CN111926260B - 一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法 - Google Patents

一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，所属冶金领域，方法包括真空冶炼、电渣重熔、锻造、控制轧制和热处理；本发明方法根据低磁不锈钢板目标厚度设置控制轧制工艺和热处理工艺，其中20mm≤厚度≤40mm的低磁不锈钢板采用未再结晶区的控制轧制、低温固溶处理和两阶段时效处理的制备方法；40mm＜厚度≤80mm的低磁不锈钢板采用未完全再结晶区的小压下控制轧制和热轧后直接两阶段时效处理的制备方法。制得的20mm～80mm厚低磁不锈钢板性能指标：屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥15％，相对磁导率≤1.005。

Description

一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法
背景领域
本发明属于冶金领域，特别涉及一种低磁不锈钢中厚板，具体为一种20mm-80mm厚屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法。
背景技术
低磁不锈钢室温下由稳定的单相奥氏体组成，在磁场作用下基本不产生磁感应现象，相对磁导率略大于1。目前，低磁不锈钢已经广泛应用于电力、轨道交通、建筑以及国防军工等领域，比如大型发电机护环、核聚变装置、超导发电、输电和储能设备等所需的关键无磁构件和扫雷艇船体等。目前20-80mm厚低磁不锈钢板的屈服强度远低于785MPa，无法满足要求。
专利号为ZL 201810224633.9的专利提出一种抗拉强度1100MPa无磁不锈钢热轧板及制造方法，采用第二相强化的方法设计钢的化学成分，之后再进行固溶处理和时效处理。该专利涉及的钢板厚度为2.8～3.5mm，屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥1100MPa，断后伸长率≥30％，相对磁导率≤1.005。
上述专利方法生产的2.8～3.5mm的无磁不锈钢热轧板屈服强度虽然超过800MPa，但是随着厚度规格的增加，钢板的屈服强度逐渐降低，按照该专利方法生产出的20～80mm的低磁不锈钢中厚板屈服强度无法达到785MPa。因此，需要开发新的制备方法，以满足20～80mm厚度不锈钢产品的使用需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，其中20mm≤厚度≤40mm的低磁不锈钢板采用未再结晶区的控制轧制加低温固溶和两阶段时效的制备方法，40mm＜厚度≤80mm的不锈钢板采用未完全再结晶区小压下控制轧制和热轧后直接两阶段时效的制备方法，最终获得的低磁不锈钢中厚板性能指标：屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥15％，相对磁导率≤1.005。其具体技术方案如下：
一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，包含如下步骤：
步骤1，真空冶炼：
按低磁不锈钢化学成分配比，首先添加纯铁和含铝脱氧剂至熔炼炉内，抽真空进行粗炼40分钟后，充入氩气使熔炼炉内压力达到0.09MPa，然后将合金元素按照Nb、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Al的顺序依次加入熔炼炉内，紧接着进行电磁搅拌至熔融，出钢温度1500～1600℃，浇铸为棒状锭；
所述低磁不锈钢化学成分配比为：重量百分比C:0.05～0.09％，Si:0.1～0.3％，Mn:1.5～3.5％，Mo:1.5～2.5％，Cr:13～18％，Ni:20～26％，Nb:0.4～0.9％，Ti：2.2～2.9％，Al：0.6～1.5％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe；
步骤2，电渣重熔：
将棒状锭经过电渣重熔获得电渣锭；
步骤3，锻造：
电渣锭锻前加热温度≥1200℃，加热时间≥12h，保温时间＞4h，然后进行自由锻造，锻造过程中当温度＜1050℃时进行回炉加热，终锻温度≥1050℃，锻坯制成倒角或圆角，防止开裂；
步骤4，控制轧制：
根据钢板目标厚度，选择控制轧制工艺，如下：
1)20mm≤厚度≤40mm的热轧板：将锻坯在1200℃条件下保温4h，然后采用四辊轧机轧制，开轧温度为1150～1200℃，轧制道次为7～9次，其中，最后3道次在奥氏体未再结晶区温度下进行轧制，即最后3道次在900～960℃温度下进行轧制，然后进行一道次平整，轧制结束后进行水冷快速降温，避免有害析出相产生；
2)40mm＜厚度≤80mm的热轧板：将锻坯在1200℃条件下保温4h，然后采用四辊轧机轧制，开轧温度为1150～1200℃，轧制道次为7～9次，其中，最后4～5道次在奥氏体未完全再结晶区温度下进行轧制，即最后4～5道次在1000～1050℃温度下进行轧制变形，且控制最后4～5道次的压下率＜10％，然后进行一道次平整，轧制结束后进行水冷快速降温，避免有害析出相产生；
步骤5，热处理：
根据钢板目标厚度，选择热处理工艺，如下：
1)20mm≤厚度≤40mm的热处理板：对轧制后的钢板进行未完全再结晶区的固溶处理，固溶温度为960～980℃，时间0.5～2h，之后水冷至室温，得到具有均匀奥氏体组织的钢板；将固溶处理后的钢板进行两次时效处理，使第二相在晶内充分析出，同时避免长时间加热导致的析出相分解和聚集长大；第一次时效温度为650～800℃，时效时间为3～6h，时效后直接水冷至25℃；第二次时效温度为650～800℃，时效时间为2～5h，时效后直接水冷至25℃；
2)40mm＜厚度≤80mm的热处理板：热轧后的钢板直接通过两次时效处理，使第二相在晶内充分析出，同时避免长时间加热导致的析出相分解和聚集长大；第一次时效温度为650～800℃，时效时间为4～7h，时效后直接水冷至25℃；第二次时效温度为650～800℃，时效时间为2～5h，时效后直接水冷至25℃；
上述方法得到的低磁不锈钢中厚板的屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥15％，相对磁导率≤1.005。
本发明的一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
一、根据钢板轧制厚度控制终轧温度，其中，20mm≤厚度≤40mm的低磁不锈钢中厚板采用未再结晶区控制轧制(900～960℃)，40mm＜厚度≤80mm的低磁不锈钢中厚板采用未完全再结晶区控制轧制(1000～1050℃)，如此解决了随着厚度的增加轧制力升高的问题，同时两种方法都属于低终轧温度轧制，因此获得的奥氏体晶粒都较细；
二、20mm≤厚度≤40mm的低磁不锈钢中厚板未再结晶区轧制后的变形组织较多，因此采用960～980℃的未完全再结晶区固溶处理消除变形组织。40mm＜厚度≤80mm的低磁不锈钢中厚板通过未完全再结晶区多道次小变形轧制，有效避免变形组织和促使奥氏体再结晶，无需进行固溶处理，避免了高温热处理时组织粗大的问题；
三、20mm-80mm低磁不锈钢板均采用两阶段时效的时效处理方法，从而促使析出相在晶内的充分析出，避免了长时间加热导致析出相的分解和聚集长大；
四、所得到的20mm-80mm厚低磁不锈钢板的屈服强度≥785MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥15％，相对磁导率≤1.005，达到较高的使用要求。
附图说明
图1为本发明实施例1的金相显微组织图；
图2为本发明实施例1的扫描电镜显微组织图；
图3为本发明实施例2的金相显微组织图；
图4为本发明实施例2的扫描电镜显微组织图；
具体实施方式
下面结合具体实施案例和附图1-4对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，包含如下步骤：
1、真空冶炼：按设定的化学成分配料：重量百分比C:0.07％，Si:0.2％，Mn:1.8％，Mo:2.1％，Cr:14％，Ni:21％，Nb:0.6％，Ti：2.2％，Al：1.1％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。采用真空感应炉进行冶炼，首先添加纯铁和含铝脱氧剂，抽真空进行粗炼40分钟后，冲入氩气到炉内至0.09MPa后，将料斗内的合金元素按照Nb、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Al的顺序依次加入熔炼炉内后，经过电磁搅拌，出钢温度1500-1600℃，浇铸为4根Φ100*600的棒状锭；
2、电渣重熔：将4根Φ100*600的棒状锭焊接为一根长锭，经过电渣重熔获得一根Φ166mm*624mm的电渣锭；
3、锻造：电渣锭锻前加热温度≥1200℃，加热时间大于等于12小时，保温时间大于4小时，通过自由锻造，锻造过程中温度不足1050℃时需回炉加热，终锻温度应大于等于1050℃，为防止开裂，锻坯为倒角或圆角，锻坯尺寸为宽度120mm×高度160mm×长度700mm；
4、控制轧制：锻坯轧前需1200℃保温4h，利用四辊轧机轧制。开轧温度为1186℃，终轧温度为935℃(终轧温度处于未再结晶区)，轧制道次为9，最后一道次为平整，钢板的厚度为25mm，轧制结束后水冷降温，避免在有害析出相区停留，轧制工艺参数如表1所示。
表1 25mm厚板材控制轧制工艺参数
Figure BDA0002645826880000041
5、固溶处理：对轧制后的钢板进行固溶处理，固溶温度为970℃，时间1h，之后水淬至室温，最终消除变形组织，得到均匀的奥氏体组织；
6、时效处理：固溶处理后的低磁不锈钢板通过两次时效处理，使第二相在晶内充分析出，同时避免长时间加热导致的析出相分解和聚集长大。第一次时效温度为710℃，时效时间为4h，时效后直接水水冷；第二次时效温度为710℃，时效时间为2.5h，时效后直接水淬。
按照GB/T2975-1998，在CMT5105-SANS微机控制电子万能实验机上进行室温拉伸测试。性能检测结果为：屈服强度792MPa，抗拉强度1125MPa，断后伸长率20％，相对磁导率1.0041。图1为金相显微组织图，图2为扫描电镜显微组织图。
实施例2
一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，包含如下步骤：
1、真空冶炼：按设定的化学成分配料：重量百分比C:0.06％，Si:0.2％，Mn:2％，Mo:2％，Cr:16％，Ni:23％，Nb:0.5％，Ti：2.4％，Al：1.1％，P≤0.05％，S≤0.05％，余量为Fe。采用真空感应炉进行冶炼，首先添加纯铁和含铝脱氧剂，抽真空进行粗炼40分钟后，冲入氩气到炉内至0.09MPa后，将料斗内的合金元素按照Nb、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Al的顺序依次加入熔炼炉内后，经过电磁搅拌，出钢温度1500-1600℃，浇铸为棒状锭；
2、电渣重熔：将4根Φ100*600的棒状锭焊接为一根长锭，经过电渣重熔获得一根Φ174mm*621mm的电渣锭；
3、锻造：电渣锭锻前加热时间大于等于12小时，保温时间大于4小时，保温温度≥1200℃，通过自由锻造，锻造过程中温度不足1050℃时需回炉加热，终锻温度应大于等于1050℃，为防止开裂，锻坯可倒角(或圆角)，锻坯尺寸为宽度120mm×高度160mm×长度768mm；
4、控制轧制：锻坯轧前需1200℃保温4h，利用四辊轧机轧制。开轧温度为1173℃，终轧温度为1020℃(终轧温度处于未完全再结晶区)，轧制道次为7，最后一道次为平整，钢板厚度为65mm，轧制结束后水冷降温，避免在有害析出相区停留，轧制工艺参数如表2所示。
表2 65mm厚板材控制轧制工艺参数
Figure BDA0002645826880000051
5、时效处理：热轧后的低磁不锈钢板通过两阶段时效处理，使第二相在晶内充分析出，同时避免长时间加热导致的析出相分解和聚集长大。第一次时效温度为715℃，时效时间为6h，时效后直接水水冷；第二次时效温度为715℃，时效时间为3h，时效后直接水淬。
按照GB/T2975-1998，在CMT5105-SANS微机控制电子万能实验机上进行室温拉伸测试。性能检测结果为：屈服强度788MPa，抗拉强度1115MPa，断后伸长率16％，相对磁导率1.0035。图3为金相显微组织图，图4为扫描电镜显微组织图。

Claims (6)

1.一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1，真空冶炼：
低磁不锈钢化学成分配比为：重量百分比C: 0.05~0.09%，Si: 0.1~0.3%，Mn: 1.5~3.5%，Mo: 1.5~2.5%，Cr : 13~18%，Ni: 20~26%，Nb: 0.4~0.9%，Ti：2.2~2.9%，Al：0.6~1.5%，P ≤0.05%，S≤0.05 %，余量为Fe；按低磁不锈钢化学成分配比，首先添加纯铁和含铝脱氧剂至熔炼炉内，抽真空进行粗炼，充入氩气使熔炼炉内压力达到0.09MPa，然后将合金元素Nb、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Al分别加入熔炼炉内，紧接着进行搅拌至熔融，出钢温度1500~1600℃，浇铸为棒状锭；
步骤2，电渣重熔：
将棒状锭经过电渣重熔获得电渣锭；
步骤3，锻造：
电渣锭锻前加热温度≥1200℃，加热时间≥12h，保温时间＞4h，然后进行自由锻造，锻造过程中当温度＜1050℃时进行回炉加热，终锻温度≥1050℃，锻坯制成倒角或圆角，防止开裂；
步骤4，控制轧制：
根据钢板目标厚度，选择控制轧制工艺，如下：
20mm≤厚度≤40mm的热轧板：将锻坯在1200℃条件下保温4h，然后采用轧机进行轧制，开轧温度为1150~1200℃，轧制道次为7~9次，其中，最后3道次在奥氏体未再结晶区温度下进行轧制，即最后3道次在900~960℃温度下进行轧制，然后进行一道次平整，轧制结束后进行水冷快速降温，避免有害析出相产生；
40mm＜厚度≤80mm的热轧板：将锻坯在1200℃条件下保温4h，然后采用四辊轧机轧制，开轧温度为1150~1200℃，轧制道次为7~9次，其中，最后4~5道次在奥氏体未完全再结晶区温度下进行轧制，即最后4~5道次在1000~1050℃温度下进行轧制变形，且控制最后4~5道次的压下率＜10%，然后进行一道次平整，轧制结束后进行水冷快速降温，避免有害析出相产生；
步骤5，热处理：
根据钢板目标厚度，选择热处理工艺，如下：
1）20mm≤厚度≤40mm的热处理板：对轧制后的钢板进行未完全再结晶区的固溶处理，固溶温度为960~980℃，时间0.5~2h，之后水冷至室温，得到具有均匀奥氏体组织的钢板；将固溶处理后的钢板进行两次时效处理，使第二相在晶内充分析出，同时避免长时间加热导致的析出相分解和聚集长大；第一次时效温度为650~800℃，时效时间为3~6h，时效后直接水冷；第二次时效温度为650~800℃，时效时间为2~5h，时效后直接水冷；
2）40mm＜厚度≤80mm的热处理板：热轧后的钢板直接通过两次时效处理，使第二相在晶内充分析出，同时避免长时间加热导致的析出相分解和聚集长大；第一次时效温度为650~800℃，时效时间为4~7h，时效后直接水冷；第二次时效温度为650~800℃，时效时间为2~5h，时效后直接水冷；
制备得到低磁不锈钢中厚板的屈服强度≥785 MPa，抗拉强度≥1100 MPa，延伸率≥15%，相对磁导率≤1.005。
2.根据权利要求1所述的一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述合金元素的添加顺序为Nb、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、Ti、Al。
3.根据权利要求1所述的一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述粗炼的时间为40min。
4.根据权利要求1所述的一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述搅拌为电磁搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述轧机采用四辊轧机。
6.根据权利要求1所述的一种屈服强度785MPa低磁不锈钢中厚板的制备方法，其特征在于，步骤5中，所述水冷至25℃。
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