CN110484817B - 一种消除超宽幅节约型双相不锈钢中厚板表面裂纹的方法 - Google Patents

一种消除超宽幅节约型双相不锈钢中厚板表面裂纹的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种消除超宽幅节约型双相不锈钢中厚板表面裂纹的方法。连铸坯上下表面形成厚度各5～10mm的高硬度的超细晶区且连铸坯中等轴晶比例不低于75％，表层超细晶区无脆性相析出；铸坯经预热段、加热段、均热段，在炉时间3.5～4.5h；第一阶段开轧温度≥1150℃；第二阶段开轧温度≥1100℃，终轧温度≥980℃，固溶温度为1020～1080℃，在炉时间2～5min/mm。产品宽2800～4000mm，厚15～60mm。钢板屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥30％，‑40℃冲击功≥27J。表面裂纹废品率由10％以上降至1％以下。产品应用于核电、油气、造船、海水淡化等领域。

Description

一种消除超宽幅节约型双相不锈钢中厚板表面裂纹的方法
技术领域
本发明涉及双相不锈钢板轧制技术领域，特别涉及一种消除超宽幅节约型双相不锈钢中厚板表面裂纹的方法。
背景技术
随着近年来国内造船、化工、核电、船舶工业等行业的快速发展，对具有高强度及耐腐蚀性能优良的低成本双相不锈钢中厚板的需求日趋增加，节约型双相不锈钢由于其塑、韧性更高，无室温脆性，良好的耐晶间腐蚀性能和焊接性能而被广泛用于石油、化工和核电等领域，由于节约型双相不锈钢的热塑性差，热加工成形是制约其能否成功生产的关键因素。目前，对宽幅、大尺寸节约型不锈钢热轧中厚板需求越来越大，这主要由于厚度为15～60mm，宽度为3000～4000mm的宽幅、大尺寸双相不锈钢的使用可减少拼接焊缝，减小制造过程焊材探伤工作量，降低设备维护成本，增加设备的安全性。同时，大幅降低工厂化预制成本，缩短节约型双相不锈钢采购周期，提升工程建造速度，具有广阔的应用前景。由于节约型双相不锈钢连铸坯含有0.1％～0.35％的氮，在热加工过程中，非受控性温降，不可避免在脆性相析出温度范围内进行轧制，当脆性相比例较高时，容易导致热轧边裂及表面裂纹的产生，且热加工温度越低，展宽比越大边，钢板表面出现裂纹现象越严重。由此可见，如何解决边裂及表面裂纹的产生，是节约型双相不锈钢宽幅中厚板开发的关键。
申请号为201810798758.2的专利公开了一种SP700钛合金宽幅中厚板的加工方法。该方法采用轧制方向互相垂直的两火热轧轧制，并综合控制第一轧制和第二轧制的道次变形量、总变形量及总变形量差等工艺参数，大大减小了SP700钛合金板材的各向异性，提高了SP700钛合金板材的组织均匀性，最终制备得到宽度为800～2500mm，厚度为5～30mm的SP700钛合金宽幅中厚板。然而，该方法生产工艺复杂、生产成本高，且没有考虑高压水除鳞工艺对板材表面质量产生的影响。
申请号201310012413.7的专利公开了一种节约型高性能双相不锈钢及其制备方法。通过以低价的锰、氮元素来代替部分的高价镍元素，以钨元素代替钼元素，能够大大降低双相不锈钢的成本，同时能够保证冶炼得到的双相不锈钢具有较好的耐蚀性以及冷热加工性能，其发明的双相不锈钢的边裂量明显降低，然后该方法并没有对不锈钢表面进行抗氧化喷涂，也没有考虑轧制工艺和高压水除鳞工艺对板材表面质量产生的影响。
申请号为201611037354.9的专利公开了一种消除2205双相不锈钢中板热加工表面裂纹的方法，其特征在于：坯料选择及修磨；铸坯加热，预热段温度为1100～1150℃，加热段温度为1150～1240℃，均热段温度为1220～1240℃，驻炉时间按铸坯厚度9～10min/10mm；20～25MPa高压水除鳞；粗轧开轧温度大于1150℃，压下率小于25％，轧制8～11道次，中间坯厚度35～45mm；精轧开轧温度大于1050℃，终轧温度大于950℃，压下率小于18％，轧制8～12道次。其优点是合理选取坯料规格，经修磨优化加热后合理匹配轧制温度和压下率等参数，有效避免了2205双相不锈钢中板表面裂纹缺陷。然而，该方法并没有考虑优化炼钢、连铸工艺和连铸坯表面强化淬火工艺来改善连铸坯的质量和组织结构，且没有考虑对不锈钢表面进行修磨喷涂对板材表面质量产生的影响，也没有对考虑展宽比这一影响因素(未对钢轧制后板宽度进行明确)。由此可知，提供一种消除超宽幅节约型不锈钢中厚板表面裂纹的方法为发展含氮节约型双相不锈钢中厚板的核心问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术的不足，提供一种消除超宽幅节约型双相不锈钢中厚板表面裂纹的方法。该方法采用优化连铸阶段电磁搅拌工艺，铸坯表面修磨与喷涂抗氧化涂料，并采用两火热轧轧制，并综合控制第一轧制和第二轧制的道次变形量、展宽比等工艺参数，控制高压水除鳞工艺，最终制备得到宽度为2800～4000mm，厚度为15～60mm的节约型双相不锈钢中厚板，解决了节约型双相不锈钢热轧中厚板易产生边裂及表面裂纹的问题，表面裂纹废品率由初期的10％以上，降低至1％以下。
该宽幅双相不锈钢中厚板主要作为工程结构材料应用于核电、油气、造船、造纸、海水淡化等工程领域。
具体的技术方案是：
一种消除超宽幅节约型双相不锈钢中厚板表面裂纹的方法，所涉及钢种化学成分重量百分比为：C 0.025％～0.030％，Si 0.1％～1％，Mo 0.1％～0.8％，Mn 4％～8％，Cr18％～22％，Ni 0.5％～2％，Co≤0.05％，P≤0.028％，S≤0.003％，N 0.1％～0.3％，B0.0020％～0.0050％，Ca 0.0010％～0.0030％，V≤0.05％，O≤0.005％，Als≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
具体包括如下步骤：
(1)炼钢：按下述成分冶炼，其化学成分重量百分比为：C 0.025％～0.030％，Si0.1％～1％，Mo 0.1％～0.8％，Mn 4％～8％，Cr 18％～22％，Ni 0.5％～2％，Co≤0.05％，P≤0.028％，S≤0.003％，N 0.1％～0.3％，B 0.0020％～0.0050％，Ca 0.0010％～0.0030％，V≤0.05％，O≤0.005％，Als≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。采用铁水+废钢，或者单独使用铁水，通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢并在VOD结束后进行喂硅钙钡丝和钛丝处理，获得满足成分要求的钢液；
(2)连铸：通过控制连铸过程拉速0.5～1.5m/min、二冷阶段施加强电磁搅拌，搅拌方式为正反转交替搅拌，其中正转搅拌时间10～15s，反转搅拌时间5～10s，电流1000～2000A，频率为5～20Hz，在连铸机扇形段前进行高温连续淬火控制，淬火区长度2.5～5m，冷却水流量为200～600m3/h，连铸坯上下表面形成厚度各5～10mm的高硬度的超细晶区，表层超细晶区无脆性相析出且连铸坯中等轴晶比例不低于75％；对于节约型双相不锈钢而言，采用连铸坯在线淬火技术主要是由于连铸坯表面微裂纹缺陷问题突出，需要进行矫直、修磨、探伤等工序，甚至需要进行二次修磨探伤，合格率低，无法满足及时交货需要且造成生产效率低、成本增加。该类型裂纹缺陷在加热炉加热及轧制过程中，连铸坯表面因烧损致使其组织应力裂纹或裂纹缺陷进一步暴露氧化和扩展，最终在轧材上形成直线状或点状裂纹缺陷。钢中的微合金化元素Cr、V、C、N等在钢材生产由液态向固态转变的过程中，会形成氮化物和碳氮化物的析出相，恶化了钢的高温塑性，导致在连铸坯生产过程中形成表面裂纹等缺陷，影响后续轧制和加工。淬火后连铸坯上下表面形成厚度5～10mm超细晶区，快速发生相变，形成一定深度的淬硬层，避免氮化物和残余元素在表面析出，有效控制了表面微裂纹的发生，提高连铸坯稳定性；
(3)喷涂：铸坯喷涂采用高温抗氧化涂料(Al2O3)，喷涂厚度为0.1～0.2mm。
(4)铸坯加热：将喷涂抗氧化涂料的铸坯送入加热炉内进行加热，铸坯依次经预热段、加热段和均热段处理后出炉；其预热段温度区间为960～1100℃，避开有害相Cr2N析出区间，加热段温度区间为1150～1230℃，使脆性相固溶于基体，并均匀分布于钢中，均热段温度区间为1220～1250℃，控制双相不锈钢的晶粒度，在炉时间3.5～4.5小时，避免加热时间过长，在晶界附近产生裂纹；
(5)高压水除鳞：第一轧制阶段，开轧前利用高压水对出炉后铸坯进行除鳞1～2min，除鳞机压力20～25MPa；第二轧制阶段，开轧前利用高压水对出炉后铸坯进行除鳞1～1.5min，在第二轧制阶段，将粗轧至热矫区间的辊道关闭，并控制轧辊冷却水流速为400～800m3/h，避免大量冷却水在钢板表面流动，使钢板表面非受控性温降导致表面裂纹产生；
(6)轧制第一阶段：开轧温度≥1150℃，轧制压下率≤25％，轧制中间道次进行表面除鳞，轧制道次3～6次，轧制速度2～5m/s，所述第一轧制的过程中采用红外测温仪对钢坯的温度进行监控，当温度低于1000℃时，停止轧制。将中间板坯返回至加热炉中在温度为1220～1250℃的条件下补温1.5～2小时；轧制第二阶段：开轧温度≥1100℃，终轧温度≥980℃，轧制压下率≤20％，轧制道次4～8次，轧制速度2～5m/s，当道次压下量不足5mm时，可按5mm压下量控制；
(7)热处理：高温退火，温度1020～1080℃，在炉时间3～5min/mm，水冷至室温。
上述成分、工艺方案所制备得到宽度为2800～4000mm，厚度为15～60mm的节约型双相不锈钢中厚板，解决了超宽幅节约型双相不锈钢中厚板易产生边裂及表面裂纹的问题，表面裂纹废品率由初期的10％以上，降低至1％以下。所制钢板平均力学性能为：屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥30％，-40℃冲击功≥27J。
有益效果：
(1)通过优化连铸阶段电磁搅拌工艺(控制搅拌方式与时间)，大幅提高连铸坯等轴晶率，同时对采用在线淬火技术对铸坯表面进行强化，从源头上为生产出高质量节约型双相不锈钢热轧中厚板产品奠定了基础。
(2)坯料的表面喷涂及保温工艺对轧制影响很大，温度过高会造成铸坯严重氧化，晶粒尺寸粗化，致使轧制过程产生裂纹；温度过低，变形抗力大，并导致后续轧制过程温度过低，影响产品表面质量。所以，本发明选取对铸坯表面进行喷涂，并严格控制在炉温度与时间，保证了钢板在精轧温度，提高钢板表面质量。
(3)本发明采用两火热轧轧制，并综合控制第一轧制和第二轧制的道次变形量、展宽比等工艺参数，控制高压水除鳞工艺，有利于奥氏体与铁素体的协调变形。保证了轧制在较高的温度下进行，且将终轧温度控制在980℃以上，避开有害相析出区间，大大降低了钢板形成裂纹的倾向，有利于获得高表面质量钢板。
(4)本发明最终制备得到宽度为2800～4000mm，厚度为15～60mm的节约型双相不锈钢宽幅中厚板，解决了超宽幅节约型双相不锈钢中厚板易产生边裂及表面裂纹的问题，表面裂纹废品率由初期的10％以上，降低至1％以下。所制钢板平均力学性能为：屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率≥30％，-40℃冲击功≥27J。
具体实施方式
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
其中表1为实施例钢的化学成分，表2为实施例钢的冶炼工艺制度，表3为实施例钢铸坯的处理方法；表4为实施例钢的除鳞方法；表5为实施例钢的轧制方法；表6为实施例钢的各道次压下率；表7为实施例钢固溶工艺；表8为实施例不锈钢性能。
表1本发明实施例的化学成分(wt，％)
实施例 C Si Mo Mn Cr Ni Co N B Ca V Als
1 0.026 0.5 0.18 4.9 21.2 1.57 0.023 0.22 0.0025 0.0011 0.039 0.021
2 0.027 0.59 0.23 4.96 18.7 1.39 0.026 0.23 0.0035 0.0014 0.037 0.033
3 0.030 0.35 0.11 6.9 21.1 1.29 0.021 0.21 0.0025 0.0013 0.029 0.042
4 0.025 0.21 0.45 7.5 20.2 0.89 0.023 0.3 0.0031 0.0017 0.025 0.018
5 0.029 0.85 0.77 4.2 19.7 1.34 0.031 0.25 0.0042 0.0021 0.041 0.021
注：钢中杂质元素P≤0.028％；S≤0.003％；0≤0.0050％
表2实施例钢的冶炼工艺制度
Figure BDA0002187743790000071
表3实施例钢铸坯的处理方法
Figure BDA0002187743790000081
表4实施例钢的除鳞方法
Figure BDA0002187743790000082
表5实施例钢的轧制方法
Figure BDA0002187743790000083
表6实施例钢各道次压下量
Figure BDA0002187743790000091
表7实施例钢固溶工艺
实施例 固溶温度/℃ 在炉时间/(min·mm<sup>-1</sup>)
1 1020 3
2 1050 4
3 1080 3.5
4 1060 4.5
5 1030 5
表8实施例不锈钢性能
Figure BDA0002187743790000092
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种消除超宽幅节约型双相不锈钢中厚板表面裂纹的方法，其特征在于，
双相不锈钢中按重量百分比计，含有：C 0.025%～0.029%，Si 0.1%～1%，Mo 0.1%～0.8%，Mn 4%～8%，Cr 18%～20.2%，Ni 0.5%～2%，Co≤0.05%，P≤0.028%，S≤0.003%，N0.21%～0.3%，B 0.0020%～0.0050%，Ca 0.0010%～0.0030%，V≤0.05%，O≤0.005%，Als≤0.05%，其余为Fe和不可避免的杂质，成品钢板规格为宽2800～4000mm，厚15～60mm；
（1）炼钢：采用铁水+废钢，或者单独使用铁水，通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢并在VOD结束后进行喂硅钙钡丝和钛丝处理；
（2）连铸：连铸拉速0.5～1.5m/min、二冷阶段施加强电磁搅拌，搅拌方式为正反转交替搅拌，其中正转搅拌时间10～15s，反转搅拌时间5～10s，电流1000～2000A，频率为5～20Hz，在连铸机扇形段前进行高温连续淬火控制，淬火区长度2.5～5m，冷却水流量为200～600m3/h，连铸坯上下表面形成厚度各5～10mm的高硬度的超细晶区，表层超细晶区无脆性相析出，且连铸坯中等轴晶比例不低于75%；
（3）喷涂：铸坯加热前喷涂高温抗氧化涂料，喷涂厚度为0.1～0.2mm；
（4）铸坯加热：将步骤（3）中的铸坯送入加热炉内进行加热，铸坯依次经预热段、加热段和均热段处理后出炉；其预热段温度区间为960～1085℃，加热段温度区间为1150～1230℃，均热段温度区间为1220～1250℃，在炉时间3.5～4.5h；
（5）高压水除鳞和轧制：轧制第一阶段：开轧前利用高压水对出炉后铸坯进行除鳞1～1.6min，除鳞机压力22～24MPa；开轧温度≥1150℃，轧制压下率≤25%，轧制中间道次进行表面除鳞，轧制道次3～6次，轧制速度2～5m/s，所述轧制第一阶段过程中采用红外测温仪对钢坯的温度进行监控，当温度低于1000℃时，停止轧制；将中间坯返回至加热炉中，在温度为1220～1250℃的条件下补温1.5～2小时；轧制第二阶段：开轧前利用高压水对出炉后的中间坯进行除鳞1～1.5min，开轧温度≥1100℃，终轧温度≥980℃，轧制压下率≤20%，轧制道次4～8次，轧制速度2～5m/s，当道次压下量不足5mm时，按5mm压下量控制；在第二轧制阶段，将粗轧至预矫区间的辊道冷却水关闭，并控制轧辊冷却水流速为400～800m3/h；
（6）热处理：高温固溶，温度1020～1080℃，在炉时间3～5min/mm，水冷至室温。
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