CN114395740A - 一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢及其制备方法，属于马氏体不锈钢技术领域，解决低铬马氏体不锈钢室温下冲击韧性较低的技术问题，制备方法包括以下步骤：合金冶炼、铸造成形→预热→热轧→退火，制得的铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比为：C:0.005~0.200%，Cr:10.5~15.0%，Nb:0.05~0.30%，N≤0.020%，Si≤0.50%，Mn≤0.50%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明对钢的成分进行限定，并优化了生产工艺，使铌单稳定型低铬马氏体不锈钢室温下的冲击功≥100J，屈服强度≥400 MPa，抗拉强度≥500 Mpa，为高韧性法兰用钢提供了低成本可选材料。

Description

一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢及其制备方法
技术领域
本发明属于马氏体不锈钢技术领域，具体涉及一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢及其制备方法。
背景技术
马氏体不锈钢由于不含镍，故相对于镍含量较高的奥氏体不锈钢、双相钢等而言，制造原料成本低，而相对于铁素体不锈钢对碳含量控制要求不高，冶炼工艺相对简单，主要应用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械等。低铬马氏体不锈钢板作为汽车法兰用钢，在满足耐蚀性的前提下，还必须有良好的力学性能，尤其是优良的冲击韧性。虽然采用现代先进的不锈钢生产技术，已经能够保证典型的杂质元素P、S、N、O等的含量保持在较低的范围内；但是，其也有一些缺点或不足，如室温下韧性不足，例如传统的低铬马氏体不锈钢12Cr13，室温（～25℃）下冲击功仅有50J左右，极大限制了其作为汽车法兰的应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，解决低铬马氏体不锈钢室温下冲击韧性较低的技术问题，本发明提供一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢及其制备方法，为需要较高冲击韧性的汽车法兰用材提供低成本材料。
为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：
一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，其化学成分及其重量百分比为：C:0.005~0.200%，Cr:10.5~15.0%，Nb:0.05~0.30%，N≤0.020%，Si≤0.50%，Mn≤0.50%，其余为Fe和不可避免的杂质。铌单稳定型低铬马氏体不锈钢室温下（~25℃）的冲击功（AK）≥100J，屈服强度（Rp0.2）≥400 MPa，抗拉强度（Rm）≥500 MPa。
本发明提供的铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，成分设计优化，通过添加适量的Nb元素保证低铬马氏体不锈钢具有良好的低温冲击韧性以及高强度，利用Nb元素固定钢中的C、N元素，并控制钢中O、S、P等杂质元素，保证不锈钢具有优良的耐腐蚀性和良好的加工性，同时降低Si、Mn等合金元素，以减弱其对冲击韧性的影响。
具体地，在本发明的成分设计中：
Nb：铌是一种强碳、氮化合物形成元素，通过在晶粒间析出碳、氮化合物可推迟热轧状态的晶粒长大，在退火过程也可限制晶粒长大。由于铌元素的晶粒细化效果，可提高马氏体不锈钢的强度和冲击韧性。但过多的铌元素加入，会导致碳化物析出过多，其钢中形态由点状或细链条状转变为条片状，从而降低钢的冲击韧性。因此，本发明将其含量限定在0.05 ~ 0.30wt％；
N：氮在马氏体不锈钢中的溶解度非常低，因此在高温加热和在随后的冷却过程中，不可避免的要析出氮化物（CrN和Cr2N）而产生贫Cr 区，导致这些区域的耐腐蚀性显著下降。另外，氮过高也不利于韧脆转变温度的降低。因此，氮含量限定在不大于0.02wt％；
Cr:铬是使马氏体不锈钢具有良好耐蚀性的合金元素。Cr对马氏体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性，主要表现在提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能，马氏体不锈钢在氧化性介质中，铬能使不锈钢的表面上迅速生成氧化铬(Cr2O3)钝化膜。因此，本发明将铬含量限定在10.5~15.0wt％；
Mn、Si：锰、硅是作为脱氧元素而添加的，如果过低不利于钢质的纯净，过高则对提高冲击韧性不利。因此，本发明将Mn、Si元素的含量限定在不大于0.50wt％，并在实际生产中尽可能向低控制。
一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
S1、合金冶炼、铸造成形：
按铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比称取原料，然后进行合金冶炼、铸造成形，制得连铸坯或者铸坯；所述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比为：C:0.005~0. 200%，Cr:10.5~15.0%，Nb:0.05~0.30%，N≤0.020%，Si≤0.50%，Mn≤0.50%，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、预热：
将步骤S1制得的连铸坯或者铸坯加热至1200℃~1300℃，保温时间为：每10mm厚保温8~12min，使连铸坯或铸坯加热均匀；
本发明将连铸坯或铸坯预热的保温时间设置为：根据连铸坯或铸坯的厚度，每10mm厚保温8~12min，使坯料预热温度均匀化；加热温度设定在1200~1300℃，可以防止由于过高的温度导致连铸坯或铸坯的过热，影响最终成品的表面质量；如果温度过低，就不能保证热轧的终轧温度而导致变形抗力的增大；
S3、热轧：
将步骤S2预热后的连铸坯或者铸坯在1000℃~1100℃完成热轧，轧制总变形量为92%~98%，热轧后按照常规工艺冷却，热轧钢带经卷取机制得热轧钢卷；
S4、退火：
将步骤S3制得的热轧钢卷送入罩式退火炉中，退火温度为800℃~900℃，保温时间为6~10小时，由于本发明提供的铌单稳定型低铬马氏体不锈钢中添加了铌元素，退火温度过低或退火时间短，容易导致不能完全再结晶；而退火温度过高或退火时间过长，容易导致板条状马氏体比例过高，使得表面硬度过高。故本发明将退火温度设定为800℃~900℃，保温时间6~10小时。退火后进行酸洗，制得铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，室温下（~25℃）的冲击功（AK）≥100J，屈服强度（Rp0.2）≥400 MPa，抗拉强度（Rm）≥500 MPa。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
1、本发明针对马氏体不锈钢热轧卷板作法兰用钢时对于马氏体不锈钢常温韧性和强度的要求，通过添加铌元素来改善低铬马氏体不锈钢的常温韧性和强度，铌元素对马氏体不锈钢的屈服强度和抗拉强度的贡献，主要归因于铌的析出强化作用，获得的铌单稳定型马氏体不锈钢的屈服强度（Rp0.2）≥400MPa，抗拉强度（Rm）≥500 MPa；
2、本发明加入铌元素，铌与碳、氮化合在马氏体晶界析出物，并阻止晶粒长大，从而改善马氏体不锈钢的性能；同时控制较低Si、Mn、N含量，以降低马氏体不锈钢的韧脆转变温度，从而改善其冲击韧性，获得铌单稳定型马氏体不锈钢在室温下（~25℃）的冲击功（AK）≥100J；
3、本发明对铌单稳定型马氏体不锈钢的成分进行限定，并依据新的成分设计，优化了生产工艺，为高韧性法兰用钢提供了低成本可选材料。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件。另外，对于本领域技术人员而言，在不偏离本发明的实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
实施例1
一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，其化学成分及其重量百分比为：C:0.12%，Cr:12.05%，Nb:0.10%，N:0.009%，Si:0.20%，Mn:0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
S1、合金冶炼、铸造成形：
按铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比称取原料，然后进行合金冶炼、铸造成形，制得连铸坯或者铸坯；所述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比为：C:0.12%，Cr:12.05%，Nb:0.10%，N:0.009%，Si:0.20%，Mn:0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、预热：
将步骤S1制得的连铸坯或者铸坯加热至1250℃，保温时间为210min，使连铸坯或铸坯加热均匀；
S3、热轧：
将步骤S2预热后的连铸坯或者铸坯在1021℃完成热轧，轧制总变形量为95%，热轧后按照常规工艺冷却，热轧钢带经卷取机制得热轧钢卷；
S4、退火：
将步骤S3制得的热轧钢卷送入罩式退火炉中，退火温度为800℃，保温时间为8小时，退火后进行酸洗，制得铌单稳定型低铬马氏体不锈钢。
本实施例1制得的铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的抗拉强度为655MPa，屈服强度Rp0.2为499MPa，延伸率为27%，硬度（HRB）为81，室温下的冲击功（AK）为165J。
实施例2
一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，其化学成分及其重量百分比为：C:0.10%，Cr:12.49%，Nb:0.08%，N:0.013%，Si:0.18%，Mn:0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
S1、合金冶炼、铸造成形：
按铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比称取原料，然后进行合金冶炼、铸造成形，制得连铸坯或者铸坯；所述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比为：C:0.10%，Cr:12.49%，Nb:0.08%，N:0.013%，Si:0.18%，Mn:0.10%，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、预热：
将步骤S1制得的连铸坯或者铸坯加热至1200℃，保温时间为214min，使连铸坯或铸坯加热均匀；
S3、热轧：
将步骤S2预热后的连铸坯或者铸坯在1018℃完成热轧，轧制总变形量为95%，热轧后按照常规工艺冷却，热轧钢带经卷取机制得热轧钢卷；
S4、退火：
将步骤S3制得的热轧钢卷送入罩式退火炉中，退火温度为850℃，保温时间为6小时，退火后进行酸洗，制得铌单稳定型低铬马氏体不锈钢。
本实施例2制得的铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的抗拉强度为660MPa，屈服强度Rp0.2为505 MPa，延伸率为28%，硬度（HRB）为82，室温下的冲击功（AK）为168J。
实施例3
一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，其化学成分及其重量百分比为：C:0.09%，Cr:12.29%，Nb:0.12%，N:0.011%，Si:0.15%，Mn:0.13%，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
S1、合金冶炼、铸造成形：
按铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比称取原料，然后进行合金冶炼、铸造成形，制得连铸坯或者铸坯；所述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比为：C:0.09%，Cr:12.29%，Nb:0.12%，N:0.011%，Si:0.15%，Mn:0.13%，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、预热：
将步骤S1制得的连铸坯或者铸坯加热至1200℃，保温时间为200min，使连铸坯或铸坯加热均匀；
S3、热轧：
将步骤S2预热后的连铸坯或者铸坯在1005℃完成热轧，轧制总变形量为95%，热轧后按照常规工艺冷却，热轧钢带经卷取机制得热轧钢卷；
S4、退火：
将步骤S3制得的热轧钢卷送入罩式退火炉中，退火温度为850℃，保温时间为10小时，退火后进行酸洗，制得铌单稳定型低铬马氏体不锈钢。
本实施例3制得的铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的抗拉强度为580 MPa，屈服强度Rp0.2为408 MPa，延伸率为26%，硬度（HRB）为80，室温下的冲击功（AK）为176J。
对比例1
12Cr13低铬马氏体不锈钢的制备方法，包括以下步骤：
S1、合金冶炼、铸造成形：
按12Cr13低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比称取原料，然后进行合金冶炼、铸造成形，制得连铸坯或者铸坯；所述12Cr13低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比为：C:0.13%，Cr:12.00%，Nb:0%，N:0.020%，Si:0.50%，Mn:0.43%，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、预热：
将步骤S1制得的连铸坯或者铸坯加热至1200℃，保温时间为208min，使连铸坯或铸坯加热均匀；
S3、热轧：
将步骤S2预热后的连铸坯或者铸坯在891℃完成热轧，轧制总变形量为95%，热轧后按照常规工艺冷却，热轧钢带经卷取机制得热轧钢卷；
S4、退火：
将步骤S3制得的热轧钢卷送入罩式退火炉中，退火温度为820℃，保温时间为8小时，退火后进行酸洗，制得12Cr13低铬马氏体不锈钢。
本对比例1制得的12Cr13低铬马氏体不锈钢的抗拉强度为610 MPa，屈服强度Rp0.2为305MPa，延伸率为38%，硬度（HRB）为80，室温下的冲击功（AK）为52J。
实施例1~实施例3以及对比例1的参数对比如下表1~表3。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure DEST_PATH_IMAGE005
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，其特征在于：所述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比为：C:0.005~0. 200%，Cr:10.5~15.0%，Nb:0.05~0.30%，N≤0.020%，Si≤0.50%，Mn≤0.50%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢，其特征在于：所述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢钢板室温下的冲击功≥100J，屈服强度≥400 MPa，抗拉强度≥500MPa。
3.一种如权利要求1所述的铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、合金冶炼、铸造成形：
按铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比称取原料，然后进行合金冶炼、铸造成形，制得连铸坯或者铸坯；所述铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的化学成分及其重量百分比为：C:0.005~0. 200%，Cr:10.5~15.0%，Nb:0.05~0.30%，N≤0.020%，Si≤0.50%，Mn≤0.50%，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、预热：
将步骤S1制得的连铸坯或者铸坯加热至1200℃~1300℃，保温时间为：每10mm厚保温8~12min，使连铸坯或铸坯加热均匀；
S3、热轧：
将步骤S2预热后的连铸坯或者铸坯在1000℃~1100℃完成热轧，轧制总变形量为92%~98%，热轧后按照常规工艺冷却，热轧钢带经卷取机制得热轧钢卷；
S4、退火：
将步骤S3制得的热轧钢卷送入罩式退火炉中，退火温度为800℃~900℃，保温时间为6~10小时，退火后进行酸洗，制得铌单稳定型低铬马氏体不锈钢。
4.根据权利要求3所述的一种铌单稳定型低铬马氏体不锈钢的制备方法，其特征在于：所述步骤S4酸洗后铌单稳定型低铬马氏体不锈钢室温下的冲击功≥100J，屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥500 MPa。
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