CN114836606B - 经济型双相不锈钢板材、提高其强度的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于特殊不锈钢品种开发及应用领域，具体涉及一种经济型双相不锈钢板材、提高其强度的方法及其应用。本发明的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，包括：(1)对双相不锈钢的热轧卷板进行第一固溶处理，出炉后水冷；(2)冷轧至目标厚度后，进行第二固溶处理；(3)采用冷加工强化双相不锈钢；(4)经平整、拉矫得到经济型双相不锈钢板材产品。本发明实现了经济型双相不锈钢冷板进一步的高强化，同时成品强度、延伸率得以合理匹配(Rp0.2≥630MPa，延伸率A50≥20％)，为车体承载结构的轻量化，提供了理想的不锈钢材料解决方案。

Description

经济型双相不锈钢板材、提高其强度的方法及其应用
技术领域
本发明属于特殊不锈钢品种开发及应用领域，具体涉及一种经济型双相不锈钢板材、提高其强度的方法及其应用。
背景技术
从不锈钢全球长远发展分析，以双相不锈钢为代表的高性能、资源节约型不锈钢已经成为主要的发展趋势之一，高强度、轻量化、长寿命、低合金成本等特征已经成为设计、制造的重要参考。
在城市交通领域，传统车体结构采用镀锌低碳钢制成空心断面型材，材料的屈服强度Rp0.2≥345MPa，壁厚超过3.0mm，由于需要镀锌，不能从本质上解决材料的防腐问题，因此车辆制造流程复杂，投入的人员数量较多，使用过程维护成本高，致使车辆的寿命周期成本较高。
以21％Cr-5％Mn-1.5％Ni-0.3％Mo-N为代表的低Ni经济型双相不锈钢，实现了极限低成本与高强度、高耐蚀、可焊接的完美结合，与304L奥氏体不锈钢相比，贵重合金Ni的含量降低约60％，固溶条件下的Rp0.2≥530MPa，延伸率A50≥30％，在石化、造船、海水淡化、核电等诸多领域得以广泛应用。
但针对车体结构，需要材料进一步提高强度至Rp0.2≥630MPa，同时延伸率A50≥20％，实现长寿命、免维护，壁厚由3.0mm减为2.5mm，实现减轻车体结构自重25％，降低车辆运行的燃料成本，同时车辆缩短制造流程，减少人员数量。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种经济型双相不锈钢板材、提高其强度的方法及其应用。
具体的，本发明提供了一种提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，包括：
(1)对双相不锈钢的热轧卷板进行第一固溶处理，出炉后水冷；
(2)冷轧至目标厚度后，进行第二固溶处理；
(3)采用冷加工强化双相不锈钢；
(4)经平整、拉矫得到经济型双相不锈钢板材产品。
上述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，所述第一固溶处理的温度为1000-1040℃，带钢的运行速度为10-15m/min。
上述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，所述第二固溶处理的温度为1000-1040℃，带钢的运行速度为20-25m/min。
上述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，所述双相不锈钢的热轧卷板的厚度为5.0-6.0mm；所述冷轧的目标厚度为2.6-2.8mm。
上述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，所述冷加工强化包括：对双相不锈钢进行单道次轧制。
上述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，所述单道次轧制的冷变形率为3.0％-3.5％，轧制力为23-26kN/cm。
上述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，所述平整的变形量为1％，所述拉矫的拉矫力为400-800Kg。
第二方面，本发明提供了一种经济型双相不锈钢板材，其在制备过程中采用上述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法进行处理。
上述的经济型双相不锈钢板材，按重量百分比计，包括：C≤0.030％，Si≤1.00％，Mn：4.50％-5.50％，P≤0.035％ S≤0.003％，Cr：21.00％-22.00％，Ni：1.35％-1.70％，Mo：≤0.30％，N：0.20％-0.25％，其余为铁和不可避免的杂质。
第三方面，本发明还提供了上述的经济型双相不锈钢板材在制备车体结构中的应用。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明实现了经济型双相不锈钢冷板进一步的高强化，同时成品强度、延伸率得以合理匹配(Rp0.2≥630MPa，延伸率A50≥20％)，为车体承载结构的轻量化，提供了理想的不锈钢材料解决方案；
(2)本发明的经济型双相不锈钢，满足弯曲成型的条件，为车辆车体材料的壁厚薄化、车体重量减轻、减少使用过程维护和能源消耗提供新的解决方案。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1示出了本发明的经济型双相不锈钢拉伸性能随冷加工变形量的变化规律。
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。
本文使用的术语“第一”“第二”等不表示任何顺序或重要性，而是用于区别一个要素与另一要素，术语“该”“所述”“一个”和“一种”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所提及的对象。术语“优选的”“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特征时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开的所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
具体的，第一方面，本发明提供了一种提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，包括：
(1)对双相不锈钢的热轧卷板进行第一固溶处理，出炉后水冷；
(2)冷轧至目标厚度后，进行第二固溶处理；
(3)采用冷加工强化双相不锈钢；
(4)经平整、拉矫得到经济型双相不锈钢板材产品。
本发明通过对热轧后的双相不锈钢进行固溶处理、冷轧、固溶处理、冷加工强化、平整、拉矫等一系列工序后，使双相不锈钢的强度、延伸率得以合理匹配，为车体承载结构的轻量化提供了理想的不锈钢材料。
在一些优选的实施方式中，本发明的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，包括：
(1)对双相不锈钢的热轧卷板进行第一固溶处理，出炉后水冷。
在一些实施方式中，所述双相不锈钢的热轧卷板的厚度为5.0-6.0mm。
优选的，所述第一固溶处理的加热炉温为1000-1040℃，借此，实现对热轧卷板的软化处理，便于后续冷轧，同时保证铁素体相的比例接近50％。
当加热炉温小于1000℃时，则热处理后卷板屈服强度太高，接近650MPa，增加了冷轧的难度；当加热炉温大于1040℃时，则会导致铁素体比例超过60％，影响成品的耐蚀性和焊接性能。
可选的，采用热轧连续退火酸洗线对双相不锈钢的热轧卷板进行第一固溶处理。
优选的，在第一固溶处理过程中，带钢的运行速度为10-15m/min，借此，达到带钢铁素体比例接近50％和带钢强度在570-590MPa的合理匹配。
当带钢的运行速度小于10m/min时，则固溶时间过长，会导致铁素体比例超过60％；当带钢的运行速度大于15m/min时，则带钢软化效果不好，强度太高，不利于冷轧变形，同时还会导致表面酸洗不净。
本发明通过将双相不锈钢的热轧卷板按照上述工艺进行第一固溶处理，达到热轧带钢铁素体比例接近50％和带钢强度在570-590MPa的合理匹配，为后续成品具有良好的组织性能提供保证。
(2)冷轧至目标厚度后，进行第二固溶处理。
在一些实施方式中，所述冷轧的目标厚度为2.6-2.8mm。
优选的，所述第二固溶处理的温度为1000-1040℃，借此达到前面热卷同样热处理后取得的实物效果。
当加热炉温小于1000℃时，则热处理后卷板屈服强度太高，接近650MPa，增加了冷轧的难度；当加热炉温大于1040℃时，则会导致铁素体比例超过60％，影响成品的耐蚀性和焊接性能。
可选的，采用冷轧连续退火酸洗线对双相不锈钢的热轧卷板进行第二固溶处理。
优选的，在第二固溶处理过程中，带钢的运行速度为20-25m/min，借此，达到带钢铁素体比例接近50％和带钢强度在570-590MPa的合理匹配。
当带钢的运行速度小于20m/min时，则固溶时间过长，会导致铁素体比例超过60％；当带钢的运行速度大于25m/min时，则带钢软化效果不好，强度太高，不利于冷轧变形，同时还会导致表面酸洗不净。
本发明通过对冷轧后的不锈钢进行第二固溶处理，达到冷轧带钢铁素体比例接近50％和带钢强度在570-590MPa的合理匹配，为后续成品具有良好的组织性能提供保证。
(3)采用冷加工强化双相不锈钢。
所述冷加工强化包括：对双相不锈钢进行单道次轧制，借此，将不锈钢的强度在固溶基础上，进一步提高，并保证具有一定的延伸。
优选的，所述单道次轧制的冷变形率为3.0％-3.5％，轧制力为23-26kN/cm。当冷变形率小于3.0％或者轧制力小于23kN/cm时，则延伸率大于20％，但强度提升达不到目标下限630MPa；当冷变形率大于3.5％或者轧制力大于26kN/cm时，则强度提高幅度太大，而延伸率太小，小于20％的目标下限。
钢板经过设定小范围的冷变形，位错密度适当提高，强度增加，但铁素体比例未发生明显变化，未析出有害相，因此材料仍然能保持较好的耐蚀性。
(4)经拉矫、平整得到经济型双相不锈钢板材产品。
为了获得较好的板型，对双相不锈钢进行平整、拉矫。
优选的，所述平整的变形量为1％，所述拉矫的拉矫力为400-800Kg。
本发明的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，从经济型双相不锈钢热卷的准备、固溶处理后卷板首次冷轧、冷轧厚度以及随后的固溶处理、最终冷加工强化变形率和单位轧制力、平整变形量及拉矫力等关键工序和参数的合理设计，最终实现了经济型双相不锈钢板材高强化的稳定制造，满足了Rp0.2≥630MPa，延伸率A50≥20％的合理匹配。
需要说明的是，所述经济型双相不锈钢板材在生产过程中所涉及的其他技术参数(如：水冷温度、轧制道次、轧制变形率、脱脂温度、脱脂剂等)均按照常规的方法进行，本发明在此不做赘述。
第二方面，本发明还提供了一种经济型双相不锈钢板材，所述经济型双相不锈钢板材在制备过程中采用了上述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法进行处理。
优选的，所述经济型双相不锈钢板材为低Ni经济型双相不锈钢，如：21％Cr-5％Mn-1.5％Ni-0.3％Mo-N不锈钢。
其中，现有的以21％Cr-5％Mn-1.5％Ni-0.3％Mo-N为代表的低Ni经济型双相不锈钢板材的强度为Rp0.2≥530MPa，延伸率为A50≥30％。
其中，图1示出了本发明的经济型双相不锈钢拉伸性能随冷加工变形量的变化规律。通过图1可知，采用本发明的方法进行处理后，经济型双相不锈钢板材强度提高至Rp0.2≥630MPa，延伸率提高至A50≥20％，满足车体结构轻量化、长寿命的要求，填补行业空白。
进一步优选的，所述经济型双相不锈钢板材，按重量百分比计，包括：C≤0.030％，Si≤1.00％，Mn：4.50％-5.50％，P≤0.035％S≤0.003％，Cr：21.00％-22.00％，Ni：1.35％-1.70％，Mo：≤0.30％，N：0.20％-0.25％，其余为铁和不可避免的杂质。
其中，所述经济型双相不锈钢也可以根据需要制备成线材、棒材等，只要其采用了本发明的方法，均在本发明要求保护的范围内。
第二方面，本发明还提供了所述的经济型双相不锈钢板材在制备车体结构中的应用。
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。
实施例1
经济型双相不锈钢(21％Cr-5％Mn-1.5％Ni-0.3％Mo-N)的化学成分如下：
C:0.020％ Si:0.62％ Mn:5.14％ P:0.021％ S:0.001％ Cr：21.53％ Ni：1.53％ Mo:0.20％ N:0.21％其余为铁和不可避免的杂质。
·热卷准备：“厚度*宽度”为6.0*1219mm的热轧卷板经过1000-1040℃固溶处理，出炉水冷，带钢的运行速度在13-15m/min。
·卷板冷轧及固溶处理：冷轧目标厚度控制在2.7mm；固溶处理制度：加热炉温1000-1040℃，钢带运行速度20-25m/min
·冷加工强化：单道次轧制，冷变形率3.5％，轧制力25kN/cm；卷板经过脱脂处理。
·平整拉矫包装：平整变形量1％，拉矫力600Kg。
成品厚度为2.5mm。
成品性能：Rp0.2＝690-695MPa，Rm＝840-850MPa，A50＝24-26％。
实施例2
经济型双相不锈钢(21％Cr-5％Mn-1.5％Ni-0.3％Mo-N)的化学成分如下：
C:0.013％ Si:0.55％ Mn:5.10％ P:0.020％ S:0.002％ Cr：21.47％ Ni：1.56％ Mo:0.21％ N:0.20％其余为铁和不可避免的杂质。
·热卷准备：“厚度*宽度”为5.0*1219mm的热轧卷板经过1000-1040℃固溶处理，出炉水冷，带钢的运行速度在14-15m/min。
·卷板冷轧及固溶处理：冷轧目标厚度控制在2.6mm；固溶处理制度：加热炉温1000-1040℃，钢带运行速度20-25m/min
·冷加工强化：单道次轧制，冷变形率3.0％，轧制力24kN/cm；卷板经过脱脂处理。
·平整拉矫包装：平整变形量1％，拉矫力500Kg。
成品厚度为2.5mm。
成品性能：Rp0.2＝675-680MPa，Rm＝850-855MPa，A50＝26-25％。
对比例1(不同冷变形量的强化效果)
在热卷固溶和第一轧程冷轧控制接近的前提下，调整第二轧程冷轧的变形量，得到截然不同的效果。
经济型双相不锈钢(21％Cr-5％Mn-1.5％Ni-0.3％Mo-N)的化学成分如下：
C:0.022％ Si:0.59％ Mn:5.10％ P:0.021％ S:0.001％ Cr：21.60％ Ni：1.55％ Mo:0.18％ N:0.21％其余为铁和不可避免的杂质。
·热卷准备：“厚度*宽度”为5.0*1219mm的热轧卷板经过1000-1040℃固溶处理，出炉水冷，带钢的运行速度在14-15m/min。
·卷板冷轧及固溶处理：冷轧目标厚度控制在2.6mm；固溶处理制度：加热炉温1000-1040℃，钢带运行速度20-25m/min
·冷加工强化：单道次轧制，冷变形率6.0％，轧制力26kN/cm；卷板经过脱脂处理。
·平整拉矫包装：平整变形量1％，拉矫力500Kg。
成品厚度为2.45mm。
成品性能：Rp0.2＝750-760MPa，Rm＝890-900MPa，A50＝14-15％。
对比例2(常规固溶态冷板)
在热卷固溶和第一轧程冷轧控制接近的前提下，调整第二轧程冷轧后的热处理制度，同样得不到预期高强化的效果。
经济型双相不锈钢(21％Cr-5％Mn-1.5％Ni-0.3％Mo-N)的化学成分如下：
C:0.018％ Si:0.56％ Mn:5.07％ P:0.018％ S:0.001％ Cr：21.51％ Ni：1.63％ Mo:0.17％ N:0.21％其余为铁和不可避免的杂质。
·热卷准备：“厚度*宽度”为5.0*1219mm的热轧卷板经过1000-1040℃固溶处理，出炉水冷，带钢的运行速度在14-15m/min。
·卷板冷轧及固溶处理：冷轧目标厚度控制在2.6mm；固溶处理制度：加热炉温1000-1040℃，钢带运行速度20-25m/min
·常规冷轧：冷变形率38.5％，厚度为1.60mm，性能如下：
Rp0.2＝1180-1290MPa，Rm＝1430-1450MPa，A50＝6.0-6.5％
·冷轧卷板固溶处理制度：加热炉温1000-1040℃，钢带运行速度20-25m/min。
·平整拉矫包装：平整变形量1％，拉矫力500Kg。
成品厚度为1.60mm。
成品性能：Rp0.2＝540-550MPa，Rm＝760-765MPa，A50＝35.0-37.0％。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，其特征在于，包括：
（1）对厚度为5.0-6.0 mm双相不锈钢的热轧卷板进行第一固溶处理，出炉后水冷；
其中，所述第一固溶处理的温度为1000-1040℃，带钢的运行速度为10-15 m/min；
（2）冷轧至目标厚度2.6-2.8 mm后，进行第二固溶处理；
其中，所述第二固溶处理的温度为1000-1040℃，带钢的运行速度为20-25 m/min；
（3）对双相不锈钢进行单道次轧制；
其中，所述单道次轧制的冷变形率为3.0%-3.5%，轧制力为23-26 kN/cm；
（4）经平整、拉矫得到经济型双相不锈钢板材产品。
2. 根据权利要求1所述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法，其特征在于，所述平整的变形量为1%，所述拉矫的拉矫力为400-800 Kg。
3.一种经济型双相不锈钢板材，其特征在于，在制备过程中采用权利要求1-2任一项所述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法进行处理。
4.根据权利要求3所述的经济型双相不锈钢板材，其特征在于，按重量百分比计，包括：C≤0.030％，Si≤1.00％，Mn：4.50％-5.50%，P≤0.035％S≤0.003％，Cr：21.00％-22.00％，Ni：1.35％-1.70％，Mo：≤0.30％，N：0.20％-0.25％，其余为铁和不可避免的杂质。
5.权利要求1-2任一项所述的提高经济型双相不锈钢板材强度的方法进行处理后的经济型双相不锈钢板材或权利要求3-4任一项所述的经济型双相不锈钢板材在制备车体结构中的应用。
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