CN116005062B - 高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板及其制备方法。本发明的高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板制备方法包括：(1)冶炼得到成分符合要求的钢水；(2)将所述钢水进行连铸，按重量百分比计，连铸坯包括：C 0.04％‑0.05％、Si 0.50％‑0.70％、Mn0.90％‑1.10％、P≤0.035％、S≤0.003％、Cr 17.00％‑17.50％、Ni9.00％‑9.50％、N≤0.012％、Ti 0.25％‑0.35％及余量的铁和不可避免的杂质；(3)对所述不锈钢连铸坯修磨后，依次进行热轧、退火酸洗、冷轧及退火工序，得到不锈钢冷轧卷板。本发明通过对钢中C、Ti含量的精确控制和冷轧卷板退火工艺的优化获得了高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板，又通过优化连铸保护渣成分及物性参数解决了高Ti不锈钢在连铸时铸坯原始表面缺陷引起的冷轧板重皮缺陷问题。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板及其制备方法。
背景技术
321不锈钢是Ni-Cr-Ti型奥氏体不锈钢，具有耐磨蚀性、耐高温、抗蠕变性等，用于制备耐磨酸容器和耐磨设备的衬里、输送管道。
在某些大型化工设备中，由于复杂和苛刻的运行环境，往往对钢板性能提出更高要求，例如，某出口订单要求321不锈钢冷轧钢板的屈服强度Rp0.2≥260Mpa，高于常规321不锈钢冷轧板均值近40Mpa，而国内没有能满足该要求的321不锈钢钢板。
发明内容
为了解决现有技术的缺陷，本发明根据某大型化工设备建设用321不锈钢技术条件要求，在普通321不锈钢基础上对其成分和制备方法进行改进，提供了一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板及其制备方法。
具体的，本发明的高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板的制备方法，包括：
(1)冶炼得到成分符合要求的钢水；
(2)将所述钢水进行连铸，得到不锈钢连铸坯；
其中，按重量百分比计，所述连铸坯包括：C 0.04％-0.05％、Si0.50％-0.70％、Mn0.90％-1.10％、P≤0.035％、S≤0.003％、Cr 17.00％-17.50％、Ni 9.00％-9.50％、N≤0.012％、Ti 0.25％-0.35％及余量的铁和不可避免的杂质；
(3)对所述不锈钢连铸坯修磨后，依次进行热轧、退火酸洗、冷轧及退火工序，得到不锈钢冷轧卷板。
上述的高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板的制备方法，连铸过程中采用的连铸保护渣的碱度CaO/SiO2为0.80-0.90，熔点为1070-1090℃。
上述的高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板的制备方法，连铸过程中采用的连铸保护渣的碱度CaO/SiO2为0.89，熔点为1088℃。
上述的高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板的制备方法，按重量百分比计，所述连铸保护渣包括：CaO 33％-36％，SiO2 37％-40％，MgO 3％-6％，Na2O10％-13％，Al2O30％-2％，Fe2O3 0％-3％，TC 0％-3％，F-7％-10％。
上述的高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板的制备方法，按重量百分比计，所述连铸保护渣包括：CaO 33％，SiO2 37％，MgO 3.0％，Na2O 10.53％，Al2O3 1.5％，Fe2O32.5％，TC 3％，F-9.47％。
上述的高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板的制备方法，所述连铸保护渣的液渣层厚度为6-10mm。
上述的高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板的制备方法，所述修磨采用16#砂轮按照两重一轻原则对连铸坯表面修磨3遍，修磨率≥2％。
上述的高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板的制备方法，述退火工序中钢板温度设定值为1040-1050℃，钢卷在退火炉膛内过线速度按照TV值为100-120mm·m/min控制。
另一方面，本发明还提供了一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板，其采用上述的制备方法制备。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明根据国外某大型化工设备制造用321不锈钢冷轧板技术条件屈服强度≥260Mpa的要求，设计了高C为基础的奥氏体不锈钢成分，首先对钢中C、Ti含量的精确控制及连铸保护渣成分优化，解决了高Ti不锈钢在连铸时铸坯原始表面缺陷引起的冷轧板重皮缺陷问题；
(2)本发明通过热处理试验，总结出固溶温度和屈服强度之间的对应关系，制定了获得高屈服强度的固溶工艺，冷板屈服强度平均在280Mpa，比普通321不锈钢冷板屈服强度提高了20％的水平，是国内321不锈钢唯一满足此技术条件要求的厂家，年出口量超一万吨。
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为TiN类夹杂物在冶炼时生成稳定区图；
图2为高Ti类321不锈钢铸坯表面夹渣缺陷；
图3为高Ti类321不锈钢铸坯表面纵裂缺陷；
图4为按照本发明的方法制备的不锈钢铸坯表面形貌；
图5为对比例1制备的不锈钢冷轧板的表面缺陷形貌。
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。
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。
本发明根据某大型化工设备建设用321不锈钢技术条件要求，在普通321不锈钢成分体系基础上，提高了C成分控制，根据标准相应的提高了钢中Ti含量范围；通过优化连铸保护渣熔点、碱度及主要成分，解决了高Ti不锈钢铸坯表面夹渣或纵裂等易发生的表面缺陷；通过调整固溶温度与钢卷在退火炉膛的工艺速度，获得了高屈服强度的321不锈钢冷轧板。具体的，本发明的技术思路如下：
成分设计
普通321系列不锈钢C含量在0.02％附近，钢板的屈服强度210-220Mpa，提高屈服强度的首选工艺提高钢中C含量，但321标准中规定Ti含量与C含量关系：Ti％≥5×(C+N)％，Ti元素为易氧化元素，冶炼过程中容易产生大量含Ti夹杂物引起水口结瘤，与保护渣反应恶化保护渣物性参数，导致铸坯表面过多的缺陷，修磨不掉残留在铸坯上导致钢板表面，因此不能为提高屈服强度无限提高C含量，根据生产可行性，C含量0.04-0.05％，相应Ti含量0.25-0.35％。
连铸过程控制
(1)N含量控制思路
钢中增加Ti元素后，由于钢中含有一定量的N元素，两者极易发生反应生成TiN夹杂物，TiN夹杂物在连铸过程中与保护渣中的SiO2和Fe2O3反应，反应产物TiO2继续与CaO反应生成高熔点的夹杂物在铸坯表面残留形成较大区域的表面缺陷，因此冶炼工序的关键控制点在于严格控制钢液中N的含量，根据图1中1600℃下TiN夹杂物生成的热力学计算，钢液中Ti含量在0.25-0.30％时，N含量＜0.01％时可以避免TiN夹杂物的大量形成。
(2)保护渣选用原则
TiN被保护渣吸附与CaO反应生成高熔点夹杂物不能随保护渣流走而残留在铸坯表面(如图2所示)，因此，保护渣的粘度和熔点应相对较低，增大液渣量，但又不能过大，液渣层过厚，影响凝固传热坯壳变薄，在应力作用下形成铸坯表面纵裂(如图3所示)。
基于上述原则，对保护渣的成分和液渣层的厚度进行了调整。
其中，按重量百分比计，所述连铸保护渣包括：CaO 33％-36％，SiO237％-40％，MgO 3％-6％，Na2O 10％-13％，Al2O3 0％-2％，Fe2O3 0％-3％，TC0％-3％，F-7％-10％。
优选的，按重量百分比计，所述连铸保护渣包括：CaO 33％，SiO2 37％，MgO3.0％，Na2O 10.53％，Al2O3 1.5％，Fe2O3 2.5％，TC 3％，F-9.47％。
其中，连铸保护渣的碱度(CaO/SiO2)为0.8-0.9，熔点为1070-1090℃。优选的，碱度CaO/SiO2为0.89，熔点为1080℃。
本发明通过采用低碱度(R＝CaO/SiO2)保护渣降低连铸过程中结晶倾向从而减轻保护渣的变性程度。
其中，所述连铸保护渣的液渣层厚度为6-10mm，借此，保证连铸冷却过程中冷却速率稳定，降低铸坯表面裂纹发生率。
本发明通过对钢中C、Ti含量的精确控制及连铸保护渣成分优化，获得的连铸坯的形貌如图4所示，克服了高Ti不锈钢在连铸时铸坯原始表面缺陷引起的冷轧板重皮缺陷问题。
为了进一步解决钢板表面缺陷问题，本发明采用16#砂轮按照两重一轻原则对连铸坯表面修磨3遍，修磨率≥2％。
冷板固溶工艺制定
取1.5mm的热轧态钢板，对其进行不同固溶温度的热处理试验，结果如表1所示。
通过表1可以看出，固溶温度越低，钢板屈服强度越高。基于此，本发明将退火工序中钢板温度设定值为1040-1050℃，借此，进一步提高钢板的屈服强度。
表1：钢板性能与退火温度的关系
其中，所述退火在退火炉中进行，钢卷在退火炉膛内过线速度按照TV(钢板厚度×过线速度)100-120mm·m/min控制。当TV小于该范围时，则钢板退火时间过短，组织回复不充分影响钢板韧性；当TV大于该范围时，则钢板退火时间过长晶粒过于粗大，降低钢板强度。
本发明根据某大型化工设备建设用321不锈钢技术条件要求，在普通321不锈钢成分体系基础上，提高了C成分控制，根据标准相应的提高了钢中Ti含量范围；通过优化连铸保护渣熔点、碱度及主要成分，解决了高Ti不锈钢铸坯表面夹渣或纵裂等易发生的表面缺陷；通过调整固溶温度与钢卷在退火炉膛的工艺速度，获得了高屈服强度的321不锈钢冷轧板。
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
(1)通过电炉+AOD+LF+连铸工艺生产出321不锈钢连铸坯，连铸坯的成分如下(wt％)：C 0.040、Si 0.65、Mn 0.85、P 0.0026、S 0.001、Cr 17.18、Ni 9.13、N 0.008、Ti0.27及余量的铁。
(2)连铸保护渣物性参数：液渣层厚度8mm；碱度(CaO/SiO2)0.89；熔点1080℃；CaO33％，SiO2 37％，MgO 3.0％，Na2O 10.53％，Al2O3 1.5％，Fe2O30.4％，TC 3.0％，F-7.52％；
(3)生产出200mm厚1030mm宽321不锈钢连铸坯，铸坯表面采用16#砂轮两重一轻修磨3遍，修磨率约2.0％，修磨后铸坯厚度195mm；
(4)连铸坯表面修磨后轧制成厚度为4mm的热轧不锈钢卷，退火酸洗后冷轧至2.0mm厚冷轧卷板；
(5)冷轧卷板在退火炉进行退火处理，钢板温度设定值1040-1050℃，过线速度50m/min，TV值100mm·m/min；
经过以上步骤生产的2mm厚321不锈钢冷轧板无表面缺陷，Rp0.2为296Mpa，高出普通321不锈钢冷板近70Mpa。
实施例2
(1)通过电炉+AOD+LF+连铸工艺生产出321不锈钢连铸坯，连铸坯的成分如下(wt％)：C 0.045、Si 0.63、Mn 0.81、P 0.0028、S 0.001、Cr 17.25、Ni 9.24、N 0.01、Ti0.32及余量的铁。
(2)连铸保护渣物性参数：液渣层厚度7mm；碱度(CaO/SiO2)0.89；熔点1080℃；CaO33％，SiO2 37％，MgO 3.0％，Na2O 10.53％，Al2O3 2％，Fe2O3 0.4％，TC 3.0％，F-7.52％；
(3)生产出200mm厚1535mm宽321不锈钢连铸坯，铸坯表面采用16#砂轮两重一轻修磨3遍，修磨率约2.5％，修磨后铸坯厚度194mm；
(4)连铸坯表面修磨后轧制成厚度为5mm的热轧不锈钢卷，退火酸洗后冷轧至1.5mm厚冷轧卷板；
(5)冷轧卷板在退火炉进行退火处理，钢板温度设定值1040-1050℃，过线速度70m/min，TV值105(mm·m/min)；
经过以上步骤生产的1.5mm厚321不锈钢冷轧板无表面缺陷，Rp0.2为285Mpa，高出普通321不锈钢冷板近60Mpa。
对比例1
(1)通过电炉+AOD+LF+连铸工艺生产出321不锈钢连铸坯，连铸坯的成分如下(wt％)：C 0.042、Si 0.60、Mn 0.84、P 0.0028、S 0.001、Cr 17.25、Ni 9.19、N 0.012、Ti0.3及余量的铁。
(2)连铸保护渣物性参数：液渣层厚度5mm；碱度(CaO/SiO2)1.16；熔点1130℃；CaO36％，SiO2 31％，MgO 4.1％，Na2O 10％，Al2O3 6.4％，Fe2O3 1.5％，TC 5％，F-6％；
(3)生产出200mm厚1535mm宽321不锈钢连铸坯，铸坯表面采用16#砂轮两重一轻修磨3遍，修磨率约2.5％，修磨后铸坯厚度195mm；
(4)连铸坯表面修磨后轧制成厚度为5mm的热轧不锈钢卷，退火酸洗后冷轧至1.5mm厚冷轧卷板；
(5)冷轧卷板在退火炉进行退火处理，钢板温度设定值1120-1130℃，过线速度50m/min，TV值75mm·m/min；
经过以上步骤生产的1.5mm厚321不锈钢冷轧板Rp0.2为223Mpa，表面缺陷如图5。
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 (3)
1.一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板的制备方法，其特征在于，包括：
（1）冶炼得到成分符合要求的钢水；
（2）将所述钢水进行连铸，得到不锈钢连铸坯；
其中，按重量百分比计，所述连铸坯包括：C 0.04%-0.05%、Si 0.50%-0.70%、Mn0.90%-1.10%、P≤0.035%、S ≤0.003%、Cr 17.00%-17.50%、Ni 9.00%-9.50%、N ≤0.012%、Ti0.25%-0.35%及余量的铁和不可避免的杂质；
其中，连铸过程中采用的连铸保护渣的碱度CaO/SiO2为0.89，熔点为1080℃；所述连铸保护渣包括：CaO 33%，SiO2 37%，MgO 3.0%，Na2O 10.53%，Al2O3 1.5%，Fe2O3 2.5%，TC 3%，F-9.47%；所述连铸保护渣的液渣层厚度为6-10mm；
（3）对所述不锈钢连铸坯修磨后，依次进行热轧、退火酸洗、冷轧及退火工序，得到不锈钢冷轧卷板；
其中，所述退火工序中钢板温度设定值为1040-1050℃，钢卷在退火炉膛内过线速度按照TV值为100-120 mm·m/min控制；其中，TV为钢板厚度×过线速度。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述修磨采用16#砂轮按照两重一轻原则对连铸坯表面修磨3遍，修磨率≥2%。
3.一种高强度高耐蚀奥氏体不锈钢冷轧卷板，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的制备方法制备。
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