CN113088654A - 一种改善含铌铁素体不锈钢板宏观偏析的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善含铌铁素体不锈钢板宏观偏析的方法，属于不锈钢生产制造领域。通过“连铸+热轧+冷轧”三个工序联合控制，在冶炼工序优化含铌铁素体不锈钢连铸坯的凝固过程，减轻铌元素的宏观偏析；通过控制热轧钢板的轧制及退火工艺，使铌元素在钢板中的分布进一步均匀；调整冷轧钢板的轧制及退火工艺，调控含铌铁素体不锈钢板的显微组织。本发明可显著改善含铌铁素体不锈钢中极易产生的铌元素宏观偏析的问题，所生产的含铌铁素体不锈钢板的晶粒度为6～8级，显微组织中无带状组织，具有良好的成形性能。

Description

一种改善含铌铁素体不锈钢板宏观偏析的生产方法
技术领域
本发明属于不锈钢生产制造技术领域，具体地，本发明涉及一种改善含铌铁素体不锈钢板宏观偏析的工艺方法。
背景技术
铁素体不锈钢为体心立方结构，具有强度高、冷加工硬化倾向低、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，广泛应用于家用电器、建筑屋面、汽车排气系统、换热管道等国民生活的各个方面。铁素体不锈钢不含或少含镍，属于资源节约型不锈钢，价格低廉且相对稳定。
铌作为铁素体不锈钢的稳定化元素之一，将其加入钢中可以形成铌的碳、氮化物，避免或减少了铬的碳化物的析出，可以降低铁素体不锈钢的晶间腐蚀倾向；同时由于固溶体中的碳、氮含量的降低，以及铌具有的细化晶粒的功能，使铁素体不锈钢的冷成形性能得到改善；通过固溶强化以及析出强化两种机制，铌可以显著提高铁素体不锈钢的高温强度，铌的这一特点，使其在一些高温服役的铁素体不锈钢中得到广泛应用。
但是，由于铌的原子尺寸较大，铌元素在凝固过程中极易发生偏析。铌的微观偏析可以通过均匀化工艺消除，而宏观偏析一旦形成，便无法消除。铌的宏观偏析有以下几点危害：首先，在铌的偏析区域，含铌第二相具有更大的析出倾向，这些第二相在局部析出后，削弱了铌对铁基体的强化作用；第二，宏观偏析区域富铌，那么其他区域必然出现铌的贫化，铌元素在钢中的不均匀分布，会导致钢板在经过热处理后，出现粗晶和细晶条带，即组织不均匀性；第三，组织的不均匀性又会带来性能的不均匀性，严重影响钢板的成形、高温等使用性能。
图1显示了采用现有方法生产含铌铁素体不锈钢板的过程中得到的连铸坯的低倍组织，柱状晶发达，等轴晶比例约为45％。图2显示了采用现有方法生产的含铌铁素体不锈钢板的冷板组织。从图2能够看出，组织不均匀，粗晶和细晶条带分化明显。
因此，开发减轻甚至消除铌的宏观偏析的工艺方法至关重要。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的含铌铁素体不锈钢板的生产方法，采用本发明的生产方法能够减轻铌元素在铁素体不锈钢中的宏观偏析，改善含铌铁素体不锈钢的组织均匀性，提高成形性能及高温力学性能。
具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种改善含铌铁素体不锈钢板宏观偏析的生产方法，包括：
(1)将钢水输入连铸机，过热度设置为10～25℃，二冷水强度设置为1.0～1.3L/kg，在连铸二冷区采用电磁搅拌，搅拌电流设置为1500～1800A，连铸得到连铸坯；
(2)将连铸坯在1200～1250℃之间保温4～6h，之后送入热轧机，终轧温度低于900℃，得到热轧钢卷；终轧之后进行酸洗退火，退火温度T≥(850+3[Cr]+20[Mo]+100[Ti]+200[Nb])℃，其中，[Cr]、[Mo]、[Ti]和[Nb]分别表示含铌铁素体不锈钢板中元素Cr、Mo、Ti和Nb的重量百分比含量，热板退火时间满足≥90s/mm。
(3)将热轧钢卷送入冷轧机，冷轧压下率≥70％，冷轧后进行酸洗退火，退火温度T≥(820+3[Cr]+20[Mo]+100[Ti]+200[Nb])℃，其中，[Cr]、[Mo]、[Ti]和[Nb]分别表示含铌铁素体不锈钢板中元素Cr、Mo、Ti和Nb的重量百分比含量，冷板退火时间满足≥75s/mm。
可选地，在步骤(1)中，连铸坯的厚度是180～220mm。
可选地，在步骤(1)中，所述连铸坯的等轴晶比例≥(20+120[Nb])％，其中，[Nb]表示元素Nb的重量百分比含量。
可选地，在步骤(2)中，热轧钢卷的厚度是3.0～9.0mm。
可选地，在步骤(3)中，热轧钢卷经冷轧后得到的钢板的厚度是0.5～3.0mm。
一种含铌铁素体不锈钢板，采用上述的生产方法制备得到。
可选地，含铌铁素体不锈钢板的晶粒度为6～8级，显微组织中无带状组织。
相比于现有技术，本发明的改善含铌铁素体不锈钢板宏观偏析的生产方法，至少具有如下有益效果：
本发明的工艺方法通过“连铸+热轧+冷轧”三个工序联合控制，在冶炼工序优化含铌铁素体不锈钢连铸坯的凝固过程，减轻铌元素的宏观偏析；通过改进热轧钢板的轧制及退火工艺，使铌元素在钢板中的分布进一步均匀；调整冷轧钢板的轧制及退火工艺，调控含铌铁素体不锈钢板的显微组织。
附图说明
图1显示了采用现有方法生产含铌铁素体不锈钢板的过程中得到的连铸坯的等轴晶比例。
图2显示了采用现有方法生产的含铌铁素体不锈钢板的冷板组织。
图3显示了实施例1生产含铌铁素体不锈钢板的过程中得到的连铸坯的等轴晶比例。
图4显示了实施例1生产的含铌铁素体不锈钢板的冷板组织。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
为了改善铌元素的宏观偏析给现有含铌铁素体不锈钢带来的不利影响，本发明的发明人对含铌铁素体不锈钢板的制备工艺进行了深入研究，从而创造性地提出了一种改善含铌铁素体不锈钢板宏观偏析的生产方法。
本发明生产方法的提出，主要基于以下发明构思：
通过“连铸+热轧+冷轧”三个工序联合控制，在冶炼工序优化含铌铁素体不锈钢连铸坯的凝固过程，减轻铌元素的宏观偏析；通过优化热轧钢板的轧制及退火工艺，使铌元素在钢板中的分布进一步均匀；调整冷轧钢板的轧制及退火工艺，调控含铌铁素体不锈钢板的显微组织。
具体地，本发明的改善含铌铁素体不锈钢板宏观偏析的生产方法包括如下步骤：
(1)连铸工序
在连铸工序，采用了“低过热度+弱冷”工艺。
将钢水输入连铸机，过热度控制在10～25℃，二冷水强度为1.0～1.3L/kg；在连铸二冷区采用电磁搅拌，搅拌电流为1500～1800A。抑制发达柱状晶形成，保证等轴晶比例≥(20+120[Nb])％，其中，[Nb]表示元素Nb的重量百分比含量。
连铸坯断面尺寸：180～220mm×1000～1800mm。
在连铸坯的凝固过程中，表层形成细小的等轴晶，再向内开始形成柱状晶，柱状晶生长末期，中心等轴晶开始形成，柱状晶的凝固前沿与中心等轴晶凝固前沿同时将易偏析元素推向柱状晶与中心等轴晶的交界处，在该处易偏析元素的含量高于连铸坯其他位置，因此形成了宏观偏析。
在本发明生产方法的连铸过程中，通过优化冷却条件，控制连铸坯的凝固过程，降低过热度与冷却强度，避免铸坯内部产生大的温度梯度，从而抑制发达柱状晶的形成；加强电磁搅拌，使钢液的成分与温度均匀，同时将已形成的柱状晶打碎成晶胚，有利于剩余液相的结晶；本发明的生产方法通过以上措施相结合，使柱状晶与等轴晶的界面从铸坯中心向铸坯表面移动，提高等轴晶比例，减轻了宏观偏析。
(2)热轧工序
先在加热炉中对连铸坯进行加热，加热温度是1200～1250℃，保温时间是4～6小时。然后，将连铸坯输入热轧机中，将连铸坯由180～220mm热轧至3～9mm，终轧温度低于900℃，之后进行退火酸洗，热板退火温度满足T≥(850+3[Cr]+20[Mo]+100[Ti]+200[Nb])℃，其中[Cr]、[Mo]、[Ti]和[Nb]分别表示元素Cr、Mo、Ti和Nb的重量百分比含量。热板退火时间满足t≥90s/mm。
由于宏观偏析无法在连铸过程中完全消除，需要后续的热轧及退火过程进一步改善。在进行热轧之前，将连铸坯加热至1200～1250℃之间并保温4～6h，使铸坯中的元素先经历一个均匀化过程；然后进行热轧，破碎铸态组织，将其转变为变形组织；热轧后进行退火，不仅要使组织充分再结晶，而且必须使析出相全部固溶，因此需要较高的热板退火温度。通过热加工过程，钢中元素的分布进一步均匀。
铬(Cr)是铁素体不锈钢中不可取代的元素，而钼(Mo)、铌(Nb)、钛(Ti)为铁素体不锈钢中应用广泛的重要合金元素。Cr、Mo均为强烈的铁素体形成元素，具有固溶强化效果，可通过溶质拖曳机制提高铁素体不锈钢的再结晶温度，而Nb、Ti可通过晶界钉扎及固溶强化机制显著提高再结晶温度。根据各元素对再结晶影响程度的大小以及发明人的研究，制定了T≥(850+3[Cr]+20[Mo]+100[Ti]+200[Nb])℃退火温度原则。
(3)冷轧工序
将热轧工序得到的热轧钢卷输入到冷轧机，进行冷轧，冷轧压下率≥70％，最后进行退火酸洗，冷板退火温度满足T≥(820+3[Cr]+20[Mo]+100[Ti]+200[Nb])℃，其中[Cr]、[Mo]、[Ti]和[Nb]分别表示元素Cr、Mo、Ti和Nb的重量百分比含量。冷板退火时间满足t≥75s/mm。
为了获得晶粒细小的成品组织和良好的成形性能，需要将热板进行大变形量的冷轧，变形量≥70％，冷板退火温度以组织发生完全再结晶和晶粒尺寸不过分长大为原则。
本发明的生产方法与现有含铌铁素体不锈钢的生产方法相比，不仅大大减轻了铌元素的宏观偏析，而且由于热轧与冷轧制度的优化，使含铌铁素体不锈钢具有细小均匀的显微组织，晶粒度为6～8级，显微组织中无带状组织。
实施例
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
本实施例中含铌铁素体不锈钢的化学成分按重量百分比为：
C 0.008％；N 0.010％；Si 0.32％；Mn 0.13％；P 0.016％；S 0.001％；
Cr 18.02％；Ni 0.09％；Nb 0.43％；Ti 0.19％；Mo 0.10％；其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的生产方法如下：
按合金成分进行冶炼后连铸成板坯，连铸坯尺寸为200×1300×7800mm。连铸工艺为：过热度15℃，二冷水强度为1.1L/kg；电磁搅拌电流为1700A。进行连铸坯低倍观察，如图3所示，等轴晶比例为75％，无发达柱状晶。
将连铸坯在加热炉中加热至1240±10℃，保温时间6h；开轧温度1200±10℃，终轧温度850±10℃，热轧成6.0mm的热轧钢板；之后将钢卷在1040±10℃进行退火，退火后喷水冷却，并进行酸洗，洗净表面氧化皮；
将6.0mm热轧钢卷冷轧至1.5mm，压下率为75％；将冷轧钢卷在1010±10℃进行退火，退火时间3min，退火后水雾冷却；之后对冷轧板进行酸洗钝化。
对冷轧钢板的显微组织进行表征，如图4所示，晶粒度为7级，无偏析条带。
实施例2
本实施例中含铌铁素体不锈钢的化学成分按重量百分比为：
C 0.011％；N 0.007％；Si 0.28％；Mn 0.09％；P 0.020％；S 0.001％；
Cr 17.55％；Ni 0.10％；Nb 0.12％；Ti 0.18％；Mo 1.05％；其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的生产方法如下：
按合金成分进行冶炼后连铸成板坯，连铸坯尺寸为200×1500×7300mm。连铸工艺为：过热度18℃，二冷水强度为1.2L/kg；电磁搅拌电流为1650A。进行连铸坯低倍观察，等轴晶比例为58％，存在少量柱状晶。
将连铸坯在加热炉中加热至1220±10℃，保温时间5h；开轧温度1180±10℃，终轧温度850±10℃，热轧成5.0mm的热轧钢板；之后将钢卷在980±10℃进行退火，退火后喷水冷却，并进行酸洗，洗净表面氧化皮；
将5.0mm热轧钢卷冷轧至1.0mm，压下率为80％；将冷轧钢卷在950±10℃进行退火，退火时间2min，退火后水雾冷却；之后对冷轧板进行酸洗钝化。
对冷轧钢板的显微组织进行表征，晶粒度为8级，无偏析条带。
实施例3
本实施例中含铌铁素体不锈钢的化学成分按重量百分比为：
C 0.010％；N 0.009％；Si 0.38％；Mn 0.09％；P 0.019％；S 0.001％；
Cr 11.72％；Ni 0.05％；Nb 0.16％；Ti 0.15％；Mo 0.01％；其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例的生产方法如下：
按合金成分进行冶炼后连铸成板坯，连铸坯尺寸为200×1800×7000mm。连铸工艺为：过热度20℃，二冷水强度为1.2L/kg；电磁搅拌电流为1600A。进行连铸坯低倍观察，等轴晶比例为55％，存在少量柱状晶。
将连铸坯在加热炉中加热至1200±10℃，保温时间4h；开轧温度1150±10℃，终轧温度830±10℃，热轧成5.0mm的热轧钢板；之后将钢卷在940±10℃进行退火，退火后喷水冷却，并进行酸洗，洗净表面氧化皮；
将6.0mm热轧钢卷冷轧至1.2mm，压下率为80％；将冷轧钢卷在910±10℃进行退火，退火时间2.5min，退火后水雾冷却；之后对冷轧板进行酸洗钝化。
对冷轧钢板的显微组织进行表征，晶粒度为7.5级，无偏析条带。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改善含铌铁素体不锈钢板宏观偏析的生产方法，其特征在于，包括：
(1)将钢水输入连铸机，过热度设置为10～25℃，二冷水强度设置为1.0～1.3L/kg，在连铸二冷区采用电磁搅拌，搅拌电流设置为1500～1800A，连铸得到连铸坯；
(2)将连铸坯在1200～1250℃之间保温4～6h，之后送入热轧机，终轧温度低于900℃，得到热轧钢卷；终轧之后进行酸洗退火，退火温度T≥(850+3[Cr]+20[Mo]+100[Ti]+200[Nb])℃，其中，[Cr]、[Mo]、[Ti]和[Nb]分别表示含铌铁素体不锈钢板中元素Cr、Mo、Ti和Nb的重量百分比含量，热板退火时间满足≥90s/mm。
(3)将热轧钢卷送入冷轧机，冷轧压下率≥70％，冷轧后进行酸洗退火，退火温度T≥(820+3[Cr]+20[Mo]+100[Ti]+200[Nb])℃，其中，[Cr]、[Mo]、[Ti]和[Nb]分别表示含铌铁素体不锈钢板中元素Cr、Mo、Ti和Nb的重量百分比含量，冷板退火时间满足≥75s/mm。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(1)中，连铸坯的厚度是180～220mm。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述连铸坯的等轴晶比例≥(20+120[Nb])％，其中，[Nb]表示元素Nb的重量百分比含量。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，热轧钢卷的厚度是3.0～9.0mm。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤(3)中，热轧钢卷经冷轧后得到的钢板的厚度是0.5～3.0mm。
6.一种含铌铁素体不锈钢板，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的生产方法制备得到。
7.根据权利要求6所述的含铌铁素体不锈钢板，其特征在于，含铌铁素体不锈钢板的晶粒度为6～8级，显微组织中无带状组织。
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