CN113265591A - 一种Fe-Cr-Al合金钢板及其制备方法 - Google Patents

一种Fe-Cr-Al合金钢板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供的Fe‑Cr‑Al合金钢板，包括如下成分和重量百分比含量的物质：C:0.00～0.012％、Nb:0.10～0.40％、Cr:10.00～16.00％、Al:4.01～9.00％、Cu:0.20‑0.49％、B:0.003～0.015％、Ti:0.09～0.12％、S:≤0.005％、P:≤0.005％、其余为Fe，本申请采用Cr、Al、Nb、Cu、Ti间耐蚀作用相互关联性，尤其是Al‑Cr复合钝化作用，使得材料具有优异的抗氯离子腐蚀能力。另外，本申请还提供了一种所述的Fe‑Cr‑Al合金钢板的制备方法。

Description

一种Fe-Cr-Al合金钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于金属合金技术领域，具体涉及一种Fe-Cr-Al合金钢板及其制备方法。
背景技术
随着人类社会的不断进步，人类对自然资源的需求日益增加，现有的资源已不能满足人类发展的需求，因此，人们将目光转向了海洋。要知道海洋资源占到了地球面积的七成，蕴藏着大量可被我们使用的资源，但由于海洋环境复杂多变，因此对海洋工程用钢有着较为苛刻的要求。要求海洋工程用钢要有较高的强度的同时还得具有良好的耐蚀性。Fe-Cr-Al合金作为一种极具潜力的钢铁材料，有望成为一种新兴海洋结构用钢的材料。
发明内容
鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种可适用新兴海洋结构用钢的的Fe-Cr-Al合金钢板及其制备方法。
为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
一种Fe-Cr-Al合金钢板，包括如下成分和重量百分比含量的物质：C:0.00～0.012％、Nb:0.10～0.40％、Cr:10.00～16.00％、Al:4.01～9.00％、Cu:0.20-0.49％、B:0.003～0.015％、Ti:0.09～0.12％、S:≤0.005％、P:≤0.005％、其余为Fe。
在其中一些实施例中，所述Fe-Cr-Al合金钢板的合金晶粒尺寸可达到20μm以下；屈服强度大于420MPa，抗拉强度大于530MPa，断后伸长率大于18％；-40℃横纵向冲击功大于50J。
另外，本发明还提供了一种所述的Fe-Cr-Al合金钢板的制备方法，包括下述步骤：
将钢坯加热至1150～1250℃，并保温1.5-2小时；
对加热保温后的钢坯进行第一阶段热轧处理，所述第一阶段热轧处理的开轧温度为1100±10℃，终轧温度控制在970℃-990℃以上；
对经第一阶段热轧处理后的钢坯进行第二阶段热轧处理，所述第二阶段热轧处理的开轧温度780±10℃，终轧温度控制在690℃-710℃以上；
对经第二阶段热轧处理后的钢坯将轧板温度控制在650～720℃进行在线回火，回火5-60min后空冷。
在其中一些实施例中，所述第一阶段热轧处理进行三道次轧制，每道次下压量控制在20～25％，且压下量呈递增关系。
在其中一些实施例中，所述第二阶段热轧处理进行六道次轧制，每道次下压量控制在12～25％，且压下量呈递减关系。
在其中一些实施例中，所述Fe-Cr-Al合金钢板的合金晶粒尺寸可达到20μm以下；屈服强度大于420MPa，抗拉强度大于530MPa，断后伸长率大于18％；-40℃横纵向冲击功大于50J。
本申请采用上述技术方案具备下述效果：
首先，本申请提供的Fe-Cr-Al合金钢板，包括如下成分和重量百分比含量的物质：C:0.00～0.012％、Nb:0.10～0.40％、Cr:10.00～16.00％、Al:4.01～9.00％、Cu:0.20-0.49％、B:0.003～0.015％、Ti:0.09～0.12％、S:≤0.005％、P:≤0.005％、其余为Fe，采用Cr、Al、Nb、Cu、Ti间耐蚀作用相互关联性，尤其是Al-Cr复合钝化作用，使得材料具有优异的抗氯离子腐蚀能力。
另外，本申请还提供了所述的Fe-Cr-Al合金钢板的制备方法，采用两阶段控轧过程，对应的两阶段双峰尺度的Nb、Ti碳化物和金属间化合物析出，实现了第一阶段控轧过程将晶粒细化至200微米级别，第二阶段控轧促进了形变储能积累，抑制了位错的攀移和交滑移。采用在线回火过程，缩短了生产流程，降低了能源消耗，回火过程将第二阶段的形变晶粒再结晶细化至20微米以下，共格析出相FeAl进一步抑制了再结晶晶粒的长大，并且提高了材料的强度。上述方法通过合金成分设计+两阶段控轧+在线热处理工艺，使得本申请制备得到的Fe-Cr-Al合金的力学性能实现了强韧塑优良的匹配关系。
此外，本申请制备得到的Fe-Cr-Al合金钢板，合金成本降低或相当的前提下，大幅提升了耐蚀性能，并通过大幅降低晶粒尺寸使得力学性能大幅提升，强度和韧性都有着明显提高，并具备一定耐火性能和抗污损性能，是经济型复合通用型钢种，有望应用于复杂苛刻腐蚀环境的南海岛礁建设工程，且生产成本降低，生产效率提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的Fe-Cr-Al合金钢板的步骤流程图；
图2为本发明实施例1所述Fe-Cr-Al合金中厚板的金相组织照片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本申请提供了一种Fe-Cr-Al合金钢板，包括如下成分和重量百分比含量的物质：C:0.00～0.012％、Nb:0.10～0.40％、Cr:10.00～16.00％、Al:4.01～9.00％、Cu:0.20-0.49％、B:0.003～0.015％、Ti:0.09～0.12％、S:≤0.005％、P:≤0.005％、其余为Fe。
进一步地，所述Fe-Cr-Al合金钢板的合金晶粒尺寸可达到20μm以下；屈服强度大于420MPa，抗拉强度大于530MPa，断后伸长率大于18％；-40℃横纵向冲击功大于50J。
本申请提供的一种Fe-Cr-Al合金钢板，采用Cr、Al、Nb、Cu、Ti间耐蚀作用相互关联性，尤其是Al-Cr复合钝化作用，使得材料具有优异的抗氯离子腐蚀能力。
请参阅图1，为本申请实施例提供的Fe-Cr-Al合金钢板的原理示意图，包括下述步骤：
步骤S110：将钢坯加热至1150～1250℃，并保温1.5-2小时。
步骤S120：对加热保温后的钢坯进行第一阶段热轧处理，所述第一阶段热轧处理的开轧温度为1100±10℃，终轧温度控制在970℃-990℃以上。
进一步地，所述第一阶段热轧处理进行三道次轧制，每道次下压量控制在20～25％，且压下量呈递增关系。
步骤S130：对经第一阶段热轧处理后的钢坯进行第二阶段热轧处理，所述第二阶段热轧处理的开轧温度780±10℃，终轧温度控制在690℃-710℃以上。
进一步地，所述第二阶段热轧处理进行六道次轧制，每道次下压量控制在12～25％，且压下量呈递减关系。
可以理解，本申请采用两阶段控轧过程，对应的两阶段双峰尺度的Nb、Ti碳化物和金属间化合物析出，在第一阶段实现了控轧过程将晶粒细化至200微米级别，在第二阶段控轧促进了形变储能积累，抑制了位错的攀移和交滑移。
步骤S140：对经第二阶段热轧处理后的钢坯将轧板温度控制在650～720℃进行在线回火，回火5-60min后空冷。
可以理解，本申请采用在线回火过程，缩短了生产流程，降低了能源消耗，回火过程将第二阶段的形变晶粒再结晶细化至20微米以下，共格析出相FeAl进一步抑制了再结晶晶粒的长大，并且提高了材料的强度。
采用本申请提供的合金成分以及热处理工艺，可使Fe-Cr-Al合金中厚板具备成分均匀、晶粒大小均匀的显微组织，平均晶粒尺寸可达到20μm以下，从而获得优良的强韧塑匹配的力学性能：屈服强度大于420MPa，抗拉强度大于530MPa，断后伸长率大于18％；-40℃横纵向冲击功都大于50J。
可以理解，本申请通过合金成分设计、及两阶段控轧以及在线热处理工艺，使得本发明所述Fe-Cr-Al合金的力学性能实现了强韧塑优良的匹配关系，由于本申请Fe-Cr-Al合金属铁素体不锈钢范畴，还具备铁素体不锈钢传统优点，例如热膨胀系数小、热稳定性好、耐磨性能好。
本发明所述Fe-Cr-Al合金中厚板相比于现有400系铁素体不锈钢(SUS430、SUS436系列、SUS445系列)优势如下：
(1)合金成本降低或相当的前提下，大幅提升了耐蚀性能，并通过大幅降低晶粒尺寸使得力学性能大幅提升，强度和韧性都有着明显提高，并具备一定耐火性能和抗污损性能，是经济型复合通用型钢种，有望应用于复杂苛刻腐蚀环境的南海岛礁建设工程。
(2)生产成本降低，生产效率提高。本发明采用固溶后两阶段轧制及在线回火的制备工艺流程，简单易实现；热轧及在线回火的工艺使工艺流程更加紧凑，并减少了能源浪费，且产品性能相比于离线回火更好。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
实施例1
实验钢具体成分：C:0.002％、Nb:0.39％、Cr:15％、Al:4.1％、Cu:0.3％、B:0.004％、Ti:0.09％、S:≤0.005％、P:≤0.005％、其余为Fe及不可避免的杂质。
制备流程如下：
(1)将真空熔炼的钢锭加热至1200℃保温2h，使钢锭成分均匀化；
(2)将成分均匀化的钢锭进行第一阶段的轧制，开轧温度1106℃，终轧温度987℃，三道次轧制压下量分别为22.4％、23.3％、24.8％；第二阶段开轧温度786℃，终轧温度控制在722℃，六道次轧制压下量分别为23.4％、22.5％、21.0％、18.6％、15.2％、12.3％；轧后660℃回火60min，再空冷至室温。
实施例2
实验钢具体成分如下：C:0.012％、Nb:0.11％、Cr:13％、Al:6.5％、Cu:0.48％、B:0.006％、Ti:0.10％、S:≤0.005％、P:≤0.005％、其余为Fe及不可避免的杂质。
制备流程如下：
(1)将真空熔炼的钢锭加热至1250℃保温2h，使钢锭成分均匀化；
(2)将成分均匀化的钢锭进行第一阶段的轧制，开轧温度1102℃，终轧温度987℃，三道次轧制压下量分别为20.6％、22.7％、24.3％；第二阶段开轧温度776℃，终轧温度控制在706℃，六道次轧制压下量分别为23.6％、21.4％、19.2％、17.6％、15.3％、12.6％；轧后720℃回火10min，再空冷至室温。
实施例3
实验钢具体成分如下：C:0.009％、Nb:0.26％、Cr:11％、Al:8.9％、Cu:0.32％、B:0.01％、Ti:0.11％、S:≤0.005％、P:≤0.005％、其余为Fe及不可避免的杂质。
制备流程如下：
(1)将真空熔炼的钢锭加热至1180℃保温2h，使钢锭成分均匀化；
(2)将成分均匀化的钢锭进行第一阶段的轧制，开轧温度1098℃，终轧温度982℃，三道次轧制压下量分别为22.6％、23.2％、24.7％；第二阶段开轧温度783℃，终轧温度控制在702℃，六道次轧制压下量分别为23.1％、22.6％、21.4％、20.6％、18.6％、12.5％；轧后700℃回火30min，再空冷至室温。
表1本发明实施例的力学性能
Figure BDA0003070680340000071
表2本发明实施例的耐点蚀性能，腐蚀速率g/m2h(试验标准GB/T 17897-2016)
Figure BDA0003070680340000072
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种Fe-Cr-Al合金钢板，其特征在于，包括如下成分和重量百分比含量的物质：C:0.00～0.012％、Nb:0.10～0.40％、Cr:10.00～16.00％、Al:4.01～9.00％、Cu:0.20-0.49％、B:0.003～0.015％、Ti:0.09～0.12％、S:≤0.005％、P:≤0.005％、其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的Fe-Cr-Al合金钢板，其特征在于，所述Fe-Cr-Al合金钢板的合金晶粒尺寸可达到20μm以下；屈服强度大于420MPa，抗拉强度大于530MPa，断后伸长率大于18％；-40℃横纵向冲击功大于50J。
3.一种根据权利要求1至2任一项所述的Fe-Cr-Al合金钢板的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
将钢坯加热至1150～1250℃，并保温1.5-2小时；
对加热保温后的钢坯进行第一阶段热轧处理，所述第一阶段热轧处理的开轧温度为1100±10℃，终轧温度控制在970℃-990℃以上；
对经第一阶段热轧处理后的钢坯进行第二阶段热轧处理，所述第二阶段热轧处理的开轧温度780±10℃，终轧温度控制在690℃-710℃以上；
对经第二阶段热轧处理后的钢坯将轧板温度控制在650～720℃进行在线回火，回火5-60min后空冷。
4.根据权利要求3所述的Fe-Cr-Al合金钢板的制备方法，其特征在于，所述第一阶段热轧处理进行三道次轧制，每道次下压量控制在20～25％，且压下量呈递增关系。
5.根据权利要求3所述的Fe-Cr-Al合金钢板的制备方法，其特征在于，所述第二阶段热轧处理进行六道次轧制，每道次下压量控制在12～25％，且压下量呈递减关系。
6.根据权利要求3所述的Fe-Cr-Al合金钢板的制备方法，其特征在于，所述Fe-Cr-Al合金钢板的合金晶粒尺寸可达到20μm以下；屈服强度大于420MPa，抗拉强度大于530MPa，断后伸长率大于18％；-40℃横纵向冲击功大于50J。
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李刚等: "核反应堆用FeCrAl合金板的试制及其组织性能研究", 《轧钢》 *

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