CN108677107A - 一种输送带用不锈钢及其制备技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输送带用不锈钢及其制备方法，输送带用不锈钢的化学成分质量百分比为：C：0.03～0.07％；Si：1.0～2.0％；Mn：小于1.0％；Cr：13.0～15.0％；Ni：6.5～7.8％；N：小于0.010％；Mo：0.7～1.5％；Cu：0.4～1.2％；Ti：0.2～0.7％；Nb：0.1～0.6％；P：小于等于0.040％；S：小于等于0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明其保证输送带焊接后热影响区的组织含有5～10％的铁素体和大于60％的马氏体，余量为残余奥氏体。焊接后不用通过热处理也能保证焊缝的屈服强度大于1050MPa，抗拉强度大于1100MPa，满足输送带行业对焊接后焊缝的强度要求。

Description

一种输送带用不锈钢及其制备技术
技术领域
本发明涉及用于制造烧结、化工和人造板等行业的输送带，尤其是涉及一种输送带用不锈钢及其制备技术。
背景技术
目前用于制造烧结、化工和人造板等行业的输送带材料主要有沉淀硬化不锈钢630(17-4或者15-5)、半奥氏体沉淀硬化不锈钢632和加工硬化的奥氏体不锈钢301或304等。沉淀硬化不锈钢630含有大于2.5％的Cu，通过时效处理析出分布于晶内和晶界的ε-Cu离子用于提高强度，焊接后ε-Cu会溶解于基体，因此需要对焊接后的焊缝重新时效处理以确保ε-Cu离子的析出提高焊缝强度。同时，焊缝在冷却到室温的过程中因为马氏体相变产生的应力容易使焊缝产生裂纹，降低输送带的使用寿命。半奥氏体沉淀硬化不锈钢632焊接后热影响区的组织是铁素体和奥氏体，解决了焊接后的裂纹问题，但焊接效率特别低，只有通过对焊缝进行固溶、调整和时效或者固溶、深冷和时效的一整套热处理后才能提高焊缝强度。加工硬化的奥氏体不锈钢301或304焊接后因为加工硬化效果消失，导致焊缝强度大幅度降低。因此，有必要开发一种用于输送带的高强度不锈钢，既可以避免焊接焊接裂纹，又可以免去对焊缝进行一整套复杂的热处理工序，又可实现焊接效率大于0.7。
通过搜索关键词高强度&焊接、沉淀硬化不锈钢和输送带等关键词找到相关的专利如表1所示。
表1
申请公布号 名称
1 CN104812685A 用于提高带式烧结炉的输送带的耐疲劳性的方法及输送带
2 CN1093886C 高强度不锈钢的新用途
3 CN1550565A 高强度不锈钢板及其制造方法
4 CN106319343A 一种低成本的高强度不锈钢及其焊管制造方法
5 CN107287532A 一种高强度不锈钢粉末冶金材料及其制备方法
6 CN101565799A 一种高强度不锈钢焊接材料及其应用
7 CN106591702A 一种高强度不锈钢及其热处理工艺
8 CN101386962A 一种无磁高强度不锈钢及其制造方法
9 CN106636901A 一种用于仓储设备的高强度不锈钢
10 CN104480403B 一种低碳马氏体沉淀硬化不锈钢及其生产制造叶轮锻件的方法
11 CN104451076B 一种马氏体沉淀硬化不锈钢补焊后局部热处理方法
12 CN104328353B 一种稀土型0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法
专利CN104812685A提供了一种提高输送带疲劳性能的方法，主要通过在对疲劳破损敏感的关键区域表面上生成残余压应力用以提高疲劳寿命，产生压应力的方法有喷丸强化、超声波锤击、激光冲击强化等，没有涉及到母材成分以及焊缝强度等数据。专利CN1093886C主要涉及一种铁素体-奥氏体双相不锈钢以及应用，其中含有28～35％的铬以及3～10％的镍。专利CN1550565A提供了一种高强度不锈钢板以及制造方法，主要应用于自行车轮圈，其抗拉强度在730～1200MPa范围。专利CN106319343A为一种低成本奥氏体不锈钢经加工硬化提高强度，主要应用于新能源客车。专利CN107287532A为一种高强度不锈钢粉末冶金材料。专利CN101565799A涉及到一种高强度不锈钢的焊接材料，含有0.3％～0.6％的钛。专利CN106591702A是一种高强度不锈钢以及热处理工艺，含有5.5～6.6％的稀土元素，因为稀土元素为强氧化性元素，加入到钢水后会产生大量的稀土夹杂物不适合大规模的连铸生产，即使生产出来大量的夹杂物也会导致表面质量缺陷的产生，并成为裂纹源。专利CN101386962A含有11～15％的锰，主要应用于制造船体材料及潜艇外壳等。专利CN106636901A为一种用于制造仓储设备的高强度不锈钢，屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥610MPa。专利CN104480403B为一种低碳马氏体沉淀硬化不锈钢及其生产制造叶轮锻件的方法，冶炼工艺为真空冶炼和电渣重熔。专利CN104451076B为一种马氏体沉淀硬化不锈钢补焊后局部热处理方法，涉及到的钢种为0Cr13Ni8Mo2Al。专利CN104328353B为一种稀土型0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法，有冶炼、铸造、电渣重熔、铸锭、锻造或轧制、固溶处理等工艺步骤。以上这些专利都不能解决输送带材料焊接后强度降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种输送带用不锈钢及其制备方法，其保证输送带焊接后热影响区的组织含有5～10％的铁素体和大于60％的马氏体，余量为残余奥氏体。焊接后不用通过热处理也能保证焊缝的屈服强度大于1050MPa，抗拉强度大于1100MPa，满足输送带行业对焊接后焊缝的强度要求。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种输送带用不锈钢，其化学成分质量百分比为：C：0.03～0.07％；Si：1.0～2.0％；Mn：小于1.0％；Cr：13.0～15.0％；Ni：6.5～7.8％；N：小于0.010％；Mo：0.7～1.5％；Cu：0.4～1.2％；Ti：0.2～0.7％；Nb：0.1～0.6％；P：小于等于0.040％；S：小于等于0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。
如前文提到的C是一种形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素，C含量太低导致高温铁素体含量较多，C含量太高导致室温奥氏体比较稳定，不易转变为马氏体，不利于焊接后的强度提高。因此，C含量被定义为0.03％～0.07质量％。
如前文提到的Si是一种脱氧元素，同时也可以形成细小弥散分布的二氧化硅颗粒以阻碍金属离子的扩散，提高高温使用条件下的抗氧化性。因此，Si含量被定义为小于1.0～2.0质量％。
如前文提到的Mn是强烈稳定奥氏体的元素，可以提高钢的强度并改善钢的热塑性。但过量的Mn会降低马氏体转变温度，导致焊接后的马氏体含量降低。因此，Mn含量被定义为小于1.0质量％。
如前文提到的Cr是强烈形成并稳定铁素体的元素，缩小奥氏体区，是提高不锈钢耐蚀性的主要元素，但过量的Cr会造成焊缝铁素体含量较多，不利于焊缝强度的提高。Cr被定义为13.0～15.0质量％。
如前文提到的Ni是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素。Ni被定义为6.5～7.8质量％。
如前文提到的N是强奥氏体形成元素，可以提高固溶态奥氏体不锈钢的硬度和耐蚀性，但过量的N含量会形成TiN颗粒，降低可浇铸性。因此本发明N含量控制为小于0.01％。
如前文提到的Mo是铁素体形成元素，有利于提高高温强度。时效处理时会有Laves相Fe2Mo析出提高母材的强度；同时Mo是一种贵重金属，太高的Mo含量会导致成本增加。因此Mo被定义为0.7～1.5质量％。
如前文提到的Cu是奥氏体形成元素，时效处理时析出ε-Cu离子提高母材的强度，但太高的Cu含量导致高温热加工性降低。因此Cu被定义为0.4～1.2质量％。
如前文提到的Nb是铁素体形成元素，易与钢中的C、N结合形成析出物，提高耐蚀性。另外时效过程中容易形成Fe2Nb析出物。Nb被定义为0.1～0.6质量％。
如前文提到的Ti也是铁素体形成元素，易与钢中的C、N结合形成析出物，由于TiN不易溶解，可以细化焊接热影响区的晶粒，提高焊接后焊缝强度。Ti被定义为0.2～0.7质量％。
如前文提到的P和S均为不可避免的杂质元素，但对性能有不利的影响，应分别小于0.04质量％和0.005质量％。其余为Fe。
本发明的一种输送带用不锈钢中，输送带用不锈钢的成分配比中应满足如下关系式(1)、(2)和(3)：
3<2.4Cr+1.0Mo+1.2Si+14Ti+1.7Nb-41C-0.5Mn-2.5Ni-0.3Cu-18<10 (1)
60<1180-1450*(C+N)-30Si-30Mn-37Cr-57Ni-22Mo-32Cu<150 (2)
5*(C+N)<(Ti+Nb)<0.7 (3)
制备一种输送带用不锈钢的方法，该方法包括如下流程：
S1、将经电炉和转炉按所述成分冶炼的钢水倒入烘烤好的钢包内；
S2、于精炼工位微调成分后喂一定量的钛线，以让成分配比满足公式(1)、(2)、(3)；
S3、底吹氩软搅拌后确保钢包温度达到浇铸所需温度时吊往连铸平台，到达浇铸温度后浇铸成连铸坯；
S4、将步骤S3的连铸坯修磨后送往热轧加热炉内加热；
S5、热压工序，通过热连轧机或者炉卷轧机将加热好的板坯热轧至预定厚度；
S6、对步骤S5的板坯进行固溶处理、抛丸酸洗；
S7、冷轧，根据所需的冷轧压下量冷轧至目标厚度；
S8、时效热处理或获得输送带母材。
步骤S4中，加热炉内的氧量小于2％，炉温不得高于1350℃，板坯的抽钢温度为1260±15℃，总在炉时间大于200分钟。
步骤S5中，板坯热轧的预定厚度由冷轧产品的目标厚度以及所需的冷轧压下量倒推而得。
步骤S5中，步骤S6中，固溶处理温度为1080～1120℃。
步骤S7中，冷轧压下量预定为20～40％。
步骤S8中，时效热处理温度为450～510℃，时效时间为1～8小时。
同与已公开的高强钢技术相比，本发明具有下列优点：
1、母材的性能在较大的冷轧压下量范围内均能达到比较理想的性能，便于组织生产。
2、焊接后不需要进行热处理即能满足焊接效率大于0.7，满足输送带焊接后对强度的要求。
附图说明
图1为一种输送带用不锈钢的制备方法的工艺流程图；
图2为本发明第一实施方式中母材的金相组织图；
图3为本发明第一实施方式中焊接热影响区的金相组织图；
图4为本发明第一实施方式中焊接的金相组织图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
本发明提供了一种输送带用不锈钢，其化学成分为：C：0.03～0.07质量％；Si：1.0～2.0质量％；Mn：小于1.0质量％；Cr：13.0～15.0质量％；Ni：6.5～7.8质量％；N：小于0.010质量％；Mo：0.7～1.5质量％；Cu：0.4～1.2质量％；Ti：0.2～0.7质量％；Nb：0.1～0.6质量％；P：小于等于0.040质量％S：小于等于0.005质量％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。输送带用不锈钢的成分配比中应满足如下关系式(1)、(2)和(3)：
3<2.4Cr+1.0Mo+1.2Si+14Ti+1.7Nb-41C-0.5Mn-2.5Ni-0.3Cu-18<10 (1)
60<1180-1450*(C+N)-30Si-30Mn-37Cr-57Ni-22Mo-32Cu<150 (2)
5*(C+N)<(Ti+Nb)<0.7 (3)
图1给出了一种输送带用不锈钢的制备方法的工艺流程图，下面详细对其进行描述：
一、将经电炉和转炉按上述成分冶炼的钢水倒入烘烤好的钢包内，在精炼工位微调成分后喂一定量的钛线，确保成分满足公式(1)、(2)和(3)，底吹氩软搅拌一定时间之后确保钢包温度到达浇铸所需温度时吊往连铸平台。到达浇铸温度后，浇铸成连铸坯。
二、将连铸坯修磨后送往热轧加热炉内加热，为了确保最终冷轧带钢的表面质量应控制加热炉内的气氛，使加热炉内的残氧量小于2％，炉温不得高于1350℃，板坯的抽钢温度为1260±15℃，总在炉时间大于200分钟。
三、热轧工序，通过热连轧机或者是炉卷轧机将加热好的板坯热轧至一定厚度，热轧厚度由冷轧产品的目标厚度以及所需的冷轧压下量倒推而得。
四、固溶处理、抛丸酸洗，固溶处理温度1080～1120℃，酸洗过程以确保获得表面质量良好的白皮卷，为带钢冷轧做好准备。
五、冷轧，根据所需的冷轧压下量冷轧至目标厚度，冷轧压下量一般设定为20～40％，根据热轧机以及成品厚度灵活选择。
六、时效热处理，时效热处理温度为450～510℃，时效时间为1～8小时。
下面结合具体的实施例对本发明加以描述：
将经电炉和转炉按要求冶炼的钢水倒入烘烤好的钢包内，吊至精炼工位微调成分并喂钛线，确保关系式(1)(2)(3)成立，底吹氩软搅拌之后确保钢包温度到达浇铸所需温度时吊往连铸平台，浇铸成板坯。为保证连铸板坯的表面质量，尽量保证稳定的拉速，直至最后10分钟缓慢降低拉速。板坯的各化学成分及质量百分比如表1所示。
表1实施例板坯的化学成分
修磨后的板坯经热轧、退火酸洗、冷轧和时效热处理后制备成所需目标厚度的输送带用成品，如表2所示。
表2实施例的热轧、退火温度、冷轧退火温度和酸洗温度
各实施例中母材以及焊接后的强度参见表3。
表3本发明实施例母材以及焊接后的强度
实施例1母材、焊接热影响区以及焊缝的金相组织如图2、图3和图4所示。
本发明通过化学成分的合理配比，保证输送带焊接后热影响区的组织含有5～10％的铁素体和大于60％的马氏体，余量为残余奥氏体。焊接后不用通过热处理也能保证焊缝的屈服强度大于1050MPa，抗拉强度大于1100MPa，满足输送带行业对焊接后焊缝的强度要求。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种输送带用不锈钢，其特征在于，其化学成分质量百分比为：C：0.03～0.07％；Si：1.0～2.0％；Mn：小于1.0％；Cr：13.0～15.0％；Ni：6.5～7.8％；N：小于0.010％；Mo：0.7～1.5％；Cu：0.4～1.2％；Ti：0.2～0.7％；Nb：0.1～0.6％；P：小于等于0.040％；S：小于等于0.005％；其余为Fe和不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的一种输送带用不锈钢，其特征在于，输送带用不锈钢的成分配比中应满足如下关系式(1)、(2)和(3)：
3<2.4Cr+1.0Mo+1.2Si+14Ti+1.7Nb-41C-0.5Mn-2.5Ni-0.3Cu-18<10 (1)
60<1180-1450*(C+N)-30Si-30Mn-37Cr-57Ni-22Mo-32Cu<150 (2)
5*(C+N)<(Ti+Nb)<0.7 (3)。
3.一种制备如权利要求1-2任一所述的一种输送带用不锈钢的方法，其特征在于，该方法包括如下流程：
S1、将经电炉和转炉按所述成分冶炼的钢水倒入烘烤好的钢包内；
S2、于精炼工位微调成分后喂一定量的钛线，以让成分配比满足公式(1)、(2)、(3)；
S3、底吹氩软搅拌后确保钢包温度达到浇铸所需温度时吊往连铸平台，到达浇铸温度后浇铸成连铸坯；
S4、将步骤S3的连铸坯修磨后送往热轧加热炉内加热；
S5、热压工序，通过热连轧机或者炉卷轧机将加热好的板坯热轧至预定厚度；
S6、对步骤S5的板坯进行固溶处理、抛丸酸洗；
S7、冷轧，根据所需的冷轧压下量冷轧至目标厚度；
S8、时效热处理或获得输送带母材。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S4中，加热炉内的氧量小于2％，炉温不得高于1350℃，板坯的抽钢温度为1260±15℃，总在炉时间大于200分钟。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S5中，板坯热轧的预定厚度由冷轧产品的目标厚度以及所需的冷轧压下量倒推而得。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S5中，步骤S6中，固溶处理温度为1080～1120℃。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S7中，冷轧压下量预定为20～40％。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S8中，时效热处理温度为450～510℃，时效时间为1～8小时。
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