CN108486503B

CN108486503B - 一种高碳马氏体不锈钢薄带的连铸近终成形制备方法

Info

Publication number: CN108486503B
Application number: CN201810200211.8A
Authority: CN
Inventors: 刘振宇; 赵岩; 王志国; 李健; 李成刚; 曹光明; 王国栋
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2038-03-12
Also published as: CN108486503A

Abstract

一种高碳马氏体不锈钢薄带的连铸近终成形制备方法，按以下步骤进行：(1)按设定成分准备原料，熔炼制成钢水，成分按质量百分比为C 0.4～0.8％，Cr 14～18％，Mn 0.5～1.5％，Mo 0.5～1.0％，Ni 0.2～1.0％，V 0.1～0.3％，Si 0.5～1.5％，余量为铁；(2)浇注到中间包，随结晶辊转动导出形成铸带，水冷至室温；(3)在1000～1100℃加热3～5min，然后进行1～2道次热轧，热轧后水冷至200℃以下；(4)在1000～1100℃保温10～20min，水冷至室温，再经500～600℃保温1～2h回火处理，空冷至室温。本发明的方法所获得的薄带具有良好的力学性能，同时，相比于常规工艺，其成材率提高，能源消耗降低。

Description

一种高碳马氏体不锈钢薄带的连铸近终成形制备方法

技术领域

本发明属于钢铁合金材料技术领域，特别涉及一种高碳马氏体不锈钢薄带的连铸近终成形制备方法。

背景技术

高碳马氏体不锈钢淬火后硬度可达56～58HRC，具有良好的耐蚀性和打磨性，广泛应用于制作高档刀具；在马氏体不锈钢的热加工过程中，一般分为加热-轧制-冷却阶段；在加热过程中，碳化物溶解，在轧制及冷却过程中，此类马氏体不锈钢由于其含碳量高，且还含有Cr、Mo及V等强碳化物形成元素，与普通的马氏体不锈钢相比，碳化物析出种类及数量更多，如果碳化物控制不佳，会严重影响其热加工过程及后续性能；大尺寸的碳化物容易造成钢在使用中出现应力集中，从而降低钢材疲劳强度和韧性；大块碳化物中有大量的合金元素，降低基体组织中合金元素的含量，造成回火二次硬化效应减弱，材料韧性、硬度下降，这些对于硬度要求高的刀具用钢都是有害的。

马氏体不锈钢在凝固过程中有包晶反应,发生相变引起较大的体积变化,从而易引起表面裂纹,所以在采用传统板坯铸机生产马氏体不锈钢的过程中铸坯表面易产生纵向裂纹或纵向凹陷等缺陷，严重降低成材率；常规板坯连铸过程中冷却速度慢，易引起碳、锰等元素的偏析，严重恶化其热加工性能。

专利CN104846176A公开了一种消除马氏体时效不锈钢薄带中δ铁素体的铸轧方法，将原料经过真空冶炼和高温铸轧两个工艺步骤，制备得到无δ铁素体的马氏体时效不锈钢薄带，并改善了钢带的强度、塑性及韧性，较传统工艺制备的钢带其屈服强度提高8～10％，室温冲击韧性提高10～15％，同时可降低能源消耗和生产成本，减少环境污染，但是该专利主要针对低碳及超低碳马氏体不锈钢；专利CN102666902A公开了一种通过双辊薄带铸造制备马氏体不锈钢的方法，此专利主要针对普通低碳马氏体铬镍不锈钢，利用双辊薄带铸造方法并加入晶界强化元素来确保铸造稳定性来制备具有优良抗裂性的马氏体热轧不锈钢板。以上专利均未提出改善高碳马氏体不锈钢热加工制备的方法。

发明内容

针对高碳马氏体不锈钢铸坯易出现元素偏析，热加工制备困难，难以制备薄规格产品等问题，本发明提供一种高碳马氏体不锈钢薄带的连铸近终成形制备方法，利用薄带连铸+短流程热轧技术，降低能耗简化工艺的同时，制备性能合格的薄带材料。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、按设定成分准备原料，在熔炼炉中，加入电解铬、钼、镍、钒铁、T10碳素钢和纯铁，并在氩气气氛保护下加热至全部物料熔化后，再加入电解锰合金，熔炼制成钢水，其成分按质量百分比为C 0.4～0.8％，Cr 14～18％，Mn 0.5～1.5％，Mo 0.5～1.0％，Ni 0.2～1.0％，V 0.1～0.3％，Si 0.5～1.5％，余量为铁和不可避免的杂质；

2、将钢水浇注到中间包，经中间包流入到两个反向旋转的结晶辊和侧封板之间的空腔，钢水随着结晶辊的转动导出形成铸带，控制结晶辊的转速为20～30m/min，铸带出辊后水冷至室温以抑制脆性相析出；其中铸带厚度3.0～4.0mm；

3、将水冷后的铸带在1000～1100℃加热3～5min，然后进行1～2道次热轧，开轧温度1000～1100℃，热轧总压下率25～40％，终轧温度900～1000℃，热轧后水冷至200℃以下，得到热轧薄带；

4、将热轧薄带在1000～1100℃保温10～20min，水冷至室温，再经500～600℃保温1～2h回火处理，空冷至室温，获得高碳马氏体不锈钢的薄带。

上述方法中，步骤1的熔炼温度为1550～1580℃。

上述方法中，铸带的宽度为100～220mm。

上述方法中，热轧薄带厚度为2.0～3.0mm。

上述的高碳马氏体不锈钢薄带的屈服强度500～600MPa，抗拉强度800～1000MPa，延伸率15～20％，硬度50～60HRC，室温冲击韧性15～22J。

本发明采用双辊薄带连铸技术获得无边裂、板型良好且合金元素均匀分布的薄带，再经热轧及后续的淬火及回火热处理获得最终产品，所获得的薄带具有良好的力学性能，同时，相比于常规工艺，其成材率大大提高，能源消耗大大降低。

与现有技术相比，本发明有益效果为：

(1)抑制元素偏析和细化晶粒；由于该马氏体不锈钢中碳含量较高，在常规的铸坯及铸锭生产中，由于冷却速度较慢，碳等元素极易在枝晶间偏聚，需要通过延长铸坯的高温保温时间使元素分布趋于均匀，增加了能源消耗，而且长时间的高温保温会使晶粒快速长大，同时造成严重脱碳，不利于后续加工生产；采用薄带连铸技术，由于其亚快速凝固效应，冷却速度快，可以有效地抑制碳元素的偏析，省去了长时间加热带来的弊端，同时可以细化晶粒；

(2)改善边部及表面质量问题；该不锈钢在凝固过程中存在包晶反应，相变会引起体积变化，在界面处诱发裂纹，不利于后续热加工；本发明技术因冷却速度快，在凝固过程中避开了包晶反应，解决了马氏体不锈钢板坯纵裂的问题，可以获得质量良好的薄带坯；同时，由于该马氏体不锈钢合金元素含量较高，尤其是含有0.4％以上的碳，热加工过程中变形抗力大，热加工成形难度大；采用薄带连铸技术可以用液态金属直接生产得到薄带坯，只需要经过1～2道次的热轧及后续热处理即可得到最终产品；大大简化了热轧工序，缩短了工艺流程，减少修磨损失，提高了薄带坯合格率；

(3)有效抑制铬碳化物等脆性相的析出；由于该不锈钢中碳含量较高，同时还含有较高含量的铬元素，在常规的铸坯热轧过程中，由于要经历多道次热轧，随着变形累积及热轧温度的逐渐下降，使得碳化物析出速度加快，大量铬碳化物析出会恶化不锈钢的热塑性，引起轧制开裂；该碳化物尺寸较大，在后续的热处理过程中不易消除，若热处理工艺不当，可能会影响后续的力学性能及耐蚀性等；而采用“薄带连铸+短流程热轧”技术，减小热轧变形，热轧后迅速水冷，有效抑制了铬碳化物等脆性相的析出；

(4)抑制了该不锈钢薄带中的铬碳化物等脆性相析出，在最终的热处理过程中，加热温度和保温时间可以相应的降低和缩短，降低能耗；

(5)常规工艺制备高碳马氏体不锈钢时，工艺复杂，能耗高，加工道次多，制备薄规格产品时，会由于严重的加工硬化而加大制备难度；而采用本发明技术后，直接由钢水获得薄规格铸带，后续热轧过程中压下量小，变形容易，更有利于薄规格产品的制备。

附图说明

图1为本发明的高碳马氏体不锈钢薄带的连铸近终成形制备方法流程示意图；

图2为本发明实施例1的铸带外观照片图；

图3为实施例1中高碳马氏体不锈钢薄带显微组织图；

图4为实施例1中高碳马氏体不锈钢薄带碳元素分布图；

图5为实施例1中高碳马氏体不锈钢薄带铬元素分布图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的双辊薄带连铸机为专利CN103551532A公开的薄带连铸机。

本发明实施例中显微组织与元素分析采用的是JEOL JXA-8530F场发射电子探针。

实施例1

流程如图1所示；

按设定成分准备原料，在熔炼炉中，加入电解铬、钼、镍、钒铁、T10碳素钢和纯铁，并在氩气气氛保护下加热至全部物料熔化后，再加入电解锰合金，熔炼制成钢水，其成分按质量百分比为C 0.5％，Cr 15％，Mn 0.7％，Mo 0.5％，Ni 0.4％，V 0.2％，Si 1.0％，余量为铁和不可避免的杂质；熔炼温度为1550℃；

将钢水浇注到中间包，经中间包流入到两个反向旋转的结晶辊和侧封板之间的空腔，钢水随着结晶辊的转动导出形成铸带，控制结晶辊的转速为25m/min，铸带出辊后水冷至室温以抑制脆性相析出；其中铸带厚度3.0mm，宽度为220mm；外观照片如图2所示；

将水冷后的铸带在1050℃加热3min，然后进行1道次热轧，开轧温度1050℃，热轧总压下率33％，终轧温度1000℃，热轧后水冷至200℃以下，得到热轧薄带，厚度为2.0mm；

将热轧薄带在1050℃保温15min，水冷至室温，再经600℃保温1h回火处理，空冷至室温，获得高碳马氏体不锈钢的薄带，显微组织观测结果如图3所示，碳元素分布如图4所示，铬元素分布如图5所示，由图可见所获得的高碳马氏体不锈钢薄带边部及表面质量良好，没有铬碳化物等脆性相析出，主要合金元素分布均匀，未出现偏析，晶粒细小；其屈服强度550MPa，抗拉强度1000MPa，延伸率18％，硬度57HRC，室温冲击韧性18J。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

(1)钢水成分按质量百分比含C 0.7％，Cr 17％，Mn 0.6％，Mo 0.5％，Ni 0.8％，V0.1％，Si 1.5％；熔炼温度1580℃；

(2)连铸时结晶辊的转速为30m/min，铸带厚度3.5mm，宽度为100mm；

(3)将水冷后的铸带在1100℃加热3min，然后进行2道次热轧，开轧温度1100℃，热轧总压下率40％，终轧温度1000℃，热轧后水冷至200℃以下，得到热轧薄带，厚度为2.1mm；

(4)热轧薄带在1050℃保温20min，水冷后550℃保温2h回火处理；高碳马氏体不锈钢的薄带的屈服强度600MPa，抗拉强度800MPa，延伸率20％，硬度60HRC，室温冲击韧性15J。

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

(1)钢水成分按质量百分比含C 0.4％，Cr 14％，Mn 1.5％，Mo 0.7％，Ni 1.0％，V0.3％，Si 1.0％；熔炼温度1560℃；

(2)连铸时结晶辊的转速为30m/min，铸带厚度4.0mm，宽度为100mm；

(3)将水冷后的铸带在1100℃加热5min，然后进行2道次热轧，开轧温度1100℃，热轧总压下率40％，终轧温度1000℃，热轧后水冷至200℃以下，得到热轧薄带，厚度为2.4mm；

(4)热轧薄带在1000℃保温20min，水冷后500℃保温2h回火处理；高碳马氏体不锈钢的薄带的屈服强度530MPa，抗拉强度900MPa，延伸率17％，硬度52HRC，室温冲击韧性16J。

实施例4

方法同实施例1，不同点在于：

(1)钢水成分按质量百分比含C 0.8％，Cr 18％，Mn 0.5％，Mo 1.0％，Ni 0.2％，V0.2％，Si 0.5％；熔炼温度1570℃；

(2)连铸时结晶辊的转速为20m/min，铸带厚度3.0mm，宽度为220mm；

(3)将水冷后的铸带在1000℃加热4min，然后进行1道次热轧，开轧温度1000℃，热轧总压下率25％，终轧温度950℃，热轧后水冷至200℃以下，得到热轧薄带，厚度为2.3mm；

(4)热轧薄带在1100℃保温10min，水冷后550℃保温1h回火处理；高碳马氏体不锈钢的薄带的屈服强度600MPa，抗拉强度950MPa，延伸率15％，硬度57HRC，室温冲击韧性15J。

Claims

1.一种高碳马氏体不锈钢薄带的连铸近终成形制备方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）按设定成分准备原料，在熔炼炉中，加入电解铬、钼、镍、钒铁、T10碳素钢和纯铁，并在氩气气氛保护下加热至全部物料熔化后，再加入电解锰合金，熔炼制成钢水，熔炼温度为1550~1580℃，其成分按质量百分比为C 0.4~0.8%，Cr 14~18%，Mn 0.5~1.5%，Mo 0.5~1.0%，Ni 0.2~1.0%，V 0.1~0.3%，Si 0.5~1.5%，余量为铁和不可避免的杂质；

（2）将钢水浇注到中间包，经中间包流入到两个反向旋转的结晶辊和侧封板之间的空腔，钢水随着结晶辊的转动导出形成铸带，控制结晶辊的转速为20~30m/min，铸带出辊后水冷至室温以抑制脆性相析出；其中铸带厚度3.0~4.0mm；

（3）将水冷后的铸带在1000~1100℃加热3~5min，然后进行1~2道次热轧，开轧温度1000~1100℃，热轧总压下率25~40%，终轧温度900~1000℃，热轧后水冷至200℃以下，得到热轧薄带；

（4）将热轧薄带在1000~1100℃保温10~20min，水冷至室温，再经500~600℃保温1~2h回火处理，空冷至室温，获得高碳马氏体不锈钢的薄带，其屈服强度500~600MPa，抗拉强度800~1000MPa，延伸率15~20%，硬度50~60HRC，室温冲击韧性15~22J。

2.根据权利要求1所述的一种高碳马氏体不锈钢薄带的连铸近终成形制备方法，其特征在于所述的铸带的宽度为100~220mm。

3.根据权利要求1所述的一种高碳马氏体不锈钢薄带的连铸近终成形制备方法，其特征在于所述的热轧薄带厚度为2.0~3.0mm。