CN108998748A - 一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢 - Google Patents

一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢 Download PDF

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Abstract

本发明涉及不锈钢加工技术领域，具体涉及一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢。按照质量百分比，所述不锈钢的元素组成为：Cr：18.5‑20%，Ni：4.6‑5.4%，Mn：4.2‑4.8%，C：0.8‑1.35%，Si：0.12‑0.25%，Cu：1.14‑2.55%，Mo：0.52‑0.80%，Re：0.35‑0.47%，P：≤0.02%，O：≤0.008%；余量为Fe和不可避免的杂质。Re元素中含有La和Y，二者的元素含量比为5:1。该型不锈钢产品的制备包括感应炉熔炼、精炼、结晶连铸、热轧和热处理等步骤，热处理过程中钢材依次完成退火、淬火和回火处理；该型不锈钢具有加工特性优良，耐腐蚀性能较好，剩磁强度极低，生产成本低廉的特点，非常适合精密仪器仪表制备。

Description

一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢
技术领域
本发明涉及不锈钢加工技术领域，具体涉及一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢。
背景技术
不锈钢是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学腐蚀介质(酸、碱、盐等化学浸蚀)腐蚀的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。不锈钢不是单指一种类型的钢材，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。不锈钢具有硬度高，耐磨性好，良好的耐腐蚀性，优良的外观和寿命长等特性，因此被广泛应用于建筑、汽车工业、造船业、海洋装置、机械设备和化学设备等行业。
不锈钢的种类繁多，常温下按组织结构可分为奥氏体型、马氏体型和铁素体型等，奥氏体型包括304、321、316、310等不锈钢品种，马氏体或铁素体型包括430、420、410等品种；不锈钢材料主要通过在合金中添加铬和镍元素，来提高合金的耐腐蚀性能，从而达到不锈的性质。在304等奥氏体不锈钢中铬、镍分别高达18％和8-9％，而201不锈钢由于镍含量降至13.5-14％，镍含量降低至5％作用，因此形成了铁素体。由于合金中镍元素和铬元素的材料成本非常高昂，铁素体不锈钢的作用是可以大幅度降低不锈钢的生产成本，但是这也使得201不锈钢的耐腐蚀性能比304不锈钢大幅降低。因此普通用户对铁素体不锈钢形成了性能低劣，成本低廉的偏见，人们普遍认为高性能的304奥氏体不锈钢才是真正的不锈钢材料。
在这两类产品中，奥氏体型通常是无磁或弱磁性的，而马氏体或铁素体型不锈钢是有磁性的。因此很多人通过磁性的有无来判断不锈钢的“真假”，但是这种判断方式并不科学，例如，由于冶炼时成分偏析或热处理不当，会造成奥氏体不锈钢中产生少量马氏体或铁素体组织。这样，奥氏体不锈钢中就会带有微弱的磁性。另外，奥氏体不锈钢经过冷加工，组织结构也会向马氏体转化，冷加工变形度越大，马氏体转化越多，不锈钢的磁性也会增大。
磁性不仅可以反映不锈钢的组合结构和品种类型，还具有一些实际价值，例如在某些工业商品中，需要使用带磁性的不锈钢产品，从而可以进行检测和标识；但是对于在一些电子设备、实验设备和仪器仪表等结构中的应用，磁性的存在可能会对产品的功能造成影响，因此需要对磁性进行消除。在这样的应用场景下，奥氏体不锈钢的弱磁性优点得到体现，但是奥氏体不锈钢的生产成本较高，在一些不需要超高耐腐蚀性能的产品中使用，综合效益较低；但是选用铁素体和马实体型不锈钢，材料的磁性又是一个难以忽略的缺陷。
另外，如果需要消除304奥氏体不锈钢因为生产工艺或冷加工过程而产生的弱磁性，可以通过高温固溶处理来将马氏体等组织重新转化为奥氏体，但是一些部件加工成型后，再次进行热处理会导致局部变色或产生其他加工缺陷，因此这种方法也存在一定问题。
综上所述，如果可以开发出一种弱磁性、耐加工、且镍元素含量较低，生产成本低廉的不锈钢新产品，将可以很好地满足这部分的需求，但是目前市场上还没有这样的不锈钢品种。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，该型不锈钢具有加工特性优良，耐腐蚀性能较好，剩磁强度极低，生产成本低廉的特点，非常适合精密仪器仪表的外壳制备。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：18.5-20％，Ni：4.6-5.4％，Mn：4.2-4.8％，C：0.8-1.35％，Si：0.12-0.25％，Cu：1.14-2.55％，Mo：0.52-0.80％，Re：0.35-0.47％，P：≤0.02％，O：≤0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：18.7-19.5％，Ni：4.9-5.2％，Mn：4.4-4.7％，C：0.92-1.21％，Si：0.17-0.22％，Cu：1.85-2.13％，Mo：0.68-0.73％，Re：0.39-0.43％，P：≤0.02％，O：≤0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步优选地，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：19.2％，Ni：5.1％，Mn：4.5％，C：0.15％，Si：0.19％，Cu：1.98％，Mo：0.69％，Re：0.41％，P：≤0.02％，O：≤0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，Re元素中含有La和Y，二者的元素质量比为5:1。
本发明中，不锈钢原料经过感应炉熔炼、精炼、连铸、热轧后得到钢板，轧制后的不锈钢还经过如下热处理：首先，将热轧不锈钢以980-1120℃的温度进行连续退火，不锈钢缓冷至840-890℃，然后快速冷却至600-620℃，保温1-1.5h，接着继续缓冷至450-470℃，最后空冷至室温；退火后的不锈钢加热至880-950℃，保温30-40min，然后进行淬火处理，淬火后的不锈钢再以190-230℃的温度进行回火处理2-2.5h，得到所需弱剩磁低镍不锈钢。
优选地，退火过程中第一次缓冷的冷却时间为1.4-1.7h，第二次缓冷的冷却时间为0.8-1h，快速冷却的降温速率为4.2-5℃/min。
优选地，热处理过程的淬火选用油淬的方式进行。
优选地，精炼不锈钢熔液在连铸结晶器中进行连铸成坯，连铸拉速为0.9-1.2m/min。
优选地，不锈钢铸坯热轧过程如下：首先将铸坯送入到连续加热炉中，加热至1100-1150℃，保温1-2h，然后继续加热至1250-1280℃，保温2.5-3h，接着将出炉后的连铸钢坯送入到热轧机中，轧制成所需规格的不锈钢钢带。
优选地，轧制过程的终轧温度为980℃。
本发明具有如下的有益效果：
本发明的不锈钢材料配方中，将Cr元素的含量适度提高，并降低了Ni元素的含量，从而使得不锈钢材料的原料成本大幅降低。Mn元素在不锈钢组织中可以代替部分Cr元素形成3C型化合物，因此本发明还调高了Mn元素含量，但是为了避免元素在回火时析出或聚集，对奥氏体组织造成影响，特意在组分中添加了Y元素和La元素的使用，这使得不锈钢的过热敏感性降低，提高了材料的切削和冷加工特性，从而避免不锈钢在加工过程中剩磁快速提高；使用Y、La元素同时也是因为这两者元素本身以及其配体配位化合物的磁效应都非常弱，可以降低不锈钢产品的剩磁。本发明中Mo元素含量，在高温状态下，可以增加Ni、Mn和Cr元素在奥氏体和铁素体中的固溶度，促进碳氮化合物的析出，从而显著增强不锈钢的强度，改善不锈钢的蠕变性能。Si元素在不锈钢组分中，可以强化铁素体，具有提高不锈钢的强度、弹性性能和淬透性，改善不锈钢抗回火软化性能的作用，为了充分发挥作用，本发明将S元素含量控制为0.12-0.25％。Cu元素在不锈钢中通常被认为是有害元素，因为其熔点较低，在热处理是容易造成表面裂纹和时效硬化，因此通常会将C元素含量控制在0.45％以下，但是本发明技术方案中，却将Cu元素含量调整为1.14-2.25％，增加Cu元素比例的目的是为了利用其可以提升不锈钢耐腐蚀性能，使得不锈钢具有良好的表面抗菌效应，并发挥强化作用提高不锈钢抗拉强度的作用。
为了提高本制备的不锈钢的加工特性，并控制不锈钢的微观组织相变，平衡不锈钢的耐腐蚀性能，本发明为该型不锈钢产品的加工和热处理设计了新的工艺，该不锈钢的制备工艺中，利用连铸结晶器对精炼后的中间包合金液进行搅拌振动结晶，促进合金中元素的平衡分散，并有助于形成良好的奥氏体和铁素体组织，避免钢坯中心偏析。连铸后的钢坯经过热轧处理，热轧处理前经过两段加热处理，并对加热温度和轧制温度进行控制，避免轧制过程中发生过度的相变转化，轧制后的钢材依次经过退火、淬火和回火处理，从而对不锈钢的强度、塑性和韧性等性能进行平衡，既保证不锈钢的机械强度，也改善了不锈钢的加工特性。
综上所述，本发明提供了一种机械性能和加工特性优良，具有较好的耐腐蚀性能和疲劳强度，剩磁低磁性较弱，且具有较低生产成本的不锈钢产品，这种不锈钢产品在电子电气设备、仪器仪表和物化实验设备等领域具有较高的应用价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：18.5％，Ni：4.6％，Mn：4.2％，C：0.8％，Si：0.12％，Cu：1.14％，Mo：0.52％，Re：0.35％，P：≤0.02％，O：≤0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，Re元素中含有La和Y，二者的元素含量比为5:1。
本发明中，不锈钢原料经过感应炉熔炼、精炼、连铸、热轧后得到钢板，轧制后的不锈钢还经过如下热处理：首先，将热轧不锈钢以980℃的温度进行连续退火，不锈钢缓冷至840℃，然后快速冷却至600℃，保温1h，接着继续缓冷至450℃，最后空冷至室温；退火后的不锈钢加热至880℃，保温30min，然后进行淬火处理，淬火后的不锈钢再以190℃的温度进行回火处理2h，得到所需弱剩磁低镍不锈钢。
退火过程中第一次缓冷的冷却时间为1.4h，第二次缓冷的冷却时间为0.8h，快速冷却的降温速率为4.2℃/min。
热处理过程的淬火选用油淬的方式进行。
精炼不锈钢熔液在连铸结晶器中进行连铸成坯，连铸拉速为0.9m/min。
不锈钢铸坯热轧过程如下：首先将铸坯送入到连续加热炉中，加热至1100℃，保温1h，然后继续加热至1250℃，保温2.5h，接着将出炉后的连铸钢坯送入到热轧机中，轧制成所需规格的不锈钢钢带。
轧制过程的终轧温度为980℃。
实施例2
一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：20％，Ni：5.4％，Mn：4.8％，C：1.35％，Si：0.25％，Cu：2.55％，Mo：0.80％，Re：0.47％，P：≤0.02％，O：≤0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，Re元素中含有La和Y，二者的元素含量比为5:1。
本发明中，不锈钢原料经过感应炉熔炼、精炼、连铸、热轧后得到钢板，轧制后的不锈钢还经过如下热处理：首先，将热轧不锈钢以1120℃的温度进行连续退火，不锈钢缓冷至890℃，然后快速冷却至620℃，保温1.5h，接着继续缓冷至470℃，最后空冷至室温；退火后的不锈钢加热至950℃，保温40min，然后进行淬火处理，淬火后的不锈钢再以230℃的温度进行回火处理2.5h，得到所需弱剩磁低镍不锈钢。
退火过程中第一次缓冷的冷却时间为1.7h，第二次缓冷的冷却时间为1h，快速冷却的降温速率为5℃/min。
热处理过程的淬火选用油淬的方式进行。
精炼不锈钢熔液在连铸结晶器中进行连铸成坯，连铸拉速为1.2m/min。
不锈钢铸坯热轧过程如下：首先将铸坯送入到连续加热炉中，加热至1150℃，保温2h，然后继续加热至1280℃，保温3h，接着将出炉后的连铸钢坯送入到热轧机中，轧制成所需规格的不锈钢钢带。
轧制过程的终轧温度为980℃。
实施例3
一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，按照质量百分比，不锈钢的元素组成为：Cr：19.2％，Ni：5.1％，Mn：4.5％，C：0.15％，Si：0.19％，Cu：1.98％，Mo：0.69％，Re：0.41％，P：≤0.02％，O：≤0.008％；余量为Fe和不可避免的杂质。
其中，Re元素中含有La和Y，二者的元素含量比为5:1。
本发明中，不锈钢原料经过感应炉熔炼、精炼、连铸、热轧后得到钢板，轧制后的不锈钢还经过如下热处理：首先，将热轧不锈钢以1050℃的温度进行连续退火，不锈钢缓冷至870℃，然后快速冷却至610℃，保温1.3h，接着继续缓冷至460℃，最后空冷至室温；退火后的不锈钢加热至920℃，保温35min，然后进行淬火处理，淬火后的不锈钢再以210℃的温度进行回火处理2.3h，得到所需弱剩磁低镍不锈钢。
退火过程中第一次缓冷的冷却时间为1..5h，第二次缓冷的冷却时间为0.9h，快速冷却的降温速率为4.5℃/min。
热处理过程的淬火选用油淬的方式进行。
精炼不锈钢熔液在连铸结晶器中进行连铸成坯，连铸拉速为1.0m/min。
不锈钢铸坯热轧过程如下：首先将铸坯送入到连续加热炉中，加热至1130℃，保温1.5h，然后继续加热至1270℃，保温2.8h，接着将出炉后的连铸钢坯送入到热轧机中，轧制成所需规格的不锈钢钢带。
轧制过程的终轧温度为980℃。
性能测试
1、根据相关国家标准中的测试方法，测试本实施例中不锈钢材料的各项基础性能，并设置市场上购买的201不锈钢和304不锈钢作为对照组进行性能对比，得到如下测试结果：
表1：本实施例与对照组中不锈钢的基础性能测试结果
分析上述实验结果发现，本发明的不锈钢产品的拉轻强度、硬度和屈服强度等力学性能普遍介于201不锈钢和304不锈钢之间，超过国家标准中的性能指标，具有较好的实用价值；而且在耐腐蚀性能测试中，本发明的不锈钢产品的耐腐蚀性能略低于304不锈钢产品，但是好于201不锈钢产品，体现了较为突出的耐腐蚀性能。
2、分别测试本发明与对照组不锈钢产品样本的剩余磁化强度，并将样品进行90°冷折弯后，测试剩磁的变化，得到如下测试结果。
表2：本发明与对照组不锈钢产品的剩磁测试实验结果
分析上述实验结果，本发明提供的不锈钢与对照组相比，样本的剩余磁场强度极低，而且由于加工特性优良，在进行冷折弯后，依然可以保持较低的剩余磁场强度，而对照组的产品无论常规状态下是否具有明显磁性，在冷折弯后，样本的剩磁均表现出明显的增强，因此可以发现本发明提供的不锈钢具有更低的剩磁，应用价值更广泛。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：按照质量百分比，所述不锈钢的元素组成为：Cr：18.5-20%，Ni：4.6-5.4%，Mn：4.2-4.8%，C：0.8-1.35%，Si：0.12-0.25%，Cu：1.14-2.55%，Mo：0.52-0.80%，Re：0.35-0.47%，P：≤0.02%，O：≤0.008%；余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：按照质量百分比，所述不锈钢的元素组成为：Cr：18.7-19.5%，Ni：4.9-5.2%，Mn：4.4-4.7%，C：0.92-1.21%，Si：0.17-0.22%，Cu：1.85-2.13%，Mo：0.68-0.73%，Re：0.39-0.43%，P：≤0.02%，O：≤0.008%；余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：按照质量百分比，所述不锈钢的元素组成为：Cr：19.2%，Ni：5.1%，Mn：4.5%，C：0.15%，Si：0.19%，Cu：1.98%，Mo：0.69%，Re：0.41%，P：≤0.02%，O：≤0.008%；余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：所述Re元素中含有La和Y，二者的元素质量比为5:1。
5.根据权利要求1所述的一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：所述不锈钢原料经过感应炉熔炼、精炼、连铸、热轧后得到钢板，轧制后的不锈钢还经过如下热处理：首先，将热轧不锈钢以980-1120℃的温度进行连续退火，不锈钢缓冷至840-890℃，然后快速冷却至600-620℃，保温1-1.5h，接着继续缓冷至450-470℃，最后空冷至室温；退火后的不锈钢加热至880-950℃，保温30-40min，然后进行淬火处理，淬火后的不锈钢再以190-230℃的温度进行回火处理2-2.5h，得到所需弱剩磁低镍不锈钢。
6.根据权利要求5所述的一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：所述退火过程中第一次缓冷的冷却时间为1.4-1.7h，第二次缓冷的冷却时间为0.8-1h，快速冷却的降温速率为4.2-5℃/min。
7.根据权利要求5所述的一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：所述热处理过程的淬火选用油淬的方式进行。
8.根据权利要求5所述的一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：所述精炼不锈钢熔液在连铸结晶器中进行连铸成坯，连铸拉速为0.9-1.2m/min。
9.根据权利要求5所述的一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：所述不锈钢铸坯热轧过程如下：首先将铸坯送入到连续加热炉中，加热至1100-1150℃，保温1-2h，然后继续加热至1250-1280℃，保温2.5-3h，接着将出炉后的连铸钢坯送入到热轧机中，轧制成所需规格的不锈钢钢带。
10.根据权利要求9任意一种加工特性优良的弱剩磁低镍不锈钢，其特征在于：所述轧制过程的终轧温度为980℃。
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