CN112063936A - 高氮低镍无铜奥氏体不锈钢 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高氮低镍无铜奥氏体不锈钢，组分按重量百分比为：C：0.12～0.16％wt％，Si：0.40～0.50％wt％，Mn：8.0～10.0％wt％，P：≤0.045％wt％，S≤0.005％wt％，Cr：14.5～15.0％wt％，Ni：1.0～1.3％wt％，N：0.18～0.20％，其余为Fe和不可避免杂质元素。本发明在降低企业生产成本的同时解决目前节镍型奥氏体冷加工马氏体转变硬化程度严重的难题，优化产品冷加工性能和提高一次冷轧极限压下率，降低冷轧开裂质量风险及经济损失。

Description

高氮低镍无铜奥氏体不锈钢

技术领域

本发明涉及轧钢领域，具体涉及不锈钢的冶炼、轧制，尤其是一种高氮低镍无铜奥氏体不锈钢。

背景技术

节镍型奥氏体不锈钢是以锰、氮代替稀缺和昂贵的镍元素而发展起来的铬锰氮奥氏体不锈钢，因其良好的耐腐蚀性与高低温性能，在国内装饰以及制管行业得到广泛使用，不锈钢企业品种开发数量和产品产量均逐年快速增长。节镍型奥氏体不锈钢为典型的亚稳定奥氏体不锈钢，冷变形过程中会产生大量的形变诱导马氏体，导致材料强度增加，塑性降低，对后续冷加工使用带来了很大的困难，严重制约了该钢种的开发使用。

综上所述，现有技术中存在以下问题：节镍型奥氏体不锈钢冷加工马氏体转变硬化程度严重。

发明内容

本发明提供一种高氮低镍无铜奥氏体不锈钢，以解决节镍型奥氏体不锈钢冷加工马氏体转变硬化程度严重的问题。

为此，本发明提出一种高氮低镍无铜奥氏体不锈钢，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的组分按重量百分比为：C：0.12～0.16％wt％，Si：0.40～0.50％wt％，Mn：8.0～10.0％wt％，P：≤0.045％wt％，S≤0.005％wt％，Cr：14.5～15.0％wt％，Ni：1.0～1.3％wt％，N：0.18～0.20％，其余为Fe和不可避免杂质元素。

进一步地，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的组分按重量百分比为：C：0.152％wt％，Si：0.42％wt％，Mn：9.19％wt％，P：0.035％wt％，S：0.03％wt％，Cr：14.76％wt％，Ni：1.19％wt％，N：0.197％。

进一步地，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的组分按重量百分比为：C：0.145％wt％，Si：0.43％wt％，Mn：9.13％wt％，P：0.037％wt％，S：0.04％wt％，Cr：14.68％wt％，Ni：1.19％wt％，N：0.190％。

进一步地，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的组分按重量百分比为：C：0.155％wt％，Si：0.42％wt％，Mn：9.27％wt％，P：0.038％wt％，S：0.04％wt％，Cr：14.71％wt％，Ni：1.18％wt％，N：0.189％。

进一步地，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢经冶炼、热轧、固溶退火和酸洗，形成2.0mm厚度热轧退火酸洗卷产品，然后经过第一次冷轧将固溶退火后的热轧退火酸洗卷产品的厚度从2.0mm减薄至厚度0.45mm以下，形成厚度为0.45mm以下的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢带。

进一步地，所述0.45mm以下的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢带经过一次中间退火后，进行第二次冷轧后，得到厚度位0.2～0.3mm的节镍型奥氏体不锈钢带。

本发明具有如下效果：

(1)本发明高氮低镍无铜奥氏体不锈钢生产成本低，有效节约昂贵的锰、铬、镍合金元素，综合性能优于同类型钢种，具有较大市场应用前景。

(2)本发明有效解决节镍型奥氏体冷加工过程马氏体转变硬化的共性难题，显著提升钢带的冷加工性能，突破了一次冷轧减薄厚度0.5mm的性能瓶颈。本发明的热轧退火酸洗卷产品的厚度为2.0mm，一次冷轧减薄厚度小于0.45mm，只需一次中间退火，再经过一次冷轧，即可达目标厚度0.2～0.3mm的节镍型奥氏体不锈钢板。

(3)本发明高氮低镍无铜奥氏体不锈钢产品质量优异且稳定，缺陷发生率低，客户使用反馈良好，认可度远超其他企业同类型产品。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明。

本发明通过科学的成分设计、热轧及退火工艺控制，在降低企业生产成本的同时解决目前节镍型奥氏体冷加工马氏体转变硬化程度严重的难题，优化产品冷加工性能和提高一次冷轧极限压下率，降低冷轧开裂质量风险及经济损失。

本发明的技术方案是采用Schaeffler组织图进行新成分钢种室温组织的预测，利用Md30/50计算公式确定新钢种的奥氏体稳定性，利用Siever定律下的经验公式进行钢液氮溶解度的预测。通过研究合金元素对奥氏体不锈钢成型性能的影响和节镍型奥氏体不锈钢冷加工诱变马氏体硬化机理，在此基础上结合市场合金价格，以低成本的C、Mn、Cr、N代替昂贵的Ni、Cu元素，设计出最佳合金成分配比，开发出成本-性能最优化组合的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢产品；并通过对其制造过程中冶炼、连铸、热轧、固溶退火工艺参数的研究，提出一种高氮低镍无铜奥氏体不锈钢制造方法。

本发明高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的化学成分为：C0.12～0.16％、Si0.40～0.50％、Mn8.0～10.0％、P≤0.045％、S≤0.005％、Cr14.5～15.0％、Ni1.0～1.3％、N0.18～0.20％，其余为Fe和不可避免杂质元素。

在钢种成分设计中，磷、硫是不锈钢中的有害元素，对不锈钢的耐腐蚀性和冲压性都会产生不利影响，因此本发明控制钢中P≤0.045％、S≤0.005％。

铬与氧结合生成耐腐蚀的Cr₂O₃钝化膜，是不锈钢保持耐蚀性最基本的合金元素，铬含量高低决定着不锈钢的耐腐蚀性能，本发明铬含量保持在14.5～15.0％范围内，确保其优异的耐腐蚀性能。

镍在奥氏体不锈钢中是形成并稳定奥氏体组织的元素，其本身不是耐腐蚀元素，但能改善和加强铬的钝化机理。由于镍是贵重稀有金属，价格昂贵，且碳、氮元素均可强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区，而锰具有强烈稳定奥氏体的作用，同时可以增强氮在奥氏体钢中的溶解度。本发明以低成本的C、Mn、N替代昂贵的Ni，C控制在0.12～0.16％、Mn控制在8.0～10.0％、N控制在0.18～0.20％，而Ni控制在1.0～1.3％。

基于各元素在节镍型奥氏体不锈钢的作用，同时考虑铬镍当量相平衡和马氏体转变点温度的计算：

铬当量Creq＝％Cr+1.5×(％Si)

镍当量Nieq＝％Ni+30×(％C+％N)+0.5×(％Mn)

奥氏体平衡系数A＝30×(％C+％N)+0.5×％Mn+％Ni－1.3×％Cr+11.8

马氏体转变点温度Md(30/50)＝551-462×(％C+％N)-9.2×％Si-8.1×％Mn-13.7×％Cr-29×(％Ni+％Cu)

通过相平衡和马氏体转变点温度研究测算，本发明的钢种位于Schaeffler组织图的奥氏体区间内；本发明的马氏体转变点温度Md(30/50)值低于80，马氏体转变冷加工硬化程度低，具有良好的冷加工成型性能，实现了成本-性能最优化组合。

本发明高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的制造方法包括：高炉低镍铁水→600t混铁炉→60tAOD冶炼→LF精炼→双流板坯连铸→热连轧→固溶退火。各工序关键技术控制如下：

(1)冶炼

AOD冶炼分为四个阶段：化钢期、氧化期、还原期及精炼期。AOD吨钢原料入炉情况：镍铁水468kg/吨钢、镍生铁305kg/吨钢、铬铁209kg/吨钢、电解锰85kg/吨钢、硅锰42kg/吨钢及其他合金物料；化钢期热量补偿采用硅铁合金，为保证还原期充足的热量需求，氧化期终点温度控制1700～1720℃，电解锰合金必须在进入还原期后才能加入；为保证合金回收率、脱硫率和造渣质量，化钢期碱度控制在1.0～1.2，还原期碱度控制在2.0～2.2。

吹炼过程侧枪控制，氧化中末期侧枪逐步提高供氮比例，由全氧逐步切换为全氮侧吹进入还原期，还原期侧枪全氮吹炼保证还原气氛和提升钢中氮含量，还原期终点氮0.30～0.32％。进入精炼期前完成合金化，精炼期禁止加入合金冷料，避免合金熔化不完全，成分不均；精炼期侧枪全氩吹炼3min，均匀钢液成分、温度以及去夹杂，同时通过吹氩排出钢液中过剩的氮将氮含量控制0.18～0.20％。

(2)热轧

铸坯加热温度制度：预热段温度650～800℃、加热段温度1220～1260℃、均热段温度1250±30℃；粗轧温度1200±30℃，中间坯厚度36～38mm；精轧终点温度1030±30℃；卷取温度严格控制在820℃以下。

根据相图平衡计算和不同卷取温度下析出物检测分析，轧后C、N化物析出的鼻温区为850～900℃。为避开敏化温度区间，控制热轧卷取过程C、N化物的析出，精轧后采取层流冷却工艺快速冷却钢带将卷取温度控制在820℃以下。

(3)固溶退火

热轧后，在连续热处理炉进行固溶处理，固溶退火温度为1080～1120℃，退火速度15～21m/min，冷却方式采用水冷、空冷相结合，固溶处理后即获得本发明钢种固溶态奥氏体稳定组织。固溶退火的热轧钢带经酸洗，去除表面氧化铁皮后为白皮钢带产品。

(4)材料性能

退火后钢带屈服强度Rp0.2/MPa≥440Mpa，抗拉强度Rm≥950Mpa，断后伸长率A≥55％，180°冷弯试验(D＝2a)完好，洛氏硬度HRB≤95，晶粒度7.6～8.6级。

本发明的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的生产方法采用下述成分配比和具体工艺。其中，表1是实施例产品化学成分(按重量百分比计)。表2是与表1所述实施例钢对应的工艺参数。表3是从表1实施例抽取试样的性能检验结果。

表1：实施例产品化学成分，％

实例	C	Ni	Cr	Mn	Cu	Si	P	S	N
										实例1	0.152	1.19	14.76	9.19	0.03	0.42	0.035	0.003	0.197
实例2	0.155	1.18	14.71	9.27	0.03	0.42	0.038	0.004	0.189
										实例3	0.154	1.17	14.72	9.29	0.03	0.41	0.037	0.003	0.191
实例4	0.145	1.19	14.68	9.13	0.03	0.43	0.036	0.004	0.19
										实例5	0.150	1.17	14.97	9.22	0.03	0.43	0.035	0.004	0.195

表2：实施例具体的工艺参数

表3：实施例高氮低镍无铜奥氏体不锈钢热轧退火产品性能

一次冷轧减薄厚度是热轧退火酸洗卷产品客户使用评价最为关键的性能指标。由于节镍型奥氏体不锈钢的冷加工硬化特性，0.5mm的一次冷轧减薄厚度一直是各企业同类型产品无法突破的性能瓶颈，制约着下游客户的加工使用。目前各企业同类型产品一次冷轧减薄厚度在0.58mm左右，而本发明高氮低镍无铜奥氏体不锈钢一次冷轧减薄厚度小于0.45mm。

本发明高氮低镍无铜奥氏体不锈钢实现了一次冷轧减薄厚度的巨大突破，从2.0mm厚度热轧退火酸洗卷产品单机架轧机冷轧仅需要一次中间退火即可达目标厚度0.2～0.3mm，中间退火的温度在1080到1100摄氏度之间，较其他同类型产品下游客户的中退次数以及加工成本显著降低。例如，采用本发明的技术，可以将2.0mm厚度热轧退火酸洗卷产品单机架轧机冷轧到0.45mm或0.45mm以下，然后进行一次中间退火，再经过一次冷轧，即可达目标厚度0.2～0.3mm的节镍型奥氏体不锈钢，而现有技术从2.0mm厚度热轧退火酸洗卷产品到0.2～0.3mm的冷轧钢板，需要两次退火，三次冷轧才能实现。本发明减少了退火的次数和冷轧的次数，减少了一次退火和一次冷轧，生产环节和生产成本，减少了退火和冷轧生产环节中可能出现的故障，提高了生产效率、产品质量和产品的竞争力。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种高氮低镍无铜奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的组分按重量百分比为：C：0.12～0.16％wt％，Si：0.40～0.50％wt％，Mn：8.0～10.0％wt％，P：≤0.045％wt％，S≤0.005％wt％，Cr：14.5～15.0％wt％，Ni：1.0～1.3％wt％，N：0.18～0.20％，其余为Fe和不可避免杂质元素。

2.如权利要求1所述的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的组分按重量百分比为：C：0.152％wt％，Si：0.42％wt％，Mn：9.19％wt％，P：0.035％wt％，S：0.03％wt％，Cr：14.76％wt％，Ni：1.19％wt％，N：0.197％。

3.如权利要求1所述的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的组分按重量百分比为：C：0.145％wt％，Si：0.43％wt％，Mn：9.13％wt％，P：0.037％wt％，S：0.04％wt％，Cr：14.68％wt％，Ni：1.19％wt％，N：0.190％。

4.如权利要求1所述的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢的组分按重量百分比为：C：0.155％wt％，Si：0.42％wt％，Mn：9.27％wt％，P：0.038％wt％，S：0.04％wt％，Cr：14.71％wt％，Ni：1.18％wt％，N：0.189％。

5.如权利要求1至4中任一项所述的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢，其特征在于，所述高氮低镍无铜奥氏体不锈钢经冶炼、热轧、固溶退火和酸洗，形成2.0mm厚度热轧退火酸洗卷产品，然后经过第一次冷轧将固溶退火后的热轧退火酸洗卷产品的厚度从2.0mm减薄至厚度0.45mm以下，形成厚度为0.45mm以下的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢带。

6.如权利要求5所述的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢，其特征在于，所述0.45mm以下的高氮低镍无铜奥氏体不锈钢带经过一次中间退火后，进行第二次冷轧后，得到厚度位0.2～0.3mm的节镍型奥氏体不锈钢带。