CN113549743A - 一种控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法，包括：1)厚度为250mm以下的连铸坯在常化炉中进行均质化处理，均质化温度780～820℃，在炉时间1.5～2.5h，出炉后钢坯快速水冷至室温；2)铸坯加热：将铸坯送入步进式加热炉内进行加热，铸坯依次经预热段、加热段和均热段处理后出炉；开轧前，用除鳞箱对出炉后铸坯除鳞2道次；轧辊冷却水流速为20～35m3/h；开轧温度≥1130℃；粗轧轧制单道次压下率≥18％，精轧开轧温度≥980℃，单道次压下率≤10％，精轧终轧温度≥900℃；采用两级温度保温处理。优点是：实现钢板表面晶粒度与中心晶粒度等级一致，且晶粒度在3级以上。

Description

一种控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法
技术领域
本发明属于铁素体不锈钢板轧制技术领域，尤其涉及一种控制厚度在40-80mm的高碳铁素体不锈钢板晶粒度的方法。
背景技术
随着近年来国内建筑结构的高层化、核电安全设备等行业的快速发展，对超厚高碳铁素体不锈钢中厚板的需求日趋增加，高铬铁素体不锈钢由于导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点在工业领域越来越得到人们的重视，尤其是中铬铁素体不锈钢在铁素体不锈钢应用领域中占有非常重要的地位，该高碳铁素体不锈钢中厚板主要用于高韧性及受冲击负荷的结构件等。尤其在核工业领域，在其核岛支撑结构件中，出于安全性考虑，需用高强度且厚度40-80mm的高碳铁素体不锈钢特厚板，但特厚高碳10Cr17铁素体不锈钢特厚板的重量和尺寸大，轧制过程中轧制力和扭矩的不均匀传递，很难做到全厚度方向上组织与性能的均匀分布，如加热、轧制工艺设计和执行不当，很难满足用户的使用要求。10Cr17铁素体不锈钢特厚板厚度方向性能的均匀性主要包括：全厚度方向晶粒度均匀性、力学性能均匀性、化学成分均匀性等等。在所有影响因素中，晶粒度对其性能有着重要的影响。在核电、建筑支撑部件中，要求其钢板全厚度方向晶粒度3级或更细。
由于钢坯在轧制过程中受厚度方向传热及轧制力不均匀传递的影响，表面铁素体晶粒发生再结晶驱动力低于中心，因此会引起表面晶粒度粗大，很难保证全厚度方向晶粒均匀，表面最粗晶粒可达1级，最细可达5级，同时中心晶粒度在3级以上，晶粒度不均匀的钢板对钢板的使用性能如高温强度、冲击性能等会有严重的影响。为了保证厚度40-80mm的10Cr17铁素体不锈钢特厚板厚度方向组织均匀性，一般情况下其生产工艺流程为模铸锭+电渣重熔并锻造板坯+轧制+高温退火。但是随着其生产工序的增加，40-80mm的10Cr17铁素体不锈钢特厚板生产成本和交货期会大幅增加。鉴于诸如40-80mm的10Cr17铁素体不锈钢特厚板生产过程中存在钢板表面和心部晶粒度不一致的现象，研发一种低成本的高碳铁素体不锈钢特厚板的晶粒度控制方法，使得钢板全厚度方向晶粒度等级一致，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
“316奥氏体不锈钢中厚板轧制晶粒度控制研究”(《特殊钢》2019.6)中分析了铸坯原始组织状态、总轧制压缩比、单道次变形率对其晶粒度影响。研究表明，当轧制压缩比超过6时，钢坯原始组织状态对中厚板全厚度晶粒均匀性无明显影响；钢坯加热温度、道次压下量相同时，总压缩比为6生产工艺能够轧制出全厚度晶粒均匀的钢板；而通过其它工艺优化如压下率等对钢板厚度均匀性没有明显改善，但通过增加铸坯厚度来提高压缩比，会导致钢板生产难度加大、生产成本和交货期大幅增加。
以上文献公开的生产方法虽然解决了钢板全厚度方向晶粒度不均匀问题，但是它们生产工序复杂、生产成本高，因此不适合大批量生产低成本、全厚度方向晶粒度均匀的高碳铁素体不锈钢特厚板。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种生产工序简单、成本低的控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法，无需采用后续多级温度热处理工艺或模铸锭+电渣重熔生产钢坯工艺就能满足使用厚度为250mm以下的连铸坯生产厚度40-80mm的高碳铁素体不锈钢特厚板，并且钢板表面晶粒度与中心晶粒度等级一致，且晶粒度在3级以上。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法，高碳铁素体不锈钢特厚板的C含量为0.07％～0.12％，控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法包括以下步骤：
1)厚度为250mm以下的连铸坯在常化炉中进行均质化处理，使铁素体不锈钢中易形成奥氏体元素均匀分布，均质化温度780～820℃，在炉时间1.5～2.5h，出炉后钢坯以30～45℃/s的冷速快速水冷至室温；
2)铸坯加热：将铸坯送入步进式加热炉内进行加热，铸坯依次经预热段、加热段和均热段处理后出炉；预热段温度区间为900～1150℃，加热段温度区间为1150～1220℃，均热段温度区间为1190～1215℃，总在炉时间3～3.5h；
3)高压水除鳞后，铸坯表面与铸坯中心的温差控制在15～25℃；
4)轧制：轧机至热矫区间的辊道冷却水流速控制在250～450m3/h，并控制轧辊冷却水流速为20～35m3/h；粗轧阶段：开轧温度≥1130℃，轧制单道次压下率≥18％，轧制过程中表面不除鳞；中间坯厚度为1.5t～2.5t，t为钢板成品厚度；粗轧阶段终轧温度≥1000℃，精轧阶段：开轧温度≥980℃，轧制单道次压下率≤10％，精轧阶段终轧温度≥900℃；每道次压下量最小为5mm；
5)退火处理：采用两级温度保温处理，第一级退火温度为900～920℃，在炉时间3～5min/mm；第二级退火温度为770～820℃，在炉时间1～2min/mm。
所述的高碳铁素体不锈钢特厚板厚度为40～80mm。
所述的高碳铁素体不锈钢特厚板按重量百分比计包括以下化学成分：
C 0.07％～0.12％，Si 0.1％～0.65％，Mn 0.05％～0.7％，Cr 16％～17.5％，Ti0.05％～0.10％，Nb 0.1％～0.15％，Ni 0.01％～0.5％，Cu 0.05％～0.5％，P≤0.04％，S≤0.015％，N0.04％～0.075％，Ca 0.0010％～0.0020％，Als≤0.05％，O≤0.0050％，其余为Fe及杂质，杂质总量低于0.05％；所述的高碳铁素体不锈钢特厚板表面晶粒度与中心晶粒度等级一致，且晶粒度在3级以上。
步骤3)所述的高压水除鳞：开轧前，用除鳞箱对出炉后铸坯除鳞2道次，每道次时间0.5～1min，除鳞机压力20～25MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明简化生产工艺降低生产成本，使用厚度为250mm以下的连铸坯生产厚度40-80mm的高碳铁素体不锈钢特厚板，实现钢板表面晶粒度与中心晶粒度等级一致，且晶粒度在3级以上，具体优点：
(1)坯料的均质化退火对抑制奥氏体晶粒的形成影响很大，由于铁素体和奥氏体晶粒长大激活能不同，采用均质化处理，使易形成奥氏体的元素如C和N等进行充分扩散，抑制了铁素体不锈钢中部分奥氏体晶粒形成，避免在随后加热过程中部分晶粒出现异常长大，同时严格控制均质化温度，避开处于奥氏体与铁素体两相区，使合金元素均匀分布于各晶粒中，同时也避免温度过高晶粒出现异常长大现象。
(2)加热工艺对晶粒度影响很大，温度过高会造成铸坯严重氧化，部分晶粒异常长大，所以，本发明对铸坯在炉温度与时间进行严格控制，抑制了铸坯表层晶粒在炉内由于温度过高、元素分布不均匀或者保温时间过长，导致晶过度长大。
(3)本发明优化高压水除鳞工艺和轧制工艺，控制开轧前铸坯除鳞次数和时间，同时控制辊道冷却水和轧辊冷却水水量，抑制钢板表面在轧制过程中非受空性温降，使表层晶粒发生再结晶，轧制阶段控制粗轧与精轧阶段道次压下率和轧制温度，粗轧阶段采用大压下率有利于芯部发生变形，促进芯部晶粒发生动态再结晶，细化芯部晶粒；精轧阶段，采用小压下率，有利于变形从芯部向表面扩展，使表层晶粒发生破碎，细化表层晶粒。
(4)采用两级温度保温处理，既能够使避开有害相的析出区间，使晶粒间元素均匀分布，避免出现异常晶粒长大现象，又使晶粒完全处于铁素体区间，发生静态在结晶，抑制钢板表层和芯部晶粒粗化。
具体实施方式
下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
一种控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法，包括以下步骤：
1)均质化处理：为了使铁素体不锈钢中易形成奥氏体元素C、N等均匀分布，将连铸坯在常化炉中进行均质化处理，使易形成奥氏体的元素C和N等进行充分扩散，由于铁素体和奥氏体晶粒长大激活能不同，将坯料均质化处理，抑制了铁素体不锈钢中部分奥氏体晶粒形成，从而避免在随后加热过程中部分晶粒出现异常长大，均质化温度780～820℃，避开两相区，使合金元素均匀分布于各晶粒中，同时也避免温度过高晶粒出现异常长大，在炉时间1.5～2.5h，出炉后钢坯以30-45℃/s的冷速快速水冷至室温；
2)铸坯加热：将铸坯送入步进式加热炉内进行加热，铸坯依次经预热段、加热段和均热段处理后出炉；其预热段温度区间为900～1150℃，避开有害相的析出区间，使晶粒间元素均匀分布，避免出现异常晶粒长大现象，加热段温度区间为1150～1220℃，均热段温度区间为1190～1215℃，在炉时间3～3.5.h，控制钢坯加热段和均热段区间温度和在炉时间、抑制部分晶粒过度长大；
3)高压水除鳞：开轧前利用除鳞箱对出炉后铸坯除鳞2道次，每道次时间0.5～1min，除鳞机压力20～25MPa；同时将轧机至热矫区间的辊道冷却水流速为250～450m3/h，并控制轧辊冷却水流速为20～35m3/h，抑制钢板表面在轧制过程中非受空性温降，使钢板表面温度处于铁素体与奥氏体再结晶温度区间；高压水除鳞后，铸坯表面与铸坯中心的温差控制在15～25℃；
4)轧制：开轧温度≥1130℃，粗轧阶段：轧制单道次压下率≥18％，轧制过程中不需表面除鳞；中间坯厚度为1.5t～2.5t，t为钢板成品厚度；粗轧阶段终轧温度≥1000℃，精轧阶段：开轧温度≥980℃，轧制单道次压下率≤10％，精轧阶段终轧温度≥900℃；每道次压下量最小为5mm。
5)退火处理：采用两级温度保温处理，第一级退火温度为900～920℃(常化炉1-4区)，在炉时间3～5min/mm，使避开有害相的析出区间，使晶粒间元素均匀分布，避免出现异常晶粒长大现象，第二级退火温度为770～820℃(常化炉5-8区)，在炉时间1～2min/mm，使晶粒完全处于铁素体区间，发生静态在结晶，同时缩短第二级在炉时间，避免有害相析出所引起部分晶粒异常长大，空冷至室温。
实施例
表1为实施例中钢的化学成分；表2为实施例铸坯的均质化及加热制度；表3为实施例铸坯高压水除鳞工艺及其轧制工艺；表4为实施例钢不同轧制阶段各道次压下量；表5为实施例钢退火工艺及成品钢板晶粒度。
表1本发明实施例的化学成分(wt，％)
实施例 C Si Mn Cr Ti Nb Ni Cu N Ca
1 0.071 0.45 0.36 16.8 0.06 0.11 0.31 0.25 0.052 0.0012
2 0.059 0.52 0.51 16.28 0.09 0.14 0.45 0.11 0.051 0.0014
3 0.063 0.64 0.42 17.3 0.05 0.12 0.21 0.42 0.062 0.0012
4 0.086 0.31 0.19 17.1 0.08 0.13 0.13 0.06 0.061 0.0011
5 0.091 0.61 0.65 16.4 0.07 0.15 0.42 0.43 0.071 0.0015
6 0.119 0.22 0.70 16.1 0.08 0.12 0.05 0.34 0.073 0.0018
注：钢中杂质元素Als≤0.05％；P≤0.04％；S≤0.015％；O≤0.0050％，其余为Fe，其它杂质元素总量低于0.05％。
表2实施例铸坯的均质化及加热制度
Figure BDA0003133815620000051
表3为实施例铸坯高压水除鳞工艺及其轧制工艺
Figure BDA0003133815620000052
Figure BDA0003133815620000061
表4实施例钢不同轧制阶段各道次压下量
Figure BDA0003133815620000062
表5实施例钢退火工艺和成品钢板晶粒度
Figure BDA0003133815620000063
由此可见，与现有技术相比，本发明生产的厚度40-80mm的高碳铁素体不锈钢特厚板生产工序简单、成本低，并且钢板表面晶粒度与中心晶粒度等级一致，且晶粒度在3级以上。

Claims (4)

1.一种控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法，其特征在于，高碳铁素体不锈钢特厚板的C含量为0.07％～0.12％，控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法包括以下步骤：
1)厚度为250mm以下的连铸坯在常化炉中进行均质化处理，使铁素体不锈钢中易形成奥氏体元素均匀分布，均质化温度780～820℃，在炉时间1.5～2.5h，出炉后钢坯以30～45℃/s的冷速快速水冷至室温；
2)铸坯加热：将铸坯送入步进式加热炉内进行加热，铸坯依次经预热段、加热段和均热段处理后出炉；预热段温度区间为900～1150℃，加热段温度区间为1150～1220℃，均热段温度区间为1190～1215℃，总在炉时间3～3.5h；
3)高压水除鳞后，铸坯表面与铸坯中心的温差控制在15～25℃；
4)轧制：轧机至热矫区间的辊道冷却水流速控制在250～450m3/h，并控制轧辊冷却水流速为20～35m3/h；粗轧阶段：开轧温度≥1130℃，轧制单道次压下率≥18％，轧制过程中表面不除鳞；中间坯厚度为1.5t～2.5t，t为钢板成品厚度；粗轧阶段终轧温度≥1000℃，精轧阶段：开轧温度≥980℃，轧制单道次压下率≤10％，精轧阶段终轧温度≥900℃；每道次压下量最小为5mm；
5)退火处理：采用两级温度保温处理，第一级退火温度为900～920℃，在炉时间3～5min/mm；第二级退火温度为770～820℃，在炉时间1～2min/mm。
2.根据权利要求1所述的一种控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法，其特征在于，所述的高碳铁素体不锈钢特厚板厚度为40～80mm。
3.根据权利要求1所述的一种控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法，其特征在于，所述的高碳铁素体不锈钢特厚板按重量百分比计包括以下化学成分：
C 0.07％～0.12％，Si 0.1％～0.65％，Mn 0.05％～0.7％，Cr 16％～17.5％，Ti0.05％～0.10％，Nb 0.1％～0.15％，Ni 0.01％～0.5％，Cu 0.05％～0.5％，P≤0.04％，S≤0.015％，N0.04％～0.075％，Ca 0.0010％～0.0020％，Als≤0.05％，O≤0.0050％，其余为Fe及杂质，杂质总量低于0.05％；所述的高碳铁素体不锈钢特厚板表面晶粒度与中心晶粒度等级一致，且晶粒度在3级以上。
4.根据权利要求1所述的一种控制高碳铁素体不锈钢特厚板晶粒度的方法，其特征在于，步骤3)所述的高压水除鳞：开轧前，用除鳞箱对出炉后铸坯除鳞2道次，每道次时间0.5～1min，除鳞机压力20～25MPa。
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