CN116393664A - 一种复合不锈钢线材及其加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合不锈钢线材及其加工工艺，属于不锈钢线材技术领域。本发明中通过对原料进行连铸制得连铸坯、锻造制成不锈钢盘条、进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，再进行拉拔得到线材，最后经酸洗、水洗、白化处理后制得复合不锈钢线材。该工艺制得的复合不锈钢线材在保证了复合不锈钢线材具有良好的力学和耐蚀性能的同时，有效克服了不锈钢线材拉拔中容易断裂的问题。本发明中增加了B元素和N元素含量，在本发明提供的范围下，N元素对奥氏体的形成和稳定具有强烈的作用，同时还能够扩大奥氏体相区，B元素对线材耐蚀性起到有效作用，且N元素和B元素结合部分实现了线材耐磨性的有效增强。

Description

一种复合不锈钢线材及其加工工艺
技术领域
本发明属于不锈钢线材技术领域，具体地，涉及一种复合不锈钢线材及其加工工艺。
背景技术
Dss(duplex stainless steel)2205属于第二代双相不锈钢，其耐点蚀当量PREN=32-38，组织中奥氏体与铁素体的体积比约为1：1，因而兼备了奥氏体不锈钢与铁素体不锈钢的优点，具有良好的力学和耐蚀性能，广泛应用于海洋运输和石油化工等领域。但是，与其他双相不锈钢或铁素体不锈钢相似，Dss2205在高温环境下容易产生各种金属间化合物，如σ相、氮化物和χ相等。以金属间化合物为Fe-Cr-Mo脆性化合物的σ相最为明显，断裂样品组织中存在，该化合物严重影响材料的塑性和韧性，材料的塑性和韧性急剧下降从而导致在线材拉拔中容易断裂。
因此需要一种新的复合不锈钢线材，在保持好的耐磨耐蚀性能的同时有良好的耐加工性能不易被拉断。
发明内容
本发明涉及一种复合不锈钢线材及其加工工艺，属于不锈钢线材技术领域。本发明中通过对原料进行连铸制得连铸坯、锻造制成不锈钢盘条、进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，再进行拉拔得到线材，最后经酸洗、水洗、白化处理后制得复合不锈钢线材。该工艺制得的复合不锈钢线材在保证了复合不锈钢线材具有良好的力学和耐蚀性能的同时，有效克服了不锈钢线材拉拔中容易断裂的问题。本发明中增加了B元素和N元素含量，在本发明提供的范围下，N元素对奥氏体的形成和稳定具有强烈的作用，同时还能够扩大奥氏体相区，B元素对线材耐蚀性起到有效作用，且N元素和B元素结合部分实现了线材耐磨性的有效增强。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种复合不锈钢线材的加工工艺，所述加工工艺包括以下步骤：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
步骤三：将步骤二连铸处理后的盘条进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，静置，再进行加热处理；
步骤四：对经过步骤三加热处理后的盘条进行拉拔得到线材；
步骤五：步骤四拉拔后所得的线材进行酸洗，再进行高压水枪冲洗；
步骤六：对步骤五所得的线材进行白化处理，制得复合不锈钢线材。
作为本发明的一种优选方案，所述原料成分如下：
C：0-0.025%，Si：4.0-5.0%，Mn：1.5-1.8%，Ni：13.0-14.0%，Cr：22.0-25.0%，Mo：2.0-3.0%，Cu：0-0.025%，N：0.030-0.500%，B：0.05-1.50%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
作为本发明的一种优选方案，步骤二中所述锻造的参数为：锻造温度1000-1250℃、保温时间4-6h，分2-4次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃。
作为本发明的一种优选方案，步骤二中所述连铸拉速控制在1.0-2.5m/min。
作为本发明的一种优选方案，步骤三中所述退火包括以下操作：在存在保护气氛并且温度是700-1000℃的条件下对步骤二连铸处理后的盘条进行退火处理，退火时间≤4h。
作为本发明的一种优选方案，步骤三中所述水冷后的温度为80-100℃。
作为本发明的一种优选方案，步骤三中所述静置的时间为1-3min。
作为本发明的一种优选方案，步骤三中所述加热处理的温度为150-180℃，加热处理的时间为60-90min。
作为本发明的一种优选方案，步骤四中所述拉拔每次变形量≤30%，总变形量≤85%。
上述复合不锈钢线材的加工工艺制得的复合不锈钢线材。
本发明的有益效果：
1.本发明中增加了B元素和N元素含量，由于氮原子的尺寸较小，其半径与C原子相近，可代替碳在奥氏体中的晶格位置，形成置换固溶体，起到固溶强化的作用，与钢中的其他元素相互作用形成弥散的氮化物形成弥散强化，当N含量超过奥氏体不锈钢的固溶极限时，多余的N元素与Cr元素和B元素形成氮化硼和氮化铬。在本发明提供的范围下，N元素对奥氏体的形成和稳定具有强烈的作用，同时还能够扩大奥氏体相区，B元素对线材耐蚀性起到有效作用，且N元素和B元素结合部分实现了线材耐磨性的有效增强。
2.本发明中通过对原料进行连铸制得连铸坯、锻造制成不锈钢盘条、进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，再进行拉拔得到线材，最后经酸洗、水洗、白化处理后制得复合不锈钢线材。该工艺制得的复合不锈钢线材在保证了复合不锈钢线材具有良好的力学和耐蚀性能的同时，有效克服了不锈钢线材拉拔中容易断裂的问题。
3.本发明中用表面涂覆皮膜剂，再进行拉拔得到线材，最后经酸洗、水洗的工艺替代直接酸洗破除氧化膜的工序，大幅减少了酸的用量，减小二次处理的经费问题，并且克服了因过酸洗而产生制得产物麻面的现象，制得的复合不锈钢线材表面色彩均匀无麻面现象，满足生产需求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种复合不锈钢线材，通过以下加工工艺制得：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
其中，所述原料成分如下：
C：0.002%，Si：4.10%，Mn：1.53%，Ni：13.2%，Cr：22.2%，Mo：2.1%，Cu：0.000%，N：0.05%，B：0.06%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
其中，所述锻造的参数为：锻造温度1000℃、保温时间4h，分2次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃、连铸拉速控制在1.0m/min。
步骤三：将步骤二连铸处理后的盘条进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，静置，再进行加热处理；
所述退火包括以下操作：在存在保护气氛并且温度是700℃的条件下对步骤二连铸处理后的盘条进行退火处理，退火时间2h；
所述水冷后的温度为80℃；所述静置的时间为1min；
所述加热处理的温度为150℃，加热处理的时间为60min。
步骤四：对经过步骤三加热处理后的盘条进行拉拔得到线材；
所述拉拔每次变形量≤30%，总变形量≤85%。
步骤五：步骤四拉拔后所得的线材进行酸洗，再进行高压水枪冲洗；
步骤六：对步骤五所得的线材进行白化处理，制得复合不锈钢线材。
实施例2
一种复合不锈钢线材，通过以下加工工艺制得：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
其中，所述原料成分如下：
C：0.013%，Si：4.60%，Mn：1.64%，Ni：13.0-14.0%，Cr：23.7%，Mo：2.6%，Cu：0.014%，N：0.37%，B：0.94%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
其中，所述锻造的参数为：锻造温度1125℃、保温时间5h，分3次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃、连铸拉速控制在1.7m/min。
步骤三：将步骤二连铸处理后的盘条进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，静置，再进行加热处理；
所述退火包括以下操作：在存在保护气氛并且温度是850℃的条件下对步骤二连铸处理后的盘条进行退火处理，退火时间3h；
所述水冷后的温度为90℃；所述静置的时间为2min；
所述加热处理的温度为165℃，加热处理的时间为75min。
步骤四：对经过步骤三加热处理后的盘条进行拉拔得到线材；
所述拉拔每次变形量≤30%，总变形量≤85%。
步骤五：步骤四拉拔后所得的线材进行酸洗，再进行高压水枪冲洗；
步骤六：对步骤五所得的线材进行白化处理，制得复合不锈钢线材。
实施例3
一种复合不锈钢线材，通过以下加工工艺制得：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
其中，所述原料成分如下：
C：0.023%，Si：4.98%，Mn：1.79%，Ni：13.9%，Cr：25.0%，Mo：3.0%，Cu：0.024%，N：0.500%，B：1.48%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
其中，所述锻造的参数为：锻造温度1250℃、保温时间6h，分4次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃、连铸拉速控制在2.5m/min。
步骤三：将步骤二连铸处理后的盘条进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，静置，再进行加热处理；
所述退火包括以下操作：在存在保护气氛并且温度是1000℃的条件下对步骤二连铸处理后的盘条进行退火处理，退火时间4h；
所述水冷后的温度为100℃；所述静置的时间为3min；
所述加热处理的温度为180℃，加热处理的时间为90min。
步骤四：对经过步骤三加热处理后的盘条进行拉拔得到线材；
所述拉拔每次变形量≤30%，总变形量≤85%。
步骤五：步骤四拉拔后所得的线材进行酸洗，再进行高压水枪冲洗；
步骤六：对步骤五所得的线材进行白化处理，制得复合不锈钢线材。
对比例1
一种复合不锈钢线材，与实施例1相比，原料成分不含N元素，通过以下加工工艺制得：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
其中，所述原料成分如下：
C：0.002%，Si：4.10%，Mn：1.53%，Ni：13.2%，Cr：22.2%，Mo：2.1%，Cu：0.000%，N：0.00%，B：0.06%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
其中，所述锻造的参数为：锻造温度1000℃、保温时间4h，分2次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃、连铸拉速控制在1.0m/min。
步骤三：将步骤二连铸处理后的盘条进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，静置，再进行加热处理；
所述退火包括以下操作：在存在保护气氛并且温度是700℃的条件下对步骤二连铸处理后的盘条进行退火处理，退火时间2h；
所述水冷后的温度为80℃；所述静置的时间为1min；
所述加热处理的温度为150℃，加热处理的时间为60min。
步骤四：对经过步骤三加热处理后的盘条进行拉拔得到线材；
所述拉拔每次变形量≤30%，总变形量≤85%。
步骤五：步骤四拉拔后所得的线材进行酸洗，再进行高压水枪冲洗；
步骤六：对步骤五所得的线材进行白化处理，制得复合不锈钢线材。
对比例2
一种复合不锈钢线材，与实施例2相比，原料成分不含B元素，通过以下加工工艺制得：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
其中，所述原料成分如下：
C：0.013%，Si：4.60%，Mn：1.64%，Ni：13.0-14.0%，Cr：23.7%，Mo：2.6%，Cu：0.014%，N：0.37%，B：0.00%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
其中，所述锻造的参数为：锻造温度1125℃、保温时间5h，分3次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃、连铸拉速控制在1.7m/min。
步骤三：将步骤二连铸处理后的盘条进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，静置，再进行加热处理；
所述退火包括以下操作：在存在保护气氛并且温度是850℃的条件下对步骤二连铸处理后的盘条进行退火处理，退火时间3h；
所述水冷后的温度为90℃；所述静置的时间为2min；
所述加热处理的温度为165℃，加热处理的时间为75min。
步骤四：对经过步骤三加热处理后的盘条进行拉拔得到线材；
所述拉拔每次变形量≤30%，总变形量≤85%。
步骤五：步骤四拉拔后所得的线材进行酸洗，再进行高压水枪冲洗；
步骤六：对步骤五所得的线材进行白化处理，制得复合不锈钢线材。
对比例3
一种复合不锈钢线材，与实施例3相比，原料成分不含N元素和B元素，通过以下加工工艺制得：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
其中，所述原料成分如下：
C：0.023%，Si：4.98%，Mn：1.79%，Ni：13.9%，Cr：25.0%，Mo：3.0%，Cu：0.024%，N：0.500%，B：1.48%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
其中，所述锻造的参数为：锻造温度1250℃、保温时间6h，分4次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃、连铸拉速控制在2.5m/min。
步骤三：将步骤二连铸处理后的盘条进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，静置，再进行加热处理；
所述退火包括以下操作：在存在保护气氛并且温度是1000℃的条件下对步骤二连铸处理后的盘条进行退火处理，退火时间4h；
所述水冷后的温度为100℃；所述静置的时间为3min；
所述加热处理的温度为180℃，加热处理的时间为90min。
步骤四：对经过步骤三加热处理后的盘条进行拉拔得到线材；
所述拉拔每次变形量≤30%，总变形量≤85%。
步骤五：步骤四拉拔后所得的线材进行酸洗，再进行高压水枪冲洗；
步骤六：对步骤五所得的线材进行白化处理，制得复合不锈钢线材。
对比例4
一种复合不锈钢线材，与实施例3相比，不经过表面涂覆处理，通过以下加工工艺制得：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
其中，所述原料成分如下：
C：0.023%，Si：4.98%，Mn：1.79%，Ni：13.9%，Cr：25.0%，Mo：3.0%，Cu：0.024%，N：0.500%，B：1.48%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
其中，所述锻造的参数为：锻造温度1250℃、保温时间6h，分4次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃、连铸拉速控制在2.5m/min。
步骤三：将步骤二连铸处理后的盘条进行固溶处理，退火、水冷，再进行加热处理；
所述退火包括以下操作：在存在保护气氛并且温度是1000℃的条件下对步骤二连铸处理后的盘条进行退火处理，退火时间4h；
所述水冷后的温度为100℃；
所述加热处理的温度为180℃，加热处理的时间为90min。
步骤四：对经过步骤三加热处理后的盘条进行拉拔得到线材；
所述拉拔每次变形量≤30%，总变形量≤85%。
步骤五：步骤四拉拔后所得的线材进行酸洗，再进行高压水枪冲洗；
步骤六：对步骤五所得的线材进行白化处理，制得复合不锈钢线材。
对比例5
一种复合不锈钢线材，与实施例3相比，采用常规酸洗处理，通过以下加工工艺制得：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
其中，所述原料成分如下：
C：0.023%，Si：4.98%，Mn：1.79%，Ni：13.9%，Cr：25.0%，Mo：3.0%，Cu：0.024%，N：0.500%，B：1.48%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
其中，所述锻造的参数为：锻造温度1250℃、保温时间6h，分4次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃、连铸拉速控制在2.5m/min。
步骤三：采用意大利达涅利高速线材轧机将不锈钢盘条轧制成线材；
步骤四：将线材经热处理、酸洗后制成复合不锈钢线材；
所述热处理的温度为180℃，加热处理的时间为90min。
对实施例1-3和对比例1-5制得的复合不锈钢线材进行如下测试：
试验例1 耐磨性能测试
摩擦磨损实验采用型号为MMU-5G型屏显式材料端面高温摩擦磨损试验机，用线切割将试样线切成15mm的圆棒试样，摩擦副采用的为42CrMo经调质处理后采用线切割切成3mm的圆盘，在磨损前先将试样端部打磨平整，摩擦副表面打磨抛光后进行超声清洗并吹干，去除残留在试样表面的杂质和油污等。
在摩擦磨损前，将试样用电子天平称重，记作磨损前重量，称重后将磨损试样棒卡在磨损试验机上后加载实验力设定温度，进行实验。摩擦磨损实验时间为30分钟，实验力为200N，摩擦力矩为10N•m，转数为100r/min。试验后再次用电子天平称重，记为磨损后重量，两次重量的差值即为磨损失重如下式所示，所得结果见表1。
Δm=m1-m2
式中，m1为称重前的质量，m2为称量后的质量，Δm为计算后的失重质量。
表1
试样线 磨损量/g
实施例1 0.0642
实施例2 0.0633
实施例3 0.0427
对比例1 0.0802
对比例2 0.1046
对比例3 0.0693
对比例4 0.0459
对比例5 0.0484
试验例2 耐蚀性能测试
试样线切割成10mm×10mm×20mm的试块，然后分别使用200#，600#，800#，1000#，1500#，2000#砂纸将试样线表面进行打磨，机械抛光，最后用环氧树脂将试样四周封住，漏出试样线表面待腐蚀。采用的CS电化学工作站在3.5% NaCl溶液中进行电化学腐蚀试验。工作参数如下：以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极，扫描速度10mV/min，所得结果见表2。
表2
试样线 腐蚀电位（V） 自腐蚀电流（mA·cm2)
实施例1 0.1986 1.0484
实施例2 0.1519 1.2594
实施例3 0.1374 1.0298
对比例1 0.1817 4.6567
对比例2 0.1862 3.2941
对比例3 0.1955 5.7228
对比例4 0.1483 2.5967
对比例5 0.1247 1.8631
试验例3 线材外观
将所制得的线材进行外观观察并评价，所得结果见表3。
表3
试样线 外观
实施例1 表面光滑
实施例2 表面光滑
实施例3 表面光滑
对比例1 表面光滑
对比例2 表面较光滑，有折叠
对比例3 表面较光滑
对比例4 表面有较明显麻面
对比例5 表面有轻微麻面
由表1-2可得，本发明提供的实施例1-3制得的复合不锈钢线材具有较好的耐磨性和耐腐蚀性能较好，对比例1-5有不同程度的下降；由表3可得，本发明制得的复合不锈钢线材表面光滑，而对比例2-5制得的复合不锈钢线材表面出现有影响外观的现象。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合不锈钢线材的加工工艺，其特征在于：所述加工工艺包括以下步骤：
步骤一：将原料采用连铸机连铸方坯后制得连铸坯；
步骤二：将制得的连铸坯进行锻造，连铸制成不锈钢盘条；
步骤三：将步骤二连铸处理后的盘条进行固溶处理，退火、水冷，表面涂覆皮膜剂，静置，再进行加热处理；
步骤四：对经过步骤三加热处理后的盘条进行拉拔得到线材；
步骤五：步骤四拉拔后所得的线材进行酸洗，再进行高压水枪冲洗；
步骤六：对步骤五所得的线材进行白化处理，制得复合不锈钢线材。
2.根据权利要求1所述的一种复合不锈钢线材的加工工艺，其特征在于：所述原料成分如下：
C：0-0.025%，Si：4.0-5.0%，Mn：1.5-1.8%，Ni：13.0-14.0%，Cr：22.0-25.0%，Mo：2.0-3.0%，Cu：0-0.025%，N：0.030-0.500%，B：0.05-1.50%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的一种复合不锈钢线材的加工工艺，其特征在于：步骤二中所述锻造的参数为：锻造温度1000-1250℃、保温时间4-6h，分2-4次火进行，每次停火温度均≥1000℃，开火温度均≥1150℃。
4.根据权利要求1所述的一种复合不锈钢线材的加工工艺，其特征在于：步骤二中所述连铸拉速控制在1.0-2.5m/min。
5.根据权利要求1所述的一种复合不锈钢线材的加工工艺，其特征在于：步骤三中所述退火包括以下操作：在存在保护气氛并且温度是700-1000℃的条件下对步骤二连铸处理后的盘条进行退火处理，退火时间≤4h。
6.根据权利要求1所述的一种复合不锈钢线材的加工工艺，其特征在于：步骤三中所述水冷后的温度为80-100℃。
7.根据权利要求1所述的一种复合不锈钢线材的加工工艺，其特征在于：步骤三中所述静置的时间为1-3min。
8.根据权利要求1所述的一种复合不锈钢线材的加工工艺，其特征在于：步骤三中所述加热处理的温度为150-180℃，加热处理的时间为60-90min。
9.根据权利要求1所述的一种复合不锈钢线材的加工工艺，其特征在于：步骤四中所述拉拔每次变形量≤30%，总变形量≤85%。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的复合不锈钢线材的加工工艺制得的复合不锈钢线材。
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