CN111876653A - 一种纯净奥氏体不锈钢的制备方法 - Google Patents

一种纯净奥氏体不锈钢的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯净奥氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：(1)冶炼：取原料熔炼成钢液，在出钢浇铸前加入镧‑铈稀土合金和金属钙，浇铸温度1490‑1560℃；(2)电渣重熔：电渣重熔制成钢锭；(3)高温扩散：采用高温炉对钢锭进行扩散，扩散温度1150‑1300℃；(4)锻造开坯：对步骤(3)所得物进行锻造，始锻温度控制在1120‑1280℃，终锻温度控制在900‑1050℃；(5)热轧：对步骤(4)所得物进行热轧，热轧时坯料加热温度1150‑1250℃，开轧温度控制在1150‑1250℃，终轧温度控制在950‑1050℃；(6)固溶：热轧后在热处理炉中进行固溶处理，温度为1050‑1150℃，冷却方式采用水冷。本发明所得奥氏体不锈钢纯净度高，其α相300倍下铁素体含量为0，夹杂物不含A类、B类、C类，且D类总和＜1级，晶粒度4‑5级。

Description

一种纯净奥氏体不锈钢的制备方法
技术领域
本发明属于奥氏体不锈钢领域，具体涉及一种纯净奥氏体不锈钢的制备方法。
背景技术
不锈钢是一种耐腐蚀性、耐久性优异且具有良好机械性能的金属材料，在各个领域都有应用。
奥氏体不锈钢是指在常温下为单相奥氏体组织的不锈钢，相对于奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢在使用状态下以单相铁素体组织为主，其铬含量在11％～30％，具有体心立方晶体结构。这类钢具有导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气及氧化性酸腐蚀的零部件，但铁素体不锈钢存在室温性能差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用范围。
奥氏体不锈钢在凝固后不希望存在铁素体相(α相)，α相的出现一般都对奥氏体不锈钢的物理及化学性能带来不利的影响：如使热加工产生裂纹的倾向性增大；钢的耐点蚀性下降，在诸多腐蚀环境(如尿素生产)中耐蚀性劣化；在高温下加长时间加热时，α相会转变为σ相使钢变脆等等。
然而普通奥氏体不锈钢因冶炼及热加工问题，在室温下仍含有5％～10％的α相(铁素体相)，α相呈带状会破坏整个奥氏体组织均匀性，同时也是腐蚀的源头，所以无法在高温高压以及腐蚀的条件下保证有效寿命。
目前虽有专利技术报道可以生产纯净奥氏体钢，但是其中的α相含量仅能达到2％，无法满足在室温下300倍α相的含量＜0.3％的国家要求，其生产工艺带来的钢中夹杂物的含量仍较高，特别是A级、B级、C级和DS夹杂物仍无法完全去除，影响了钢的性能，因而现有工艺生产所得奥氏体钢的性能仍然有待提高。
因此，如何改进奥氏体不锈钢的生产工艺，制备出超纯净的奥氏体不锈钢，并能大幅度提升钢的性能，有效去除钢中各类夹杂物含量，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种纯净奥氏体不锈钢的制备方法。本发明提供的制备方法能够生产出纯净的奥氏体不锈钢，通过细化组织、减少偏析、提高了钢的强度和耐腐蚀性能，同时所得钢中α相为0，夹杂物不含A类、B类、C类且D类总和＜1级，晶粒度4-5级。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种纯净奥氏体不锈钢的制备方法，所述奥氏体不锈钢的元素组成按质量百分比为：C≤0.06％，Si≤0.60％，Mn 1.0～2.0％，Cr 18.5～20.0％，Ni 8.0～10.％，P≤0.020％，S≤0.003％，H≤5ppm，O≤30ppm，余量为Fe；
其制备方法包括以下步骤：
(1)冶炼：取所需元素的原料，对原料进行熔炼成钢液，在出钢浇铸前加入镧-铈稀土合金和金属钙，浇铸温度控制在1490-1560℃；
(2)电渣重熔：进行电渣重熔制成钢锭；
(3)高温扩散：采用高温炉对钢锭进行扩散，扩散温度1150-1300℃；
(4)锻造开坯：对步骤(3)所得物进行锻造，始锻温度控制在1120-1280℃，终锻温度控制在900-1050℃；
(5)热轧：对步骤(4)所得物进行热轧，热轧时坯料加热温度1150-1250℃，开轧温度控制在1150-1250℃，终轧温度控制在950-1050℃；
(6)固溶：热轧后在热处理炉中进行固溶处理，温度为1050-1150℃，冷却方式采用水冷。
本发明的上述方法制备所得奥氏体不锈钢的α相：在室温300倍下铁素体含量为0(按照GB/13305标准检测)。其中的非金属夹杂物：不含A类、B类、C类且D类总和＜1级，晶粒度4-5级。
本发明方法通过在钢的成分中添加0.3～0.8％稀土，0.5％～1％金属钙：稀土变质夹杂物带来的好处是能够形成在晶内任意分布的高熔点细小球形稀土夹杂，细化组织，减少偏析。金属钙能够很好实现脱氧，脱硫。本发明通过在浇注时添加混合稀土合金及金属钙，保证氧及硫含量更低，在添加稀土元素后，因其活性大等特点，主要富集在晶界，减少了其它S、P等杂质在晶界的偏聚，强化晶界提高了晶界的强度和耐腐蚀性能。本发明冶炼工艺的最大优点是在出钢前加入稀土合金及金属钙，有效地改变了夹杂物的形貌、尺寸，同时起到复合微合金化作用。
另外，本发明的又一特点是通过高温扩散+锻造+热轧+固溶的组合方式，消除偏析、使整个组织均匀。为了得到纯净奥氏体不锈钢，组织必须均匀，不能有一点成分偏析，而高温扩散是解决此问题的最有效方法。本发明的氢含量要求H≤5PPM，氢在奥氏体钢中溶解度大，不易去除。而本发明的又一特点是通过镦粗抜长将钢锭原始组织破坏后在高温扩散，高温扩散过程晶粒不断长大，溶解在钢锭中的氢不断在长大的晶界上富集，通过分子热运动扩散出钢锭，一举两得。
本发明不锈钢的耐热性和热加工性能良好，在1150-1250℃长时间加热后锻造时不起皮，在850-1300℃范围，具有良好的延展性和塑性，均易于锻轧成形，该合金具有优良的延展性、塑性和冲击韧性。
此外，本发明不锈钢还具有良好的冷加工和焊接性能，适于制造各种锻件以及管、棒、线和板等各种型材和焊接构件，其焊接工艺和设备与一般不锈钢相同。
进一步的是，步骤(1)中所述熔炼采用真空感应炉、非真空感应炉+氩氧精炼炉、电炉+炉外精炼中任一种工艺。
进一步的是，步骤(1)中所述镧-铈稀土合金的加入量为0.3～0.8％，稀土合金中镧和铈的质量占比为2:1。
进一步的是，步骤(1)中所述金属钙的加入量为0.5％～1％。
进一步的是，步骤(2)中电渣重熔采用的渣系为：CaF2 62％，Al2O3 17％，CaO11％，MgO 5％，SiO2 5％。
进一步的是，步骤(2)中在电渣重熔过程中加入Si-Ca粉，所述Si-Ca粉的加入量占电渣质量的0.1％。
进一步的是，步骤(2)中所述电渣重熔采用通电渣重熔、保护气氛电渣重熔、真空自耗中任一种工艺。
进一步的是，步骤(3)中高温炉内扩散的时间为30-60min。
进一步的是，步骤(4)中锻造采用2000T压机。
进一步的是，步骤(5)中所述热轧采用650型热轧机。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明制备所得奥氏体不锈钢的α相：在室温300倍下铁素体含量为0(按照GB/13305标准检测)；
(2)本发明所得奥氏体不锈钢中非金属夹杂物：不含A类、B类、C类且D类总和＜1级，晶粒度4-5级。
(3)本发明所得奥氏体不锈钢的耐热性和热加工性能良好，在1150-1250℃长时间加热后锻造时不起皮，在850-1300℃范围，具有良好的延展性和塑性，均易于锻轧成形，该合金具有优良的延展性、塑性和冲击韧性。
附图说明
图1-5分别为本发明实施例1-2和对比例3-5所得奥氏体不锈钢的α相检测结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是，以下实施例仅仅用于对本发明进行解释和说明，并不用于限定本发明。本领域技术人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
取表1中实施例1的元素组成，进行奥氏体不锈钢的制备，方法按照以下步骤：
(1)冶炼：取所需元素的原料，采用真空感应炉对原料进行熔炼成钢液，在出钢浇铸前加入0.3％(占钢液总质量的百分数)的镧-铈稀土合金(镧:铈质量比为2:1)，以及1％(占钢液总质量的百分数)的金属钙，浇铸温度控制在1490℃；
(2)电渣重熔：进行电渣重熔制成钢锭，采用氮气保护进行电渣重熔；渣系为：CaF262％，Al2O3 17％，CaO 11％，MgO 5％，SiO2 5％，在电渣重熔过程中加入占渣系质量0.1％的Si-Ca粉；
(3)高温扩散：采用高温炉对钢锭进行扩散，扩散温度1150℃，扩散时间30min；
(4)锻造开坯：采用2000T压机对步骤(3)所得物进行锻造，始锻温度控制在1120℃，终锻温度控制在900℃；
(5)热轧：对步骤(4)所得物进行热轧，热轧时坯料加热温度1150℃，开轧温度控制在1150℃，终轧温度控制在950℃；
(6)固溶：热轧后在热处理炉中进行固溶处理，温度为1050℃，冷却方式采用水冷。
实施例2
取表1中实施例2的元素组成，进行奥氏体不锈钢的制备，方法按照以下步骤：
(1)冶炼：取所需元素的原料，采用非真空感应炉+氩氧精炼炉对原料进行熔炼成钢液，在出钢浇铸前加入0.8％(占钢液总质量的百分数)的镧-铈稀土合金(镧:铈质量比为2:1)，以及1％(占钢液总质量的百分数)的金属钙，浇铸温度控制在1560℃；
(2)电渣重熔：进行电渣重熔制成钢锭，采用通用电渣重熔(无保护气)进行电渣重熔；渣系为：CaF2 62％，Al2O3 17％，CaO 11％，MgO 5％，SiO2 5％，在电渣重熔过程中加入占渣系质量0.1％的Si-Ca粉；
(3)高温扩散：采用高温炉对钢锭进行扩散，扩散温度1300℃，扩散时间60min；
(4)锻造开坯：采用2000T压机对步骤(3)所得物进行锻造，始锻温度控制在1280℃，终锻温度控制在1050℃；
(5)热轧：采用650型热轧机对步骤(4)所得物进行热轧，热轧时坯料加热温度1250℃，开轧温度控制在1250℃，终轧温度控制在1050℃；
(6)固溶：热轧后在热处理炉中进行固溶处理，温度为1150℃，冷却方式采用水冷。
对比例1
取表1中对比例1的元素组成，进行奥氏体不锈钢的制备，方法按照以下步骤：
(1)冶炼：取所需元素的原料，采用真空感应炉对原料进行熔炼成钢液，然后进行常规浇铸(不加入镧-铈稀土合金和金属钙)，浇铸温度控制在1490℃；
(2)电渣重熔：进行电渣重熔制成钢锭，采用氮气保护进行电渣重熔；渣系为：CaF262％，Al2O3 17％，CaO 11％，MgO 5％，SiO2 5％，在电渣重熔过程中加入占渣系质量0.1％的Si-Ca粉；
(3)高温扩散：采用高温炉对钢锭进行扩散，扩散温度1150℃，扩散时间30min；
(4)锻造开坯：采用2000T压机对步骤(3)所得物进行锻造，始锻温度控制在1120℃，终锻温度控制在900℃；
(5)热轧：对步骤(4)所得物进行热轧，热轧时坯料加热温度1150℃，开轧温度控制在1150℃，终轧温度控制在950℃；
(6)固溶：热轧后在热处理炉中进行固溶处理，温度为1050℃，冷却方式采用水冷。
对比例2
取表1中对比例2的元素组成，进行奥氏体不锈钢的制备，方法按照以下步骤：
(1)冶炼：取所需元素的原料，采用非真空感应炉+氩氧精炼炉对原料进行熔炼成钢液，然后进行常规浇铸(不加入镧-铈稀土合金和金属钙)，浇铸温度控制在1560℃；
(2)电渣重熔：进行电渣重熔制成钢锭，采用通用电渣重熔(无保护气)进行电渣重熔；渣系为：CaF2 62％，Al2O3 17％，CaO 11％，MgO 5％，SiO2 5％，在电渣重熔过程中加入占渣系质量0.1％的Si-Ca粉；
(3)锻造开坯：采用2000T压机对步骤(2)所得物进行锻造，始锻温度控制在1280℃，终锻温度控制在1050℃；
(4)热轧：采用650型热轧机对步骤(3)所得物进行热轧，热轧时坯料加热温度1250℃，开轧温度控制在1250℃，终轧温度控制在1050℃；
(5)固溶：热轧后在热处理炉中进行固溶处理，温度为1150℃，冷却方式采用水冷。
对比例3
取表1中对比例3的元素组成，进行奥氏体不锈钢的制备，方法按照以下步骤：
(1)冶炼：取所需元素的原料，采用非真空感应炉+氩氧精炼炉对原料进行熔炼成钢液，在出钢浇铸前加入0.2％(占钢液总质量的百分数)的镧-铈稀土合金(镧:铈质量比为1:1)，以及0.5％(占钢液总质量的百分数)的金属钙，浇铸温度控制在1490℃；
(2)电渣重熔：进行电渣重熔制成钢锭，采用氮气保护进行电渣重熔；渣系为：CaF262％，Al2O3 17％，CaO 11％，MgO 5％，SiO2 5％，在电渣重熔过程中加入占渣系质量0.1％的Si-Ca粉；
(3)高温扩散：采用高温炉对钢锭进行扩散，扩散温度1150℃，扩散时间30min；
(4)锻造开坯：采用2000T压机对步骤(3)所得物进行锻造，始锻温度控制在1120℃，终锻温度控制在900℃；
(5)热轧：对步骤(4)所得物进行热轧，热轧时坯料加热温度1150℃，开轧温度控制在1150℃，终轧温度控制在950℃；
(6)固溶：热轧后在热处理炉中进行固溶处理，温度为1050℃，冷却方式采用水冷。
表1
Figure BDA0002603873400000101
测试例1
对上述不锈钢进行夹杂物含量测定，测定方法采用国家最新标准，测试结果如表2：
表2
Figure BDA0002603873400000102
Figure BDA0002603873400000111
注：表中数值均为夹杂物级别。
测试例2
按照GB/13305标准检测所得不锈钢的α相，室温下300倍铁素体含量检测结果如图1-5，其中图1和图2分别代表实施例1和2的钢种，图3-图5分别代表对比例1-3的钢种。结果表明：本发明实施例1和2中所得奥氏体不锈钢的α相检测为0(图1和图2)，而对比例1和2中分别含10％和6％的铁素体(图3和图4)，对比例3中仍含有2％的铁素体(图5)。
测试例3
对本发明实施例1和2所得奥氏体不锈钢的耐热性和热加工性能进行检测，结果表明：其在1150-1250℃加热12h后锻造时不起皮，在850-1300℃范围内，具有良好的延展性和塑性，均易于锻轧成形，该合金具有优良的延展性、塑性和冲击韧性。

Claims (10)

1.一种纯净奥氏体不锈钢的制备方法，其特征在于，所述奥氏体不锈钢的元素组成按质量百分比为：C≤0.06％，Si≤0.60％，Mn 1.0～2.0％，Cr 18.5～20.0％，Ni 8.0～10.％，P≤0.020％，S≤0.003％，H≤5ppm，O≤30ppm，余量为Fe；
其制备方法包括以下步骤：
(1)冶炼：取所需元素的原料，对原料进行熔炼成钢液，在出钢浇铸前加入镧-铈稀土合金和金属钙，浇铸温度控制在1490-1560℃；
(2)电渣重熔：进行电渣重熔制成钢锭；
(3)高温扩散：采用高温炉对钢锭进行扩散，扩散温度1150-1300℃；
(4)锻造开坯：对步骤(3)所得物进行锻造，始锻温度控制在1120-1280℃，终锻温度控制在900-1050℃；
(5)热轧：对步骤(4)所得物进行热轧，热轧时坯料加热温度1150-1250℃，开轧温度控制在1150-1250℃，终轧温度控制在950-1050℃；
(6)固溶：热轧后在热处理炉中进行固溶处理，温度为1050-1150℃，冷却方式采用水冷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述熔炼采用真空感应炉、非真空感应炉+氩氧精炼炉、电炉+炉外精炼中任一种工艺。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述镧-铈稀土合金的加入量为0.3～0.8％，稀土合金中镧和铈的质量占比为2:1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述金属钙的加入量为0.5％～1％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中电渣重熔采用的渣系为：CaF260％，Al2O317％，CaO 11％，MgO 9％，SiO23％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中在电渣重熔过程中加入Si-Ca粉，所述Si-Ca粉的加入量占电渣质量的0.1％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述电渣重熔采用通用电渣重熔、保护气氛电渣重熔、真空自耗中任一种工艺。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中高温炉内扩散的时间为30-60min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中锻造采用2000T压机。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述热轧采用650型热轧机。
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