CN109609729A - 一种屈服强度650MPa级不锈钢板及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种屈服强度650MPa级不锈钢板，C:0.05％～0.15％，Si:0.25％～0.40％，Mn:0.60％～0.80％，P:≤0.020％，S:≤0.020％，Cr:12.0％～14.0％，Ni:0.8％～2.0％，Mo:0.50％～0.80％，N:0.012％～0.02％，Als:0.015％～0.035％，余量为Fe及不可避免杂质。

Description

一种屈服强度650MPa级不锈钢板及制造方法
技术领域
本发明属于金属材料生产技术领域，特别涉及到一种屈服强度650MPa级不锈钢板及制造方法。
背景技术
随着海洋工程、石油化工、航空航天、压力容器等行业的迅速发展，对高强韧、高耐蚀材料的需求越来越大，其中不锈钢无疑是解决材料使用过程中耐腐蚀性能最佳选择之一。不锈钢按照组织状态分为：铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、双相不锈钢以及马氏体型不锈钢，铁素体型不锈钢与奥氏体型不锈钢的强度相对较低，一般很少用作受力构件，双相不锈钢的综合性能较好，但是其后续的热处理工艺复杂，成本较高，马氏体型不锈钢强度高，但塑性、韧性较差，耐蚀性不高。
名为“一种具有强低温冲击性的马氏体不锈钢”的专利，申请号：201710944676.X，该专利公开了一种具有强低温冲击性的马氏体不锈钢，其成分为C:0.08～0.15％，Si:≤1.0％，Mn:≤1.0％，P:≤0.04％，S:≤0.03％，Cr:11.5～13.5％，Ni:0.8～1.2％，Mo:0.2～0.4％，余量为Fe及其它杂质，该钢具有较高的强度，但韧性仍然较低，-12℃冲击功最大仅约为18J。
名为“具有优良力学性能和抗氧化性能的马氏体不锈钢及其制造方法”的专利，申请号：201610880535.1，该专利公开了一种具有优良力学性能和抗氧化性能的马氏体不锈钢，其成分为C:0.01～0.15％，Si:0.5～1.5％，Mn:0.5～2.5％，P≤0.04％，S≤0.01％，Cr:11～15％，N:0.01～0.08％，另外该不锈钢还添加了Nb、V、Ti等元素，其强度、硬度达到高碳马氏体不锈钢的指标，耐蚀性保留低碳马氏体不锈钢的性，有效解决了马氏体不锈钢强度、韧性、耐蚀性、抗氧化性等互相难以匹配难题。但是韧性仍然较低，在常温下冲击功仅约为30J。
名为“高强度马氏体不锈钢板及其生产方法”的专利，申请号：201510601991.3，该专利公开了一种高强度马氏体不锈钢板及其生产方法，生产工艺包括开坯工序、轧制工序和热处理工序；化学成分为：C≤0.06％，Si≤1.00％，Mn≤1.00％，P≤0.030％，S≤0.015％，Cr:15.00～17.00％，Ni:4.50～5.50％，Mo：0.80～1.20％，余量为Fe和不可避免的杂质，该钢板具有较好的室温抗拉强度和屈服强度，且低温冲击性能良好，但是其化学成分含有较高的贵重元素、工艺复杂，生产成本较高。
名为“一种索氏体不锈钢”的专利，申请号：201610504342.6，该专利公开的不锈钢，以8-16％的铬元素、1-5％的镍元素为主导合金元素，其他含0.01-0.1的磷元素，控制碳元素小于0.1％，硫元素小于0.04％，氧元素含量小于30ppm。该不锈钢的抗拉强度不低于750MPa，屈服强度不低于500MPa，断后延伸率不小于14％，-20℃冲击功大于30J。其断后延伸率和冲击功都略低。
名为“0Cr13Ni5Mo高强不锈钢抗磨性能研究，《第三届北京冶金年会》，2002”，公开了一种不锈钢板材，其生产工艺为：冶炼、浇铸钢锭、轧制、热处理等工序，化学成分为C:0.013～0.038％，Si:0.28～0.44％，Mn:0.53～0.78％，Cr:12.70～13.03％，Ni:5.05～5.25％，Mo:0.72～0.80。该不锈钢板材性能较好，具有优良的强度及韧性。但是其生产过程包括浇铸钢锭等工艺，使其工艺复杂，造成成本增加。
对比以上现有技术可知，目前在高强韧不锈钢的生产方面主要存在以下不足：(1)不锈钢成分较高，造成生产成本偏高。(2)生产工艺复杂，无形中增加了钢板的生产成本。(3)力学性能存在不足，主要体现在钢板强韧性不匹配，出现高强度低韧性或高韧性低强度。
发明内容
针对目前现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种屈服强度650MPa级不锈钢板及制造方法。通过低成本的成分设计，降低钢板的生产成本，采用连铸+轧制+回火的工艺过程，简化钢板的生产工艺，最终生产的钢板具有良好的强韧性匹配。
本发明目的是通过下面的技术方案实现的：
一种屈服强度650MPa级不锈钢板，其特征在于：化学成分按照重量百分比为，C:0.05％～0.15％，Si:0.25％～0.40％，Mn:0.60％～0.80％，P:≤0.020％，S:≤0.020％，Cr:12.0％～14.0％，Ni:0.8％～2.0％，Mo:0.50％～0.80％，N:0.012％～0.02％，Als:0.015％～0.035％，余量为Fe及不可避免杂质。
下面对本发明化学成分的作用做详细介绍。
C：碳在钢中是有效的固溶强化元素，能显著提高钢的强度，但是含量过高时会影响钢的塑性及耐蚀性能，尤其在不锈钢中，由于Cr含量较高，容易形成CrC类化合物，从而显著降低不锈钢的耐蚀性能，本发明选择加入范围为0.05％～0.15％。
Si：炼钢过程的脱氧元素，在钢中具有较强的固溶强化效果，适量硅可以提高钢的强度，但是含量过高会降低钢的韧性。本发明选择加入范围为0.25％～0.40％。
Mn：适量的Mn可以延缓钢种铁素体和珠光体转变，大幅增加钢种淬透性，改善冲击韧性。本发明选择加入范围为0.60％～0.80％。
P：在钢液凝固时形成微观偏析，随后在奥氏体化温度加热时在晶界处偏聚，使钢的韧性降低，脆性增大。本发明控制磷的含量≤0.020％，并且含量越低越好。
S：有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造或轧制时造成裂纹。本发明控制硫的含量≤0.020％，并且含量越低越好。
Cr：作为不锈钢成分组成的最主要的元素之一，铬能够提高钢的强度，而对钢的塑性、韧性影响不大，当钢中铬含量大于10.5％时，会在钢的表面形成致密的氧化膜，从而提高钢的耐蚀性能，但是当含量过高时，会使成本增加，同时降低钢的热加工性能。本发明选择加入范围为12.0％～14.0％。
Ni：能够提高钢的强度和韧性，提高淬透性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力，与铬、钼联合使用，能够提高钢的热强性。但是镍属于较稀缺的资源，成本较高。本发明选择加入范围为0.8％～2.0％。
Mo：能够提高钢的淬透性、热强性、防止回火脆性，在高温回火时可以产生二次硬化作用，提高碳化物稳定性，改善钢的韧性和提高耐磨性。本发明选择加入范围为0.50％-0.80％。
N：强烈的奥氏体形成元素，从这一点上来说与Ni相似，因此可以部分替代昂贵的Ni元素；可以以间隙原子形式存在，具有固溶强化作用；但是加入量过多时，会使钢在退火时因氮化物析出而降低其塑性。本发明选择加入范围为0.012％～0.02％。
Al：强脱氧剂，在钢中可以生成高度细碎的氧化物分散于钢中，可阻止钢加热时的晶粒长大和改善钢的淬透性，本发明选择加入范围为Als：0.015％～0.035％。
一种屈服强度650MPa级不锈钢板的制造方法，包括冶炼、连铸、加热炉加热、轧制、回火，其特征在于：
(1)将上述成分的钢进行冶炼，将冶炼完成的钢水浇铸成所需的铸坯，铸坯采用热装或下线缓冷后冷装。采用热装时，铸坯热装温度大于300℃；采用下线缓冷后冷装时，铸坯缓冷时间大于12h。
(2)加热炉加热：铸坯加热温度1100～1250℃，均热时间2.0-4.0h；采用热装时，升温速度8-15℃/min；采用冷装的坯料，升温速度6-10℃/min。
(3)将加热完成的铸坯进行轧制，开轧温度1050～1100℃，终轧温度850-930℃，钢板总压下率50～90％。
(4)将轧制完成的钢板进行冷却，控制钢板的冷却速度3-10℃/s，冷却至250℃以下后空冷至室温，得最终轧制钢板。
(5)将钢板进行回火热处理，回火温度550～700℃，保温时间1.0～3.5min/mm。
本发明通过合理设计不锈钢的化学成分，并设计与之匹配的生产工艺，提高钢板的性能，最终得到一种具有高强度、高韧性的不锈钢钢板，屈服强度650MPa以上，断后延伸率16.0％以上，钢板-40℃冲击功60J以上，本发明的技术方案与现有技术相比具有成本低、生产工艺简单，钢板具有良好的强韧性匹配及耐蚀性等优点，可以广泛应用在汽轮机叶片、水压机阀、化工设备等领域。
附图说明
图1是实施例1钢板热处理后典型金相组织。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明：
以下实施例仅为本发明的一些最优实施方式，并不对前述发明范围和技术手段有任何限制。
根据本发明设计的化学成分范围进行冶炼，具体化学成分如表1所示。
表1本发明实施例的化学成分(wt％)
将表1中化学成分的钢经冶炼、浇铸为铸坯，铸坯可以采用热装或冷装，采用热装时，各实施例的加热工艺如表2所示，采用冷装时，各实施例的加热工艺如表3所示。
表2铸坯热装时的加热工艺
序号 热装温度/℃ 升温速度/℃/min 加热温度/℃ 均热时间/h
1 350 10 1180 2.6
2 500 14 1150 3.5
3 400 13 1230 2.4
4 450 12 1220 2.9
5 480 15 1200 3.3
表3铸坯冷装时的加热工艺
序号 缓冷时间/h 升温速度/℃/min 加热温度/℃ 均热时间/h
1 15 8 1170 2.6
2 20 7 1160 3.5
3 24 9 1210 2.4
4 18 10 1240 2.9
5 17 6 1190 3.3
将加热完成的铸坯进行轧制，轧制完成后对钢板进行回火处理，钢板的轧制工艺及回火工艺如表4所示。
表4钢板轧制工艺
对处理完成后的钢板进行性能检验，检验结果如表5所示。
表5钢板性能检验结果
表1实施例钢的化学成分(质量分数)％
表2实施例钢的轧制工艺参数
表3实施例钢的连续退火工艺参数
表4实施例钢退火板的力学性能
按本发明设计的化学成分，实施例的钢经冶炼连铸，铸坯厚度为170-230mm，依照设定的热轧工艺控轧控冷，得到厚度为2.0～6.0mm，板形和表面质量良好的热轧板，热轧板组织由铁素体和珠光体组成，铁素体晶粒尺寸细小。热轧板经酸洗冷轧成0.5～2.0mm的基板，然后在连续退火线上进行退火，最终得到的钢板组织由铁素体、珠光体和少量贝氏体组成，并且有大量细小弥散分布的铌钛的碳氮化物析出物和铜的析出物，起到强化铁素体作用，提高了冷轧退火钢板的屈服强度。制备出的冷轧钢板屈服强度大于800MPa，抗拉强度在860MPa以上，断后延伸率大于12.0％，屈强比Rp0.2/Rm≥0.85，屈服强度高且塑性和冷成形性能优良。

Claims (2)

1.一种屈服强度650MPa级不锈钢板，其特征在于：化学成分按照重量百分比为C:0.05％～0.15％，Si:0.25％～0.40％，Mn:0.60％～0.80％，P:≤0.020％，S:≤0.020％，Cr:12.0％～14.0％，Ni:0.8％～2.0％，Mo:0.50％～0.80％，N:0.012％～0.02％，Als:0.015％～0.035％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.一种根据权利要求1所述的屈服强度650MPa级不锈钢板的制造方法包括冶炼、连铸、加热炉加热、轧制、回火，其特征在于：
(1)将上述成分的钢进行冶炼，将冶炼完成的钢水浇铸成所需的铸坯，铸坯采用热装或下线缓冷后冷装；采用热装时，铸坯热装温度大于300℃；采用下线缓冷后冷装时，铸坯缓冷时间大于12h；
(2)加热炉加热：铸坯加热温度1100～1250℃，均热时间2.0-4.0h；采用热装时，升温速度8-15℃/min；采用冷装的坯料，升温速度6-10℃/min；
(3)将加热完成的铸坯进行轧制，开轧温度1050～1100℃，终轧温度850-930℃，钢板总压下率50～90％；
(4)将轧制完成的钢板进行冷却，控制钢板的冷却速度3-10℃/s，冷却至250℃以下后空冷至室温，得最终轧制钢板；
(5)将钢板进行回火热处理，回火温度550～700℃，保温时间1.0～3.5min/mm。
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