CN116024496A - 不锈钢带及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不锈钢带及其制造方法，所述不锈钢带以重量％计包含：小于0.09％的C、1％‑2％的Si、小于1％的Mn、13.25％‑15.25％的Cr、6.5％‑7.75％的Ni、小于0.04％的P、小于0.01％的S、0.22％‑0.47％的Ti、0.4％‑1％的Cu、0.5％‑1％的Mo、余量的Fe和不可避免的杂质；所述制造方法包括对所述不锈钢带进行热处理，所述热处理包括：固溶处理、调整处理、冷处理和时效处理。所述不锈钢带的疲劳强度≥570MPa，屈服强度≥1500MPa，抗拉强度≥1550MPa，洛氏硬度≥HRC45。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢带及其制造方法。
背景技术
不锈钢精密传动钢带用于纤维板、刨花板连续热压机，起到一种模具的作用，是压机的核心部件。钢带在压机中以环形形式连续循环周期性运行，钢带始终承受着温度变化带来的热应力、辊筒张紧带来的拉应力、钢带在辊筒表面弯曲造成的弯曲应力。在连续压机中，钢带承受的峰值应力在500MPa左右(拉应力、热应力和弯曲应力叠加之和)，这就要求不锈钢带具有高的疲劳强度。
另外，与钢带内表面接触的、起到传温传压作用的辊杆，洛氏硬度HRC50度，在压机工作时，辊杆和钢带之间会存在滑动摩擦和滚动摩擦，辊杆持续性磨损钢带内表面，这就要求不锈钢带具有高的力学性能。
因此，开发一种能够提升不锈钢带性能的热处理工艺是十分必要的。
发明内容
针对上文提到的问题和需求，本发明提出了一种新型的不锈钢带及其制造方法，其由于采取了如下技术特征而解决了上述问题，并带来其他技术效果。
一方面，本发明公开了一种不锈钢带的制造方法，包括：提供具有预定尺寸的不锈钢带，所述不锈钢带以重量％计包含：小于0.09％的C、1％-2％的Si、小于1％的Mn、13.25％-15.25％的Cr、6.5％-7.75％的Ni、小于0.04％的P、小于0.01％的S、0.22％-0.47％的Ti、0.4％-1％的Cu、0.5％-1％的Mo、余量的Fe和不可避免的杂质；对所述不锈钢带进行热处理。
所述热处理包括：加热至介于1015℃和1045℃之间的固溶温度，保温第一预定时间，然后通过第一冷却步骤冷却至室温；加热至介于945℃和955℃之间的调整温度，保温第二预定时间，然后通过第二冷却步骤冷却至室温；冷却至小于-80℃的冷却温度，保温8h；加热至介于505℃和555℃之间的时效温度，保温4h，然后通过第三冷却步骤冷却至室温。
根据以上实施例，针对本公开所提出成分的不锈钢带，经过固溶处理、调整处理、冷处理和时效处理四个步骤和具体的处理参数选择，获得较高的疲劳强度和良好的力学性能。根据本公开提出的制造方法制成的不锈钢带，特别适用于不锈钢精密传动钢带的应用，通过首尾焊接所述不锈钢带形成环形的不锈钢传动带。
在一些示例中，所述第一预定时间根据不锈钢带的厚度进行调整，所述第一预定时间介于4min/mm至6min/mm之间。优选地，所述第一预定时间为5min/mm。
在一些示例中，所述第二预定时间根据不锈钢带的厚度进行调整，所述第一预定时间介于8min/mm至12min/mm之间。优选地，所述第二预定时间为10min/mm。
在一些示例中，所述第一冷却步骤包括使用室温水进行冷却。通过室温水进行冷却可以快速将不锈钢带冷却至室温。
在一些示例中，所述第二冷却步骤和/或第三冷却步骤包括在空气中自然冷却。
在一些示例中，所述时效温度介于505℃和515℃之间、介于525℃和535℃之间或介于545℃和555℃之间。时效温度越高，抗拉强度越低，疲劳强度越高，因此可以根据材料所需的强度要求选择合适的时效温度。
在一些示例中，冷却处理可以通过液氮进行，例如在液氮中冷却至小于零下80℃的冷却温度。
另一方面，本发明还公开了一种不锈钢带，所述不锈钢带以重量％计包含：小于0.09％的C、1％-2％的Si、小于1％的Mn、13.25％-15.25％的Cr、6.5％-7.75％的Ni、小于0.04％的P、小于0.01％的S、0.22％-0.47％的Ti、0.4％-1％的Cu、0.5％-1％的Mo、余量的Fe和不可避免的杂质，所述不锈钢带通过如前所述的制造方法制造。
在一些示例中，所述不锈钢带的疲劳强度≥570MPa，屈服强度≥1500MPa，抗拉强度≥1550MPa，洛氏硬度≥HRC45。
通过本发明公布的热处理工艺，能够保证热处理后的钢带疲劳强度在不低于570MPa时，屈服强度≥1500MPa，抗拉强度≥1550MPa，洛氏硬度≥HRC45。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1示出了为热处理前根据本公开至少一实施例的不锈钢带金相组织(800×)图；
图2为热处理前根据本公开至少一实施例的不锈钢带的应力位移曲线图；
图3为热处理后根据本公开至少一实施例的不锈钢带金相组织(800×)图；
图4为热处理后根据本公开至少一实施例的不锈钢带的应力位移曲线图；
图5为热处理前根据本公开至少一实施例的不锈钢带金相组织(800×)图；
图6为热处理前根据本公开至少一实施例的不锈钢带的应力位移曲线图；
图7为热处理后根据本公开至少一实施例的不锈钢带金相组织(800×)图；
图8为热处理后根据本公开至少一实施例的不锈钢带的应力位移曲线图；
图9为热处理前根据本公开至少一实施例的不锈钢带金相组织(800×)图；
图10为热处理前根据本公开至少一实施例的不锈钢带的应力位移曲线图；
图11为热处理后根据本公开至少一实施例的不锈钢带金相组织(800×)图；
图12为热处理后根据本公开至少一实施例的不锈钢带的应力位移曲线图；
图13为热处理后根据本公开至少一实施例的不锈钢带的疲劳强度与抗拉强度变化曲线图。
具体实施方式
为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件、物件或步骤涵盖出现在该词后面列举的元件、物件或步骤及其等同，而不排除其他元件、物件或步骤。
不锈钢精密传动钢带用于纤维板、刨花板连续热压机，起到一种模具的作用，是压机的核心部件。钢带在压机中以环形形式连续循环周期性运行，钢带始终承受着温度变化带来的热应力、辊筒张紧带来的拉应力、钢带在辊筒表面弯曲造成的弯曲应力。在连续压机中，钢带承受的峰值应力在500MPa左右(拉应力、热应力和弯曲应力叠加之和)，这就要求不锈钢传动带具有高的疲劳强度。另外，与钢带内表面接触的、起到传温传压作用的辊杆，洛氏硬度HRC50度，在压机工作时，辊杆和钢带之间会存在滑动摩擦和滚动摩擦，辊杆持续性磨损钢带内表面，这就要求不锈钢传动带具有高的力学性能。目前，只有一种牌号为HT1770M的材料可以满足这样的要求。14-7PH是这种材料的替代品，但以目前的热处理工艺，这种材料无法同时具备高的疲劳强度和力学性能，在压机中运行时，容易出现辊杆磨损造成的变形和疲劳裂纹。因此，开发一种能够提升14-7PH性能的热处理工艺是十分必要的。
本发明公开了一种牌号14-7PH不锈钢带的热处理工艺，钢带经过热处理后，疲劳强度和力学性能能够达到HT1770M的90％以上，从而解决这种材料在压机中运行时，容易出现变形和疲劳裂纹的问题。
本发明公开了一种不锈钢带的制造方法，包括提供具有预定尺寸的不锈钢带和对所述不锈钢带进行热处理。本公开所述涉及的牌号14-7PH不锈钢带由瑞典OutokumpuPress Plate AB提供，其化学成分如下：
下面描述不同元素在显微组织中作用，元素含量以重量％描述，本公开所述的范围均包括端点：
碳(C)分隔奥氏体相并且对奥氏体稳定性具有强烈影响。可添加最多0.09％的碳，但是较高的水平对耐腐蚀性具有不利影响。
硅(Si)通常被添加到不锈钢中用以在熔炼车间中进行脱氧的目的，硅最多为2.00％，且不少于1.00％。
锰(Mn)是用于稳定奥氏体相并且增加氮在钢中的溶解度的重要添加剂。由此，锰可部分地替代昂贵的镍并且使钢达到适当的相平衡。过高的水平将降低耐腐蚀性。与公布文献中所示相比，锰对抵抗变形马氏体的奥氏体稳定性具有更强的作用，并且必须仔细处理锰含量。锰的范围应当小于1.00％。
铬(Cr)是使钢耐受腐蚀的主要添加剂。铬的范围为13.25％至15.25％。
镍(Ni)是用于实现良好延展性的基本合金化元素。理想地，镍的组成应当为6.50～7.75％。
铜(Cu)在大多数不锈钢中通常作为0.4-1.00％的残余物存在，这是因为原材料在很大程度上是含有该元素的不锈钢废料的形式。铜是奥氏体相的弱稳定剂，但是对抵抗马氏体形成具有强烈影响，并且在评价实际合金的成形性时必须加以考虑。可进行至多1.0％的有意添加。
钼(Mo)是可添加用以增加耐腐蚀性的铁素体稳定剂。钼增加对马氏体形成的抵抗性，并且与其它添加剂一起，钼不能被添加到高于1.00％。
钛(Ti)在不锈钢中起到使不锈钢的内部组织致密，细化晶粒力、降低不锈钢的时效敏感性、改善不锈钢的焊接性能、增加不锈钢的硬度、增加不锈钢的抗磨和抗腐蚀的能力等作用，钛的含量优选控制在0.22％至0.47％范围内。
此外，磷(P)和硫(S)的含量也需要分别控制在不大于0.04％和0.01％范围内。
在本实施例中，热处理包括固溶处理、调整处理、冷处理和时效处理四个步骤，具体如下：
1.固溶处理：加热至介于1015℃和1045℃之间的固溶温度，保温第一预定时间，然后通过第一冷却步骤冷却至室温。
可选地，不锈钢带通过常压空气气氛的电阻炉进行固溶处理，固溶温度1030℃±15℃，保温时间根据钢带厚度进行线性调整，一般为5min/mm，然后用常温水，进行快速冷却至室温。
2.调整处理：加热至介于945℃和955℃之间的调整温度，保温第二预定时间，然后通过第二冷却步骤冷却至室温。
可选地，不锈钢带通过常压空气气氛的电阻炉进行调整处理，调整处理温度950℃±5℃，保温时间根据钢带厚度进行线性调整，一般为10min/mm，然后在空气中自然冷却至室温，从而降低马氏体转变点Ms和Mf。
3.冷处理：冷却至小于零下80℃的冷却温度，保温8h。
可选地，冷处理可以在液氮中冷却，冷却温度≤-80℃，保温8h，从而获得足够多的马氏体。
4.时效处理：加热至介于505℃和555℃之间的时效温度，保温4h，然后通过第三冷却步骤冷却至室温。
利用时效作用，可以产生弥散分布的沉淀相，从而进一步提高钢带的力学性能，时效温度分别为510℃±5、530℃±5、550℃±5，保温4h，然后在空气中自然冷却至室温。时效温度越高，抗拉强度越低，疲劳强度越高。不同时效温度，疲劳强度与抗拉强度变化曲线如图13。
现有的热处理工艺，只是对钢带进行时效处理，通过控制时效温度，调整钢带的疲劳强度，钢带疲劳强度550MPa时，屈服强度1350MPa，抗拉强度1400MPa，洛氏硬度HRC44；通过本发明公布的热处理工艺，能够保证热处理后的钢带疲劳强度在不低于570MPa时，屈服强度≥1500MPa，抗拉强度≥1550MPa，洛氏硬度≥HRC45。
在两个或更多个带纵向焊接成宽的带的情况下，在一个优选的实施方案中，优选在焊接之前进行热处理。
下文描述了根据本发明的不锈钢带及其制造方法的优选实施方案的实施例。
实施例1
先检测14-7PH的金相组织和应力位移曲线，分别如图1和图2所示，然后取长度*宽度*厚度尺寸为400mm*200mm*3mm的钢带置于电阻炉中；
第一步固溶处理：加热到1030℃，保温15min，然后用常温水急冷，降至室温；
第二步调整处理：再将钢带置于电阻炉中，加热到950℃，保温30min，然后在空气中自然冷却；
第三步冷处理：将钢带置于低温箱中，温度降低至-80℃，保温8h；
第四步时效处理：将钢带置于电阻炉中，加热至510℃，保温4h，随炉冷却。
经检测发现板条状马氏体晶粒间出现粒状析出物，金相组织如图3所示，抗拉强度1660Mpa，屈服强度1600Mpa，如图4所示，洛氏硬度HRC49，疲劳强度580MPa。
实施例2
先检测14-7PH的金相组织和应力位移曲线，分别如图5和图6所示，取长度*宽度*厚度尺寸为400mm*200mm*3mm的钢带置于电阻炉中；
第一步固溶处理：加热到1030℃，保温15min，然后用常温水急冷，降至室温；
第二步调整处理：再将钢带置于电阻炉中，加热到950℃，保温30min，然后在空气中自然冷却；
第三步冷处理：将钢带置于低温箱中，温度降低至-80℃，保温8h；
第四步时效处理：将钢带置于电阻炉中，加热至530℃，保温4h，随炉冷却。
经检测发现板条状马氏体晶粒间出现粒状析出物，金相组织如图7所示，抗拉强度1560Mpa，屈服强度1500Mpa，如图8所示，洛氏硬度HRC46，疲劳强度600MPa。
实施例3
先检测14-7PH的金相组织和应力位移曲线，分别如图9和图10所示，取长度*宽度*厚度尺寸为400mm*200mm*2mm的钢带置于电阻炉中；
第一步固溶处理：加热到1030℃，保温10min，然后用常温水急冷，降至室温；
第二步调整处理：再将钢带置于电阻炉中，加热到950℃，保温20min，然后在空气中自然冷却；
第三步冷处理：将钢带置于低温箱中，温度降低至-80℃，保温8h；
第四步时效处理：将钢带置于电阻炉中，加热至550℃，保温4h，随炉冷却。
经检测发现板条状马氏体晶粒间出现粒状析出物，金相组织如图11所示，抗拉强度1440Mpa，屈服强度1400Mpa，如图12所示，洛氏硬度HRC43，疲劳强度630MPa。
特别地，单个实施方案可以形成独立的、根据本发明的技术方案的主题。
上文中参照优选的实施例详细描述了本公开所提出的金属传动带及其制造方法的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型。另外，也可以对本公开各个方面提出的各种技术特征、结构或步骤进行多种组合，而不超出本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。
Claims (11)
1.一种不锈钢带的制造方法，包括：
提供具有预定尺寸的不锈钢带，所述不锈钢带以重量％计包含：小于0.09％的C、1％-2％的Si、小于1％的Mn、13.25％-15.25％的Cr、6.5％-7.75％的Ni、小于0.04％的P、小于0.01％的S、0.22％-0.47％的Ti、0.4％-1％的Cu、0.5％-1％的Mo、余量的Fe和不可避免的杂质；
对所述不锈钢带进行热处理，所述热处理包括：
加热至介于1015℃和1045℃之间的固溶温度，保温第一预定时间，然后通过第一冷却步骤冷却至室温；
加热至介于945℃和955℃之间的调整温度，保温第二预定时间，然后通过第二冷却步骤冷却至室温；
冷却至小于-80℃的冷却温度，保温8h；
加热至介于505℃和555℃之间的时效温度，保温4h，然后通过第三冷却步骤冷却至室温。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述第一预定时间根据不锈钢带的厚度进行调整，所述第一预定时间介于4min/mm至6min/mm之间。
3.如权利要求2所述的制造方法，其中，所述第一预定时间为5min/mm。
4.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述第二预定时间根据不锈钢带的厚度进行调整，所述第一预定时间介于8min/mm至12min/mm之间。
5.如权利要求4所述的制造方法，其中，所述第二预定时间为10min/mm。
6.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述第一冷却步骤包括使用室温水进行冷却。
7.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述第二冷却步骤和/或第三冷却步骤包括在空气中自然冷却。
8.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述时效温度介于505℃和515℃之间、介于525℃和535℃之间或介于545℃和555℃之间。
9.如权利要求1所述的制造方法，其中，在液氮中冷却至小于-80℃的冷却温度。
10.一种不锈钢带，所述不锈钢带以重量％计包含：小于0.09％的C、1％-2％的Si、小于1％的Mn、13.25％-15.25％的Cr、6.5％-7.75％的Ni、小于0.04％的P、小于0.01％的S、0.22％-0.47％的Ti、0.4％-1％的Cu、0.5％-1％的Mo、余量的Fe和不可避免的杂质，所述不锈钢带通过如权利要求1至9中任一项所述的制造方法制造。
11.如权利要求10所述的不锈钢带，其中，所述不锈钢带的疲劳强度≥570MPa，屈服强度≥1500MPa，抗拉强度≥1550MPa，洛氏硬度≥HRC45。
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