CN115354131A - 性价比高、低镍低磁不锈钢bf2的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，包括有以下步骤：(1)不锈钢BF2熔液制备及精炼：化学元素质量百分比的确定：C为≤0.18％、Si为0.2％‑1.2％、Mn为5.5％‑7.5％、P为≤0.06％、S为≤0.01％、Cr为16.5％‑19.5％、Ni为1.0％‑2.0％、Cu为1.0％‑2.0％、N为0.2％‑0.3％、其余为Fe，在1500℃～1600℃下熔炼成不锈钢BF2熔液；(2)连铸连轧热轧；(3)冷轧；(4)退火；(5)精轧。在现有奥氏体不锈钢成份的基础上，通过降低C、Ni、Mo元素，提高Mn元素，降低原材料成本，并优化生产工艺制造出不锈钢BF2，其具有不锈钢304相当的强度和耐腐蚀性，在所有状态下：O态(退火态)、H/2、3/4H状态，具有超低的磁导率，磁导率低至1.01以下，有比不锈钢304磁性稳定和低成本的优势。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢领域技术，尤其是指一种性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法。
背景技术
不锈钢以其独特的抗腐蚀、耐高温，强度大、表面精美、可回收率高等无与伦比的良好性能，被广泛应用于建筑、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮、电子电器等国民经济的多个重要领域。我国作为处于工业化起步阶段的发展中大国，国民经济的发展应该以现代化钢铁工业的发展作为“脊梁”。而不锈钢产业的发展正是衡量一国钢铁产业整体发展水平最重要的标志，是未来钢铁行业的发展趋势。
在所有不锈钢类型中，磁性较低的一般是奥氏体不锈钢，主要的牌号有SUS304、SUS316L、AISI304、AISI316L等，在退火状态下，磁性较低，如AISI304、AISI316L，20℃时磁导率为1.008，业内一般称为弱磁不锈钢，但在经过冷加工硬化后，其磁性会增强，特别是SUS304、AISI304等不锈钢经过冷加工硬化成H/2、3/4H、H状态后，能吸附磁铁，且磁导率会超过2.000。在用于对磁性要求较高的通信、导航、指南针产品上时，会因为磁导率的过高而影响信号的接收、传输、发射，引起电磁干扰而失准、失真。即使使用磁性更低的SUS316L、AISI316L等316材料，在要求更高的手机信号发射器系统、手表的指针系统、导航仪的导航系统上，也会降低定位精度，使导航偏位、手表不准、信号失真，影响用户使用体验，延缓产品的升级换代。在要求磁性低的服装拉链应用上，过不了10级针检，同时会有安全隐患和生命威胁。在科技越来越发达的今天，消费者需要更高质量的产品体验，迫切需要一种能降低电磁干扰、导航干扰、指南干扰的改进材料，在经过机加工、经过变形后也不会产生磁性和剩磁，在恶劣条件下工作不生锈、不变质，同时可以量化磁性和控制磁性，可以正常的大规模生产。
不锈钢产品价格与原料(主要是镍、铬)价格之间存在较强的关联性，产品价格受原料价格的变动而波动，尤其是镍价格昂贵，也是一种战略物资。我国冶炼不锈钢的镍、铬资源贫乏，自给率不足30％，因此，我国大部分的冶炼不锈钢矿石依靠进口，非常依赖国际市场环境。
现有奥氏体不锈钢，如SUS304、AISI316L等防锈性能好，但在冷加工硬化后，或多或少会表现出程度不一的磁性，且磁性不可控制。从1.000-2.000之间波动不等，对高精度的导航产品、指南产品、通信产品，存在极大的安全陷患。不锈钢成本与镍、铬原材料挂钩，以及原材基本进口，依赖于国际市场，成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，其制造出来的不锈钢BF2具有与304相当的强度和耐腐蚀性，并且有比不锈钢304磁性稳定和低成本的优势。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，包括有以下步骤：
(1)不锈钢BF2熔液制备及精炼：化学元素质量百分比的确定：C为≤0.18％、Si为0.2％-1.2％、Mn为5.5％-7.5％、P为≤0.06％、S为≤0.01％、Cr为16.5％-19.5％、Ni为1.0％-2.0％、Cu为1.0％-2.0％、N为0.2％-0.3％、其余为Fe，在1500℃～1600℃下熔炼成不锈钢BF2熔液；
(2)连铸连轧热轧：以5.1m/min的浇注速度连铸连轧热轧，轧制成厚度T为1.2-3.5mm、宽度W为1560mm的BF2黑皮卷材；
(3)冷轧：对热轧后的BF2黑皮卷材依次串列轧机轧制、退火和酸洗、平整得到呈2B表面的BF2精加工坯材；
(4)退火：将BF2精加工坯材进行退火，退火温度大于980℃，小于1200℃；
(5)精轧：对冷轧坯材再通过精轧机精密冷轧。
作为一种优选方案，所述精轧机为20辊精轧机，并且精密冷轧采用多道次，在最后两道次采用粗糙度小，减小油膜厚度，降低材料表面粗糙度，提高耐腐蚀性。
作为一种优选方案，将不锈钢BF2的化学元素换算为铬当量Creq和镍当量Nieq，其中，Creq＝Cr+1.5Mo+1.5W+0.48Si+2.3V+1.75Nb+2.5Al，Nieq＝Ni+Co+0.1Mn-0.01Mn2+18N+30C，Nieq≥Creq-8。
作为一种优选方案，对不锈钢BF2的MD30值进行控制，MD30值反映的是不锈钢加工温度、加工的变形量和马氏体转变量的关系，MD30值越低，组织状态越稳定，马氏体转变量越低，MD30＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo。
作为一种优选方案，化学元素Mn要满足耐点蚀指数[Cr]+3.3[Mo]+30[N]-[Mn]。
作为一种优选方案，化学元素N的最小值满足Bal-achandran公式：
[N]＝-0.88[C]+0.046[Cr]-0.0009[Mn]+0.038[Mo]-0.053[Si]+0.082[Ni]-0.208[Cu]-0.278。
作为一种优选方案，基于耐腐蚀指数[Cr]+3.6[Ni]+4.7[Mo]+11.5[Cu]，Cu元素能稳定奥氏体，提高不锈钢的延展性和耐腐蚀性，抵消由于锰导致的σ相等脆性相的析出，降低耐腐蚀、增加脆性的影响。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
在现有奥氏体不锈钢成份的基础上，通过降低C、Ni、Mo元素，提高Mn元素，降低原材料成本，并优化生产工艺制造出不锈钢BF2，其具有与不锈钢304相当的强度和耐腐蚀性，在所有状态下：O态(退火态)、H/2、3/4H状态，具有超低的磁导率，磁导率低至1.01以下，有比不锈钢304磁性稳定和低成本的优势，本发明制造出的不锈钢BF2在手机信号发射器系统、手表的指针系统、导航仪的导航系统、服装拉链上均能广泛应用。
附图说明
图1是本发明中304、316、BF2形变马氏体含量与冷轧压下率关系对比图；
图2是本发明中BF2磁化曲线图。
具体实施方式
本发明揭示了一种性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，包括有以下步骤：
(1)不锈钢BF2熔液制备及精炼：化学元素质量百分比的确定：C为≤0.18％、Si为0.2％-1.2％、Mn为5.5％-7.5％、P为≤0.06％、S为≤0.01％、Cr为16.5％-19.5％、Ni为1.0％-2.0％、Cu为1.0％-2.0％、N为0.2％-0.3％、其余为Fe，在1500℃～1600℃下熔炼成不锈钢BF2熔液。
(2)连铸连轧热轧：以5.1m/min的浇注速度连铸连轧热轧，轧制成厚度T为1.2-3.5mm、宽度W为1560mm的BF2黑皮卷材。
(3)冷轧：对热轧后的BF2黑皮卷材依次串列轧机轧制、退火和酸洗、平整得到呈2B表面的BF2精加工坯材。
(4)退火：将BF2精加工坯材进行退火，退火温度大于980℃，小于1200℃,冷却时间尽量缩短；这是为了避免Cr2N相、σ相等脆性相的析出降低不锈钢的塑性和耐腐蚀性，以及过高温度会导致晶粒粗大。
(5)精轧：对冷轧坯材再通过精轧机精密冷轧。该精轧机为20辊精轧机，并且精密冷轧采用多道次，在最后两道次采用粗糙度小，减小油膜厚度，降低材料表面粗糙度，提高耐腐蚀性,考虑到冷轧过程中，马氏体增加和硬化现象加剧，可以增加1-2个道次。
基于为了获得单一奥氏体组织，将不锈钢BF2合金元素换算为铬当量(Creq)和镍当量(Nieq)，它们的比值是控制组织状态的重要依据：
Creq＝Cr+1.5Mo+1.5W+0.48Si+2.3V+1.75Nb+2.5Al；
Nieq＝Ni+Co+0.1Mn-0.01Mn2+18N+30C；
Nieq≥Creq-8。
基于MD30＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo，MD30反映的是不锈钢加工温度、加工的变形量和马氏体转变量的关系，MD30值越低，组织状态越稳定，马氏体转变量越低。在30％的冷变形下生成50％马氏体的温度，称为马氏体点。若奥氏体中合金元素越高则此点越低，马氏体就越不易发生转变。奥氏体不锈钢通常是非磁性的，磁导率约为1.0。高于1.0的磁导率与奥氏体钢中存在的铁素体或马氏体向的量相关，因此取决于化学成分。可以看出：①其中(C+N)的影响系数最大，为462，(Ni+Cu)次之；②MD30值与化学元素含量成负相关关系，对应元素含量越高，MD30值越小；③Ni、Cu、Cr、Mn和Si元素因为成本的原因成分目标值，往中下线控制，越低越好。因此综上，影响MD30值达标率的主要症结在于C、N、Cu的控制。
基于不锈钢301、304磁性原理主要由于冷加工硬化过程，主要是形变诱导马氏体，导致磁性增加，硬化程度越高，那马氏体转变量越大，磁性越高；基于不锈钢316L在冷加工硬化过程，主要是位错强化，因而硬化程度高，但依旧保证316L的低磁性。所以本发明不锈钢BF2以位错强化形为主，以变诱导马氏体为辅，既保证了强度比316L高，同时也保证了不锈钢BF2的磁性比不锈钢301、304要低。
基于Mn元素能够强烈稳定稳定奥氏体组织，Mn元素还可以起到增加N在钢中的溶解度的作用，增加N元素的固溶度，因此降低镍元含量，增加锰元素，达到低成本、低磁性。但不锈钢中的Mn元降低了耐腐蚀性，因此Mn元素要满足耐点蚀指数[Cr]+3.3[Mo]+30[N]-[Mn]。
基于N以间隙原子的形式固溶强化奥氏体，氮元素能够加强钢的金属键而碳元素则加强原子间的共价键，氮原子占据间隙位置时电子云密度比碳高，因此，从电子结构上讲，氮比碳更能稳定奥氏体。氮元素可以导致滑移平面和变形孪晶的增加，从而阻止位错运动和孪晶扩展，极大的增加奥氏体不锈钢的形变硬化率。因此N元素能稳定形成奥氏体，提高耐腐蚀性及强度，但过少会使奥氏体不稳定，过多会导致氮化物的析出。所以N的最小值满足Bal-achandran公式：
[N]＝-0.88[C]+0.046[Cr]-0.0009[Mn]+0.038[Mo]-0.053[Si]+0.082[Ni]-0.208[Cu]-0.278。
基于耐腐蚀指数[Cr]+3.6[Ni]+4.7[Mo]+11.5[Cu]，Cu元素能稳定奥氏体，提高不锈钢的延展性和耐腐蚀性，抵消由于锰导致的σ相等脆性相的析出，降低耐腐蚀、增加脆性的影响。铜的析出会优先于奥氏体的转变,因此奥氏体将会在弥散细小的铜颗粒上进行转变，由此产生的奥氏体非常细小和均匀，此外，弥散细小的铜颗粒还具有钉扎相界作用使奥氏体细化。
下面以多个实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1：(Creq、Nieq)
Creq＝Cr+1.5Mo+1.5W+0.48Si+2.3V+1.75Nb+2.5Al；
Nieq＝Ni+Co+0.1Mn-0.01Mn2+18N+30C；
Nieq≥Creq-8。
| 牌号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | Cu | N |
| BF2 | 0.146 | 0.32 | 7.2 | 0.06 | 0.0015 | 16.79 | 1.33 | - | 1.55 | 0.218 |
| 牌号 | Cr<sub>eq</sub> | Ni<sub>eq</sub> | Nieq≥Cr<sub>eq</sub>-8 |
| BF2 | 16.9436 | 9.8356 | 7.108(OK) |
实施例2：(MD30对比)
MD30＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo。
| 牌号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | Cu | N | MD30 |
| BF2 | 0.146 | 0.32 | 7.2 | 0.06 | 0.0015 | 16.79 | 1.33 | - | 1.55 | 0.218 | 8.025 |
| 304 | 0.0452 | 0.498 | 1.029 | 0.0217 | 0.0045 | 18.19 | 8.02 | - | - | - | 25.5541 |
| 316L | 0.0171 | 0.608 | 1.406 | 0.0251 | 0.0018 | 16.95 | 10.02 | 2.07 | - | 0.0117 | -45.9371 |
MD30值反应的是加工温度、加工变形量和马氏体的生成量之间的关系，不锈钢BF2的MD30值介于不锈钢304和不锈钢316L之间，不锈钢BF2的磁性要比不锈钢304稳定。
实施例3：(形变马氏体含量与冷轧压下率对比)
从图1可见，相同冷轧压下率，BF2的形变马氏体含量要比304少，高于316L。
实施例4：(BF2磁化曲线)
从图2可见，不锈钢BF2的Ms＝3.82emu/g，而不锈钢316L的Ms一般在1.2emu/g左右，不锈钢BF2的Ms略大于不锈钢316L的Ms。
实施例5：(磁性对比)
空气中的磁导率显示为1.000，从上表可见，不锈钢BF2与设备接触空气所测的磁导率接近。
实施例6：(抗点蚀指数、耐腐蚀指数对比)
耐点蚀指数[Cr]+3.3[Mo]+30[N]-[Mn]；耐腐蚀指数[Cr]+3.6[Ni]+4.7[Mo]+11.5[Cu]。
耐点蚀指数大于15以上就具备48H以上中性盐雾能力。从上表可见，不锈钢BF2的耐蚀能力综合较强，略弱于不锈钢304。
实施例7：
中性盐雾测试结果如下：24H/48H均盐雾OK。
一般情况下，普通不锈钢304的盐雾时间要求24H/48H。不锈钢BF2与不锈钢304、316L可在同等条件下，具有相同耐腐蚀性能。
实施例8：(强度对比)
相同状态下，不锈钢BF2的抗拉强度、屈服强度高于不锈钢316约100MPa，与不锈钢304相当。
实施例9：(成本对比)
不锈钢BF2的成本要比不锈钢304低10％。
综上所述，不锈钢BF2的基本性能如下表所示：
本产品不锈钢BF2可以用于3C电子产品，作为信号接收终端的支架、平板、外框等五金部件，提高速度减少干扰；可以用于航海、航空、航天用的导航系统部件，提高导航准确度；可以用于电脑、汽车、数码产品、电器的外部物联接收器支架、背光板等，减少电子产品的电磁干扰，为后面的5G产品，提供更可靠、准确、快速的反应，同时适应于更低能耗的产品；可以用于过六级针检的无磁拉链、手表的指针等高、精、尖产品的配件，提升产品的档次和品味。
本发明的设计重点在于：在现有奥氏体不锈钢成份的基础上，通过降低C、Ni、Mo元素，提高Mn元素，降低原材料成本，并优化生产工艺制造出不锈钢BF2，其具有与不锈钢304相当的强度和耐腐蚀性，在所有状态下：O态(退火态)、H/2、3/4H状态，具有超低的磁导率，磁导率低至1.01以下，有比不锈钢304磁性稳定和低成本的优势，本发明制造出的不锈钢BF2在手机信号发射器系统、手表的指针系统、导航仪的导航系统、服装拉链上均能广泛应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，其特征在于：包括有以下步骤：
(1)不锈钢BF2熔液制备及精炼：化学元素质量百分比的确定：C为≤0.18％、Si为0.2％-1.2％、Mn为5.5％-7.5％、P为≤0.06％、S为≤0.01％、Cr为16.5％-19.5％、Ni为1.0％-2.0％、Cu为1.0％-2.0％、N为0.2％-0.3％、其余为Fe，在1500℃～1600℃下熔炼成不锈钢BF2熔液；
(2)连铸连轧热轧：以5.1m/min的浇注速度连铸连轧热轧，轧制成厚度T为1.2-3.5mm、宽度W为1560mm的BF2黑皮卷材；
(3)冷轧：对热轧后的BF2黑皮卷材依次串列轧机轧制、退火和酸洗、平整得到呈2B表面的BF2精加工坯材；
(4)退火：将BF2精加工坯材进行退火，退火温度大于980℃，小于1200℃；
(5)精轧：对冷轧坯材再通过精轧机精密冷轧。
2.根据权利要求1所述的性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，其特征在于：所述精轧机为20辊精轧机，并且精密冷轧采用多道次，在最后两道次采用粗糙度小，减小油膜厚度，降低材料表面粗糙度，提高耐腐蚀性。
3.根据权利要求1所述的性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，其特征在于：将不锈钢BF2的化学元素换算为铬当量Creq和镍当量Nieq，其中，Creq＝Cr+1.5Mo+1.5W+0.48Si+2.3V+1.75Nb+2.5Al，Nieq＝Ni+Co+0.1Mn-0.01Mn2+18N+30C，Nieq≥Creq-8。
4.根据权利要求1所述的性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，其特征在于：对不锈钢BF2的MD30值进行控制，MD30值反映的是不锈钢加工温度、加工的变形量和马氏体转变量的关系，MD30值越低，组织状态越稳定，马氏体转变量越低，MD30＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo。
5.根据权利要求1所述的性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，其特征在于：化学元素Mn要满足耐点蚀指数[Cr]+3.3[Mo]+30[N]-[Mn]。
6.根据权利要求1所述的性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，其特征在于：化学元素N的最小值满足Bal-achandran公式：
[N]＝-0.88[C]+0.046[Cr]-0.0009[Mn]+0.038[Mo]-0.053[Si]+0.082[Ni]-0.208[Cu]-0.278。
7.根据权利要求1所述的性价比高、低镍低磁不锈钢BF2的制造方法，其特征在于：基于耐腐蚀指数[Cr]+3.6[Ni]+4.7[Mo]+11.5[Cu]，Cu元素能稳定奥氏体，提高不锈钢的延展性和耐腐蚀性，抵消由于锰导致的σ相等脆性相的析出，降低耐腐蚀、增加脆性的影响。
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