CN110218852A - 一种301不锈钢生产方法和301不锈钢及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种301不锈钢生产方法和301不锈钢及应用，其特点是包括以下步骤：钢坯的冶炼；板坯加热；板坯的轧制；固溶处理；酸洗和平整；轧制；1.0～1.5mm的板材，经过冷退火酸洗炉温1207～1216℃，L/S 80～97.5mpm进行固溶、酸洗作业，使其充分固溶，最终获得晶粒度为9～10级，产品抗拉强度达1100～1120Mpa的2B表面冷轧不锈钢产品。本发明的有益效果是通过调整产品组分，增加Si、Mo含量，得到301Si、301SiMo不锈钢新品，同时对炼钢中的有害元素S、P进行控制，并实施纯净钢冶炼工艺，控制夹杂物，使301不锈钢具有更高的强度，赋予其一定的耐蚀性，满足使用要求。

Description

一种301不锈钢生产方法和301不锈钢及应用
技术领域
本发明属于不锈钢冶炼技术领域，尤其涉及一种用于高弹性、高耐蚀性弹性元件的301不锈钢生产方法和301不锈钢。
背景技术
301不锈钢是一种亚稳奥氏体不锈钢，在充分固溶的条件下，具有完全奥氏体组织。301不锈钢是不锈钢中最易冷变形强化的钢种，通过冷变形加工可使钢的强度、硬度提高，并且保留足够的塑、韧性，加之301不锈钢在大气条件下具有良好的耐锈性。因此，301不锈钢主要以冷加工状态应用于承受较高负荷、又希望减轻装备重量和不生锈的设备部件。此外，301不锈钢在受外力撞击时易产生加工硬化可吸收更多的撞击能量，对设备和人员提供更可靠的安全保障。目前301不锈钢在弹簧制造领域有较多应用，但是传统的组分及制造方法得到的不锈钢材料在高温、或还原性介质条件下耐蚀性欠佳，在酸碱盐等化工介质耐蚀性较差，不能满足高端弹性元件的制造要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种301不锈钢生产方法和301不锈钢及应用，通过调整产品组分，增加Si、Mo含量，得到301Si、301SiMo不锈钢新品，同时对炼钢中的有害元素S、P进行控制，并实施纯净钢冶炼工艺，控制夹杂物，使301不锈钢具有更高的强度，同时赋予其一定的耐蚀性，满足特定领域的使用要求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种301不锈钢生产方法，其特点是包括以下步骤：
1)钢坯的冶炼：
钢坯通过电炉将原料进行溶解，再通过转炉氩氧脱碳精炼(AOD)炉，进行脱碳处理，并通过还原阶段进一步纯净钢水，在吹炼末期加入高质量原料进行成分调整，为了获得更纯净的钢水，继续在钢包处理过程精炼炉(LT)中，进行吹氩(元素符号Ar)搅拌，使钢水中的夹杂物上浮，并通过已经投入的覆盖剂吸附上浮的夹杂物，在钢包处理过程中加入原料，进行最终成分微调，得到成分符合的钢水，再通过板坯连铸工程控制浇铸速度，获得板坯；
2)板坯加热：
板坯通过加热炉1240℃加热，持续加热必须保证在240min以内，在加热炉抽出时，板坯的温度控制在1200℃；粗轧前必须通过除磷设备去除表面氧化皮，并轧制7道次获得26mm厚度板；
3)板坯的轧制：
炉卷轧机精轧温度控制在1000～1020℃，经过7道次轧制，最终获得3.0mm的黑皮卷，并通过热轧卷取，卷取温度650℃，卷取成型的黑皮卷放置在场地上空冷至常温；
4)固溶处理：空冷至常温的黑皮卷，经过热退火1130～1140℃的固溶处理，使晶粒组织充分的回复，通过速度50～60mpm；mpm表示速度米/分，是meters per minute的英文简写；
5)充分的固溶的黑皮卷，经过浓度104g/LHNO3、浓度45g/LHF的混酸酸洗，去除钢板表面的氧化皮，并通过平整机组(简称SPM)进行平整，最终获得符合冷轧轧制基准的高品质白皮卷；
6)酸洗好的白皮卷，移送到冷轧轧机，经过7～9道次轧制作业，轧制压下率45～56％；
7)1.0～1.5mm的板材，经过冷退火酸洗炉温1207～1216℃，L/S80～97.5mpm进行固溶、酸洗作业，使其充分固溶，最终获得晶粒度为9～10级，产品抗拉强度达1100～1120Mpa的2B表面冷轧不锈钢产品；
8)为了确保客户产品品质，进行分切单重及切除边部板边划痕的工序，对产品最终品质进行检查确认，并记录产品等级及品质情况，在分切卷过程中采取最终产品的材质样品进行材质分析。
进一步地，所述步骤1)中浇铸速度为1.1mpm，板坯的规格为220mm厚*1260mm宽。
进一步地，所述步骤6)中轧制1.0mm厚度板材，需要进行2次压延，如3.0mm白皮卷轧制成为1.8mm板材，经过退火酸洗后，进行第二次压延最终获得1.0mm的板材，避免轧制硬化造成断带事故，保证轧制的安全性；
一种301不锈钢，其特点是由上述301不锈钢生产方法所制造得到。
一种301不锈钢，以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1～0.12；Si:1.15～1.35；Mn:1.3～1.6；P≤0.035；S≤0.004；Cr：16.2～16.7；Ni：6.5～6.7；N：≤0.03；Mo≤0.3，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素；命名为301Si不锈钢。
一种301不锈钢，以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1113；Si:1.246；Mn:1.365；P：0.034；S：0.0016；Cr16.374；Ni：6.3；N：0.0146；Mo：0.107，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素。
进一步地，所述301不锈钢Md30为23～65℃。
一种301不锈钢，以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1～0.12；Si:1.15～1.35；Mn:1.3～1.6；P≤0.035；S≤0.004；Cr：16.2～16.7；Ni：6.5～6.7；N：≤0.03；Mo:0.5～0.8，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素；命名为301SiMo不锈钢。
一种301不锈钢，以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1102；Si:1.241；Mn:1.332；P：0.0309；S：0.0018；Cr：16.309；Ni：6.57；N：0.0157；Mo:0.577，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素。
进一步地，所述301不锈钢Md30为11～53℃。
一种301不锈钢的应用，其特点是上述301不锈钢生产方法制备的301不锈钢用于高端弹性元件、电子设备等领域，使用时经过精密压延、回火处理。
本发明所采用的各种元素的作用以及优选的成分组成分析如下：
C:碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。碳形成奥氏体是镍的30倍。碳是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。因此，随钢中C含量的增加，奥氏体不锈钢强度提高，优选301Si、301SiMo中C含量为0.1～0.12。
N:在不锈钢中，与Ni一样，N也是对奥氏体相稳定化贡献较大的元素之一，而且N含量的增加还可以附带着提高耐蚀性及强度，但是N含量过高，会降低不锈钢的加工性，N含量过低则需要相应降低Cr以确保相平衡，而且在稳定相平衡以及保证强度方面也有不利的影响，优选为≤0.03,最优值为0.015。
Cr:是确保不锈钢的耐蚀性所必需的元素，增加Cr含量能够提高不锈钢耐蚀性，但是Cr含量过多会导致在不锈钢中形成过多的铁素体，无法保证不锈钢具有足够的拉伸延伸率，因此，Cr含量优选为16.2～16.7。
Ni：与Mn、N一样都属于奥氏体相稳定化元素，Ni含量不足会降低不锈钢的耐蚀性和加工性，由于弹簧用途需要一定的强度，此钢种为亚稳态奥氏体不锈钢，Ni优选为301Si中6.5～6.7、301SiMo中6.2～6.4。
Si：属于铁素体元素，有一定的固溶强化效果，能提高钢的淬透性,提高钢的强度，并且对材料的抗氧化性能也有一定的优化作用，同时耐点蚀能力得到加强。
Mo：对奥氏体不锈钢的强化作用不显著，Mo的加入对其室温力学性能影响不大；Mo含量的加入，提高不锈钢高温强度，比如持久，蠕变性能均获得较大改善。
Md30：是指加工量在30％时生成加工诱发马氏体50％的温度，Md30的值越低，在冷加工变形过程中诱变马氏体越不容易产生，冷作硬化程度小，越有利于稳定产品磁性；一般认为Ni含量对诱变马氏体转变点的影响是很明显的，Ni含量高，马氏体转变点降低，材料在冷变形过程中硬化程度小。但是本发明提供的亚稳态奥氏体不锈钢具有较高的Md30，控制在301Si23～65℃,301SiMo11～53℃的范围之内，需要保证后续在再压加工后，产品获得一定的强度。
奥氏体不锈钢是低碳的铬镍合金钢，其具有无磁性，高韧性以及屈服强度较低等特性，这使得在结构件用钢中很少使用。为了对奥氏体合金钢进行强化，往往进行冷加工应变诱导马氏体相变。利用此钢种的冷轧加工产生诱导马氏体相变，进行合金强化。在使用过程中，利用此特性通过回火处理使产品强度达到使用要求。
在进行不锈钢成分设计时，具有可参考标准的是Md30值。《不锈钢》陆世英文中，Md30表示由冷变形诱发奥氏体向马氏体转变的最高温度。根据经验公式：
Md30＝413-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-9.5Ni-18.5Mo；
上式中，马氏体转变温度受合金成分的影响，合金元素越高,Md30越小，也就越不容易发生马氏体转变。奥氏体不锈钢中马氏体的生成对其力学性能和冷成型性产生重要影响，由于马氏体硬而脆，随着钢中马氏体量的增加，其强度提高，塑性降低。随着马氏体相的增多，钢的屈服强度比抗拉强度上升的更加明显。这种现象可用来强化亚稳态奥氏体不锈钢，比如本发明基于以上机理，考虑到材料的性能，耐蚀性，高强度性能设计目的，经过实验室多次试验对比，最终确定了合理的成分配比和加工工艺，通过生产得到的301Si和301SiMo两个新品不锈钢，较常规的301钢种，更具有高强度性新型弹簧不锈钢。
本发明的有益效果是：
1.301Si不锈钢是在301不锈钢中加入Si，Si属于铁素体元素，有一定的固溶强化效果，能提高钢的淬透性,提高钢的强度。
2.301SiMo不锈钢是在301Si的基础上，同时提高Mo的成分；Mo对奥氏体不锈钢的强化作用不显著，Mo的加入对其室温力学性能影响不大；Mo含量的加入，提高不锈钢高温强度，比如持久，蠕变性能均获得较大改善；
3.301Si、301SiMo不锈钢产品，在材料的成分设计中调整了C、Si、Mo、N元素，获得相对301更高的Md30(301Si46℃、301SiMo36℃)，从而应用在高端弹性元件、电子设备等领域时获得更高的强度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例1的301Si金相图。
图2是本发明实施例2的302SiMo金相图。
图3是本发明301SiMo不锈钢加工强度变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
一种301Si不锈钢生产方法，301Si不锈钢以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1113；Si:1.246；Mn:1.365；P：0.034；S：0.0016；Cr16.374；Ni：6.3；N：0.0146；Mo：0.107，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素；Md30为23～65℃；其特点是包括以下步骤：
1)钢坯的冶炼：
钢坯通过电炉将原料进行溶解，再通过转炉氩氧脱碳精炼(AOD)炉，进行脱碳处理，并通过还原阶段进一步纯净钢水，在吹炼末期加入高质量原料进行成分调整，为了获得更纯净的钢水，继续在钢包处理过程精炼炉(LT)中，进行吹氩(元素符号Ar)搅拌，使钢水中的夹杂物上浮，并通过已经投入的覆盖剂吸附上浮的夹杂物，在钢包处理过程中加入原料，进行最终成分微调，得到成分符合的钢水，再通过板坯连铸工程控制浇铸速度为1.1mpm，获得规格为220mm厚*1260mm宽的板坯；
2)板坯加热：
板坯通过加热炉1240℃加热，持续加热必须保证在240min以内，在加热炉抽出时，板坯的温度控制在1200℃；粗轧前必须通过除磷设备去除表面氧化皮，并轧制7道次获得26mm厚度板；
3)板坯的轧制：
炉卷轧机精轧温度控制在1000～1020℃，经过7道次轧制，最终获得3.0mm的黑皮卷，并通过热轧卷取，卷取温度650℃，卷取成型的黑皮卷放置在场地上空冷至常温；
4)固溶处理：空冷至常温的黑皮卷，经过热退火1130～1140℃的固溶处理，使晶粒组织充分的回复，通过速度50～60mpm；mpm表示速度米/分，是meters per minute的英文简写；
5)充分的固溶的黑皮卷，经过浓度104g/LHNO3、浓度45g/LHF的混酸酸洗，去除钢板表面的氧化皮，并通过平整机组(简称SPM)进行平整，最终获得符合冷轧轧制基准的高品质白皮卷；
6)酸洗好的白皮卷，移送到冷轧轧机，经过7～9道次轧制作业，轧制压下率45～56％；在本步骤中，轧制1.0mm厚度板材时，需要进行2次压延，如3.0mm白皮卷轧制成为1.8mm板材，经过退火酸洗后，进行第二次压延最终获得1.0mm的板材，避免轧制硬化造成断带事故，保证轧制的安全性；
7)1.0～1.5mm的板材，经过冷退火酸洗炉温1207～1216℃，L/S80～97.5mpm进行固溶、酸洗作业，使其充分固溶，最终获得晶粒度为9～10级，产品抗拉强度达1100～1120Mpa的2B表面冷轧不锈钢产品；
8)为了确保客户产品品质，进行分切单重及切除边部板边划痕的工序，对产品最终品质进行检查确认，并记录产品等级及品质情况，在分切卷过程中采取最终产品的材质样品进行材质分析。
实施例2
一种301SiMo不锈钢生产方法，301SiMo不锈钢以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1102；Si:1.241；Mn:1.332；P：0.0309；S：0.0018；Cr：16.309；Ni：6.57；N：0.0157；Mo:0.577，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素,Md30为11～53℃；其特点是包括以下步骤：
1)钢坯的冶炼：
钢坯通过电炉将原料进行溶解，再通过转炉氩氧脱碳精炼(AOD)炉，进行脱碳处理，并通过还原阶段进一步纯净钢水，在吹炼末期加入高质量原料进行成分调整，为了获得更纯净的钢水，继续在钢包处理过程精炼炉(LT)中，进行吹氩(元素符号Ar)搅拌，使钢水中的夹杂物上浮，并通过已经投入的覆盖剂吸附上浮的夹杂物，在钢包处理过程中加入原料，进行最终成分微调，得到成分符合的钢水，再通过板坯连铸工程控制浇铸速度为1.1mpm，获得规格为220mm厚*1260mm宽板的坯；
2)板坯加热：
板坯通过加热炉1240℃加热，持续加热必须保证在240min以内，在加热炉抽出时，板坯的温度控制在1200℃；粗轧前必须通过除磷设备去除表面氧化皮，并轧制7道次获得26mm厚度板；
3)板坯的轧制：
炉卷轧机精轧温度控制在1000～1020℃，经过7道次轧制，最终获得3.0mm的黑皮卷，并通过热轧卷取，卷取温度650℃，卷取成型的黑皮卷放置在场地上空冷至常温；
4)固溶处理：空冷至常温的黑皮卷，经过热退火1130～1140℃的固溶处理，使晶粒组织充分的回复，通过速度50～60mpm；mpm表示速度米/分，是meters per minute的英文简写；
5)充分的固溶的黑皮卷，经过浓度104g/LHNO3、浓度45g/LHF的混酸酸洗，去除钢板表面的氧化皮，并通过平整机组(简称SPM)进行平整，最终获得符合冷轧轧制基准的高品质白皮卷；
6)酸洗好的白皮卷，移送到冷轧轧机，经过7～9道次轧制作业，轧制压下率45～56％；轧制1.0mm厚度板材，需要进行2次压延，如3.0mm白皮卷轧制成为1.8mm板材，经过退火酸洗后，进行第二次压延最终获得1.0mm的板材，避免轧制硬化造成断带事故，保证轧制的安全性；
7)1.0～1.5mm的板材，经过冷退火酸洗炉温1207～1216℃，L/S80～97.5mpm进行固溶、酸洗作业，使其充分固溶，最终获得晶粒度为9～10级，产品抗拉强度达1100～1120Mpa的2B表面冷轧不锈钢产品；
8)为了确保客户产品品质，进行分切单重及切除边部板边划痕的工序，对产品最终品质进行检查确认，并记录产品等级及品质情况，在分切卷过程中采取最终产品的材质样品进行材质分析。
对实施例1和实施例2工艺步骤得到的不同厚度不锈钢进行固溶处理检测并记录数据，得到表1。
表1
将实施例1和实施例2得到的不锈钢与现有的SA301___14进行强度对比，得到表2。
表2
钢种 Yp Ts El 硬度
SA301___14 337 852 56 199
301Si 316 1122 45 206
301SiMo 317 1019 50 202
有表2可知，301Si和301SiMo两种新型不锈钢具有比SA301___14高的Ts。
实施例3
将实施例2得到的301SiMo不锈钢用于高端弹性元件、电子设备等领域，使用时经过精密压延、回火处理。如图3所示为301SiMo不锈钢加工强度变化曲线，可以看出压下率与加工强度(Yp)呈线性相关。

Claims (11)

1.一种301不锈钢生产方法，其特征在于包括以下步骤：
1)钢坯的冶炼：
钢坯通过电炉将原料进行溶解，再通过转炉氩氧脱碳精炼(AOD)炉，进行脱碳处理，并通过还原阶段进一步纯净钢水，在吹炼末期加入高质量原料进行成分调整，为了获得更纯净的钢水，继续在钢包处理过程精炼炉(LT)中，进行吹氩(元素符号Ar)搅拌，使钢水中的夹杂物上浮，并通过已经投入的覆盖剂吸附上浮的夹杂物，在钢包处理过程中加入原料，进行最终成分微调，得到成分符合的钢水，再通过板坯连铸工程控制浇铸速度，获得板坯；
2)板坯加热：
板坯通过加热炉1240℃加热，持续加热必须保证在240min以内，在加热炉抽出时，板坯的温度控制在1200℃；粗轧前必须通过除磷设备去除表面氧化皮，并轧制7道次获得26mm厚度板；
3)板坯的轧制：
炉卷轧机精轧温度控制在1000～1020℃，经过7道次轧制，最终获得3.0mm的黑皮卷，并通过热轧卷取，卷取温度650℃，卷取成型的黑皮卷放置在场地上空冷至常温；
4)固溶处理：空冷至常温的黑皮卷，经过热退火1130～1140℃的固溶处理，使晶粒组织充分的回复，通过速度50～60mpm；mpm表示速度米/分，是meters per minute的英文简写；
5)充分的固溶的黑皮卷，经过浓度104g/LHNO3、浓度45g/LHF的混酸酸洗，去除钢板表面的氧化皮，并通过平整机组(简称SPM)进行平整，最终获得符合冷轧轧制基准的高品质白皮卷；
6)酸洗好的白皮卷，移送到冷轧轧机，经过7～9道次轧制作业，轧制压下率45～56％；
7)1.0～1.5mm的板材，经过冷退火酸洗炉温1207～1216℃，L/S80～97.5mpm进行固溶、酸洗作业，使其充分固溶，最终获得晶粒度为9～10级，产品抗拉强度达1100～1120Mpa的2B表面冷轧不锈钢产品。
2.根据权利要求1所述一种301不锈钢生产方法，其特征在于：所述步骤1)中浇铸速度为1.1mpm，板坯的规格为220mm厚*1260mm宽。
3.根据权利要求1或2所述一种301不锈钢生产方法，其特征在于：所述步骤6)中轧制1.0mm厚度板材，需要进行2次压延，如3.0mm白皮卷轧制成为1.8mm板材，经过退火酸洗后，进行第二次压延最终获得1.0mm的板材，避免轧制硬化造成断带事故，保证轧制的安全性。
4.一种301不锈钢，其特征在于其由权利要求1至3任一项所述的301不锈钢生产方法所制造得到。
5.根据权利要求4所述一种301不锈钢，其特征在于：以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1～0.12；Si:1.15～1.35；Mn:1.3～1.6；P≤0.035；S≤0.004；Cr：16.2～16.7；Ni：6.5～6.7；N：≤0.03；Mo≤0.3，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素。
6.根据权利要求4所述一种301不锈钢，其特征在于：以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1113；Si:1.246；Mn:1.365；P：0.034；S：0.0016；Cr16.374；Ni：6.3；N：0.0146；Mo：0.107，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素。
7.根据权利要求5或6所述一种301不锈钢，其特征在于：所述301不锈钢Md30为23～65℃。
8.根据权利要求4所述一种301不锈钢，其特征在于：以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1～0.12；Si:1.15～1.35；Mn:1.3～1.6；P≤0.035；S≤0.004；Cr：16.2～16.7；Ni：6.5～6.7；N：≤0.03；Mo:0.5～0.8，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素。
9.根据权利要求4所述一种301不锈钢，其特征在于：以重量百分含量计，包括以下化学成分：C：0.1102；Si:1.241；Mn:1.332；P：0.0309；S：0.0018；Cr：16.309；Ni：6.57；N：0.0157；Mo:0.577，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素。
10.根据权利要求8或9所述一种301不锈钢，其特征在于：所述301不锈钢Md30为11～53℃。
11.一种301不锈钢的应用，其特征在由权利要求1至3任一项所述301不锈钢生产方法所制造得的301不锈钢用于高端弹性元件、电子设备领域，使用时经过精密压延、回火处理。
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