曲。
进精轧、进减定径及吐丝温度：马氏体不锈钢热轧盘条在吐丝完毕缓冷时会发生相变，为保证马氏体相变在保温辊道内全部转变完毕，因此设置较低的进精轧、进减定径温度850～900℃以及较低的吐丝温度800～850℃。
斯太尔摩冷却措施：马氏体不锈钢热轧完毕后会发生马氏体相变，因此热轧吐丝后需要进行缓冷，保温罩和风机全部关闭，斯太尔摩辊道速度选取0.12-0.15m/s。
热处理工艺：经过多次的退火试验表明，退火温度选择800±5℃，保温时间6～8h，缓冷至550～600℃出炉，缓冷速度为15～20℃/h。可使得钢种热处理的退火组织均匀，力学性能合适，有利于后续的拉拔加工。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明的热处理力学性能良好，具有一定的耐腐蚀性，且生产成本较低。
本发明方法通过合理的合金元素配比以及适当的热轧、热处理工艺，所得马氏体不锈钢盘条的组织均匀、力学性能稳定、易于进行后续机械加工，具有良的力学性能及盘条表面质量，可用于下游机械加工领域，如不锈钢标准件等替代传统的马氏体不锈钢钢种。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是实施例1中热处理后盘条的金相组织图（100μm）；
图2是实施例2中热处理后盘条的金相组织图（100μm）；
图3是实施例3中热处理后盘条的金相组织图（100μm）；
图4是实施例4中热处理后盘条的金相组织图（100μm）；
图5是实施例1中热轧后盘条的金相组织图（100μm）；
图6是实施例1中热轧后盘条的宏观表面质量图。
具体实施方式
实施例1：本高强度马氏体不锈钢盘条采用下述方法工艺生产而成。
采用下述化学成分含量（wt%）的钢坯：C 0.18%，Si 0.42%，Mn 0.42%，S 0.003%，P0.019%，Cr 13.26%，Ni 1.29%，Mo 1.45%，N 0.07%，其余为铁和微量杂质。
热轧工序：将钢坯加热至1177℃，保温时间150min。加热后进行水除鳞处理，随后进行6+8道次粗中轧、4道次预精轧、8道次精轧、4架减定径，进精轧温度880℃，进减定径温度860℃，吐丝温度控制在835℃。吐丝后进斯太尔摩冷却线，斯太尔摩辊道的保温罩和风机全部关闭，辊道速度为0.15m/s。
热处理工序：采用台车式退火炉进行退火，最大能力升温至退火温度801℃，保温时间6h，缓冷至600℃出炉，缓冷速度为15℃/h；即可得到所述的不锈钢盘条。
实施例2：本高强度马氏体不锈钢盘条采用下述方法工艺生产而成。
采用下述化学成分含量（wt%）的钢坯：C 0.17%，Si 0.38%，Mn 0.40%，S 0.006%，P0.020%，Cr 13.33%，Ni 1.36%，Mo 1.38%，N 0.06%，其余为铁和微量杂质。
热轧工序：将钢坯加热至1170℃，保温时间170min。加热后进行水除鳞处理，随后进行6+8道次粗中轧、4道次预精轧、8道次精轧、4架减定径，进精轧温度860℃，进减定径温度855℃，吐丝温度控制在845℃。吐丝后进斯太尔摩冷却线，斯太尔摩辊道的保温罩和风机全部关闭，辊道速度为0.13m/s。
热处理工序：采用井式退火炉进行退火，退火温度控制在797℃，保温时间6h，缓冷至550℃出炉，缓冷速度为20℃/h；即可得到所述的不锈钢盘条。
实施例3：本高强度马氏体不锈钢盘条采用下述方法工艺生产而成。
采用下述化学成分含量（wt%）的钢坯：C 0.16%，Si 0.36%，Mn 0.45%，S 0.005%，P0.022%，Cr 13.44%，Ni 1.18%，Mo 1.25%，N 0.08%，其余为铁和微量杂质。
热轧工序：将钢坯加热至1164℃，保温时间180min。除鳞后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，4架减定径，进精轧温度855℃，进减定径温度870℃，吐丝温度控制在815℃。斯太尔摩辊道的保温罩和风机全部关闭，辊道速度为0.12m/s。
热处理工序：采用井式退火炉进行退火，退火温度控制在805℃，保温时间8h，缓冷至590℃出炉，缓冷速度为18℃/h；即可得到所述的不锈钢盘条。
实施例4：本高强度马氏体不锈钢盘条采用下述方法工艺生产而成。
采用下述化学成分含量（wt%）的钢坯：C 0.15%，Si 0.30%，Mn 0.38%，S 0.003%，P0.025%，Cr 13.26%，Ni 1.42%，Mo 1.16%，N 0.10%，其余为铁和微量杂质。
热轧工序：将钢坯加热至1175℃，保温时间160min。除鳞后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，4架减定径，进精轧温度890℃，进减定径温度880℃，吐丝温度控制在825℃。斯太尔摩辊道的保温罩和风机全部关闭，辊道速度为0.14m/s。
热处理工序：采用台车式退火炉进行退火，退火温度控制在795℃，保温时间6h，缓冷至600℃出炉，缓冷速度为16℃/h；即可得到所述的不锈钢盘条。
实施例5：本高强度马氏体不锈钢盘条采用下述方法工艺生产而成。
采用下述化学成分含量（wt%）的钢坯：C 0.10%，Si 0.72%，Mn 1.0%，S 0.008%，P0.036%，Cr 12.5%，Ni 1.18%，Mo 1.50%，N 0.05%，其余为铁和微量杂质。
热轧工序：将钢坯加热至1180℃，保温时间170min。除鳞后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，4架减定径，进精轧温度850℃，进减定径温度850℃，吐丝温度控制在800℃。斯太尔摩辊道的保温罩和风机全部关闭，辊道速度为0.12m/s。
热处理工序：采用台车式退火炉进行退火，退火温度控制在805℃，保温时间7h，缓冷至560℃出炉，缓冷速度为19℃/h；即可得到所述的不锈钢盘条。
实施例6：本高强度马氏体不锈钢盘条采用下述方法工艺生产而成。
采用下述化学成分含量（wt%）的钢坯：C 0.20%，Si 0.54%，Mn 0.63%，S 0.010%，P0.025%，Cr 14.0%，Ni 1.0%，Mo 1.27%，N 0.20%，其余为铁和微量杂质。
热轧工序：将钢坯加热至1175℃，保温时间165min。除鳞后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，4架减定径，进精轧温度870℃，进减定径温度850℃，吐丝温度控制在820℃。斯太尔摩辊道的保温罩和风机全部关闭，辊道速度为0.12m/s。
热处理工序：采用井式退火炉进行退火，退火温度控制在795℃，保温时间6h，缓冷至600℃出炉，缓冷速度为15℃/h；即可得到所述的不锈钢盘条。
实施例7：本高强度马氏体不锈钢盘条采用下述方法工艺生产而成。
采用下述化学成分含量（wt%）的钢坯：C 0.13%，Si 1.0%，Mn 0.82%，S 0.004%，P0.045%，Cr 13.87%，Ni 1.50%，Mo 1.0%，N 0.14%，其余为铁和微量杂质。
热轧工序：将钢坯加热至1160℃，保温时间175min。除鳞后的钢坯进行6+8道次粗中轧，4道次预精轧，8道次精轧，4架减定径，进精轧温度900℃，进减定径温度900℃，吐丝温度控制在850℃。斯太尔摩辊道的保温罩和风机全部关闭，辊道速度为0.12m/s。
热处理工序：采用台车式退火炉进行退火，退火温度控制在800℃，保温时间6h，缓冷至580℃出炉，缓冷速度为20℃/h；即可得到所述的不锈钢盘条。
实施例1－7的退火热处理后所得不锈钢盘条经过样品镶嵌冷却到室温后，采用国家标准GB/T 4340.1-2009金属材料维氏硬度试验方法和GB/T 228[1].1-2010室温拉伸试验，在室温进行维氏硬度试验和拉伸试验，试验数值如表1所示。
表1：实施例1－7所得不锈钢盘条的力学性能检验结果
实施例 1 2 3 4 5 6 7
维氏硬度/HV 282 288 278 290 285 288 280
抗拉强度/MPa 858 880 844 885 866 878 850
实施例1－4热处理后盘条的金相组织如图1－4所示，实施例1中热轧后盘条的金相组织如图5所示，热轧后盘条的宏观表面质量图如6所示。从表1和附图1－6可以看出，通过本方法的化学成分、热轧工艺、热处理工艺参数控制，可以较好地实现并得到该材料合适的退火组织和力学性能，组织均匀，盘条表面质量良好，力学性能有利于下一步机械加工，适合进行工业生产。

Claims (6)

1.一种高强度马氏体不锈钢盘条，其特征在于，其化学成分按重量百分含量为：C0.10%～0.20%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，S≤0.010%，P≤0.045%，Cr 12.50%～14.00%，Ni1.00%～1.50%，Mo 1.00%～1.50%，N 0.05%～0.20%，余量为Fe和微量杂质。
2.一种高强度马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：其包括热轧工序和热处理工序；所述盘条化学成分按重量百分含量为：C 0.10%～0.20%，Si≤1.00%，Mn≤1.00%，S≤0.010%，P≤0.045%，Cr 12.50%～14.00%，Ni 1.00%～1.50%，Mo 1.00%～1.50%，N 0.05%～0.20%，余量为Fe和微量杂质。
3.根据权利要求2所述的高强度马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于，所述热轧工序：加热温度为1170℃±10℃，进精轧温度为850～900℃，进减定径温度为850～900℃，吐丝温度控制在800～850℃。
4.根据权利要求3所述的高强度马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述加热时间为150～180min。
5.根据权利要求3所述的高强度马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于：所述热轧工序中，吐丝后进斯太尔摩冷却线，保温罩和风机全部关闭，辊道速度为0.12～0.15m/s。
6.根据权利要求2－5任意一项所述的高强度马氏体不锈钢盘条的生产方法，其特征在于，所述热处理工序：退火温度为800℃±5℃，保温时间为6～8h；缓冷至550～600℃出炉，缓冷速度为15～20℃/h。
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