CN113560342B - 一种控制高碳奥氏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奥氏体不锈钢特厚板晶粒度的方法，包括：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；高压水除鳞后，铸坯表面与铸坯中心的温差控制在15～20℃；粗轧阶段终轧温度≥980℃；粗轧结束后中间坯在辊道待温0.5～1min，精轧阶段：开轧温度≥900℃，轧制单道次压下率≤10％，精轧阶段终轧温度≥850℃；热处理：高温固溶，在炉时间2～5min/mm，水冷至室温。优点是：解决钢板表面晶粒度与中心晶粒度不一致的现象发生，简化生产工艺降低生产成本实现晶粒度在3级以上。

Description

一种控制高碳奥氏体不锈钢特厚板晶粒度的方法
技术领域
本发明属于奥氏体不锈钢板轧制技术领域，涉及一种控制厚度在40-80mm的高碳奥氏体不锈钢板晶粒度的方法。
背景技术
316H不锈钢是316系列不锈钢中碳含量最高的一类，具有较高的高温强度、较好的耐腐蚀性能及加工性能，被广泛应用于工程建设的各个方面，主要是工程应用领域中对冲击韧性有要求的结构部件等。然而，在某些特殊领域，出于安全性考虑，需用高强度且厚度40-80mm的316H奥氏体不锈钢特厚板，由于316H不锈钢特厚板的重量和尺寸大，在轧制过程中轧制力的不均匀传递，很难做到全厚度方向上性能的均匀性，如工艺设计和执行不当，不能满足用户的使用要求。316H奥氏体不锈钢中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、成分均匀性等等。因此，晶粒度对材料的性能有着重要的影响作用。在核电、容器等主管道或支撑部件中，要求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，表面奥氏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6级，同时中心晶粒度在4级以上，晶粒度不均匀的钢板对钢板的使用性能如耐晶间腐蚀性能、高温强度、冲击性能等等会有不同程度的影响。为了保证厚度40-80mm的316H奥氏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+固溶酸洗。但是随着其生产工序的增加，40-80mm的316H奥氏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316H的高碳奥氏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奥氏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。
国内外对控制40mm以上的316H奥氏体不锈钢特厚板晶粒度方法研究报导甚少。现有技术中，中国专利申请号为CN202010371442.2，公开了一种高碳奥氏体不锈钢中厚板的晶粒度控制方法，其主要通过对轧制得的高碳奥氏体不锈钢中厚板进行三级温度梯度保温热处理，该方法能够使高碳奥氏体不锈钢中厚板全厚度方向晶粒均匀，同时钢板具有良好的抗晶间腐蚀性能。但是由于热处理制度复杂，保温时间长，导致生产成本大幅增加。
期刊论文“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奥氏体不锈钢特厚板。
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、成本低的控制高碳奥氏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，就能满足通过250mm以下的连铸坯直接轧制生产厚度40-80mm的全厚度方向晶粒度等级一致的高碳奥氏体不锈钢特厚板，且钢板晶粒度在3级以上。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种控制高碳奥氏体不锈钢特厚板晶粒度的方法，所述高碳奥氏体不锈钢特厚板的C含量为0.04％～0.08％，控制高碳奥氏体不锈钢特厚板晶粒度的方法包括以下步骤：
1)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850～1180℃，加热段温度区间为1180～1220℃，均热段温度区间为1180～1200℃，总在炉时间3.5～4h；
2)高压水除鳞后，铸坯表面与铸坯中心的温差控制在15～20℃；
3)轧制：轧机至热矫区间的辊道冷却水量控制在200～250m3，并控制轧辊冷却水流速为25～40m3/h；粗轧阶段：开轧温度≥1100℃，轧制单道次压下率≥20％，轧制过程中表面不除鳞；中间坯厚度为1.5t～3t，t为钢板成品厚度；粗轧阶段终轧温度≥980℃；粗轧结束后中间坯在辊道待温0.5～1min，精轧阶段：开轧温度≥950℃，轧制单道次压下率≤10％，精轧阶段终轧温度≥850℃；
4)热处理：高温固溶，温度980～1020℃，在炉时间2～5min/mm，水冷至室温。
所述的高碳奥氏体不锈钢特厚板厚度为40～80mm。
所述的高碳奥氏体不锈钢特厚板按重量百分比计包括以下化学成分：
C 0.04％～0.08％，Si≤0.75％，Mn≤2％，P≤0.040％，S≤0.015％，Cr 16％～18％，Ni 10％～12％，Mo 2％～2.5％，N≤0.1％、O≤0.0050％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述的杂质元素总量低于0.05％；所述的高碳奥氏体不锈钢特厚板的全厚度方向晶粒度等级一致，且晶粒度在3级以上。
步骤2)所述的高压水除鳞：开轧前，利用除鳞箱对出炉后铸坯除鳞1道次，时间0.5～1min，除鳞机压力15～20MPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)加热工艺对奥氏体晶粒度影响很大，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或者保温时间过长，导致晶粒过度长大。
(2)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，使表层晶粒处于奥氏体区间，促进其发生再结晶，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。粗轧阶段结束后，中间坯待温有利于其发生再结晶；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。
(3)采用高温固溶处理，控制钢板在炉时间和温度，抑制钢板晶粒粗化。
(4)本发明提出了一种控制高碳奥氏体不锈钢中厚板的晶粒度方法，解决了采用250mm以下的连铸坯生产厚度40-80mm的高碳奥氏体不锈钢特厚板，钢板表面晶粒度与中心晶粒度不一致的现象，简化生产工艺降低生产成本实现晶粒度在3级以上。
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。
一种控制高碳奥氏体不锈钢特厚板(C含量为0.04％～0.08％)晶粒度的方法，包括以下步骤：
1)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850～1180℃，避开有害相的析出区间，使奥氏体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1180～1220℃，均热段温度区间为1180～1200℃，在炉时间3.5～4小时，控制钢坯加热段和均热段区间温度和在炉时间、抑制奥氏体相中部分晶粒过度长大；
2)高压水除鳞：开轧前利用除鳞箱对出炉后铸坯除鳞1道次，时间0.5～1min，除鳞机压力15～20MPa；高压水除鳞后，铸坯表面与铸坯中心的温差控制在15～20℃；
3)轧制：将轧机至热矫区间的辊道冷却水量控制在200～250m3，即减小为原来的50％，并控制轧辊冷却水流速为25～40m3/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奥氏体再结晶温度区间；粗轧阶段：开轧温度≥1100℃，轧制单道次压下率≥20％，轧制过程中不需表面除鳞；中间坯厚度为1.5t～3t，t为钢板成品厚度；粗轧阶段终轧温度≥980℃，粗轧结束后中间坯在辊道待温0.5～1min，促进奥氏体发生静态再结晶，精轧阶段：开轧温度≥950℃，轧制单道次压下率≤10％，精轧阶段终轧温度≥850℃；
4)热处理：高温固溶，温度980～1020℃，在炉时间2～5min/mm，水冷至室温。
实施例
表1为实施例中钢的化学成分，表2为实施例铸坯的加热制度及连铸坯轧前高压水除鳞工艺；表3为实施例钢不同轧制阶段轧制工艺；表4为实施例钢不同轧制阶段各道次压下量；表5为实施例钢固溶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 Ni Mo N
1 0.05 0.34 1.73 16.7 11.2 2.1 0.0042
2 0.07 0.62 1.67 17.2 10.5 2.2 0.0151
3 0.06 0.35 1.85 16.8 11.3 2.5 0.0057
4 0.08 0.55 1.75 17.1 11.5 2.1 0.0089
5 0.06 0.42 1.62 17.6 10.7 2.3 0.0063
6 0.04 0.71 1.95 18.0 11.9 2.4 0.0320
注：钢中杂质元素P≤0.04％；S≤0.015％；O≤0.0050％，其余为Fe及其它杂质，其它杂质元素总量低于0.05％。
表2实施例钢的铸坯的加热制度及连铸坯轧前高压水除鳞工艺
Figure BDA0003133815990000041
Figure BDA0003133815990000051
表3实施例钢的不同轧制阶段轧制工艺
Figure BDA0003133815990000052
表4实施例钢不同轧制阶段各道次压下量
Figure BDA0003133815990000053
表5实施例钢固溶工艺和成品钢板晶粒度
Figure BDA0003133815990000061
由此可见，与现有技术相比，本发明生产的厚度40～80mm的高碳奥氏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 (2)

1.一种控制高碳奥氏体不锈钢特厚板晶粒度的方法，其特征在于，所述高碳奥氏体不锈钢特厚板的C含量为0.04％～0.08％，高碳奥氏体不锈钢特厚板厚度为40～80mm，控制高碳奥氏体不锈钢特厚板晶粒度的方法包括以下步骤：
1)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850～1180℃，加热段温度区间为1180～1220℃，均热段温度区间为1180～1200℃，总在炉时间3.5～4h；
2)高压水除鳞后，铸坯表面与铸坯中心的温差控制在15～20℃；
3)轧制：轧机至热矫区间的辊道冷却水量控制在200～250m3，并控制轧辊冷却水流速为25～40m3/h；粗轧阶段：开轧温度≥1100℃，轧制单道次压下率≥20％，轧制过程中表面不除鳞；中间坯厚度为1.5t～3t，t为钢板成品厚度；粗轧阶段终轧温度≥980℃；粗轧结束后中间坯在辊道待温0.5～1min，精轧阶段：开轧温度≥950℃，轧制单道次压下率≤10％，精轧阶段终轧温度≥850℃；
4)热处理：高温固溶，温度980～1020℃，在炉时间2～5min/mm，水冷至室温；
所述的高碳奥氏体不锈钢特厚板按重量百分比计包括以下化学成分：
C 0.04％～0.08％，Si≤0.75％，Mn≤2％，P≤0.040％，S≤0.015％，Cr 16％～18％，Ni 10％～12％，Mo 2％～2.5％，N≤0.1％、O≤0.0050％，其余为Fe及不可避免的杂质，所述的杂质元素总量低于0.05％；所述的高碳奥氏体不锈钢特厚板的全厚度方向晶粒度等级一致，且晶粒度在3级以上。
2.根据权利要求1所述的一种控制高碳奥氏体不锈钢特厚板晶粒度的方法，其特征在于，步骤2)所述的高压水除鳞：开轧前，利用除鳞箱对出炉后铸坯除鳞1道次，时间0.5～1min，除鳞机压力15～20MPa。
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