CN116479335B - 一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于不锈钢技术领域，具体涉及一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢及其制造方法，本发明公开的制造方法包括冶炼得到目标含量钢水，经连铸或浇注得到连铸坯或钢锭；将坯料进行表面处理；轧钢；将进行完上述步骤的钢板进行矫直、抛丸、酸洗、研磨，得到最终奥氏体不锈钢钢板。本发明制备的不锈钢的含N量低，组织稳定。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢领域，具体涉及一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢及其制造方法。
背景技术
高压储氢瓶的关键部件为瓶口阀，功能高度集中，其功能包括降压稳压、高可靠密封、温度压力实时监测、快速加氢、自动手动泄压等。
同时，阀门自身还需要避免金属发生氢蚀氢脆，生产技术难度较高，这一领域具有一定的进入门槛和技术壁垒。
贮氢材料目前多采用的是316L奥氏体不锈钢，但用做阀门时316L在弯管、折弯的过程中会产生应变诱导马氏体相变，降低材料的抗氢致裂纹能力，且强度一般不高于600MPa，为了保证设备的安全，需要增加材料的厚度，不利于减排降耗。
专利CN113088822A公开了一种高氮、高强、低磁奥氏体不锈钢中板及其制造方法，厚度达到了30～60mm，可用于储氢压力容器，压力≥41MPa、温度为-40℃～85℃的加氢站。但是该方法需要经过固溶处理，工序长且强度低，不适用作为轻量化贮氢罐的阀门的材料。
因此，急需一种含N量低，不易产生气泡的不锈钢厚板及其制造方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢及其制造方法，不锈钢的含N量低，组织稳定。
为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：
提供一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢，按质量百分比计，该不锈钢的原料成分包括：C：0.03～0.06%、Si：0.50～0.70%、Mn：1.50～2.00%、Cr：16.5～18.5%、Mo：2.0～3.0%、Ni：12~14%、Co：0.20～0.40%、N：0.030~0.060%、P：≤0.015%、S：≤0.002%、 [O]≤0.002%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，Nieq为≥28。
进一步地，C：0.03～0.06%、Si：0.50～0.70%、Mn：1.60～1.80%、Cr：17.5～18.0%、Mo：2.2～2.5%、Ni：12.8~13.2%、Co：0.25～0.35%、N：0.040~0.050%、P：≤0.015%、S：≤0.002%、 [O]≤0.002%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，其中：Nieq=Ni+12.6C+1.05Mn+0.65Cr+0.98Mo+0.35Si+33.6N；
本发明的另一个技术方案为：提供一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢制造方法，包括下列步骤：
S1：冶炼得到目标含量钢水，经连铸或浇注得到连铸坯或钢锭；
S2：将步骤一中得到的坯料进行表面处理；
S3：轧钢；
S4：将进行完上述步骤的钢板进行矫直、抛丸、酸洗、研磨，得到最终奥氏体不锈钢钢板。
进一步地，所述S1利用真空炉或电炉冶炼得到目标含量钢水，得到的板坯厚度为220mm~320mm。
进一步地，所述S2进行的表面处理具体为：所得坯料采用车削或铣削的方式进行表面处理，表面去除深度为2~3mm，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹。
进一步地，所述S3轧钢的具体包括以下步骤：
S3.1：一次加热，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段匀速加热至800℃±20℃，加热参数1.0±0.1min/mm；第二加热段匀速加热至1050±20℃，加热参数1.8±0.1min/mm；第三加热段匀速加热至1160±30℃，加热参数2.5±0.1min/mm；第四阶段为均热段，均热温度为1180±20℃，保温时间30min~45min；
S3.2：一次轧制，板坯出炉后进行除磷，除磷后立即进行粗轧，终轧温度控制在930～980℃，单道次压下量不低于15%，中间坯厚度≥3.5t，其中t为钢板的最终厚度，轧后空冷至室温；
S3.3：二次加热，将中间坯以不高于2℃/min的速度匀速加热至750～860℃，保温1～2h；
S3.4：二次轧制，中间坯出炉后不除磷，轧钢，终轧温度为550～650℃，单道次压下量不低于12%；轧后冷却，冷却速度20～35℃/s，终冷温度≤200℃。
进一步地，S4中得到的不锈钢板的组织为扁长的奥氏体晶粒，晶粒长宽比为2~8：1。
进一步地，所述不锈钢钢板屈服强度≥700MP，面缩率≥55%，-196℃冲击值≥80J，折弯加工后为单相奥氏体。
有益效果
1、本发明不锈钢的原料成分包括：C：0.03～0.06%，C是最经济的强化元素，可以有效提高材料的强度，也是强奥氏体稳定元素。奥氏体不锈钢中C易与Cr形成碳化物Cr23C6，导致发生晶界腐蚀，降低延展性和韧性。
2、本发明不锈钢的原料成分包括：Si：0.50～0.70%，Si是强脱氧元素，也是铁素体生成元素，同时也是固溶强化的有效元素，当Si含量高于1.0％时，会形成σ相等金属间化合物，降低母材的延展性和韧性，因此，Si含量选择在0.50～0.7%之间能够避免上述问题。
3、本发明不锈钢的原料成分包括：Cr：16.5～18.5%，Cr是奥氏体不锈钢中形成并稳定铁素体的元素，缩小奥式体区，是不锈钢中重要的抗腐蚀元素，形成Cr2O3氧化膜使得不锈钢具有良好的耐腐蚀性，获得室温奥氏体组织；根据谢弗尔组织图，过高容易形成双相组织，过低影响抗腐蚀性能。结合Ni当量，确定Cr含量在16.5～18.5%之间。
4、本发明不锈钢的原料成分包括：Mo：2.0～3.0%，在不锈钢中，Mo能进一步提高对酸的抗蚀性，降低氯离子存在所产生的点腐蚀倾向，同时加入钼（Mo）可以使不锈钢基体强化，从而提高不锈钢的强度和蠕变性能。
5、本发明不锈钢的原料成分包括：Ni：12～14%，Ni能够扩大奥氏体区，是奥氏体形成和稳定化元素，提升钢的强度的同时，不影响钢的塑性。为了降低成本，可以添加Mn和N来替代昂贵的Ni，但是当Ni含量过低时，添加过多的Mn和N会降低耐蚀性和热加工性，过高的Ni将大幅增加材料成本，因此本发明中Ni含量选择在12～14%之间。
6、本发明不锈钢的原料成分包括：Co：0.20～0.40%，Co可以增加氧化膜中Cr的相对含量，促进合金生成连续的保护性氧化膜，同时可以增强氧化膜的黏附性和致密性，推迟氧化膜的破裂时间，延长热腐蚀孕育期促，提高抗腐蚀能力。
7、本发明不锈钢的原料成分包括：N：0.030～0.060%，N为奥氏体稳定化元素，能够提升不锈钢的耐蚀性，通过固溶强化和析出强化提升材料的强度。但是当添加过多的N时，容易在钢液的凝固过程中形成气孔缺陷，同时降低热加工性，且因此将N的含量定义为0.030～0.060%。
8、本发明提供的制造方法中S2中对不锈钢进行表面处理，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹，可以有效防止后续轧钢过程中氧化铁皮压入、麻坑及表面裂纹等缺陷。
9、本发明提供的制造方法中S3.1中第一阶段加热的目的主要通过慢速加热达到板坯内外温度的均匀，有效避免加热过程中坯料由于热应力产生内部裂纹的问题，后续加热段目的通过加热温度和加热时间的配合，有效使得成分固溶，均匀化组织，且晶粒不过分长大。
10、本发明提供的制造方法中S3.2，利用高终轧、大压下实现奥氏体晶粒扁平化及中心变形的渗透，增大晶界面积，细化晶粒；通过控制中间坯厚度，保证二次轧制时的变形量，提高冲击韧性。终轧温度过低，会导致轧制力大，同时因钢板降温明显，头尾部的温差变大，会导致整板性能的不均匀性变大；终轧温度过高，会导致晶粒过快长大，韧性变低。
11、本发明提供的制造方法中S3.3，低温长时间加热可有效消除粗轧及冷却过程中温降不均匀导致中间坯头、尾和宽度方向组织差异，均匀化组织。
12、本发明提供的制造方法中S3.4，加热温度低，二次加热中产生较少的氧化铁皮，轧制过程中可有效破碎、去除，同时避免了冷却喷水导致的表面与心部的温度差异的内应力，避免裂纹缺陷产生。较低的终轧温度和较快的冷却速度，避免了晶粒的回复长大，保留部分变形缺陷，可有效提高不锈钢钢板的强度。
13、采取本发明的制造方法得到的不锈钢钢板屈服强度≥700MP，面缩率≥55%，-196℃冲击值≥80J，折弯加工后为单相奥氏体，具有良好的抗氢致裂纹能力及优异的综合性能，可作为氢气站贮氢罐阀门不锈钢材料，本发明的制造方法工艺流程简单，可操作性强，便于工业化生产。
14、本发明的制造方法通过未再结晶区轧制及轧后快冷，能够保留长宽比为2~8：1单一的形变奥氏体组织。在形变奥氏体组织中会保留大部分位错，在提高强度的同时，位错作为氢陷阱减缓氢扩散，提高了板材的抗氢致裂纹的能力，最终达到强度-塑性-抗氢致裂纹有效匹配。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不表示按照真实参照物比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明实施例1中最后得到的不锈钢材料金相组织图。
图2为本发明实施例2中最后得到的不锈钢材料金相组织图。
图3为本发明实施例3中最后得到的不锈钢材料金相组织图。
图4为本发明实施例4中最后得到的不锈钢材料金相组织图。
图5为本发明实施例5中最后得到的不锈钢材料金相组织图。
图6为本发明实施例1中不锈钢材料折弯加工后的X衍射图谱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。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发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
基于现有技术中贮氢材料目前采用的是316L奥氏体不锈钢，但用做阀门时316L在弯管、折弯的过程中会产生应变诱导马氏体相变，降低材料的抗氢致裂纹能力，且强度一般不高于600MPa，增加了材料的厚度，不利于减排降耗。
现有制造方法需要经过固溶处理，工序长且强度低，不适用作为轻量化贮氢罐的阀门的材料或是高N含量导致冶炼困难、易产生气泡等缺陷，不适合大面积推广。本发明旨在提供一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢及其制造方法，通过合理的成分设计和工艺优化，获得组织稳定的奥氏体不锈钢板，经卷管和弯曲后组织仍为单一奥氏体组织，避免了从奥氏体向马氏体的相变（γ→α'）时耐氢脆性降低的情况，具有良好的抗氢致裂纹能力；所述不锈钢板的组织为扁长的奥氏体晶粒，晶粒长宽比2~8：1，利用晶粒细化及应变强化，屈服强度≥700MPa，面缩率≥55%，-196℃冲击≥80J，厚度可达30~40mm，可制造大构件产品，综合性能优异，可作为氢气站贮氢罐阀门不锈钢材料；工艺流程简单，可操作性强，便于工业化生产。
本发明公开的储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢，按质量百分比计，该不锈钢的原料成分包括：C：0.03～0.06%、Si：0.50～0.70%、Mn：1.50～2.00%、Cr：16.5～18.5%、Mo：2.0～3.0%、Ni：12~14%、Co：0.20～0.40%、N：0.030~0.060%、P：≤0.015%、S：≤0.002%、 [O]≤0.002%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，Nieq为≥28。
为进一步优化性能，储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢的质量百分比还可以为C：0.03～0.06%、Si：0.50～0.70%、Mn：1.60～1.80%、Cr：17.5～18.0%、Mo：2.2～2.5%、Ni：12.8~13.2%、Co：0.25～0.35%、N：0.040~0.050%、P：≤0.015%、S：≤0.002%、 [O]≤0.002%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，其中：Nieq=Ni+12.6C+1.05Mn+0.65Cr+0.98Mo+0.35Si+33.6N。公式中Ni、C、Mn、Cr、Mo、Si、N指钢板中各元素的百分数值；本发明通过添加适当的Mn、N降低了贵金属Ni的消耗，且获得稳定的单相奥氏体组织。
本发明公开的储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢制造方法，包括以下步骤：
S1：冶炼得到目标含量钢水，经连铸或浇注得到连铸坯或钢锭；
S2：将步骤一中得到的坯料进行表面处理；
S3：轧钢；
S4：将进行完上述步骤的钢板进行矫直、抛丸、酸洗、研磨，得到最终奥氏体不锈钢钢板。
所述S1利用真空炉或电炉冶炼得到目标含量钢水，得到的板坯厚度为220mm~320mm。
所述S2进行的表面处理具体为：所得坯料采用车削或铣削的方式进行表面处理，表面去除深度为2~3mm，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹。
所述S3轧钢的具体包括以下步骤：
S3.1：一次加热，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段匀速加热至800℃±20℃，加热参数1.0±0.1min/mm；第二加热段匀速加热至1050±20℃，加热参数1.8±0.1min/mm；第三加热段匀速加热至1160±30℃，加热参数2.5±0.1min/mm；第四阶段为均热段，均热温度为1180±20℃，保温时间30min~45min；
S3.2：一次轧制，板坯出炉后进行除磷，除磷后立即进行粗轧，终轧温度控制在930～980℃，单道次压下量不低于15%，中间坯厚度≥3.5t，其中t为钢板的最终厚度，轧后空冷至室温；
S3.3：二次加热，将中间坯以不高于2℃/min的速度匀速加热至750～860℃，保温1～2h；
S3.4：二次轧制，中间坯出炉后不除磷，轧钢，终轧温度为550～650℃，单道次压下量不低于12%；轧后冷却，冷却速度20～35℃/s，终冷温度≤200℃。
进一步地，S4中得到的不锈钢板的组织为扁长的奥氏体晶粒，晶粒长宽比为2~8：1。
进一步地，所述不锈钢钢板屈服强度≥700MP，面缩率≥55%，-196℃冲击值≥80J，折弯加工后为单相奥氏体。
以下为本发明的具体实施例：
实施例1
一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢，按质量百分比计，该不锈钢的原料成分包括：C：0.035%、Si：0.54%、Mn：1.89%、Cr：18.3%、Mo：2.13%、Ni：12.2%、Co：0.39%、N：0.033%、P：0.011%、S：0.0019%、 [O]：0.0020%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，Nieq为29.91。Nieq=Ni+12.6C+1.05Mn+0.65Cr+0.98Mo+0.35Si+33.6N。
得到上述质量百分比的不锈钢的制造方法为：
S1：利用真空炉或电炉冶炼得到目标含量钢水，经连铸或浇注得到连铸坯或钢锭；得到的板坯厚度为220mm；
S2：将S1中所得坯料采用车削或铣削的方式进行表面处理，表面去除深度为2~3mm，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹；
S3：轧钢；
所述S3轧钢的具体包括以下步骤：
S3.1：一次加热，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段匀速加热至805℃，加热参数1.0±0.1min/mm；第二加热段匀速加热至1033℃，加热参数1.8±0.1min/mm；第三加热段匀速加热至1135℃，加热参数2.5±0.1min/mm；第四阶段为均热段，均热温度为1198℃，保温时间35min；
S3.2：一次轧制，板坯出炉后进行除磷，除磷后立即进行粗轧，终轧温度控制在977℃，单道次压下量不低于15%，中间坯厚度≥3.5t，其中t为钢板的最终厚度，t为30mm，轧后空冷至室温；
S3.3：二次加热，将中间坯以不高于2℃/min的速度匀速加热至780℃，保温1h；
S3.4：二次轧制，中间坯出炉后不除磷，轧钢，终轧温度为568℃，单道次压下量不低于12%；轧后冷却，冷却速度35℃/s，终冷温度150℃。
S4：将进行完上述步骤的钢板进行矫直、抛丸、酸洗、研磨，得到最终奥氏体不锈钢钢板。最终不锈钢钢板的屈服强度为675MPa，抗拉强度为759MPa，断后伸长率A50≥26%，其中A为断后伸长率的符号，50表示标距50mm，-196℃低温冲击值102J，面缩率为60%，折弯后奥氏体含量100%。
实施例2
一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢，按质量百分比计，该不锈钢的原料成分包括：C：0.048%、Si：0.59%、Mn：1.52%、Cr：17.8%、Mo：2.50%、Ni：12.1%、Co：0.35%、N：0.045%、P：0.014%、S：0.0016%、 [O]：0.0018%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，Nieq为30.04。Nieq=Ni+12.6C+1.05Mn+0.65Cr+0.98Mo+0.35Si+33.6N。
得到上述质量百分比的不锈钢的制造方法为：
S1：利用真空炉或电炉冶炼得到目标含量钢水，经连铸或浇注得到连铸坯或钢锭；得到的板坯厚度为220mm；
S2：将S1中所得坯料采用车削或铣削的方式进行表面处理，表面去除深度为2~3mm，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹；
S3：轧钢；
所述S3轧钢的具体包括以下步骤：
S3.1：一次加热，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段匀速加热至818℃，加热参数1.0±0.1min/mm；第二加热段匀速加热至1030℃，加热参数1.8±0.1min/mm；第三加热段匀速加热至1150℃，加热参数2.5±0.1min/mm；第四阶段为均热段，均热温度为1166℃，保温时间30min；
S3.2：一次轧制，板坯出炉后进行除磷，除磷后立即进行粗轧，终轧温度控制在963℃，单道次压下量不低于15%，中间坯厚度≥3.5t，其中t为钢板的最终厚度，t为30mm，轧后空冷至室温；
S3.3：二次加热，将中间坯以不高于2℃/min的速度匀速加热至840℃，保温75min；
S3.4：二次轧制，中间坯出炉后不除磷，轧钢，终轧温度为600℃，单道次压下量不低于12%；轧后冷却，冷却速度32℃/s，终冷温度180℃。
S4：将进行完上述步骤的钢板进行矫直、抛丸、酸洗、研磨，得到最终奥氏体不锈钢钢板。最终不锈钢钢板的屈服强度为706MPa，抗拉强度为799MPa，断后伸长率A50≥21%，其中A为断后伸长率的符号，50表示标距50mm，-196℃低温冲击值96J，面缩率为60%，折弯后奥氏体含量100%。
实施例3
一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢，按质量百分比计，该不锈钢的原料成分包括：C：0.051%、Si：0.68%、Mn：1.63%、Cr：17.1%、Mo：2.87%、Ni：13.0%、Co：0.25%、N：0.055%、P：0.010%、S：0.0015%、 [O]：0.0018%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，Nieq为31.37。Nieq=Ni+12.6C+1.05Mn+0.65Cr+0.98Mo+0.35Si+33.6N。
得到上述质量百分比的不锈钢的制造方法为：
S1：利用真空炉或电炉冶炼得到目标含量钢水，经连铸或浇注得到连铸坯或钢锭；得到的板坯厚度为220mm；
S2：将S1中所得坯料采用车削或铣削的方式进行表面处理，表面去除深度为2~3mm，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹；
S3：轧钢；
所述S3轧钢的具体包括以下步骤：
S3.1：一次加热，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段匀速加热至798℃，加热参数1.0±0.1min/mm；第二加热段匀速加热至1065℃，加热参数1.8±0.1min/mm；第三加热段匀速加热至1163℃，加热参数2.5±0.1min/mm；第四阶段为均热段，均热温度为1172℃，保温时间36min；
S3.2：一次轧制，板坯出炉后进行除磷，除磷后立即进行粗轧，终轧温度控制在980℃，单道次压下量不低于15%，中间坯厚度≥3.5t，其中t为钢板的最终厚度，t为35mm，轧后空冷至室温；
S3.3：二次加热，将中间坯以不高于2℃/min的速度匀速加热至800℃，保温60min；
S3.4：二次轧制，中间坯出炉后不除磷，轧钢，终轧温度为582℃，单道次压下量不低于12%；轧后冷却，冷却速度30℃/s，终冷温度120℃。
S4：将进行完上述步骤的钢板进行矫直、抛丸、酸洗、研磨，得到最终奥氏体不锈钢钢板。最终不锈钢钢板的屈服强度为692MPa，抗拉强度为783MPa，断后伸长率A50≥25%，其中A为断后伸长率的符号，50表示标距50mm，-196℃低温冲击值89J，面缩率为63%，折弯后奥氏体含量100%。
实施例4
一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢，按质量百分比计，该不锈钢的原料成分包括：C：0.058%、Si：0.61%、Mn：1.71%、Cr：16.5%、Mo：2.98%、Ni：13.5%、Co：0.30%、N：0.059%、P：0.013%、S：0.0013%、 [O]：0.0016%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，Nieq为31.87。Nieq=Ni+12.6C+1.05Mn+0.65Cr+0.98Mo+0.35Si+33.6N。
得到上述质量百分比的不锈钢的制造方法为：
S1：利用真空炉或电炉冶炼得到目标含量钢水，经连铸或浇注得到连铸坯或钢锭；得到的板坯厚度为320mm；
S2：将S1中所得坯料采用车削或铣削的方式进行表面处理，表面去除深度为2~3mm，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹；
S3：轧钢；
所述S3轧钢的具体包括以下步骤：
S3.1：一次加热，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段匀速加热至781℃，加热参数1.0±0.1min/mm；第二加热段匀速加热至1050℃，加热参数1.8±0.1min/mm；第三加热段匀速加热至1170℃，加热参数2.5±0.1min/mm；第四阶段为均热段，均热温度为1188℃，保温时间40min；
S3.2：一次轧制，板坯出炉后进行除磷，除磷后立即进行粗轧，终轧温度控制在930℃，单道次压下量不低于15%，中间坯厚度≥3.5t，其中t为钢板的最终厚度，t为40mm，轧后空冷至室温；
S3.3：二次加热，将中间坯以不高于2℃/min的速度匀速加热至760℃，保温100min；
S3.4：二次轧制，中间坯出炉后不除磷，轧钢，终轧温度为555℃，单道次压下量不低于12%；轧后冷却，冷却速度29℃/s，终冷温度156℃。
S4：将进行完上述步骤的钢板进行矫直、抛丸、酸洗、研磨，得到最终奥氏体不锈钢钢板。最终不锈钢钢板的屈服强度为687MPa，抗拉强度为778MPa，断后伸长率A50≥23%，其中A为断后伸长率的符号，50表示标距50mm，-196℃低温冲击值85J，面缩率为56%，折弯后奥氏体含量100%。
实施例5
一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢，按质量百分比计，该不锈钢的原料成分包括：C：0.032%、Si：0.50%、Mn：1.97%、Cr：16.9%、Mo：2.05%、Ni：13.9%、Co：0.22%、N：0.040%、P：0.012%、S：0.0013%、 [O]：0.0016%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，Nieq为30.88。Nieq=Ni+12.6C+1.05Mn+0.65Cr+0.98Mo+0.35Si+33.6N。
得到上述质量百分比的不锈钢的制造方法为：
S1：利用真空炉或电炉冶炼得到目标含量钢水，经连铸或浇注得到连铸坯或钢锭；得到的板坯厚度为320mm；
S2：将S1中所得坯料采用车削或铣削的方式进行表面处理，表面去除深度为2~3mm，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹；
S3：轧钢；
所述S3轧钢的具体包括以下步骤：
S3.1：一次加热，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段匀速加热至801℃，加热参数1.0±0.1min/mm；第二加热段匀速加热至1044℃，加热参数1.8±0.1min/mm；第三加热段匀速加热至1185℃，加热参数2.5±0.1min/mm；第四阶段为均热段，均热温度为1200℃，保温时间42min；
S3.2：一次轧制，板坯出炉后进行除磷，除磷后立即进行粗轧，终轧温度控制在940℃，单道次压下量不低于15%，中间坯厚度≥3.5t，其中t为钢板的最终厚度，t为40mm，轧后空冷至室温；
S3.3：二次加热，将中间坯以不高于2℃/min的速度匀速加热至855℃，保温110min；
S3.4：二次轧制，中间坯出炉后不除磷，轧钢，终轧温度为648℃，单道次压下量不低于12%；轧后冷却，冷却速度29℃/s，终冷温度80℃。
S4：将进行完上述步骤的钢板进行矫直、抛丸、酸洗、研磨，得到最终奥氏体不锈钢钢板。最终不锈钢钢板的屈服强度为687MPa，抗拉强度为756MPa，断后伸长率A50≥23%，其中A为断后伸长率的符号，50表示标距50mm，-196℃低温冲击值83J，面缩率为58%，折弯后奥氏体含量100%。
本发明中对不锈钢钢板性能的测试方法为：将轧制后的钢板加工成直径为8mm的标准拉伸试样，并按照GB/T 228.1-2021进行力学性能测试，最终不锈钢钢板的屈服强度为687MPa，抗拉强度为778MPa，断后伸长率A50≥23%，，面缩率为56%；其中A为断后伸长率的符号，50表示标距50mm；将加工后的试样放入液氮中保温半小时后，迅速取出放入摆锤冲击试验机打断，根据GB/T 229标准测试结果可知，不锈钢在-196℃时冲击值85J；钢板折弯后取试样10mm×10mm研磨抛光后进行XRD测试，图谱上仅有奥氏体衍射峰，可知钢板折弯加工后仍全部为奥氏体组织。
表1为5个实施例的熔炼成分表
。
表2为5个实施例的加热参数表
。
表3为5个实施例轧制工艺参数表
。
表4为5个实施例的力学性能表
。
表5为4个对比例各化学成分质量表
。
表6为4个对比例的加热参数表
。
表7为4个对比例轧制工艺参数
。
表8为4个对比例轧后力学性能表
。
对比例1~2与实施例采用相同的化学成分，但工艺步骤不经过二次加热和轧钢；对比例3~4与实施例采用相同的工艺，但是化学成分不同。从表中数据能够发现，即使采用相同的化学成分，工艺步骤缺少二次加热和轧钢，最终得到的钢板性能也会显著下降；采用相同工艺但是化学成分缺少N、Co、O，最终得到的钢板性能也会显著下降。
图1至图5分别为本发明实施例1至5中最后得到的不锈钢材料金相组织图。从以上表格中的数据能够看出，5个实施例的钢板相比于对比例均具有优越的屈服强度、抗拉强度，断后伸长率低，面缩率低，折弯后奥氏体含量稳定，均为100%。不锈钢钢板屈服强度≥700MP，面缩率≥55%，-196℃冲击值≥80J，折弯加工后为单相奥氏体，具有良好的抗氢致裂纹能力及优异的综合性能，可作为氢气站贮氢罐阀门不锈钢材料，本发明的制造方法工艺流程简单，可操作性强，便于工业化生产。
图6为本发明实施例1中不锈钢材料折弯加工后的X衍射图谱，横坐标为2θ衍射角，纵坐标是强度值，γ-Fe表示铁原子排列成为面心立方晶格，实施例1中的不锈钢折弯加工后没有相变，即实施例1中的不锈钢折弯加工前的X衍射图谱和折弯加工后的X衍射图谱相同。
本发明不锈钢的原料成分包括：C：0.03～0.06%，C是最经济的强化元素，可以有效提高材料的强度，也是强奥氏体稳定元素。奥氏体不锈钢中C易与Cr形成碳化物Cr23C6，导致发生晶界腐蚀，降低延展性和韧性。Si：0.50～0.70%，Si是强脱氧元素，也是铁素体生成元素，同时也是固溶强化的有效元素，当Si含量高于1.0％时，会形成σ相等金属间化合物，降低母材的延展性和韧性，因此，Si含量选择在0.50～0.7%之间能够避免上述问题。Cr：16.5～18.5%，Cr是奥氏体不锈钢中形成并稳定铁素体的元素，缩小奥式体区，是不锈钢中重要的抗腐蚀元素，形成Cr2O3氧化膜使得不锈钢具有良好的耐腐蚀性，获得室温奥氏体组织，但当Cr添加过多时，会残留过多的δ相铁素体而会降低热加工性。因此，确定Cr含量在16.5～18.5%之间。Mo：2.0～3.0%，在不锈钢中，Mo能进一步提高对酸的抗蚀性，降低氯离子存在所产生的点腐蚀倾向，同时加入钼（Mo）可以使不锈钢基体强化，从而提高不锈钢的强度和蠕变性能。Ni：12～14%，Ni能够扩大奥氏体区，是奥氏体形成和稳定化元素，提升钢的强度的同时，不影响钢的塑性。为了降低成本，可以添加Mn和N来替代昂贵的Ni，但是当Ni含量过低时，添加过多的Mn和N会降低耐蚀性和热加工性，过高的Ni将大幅增加材料成本，因此本发明中Ni含量选择在12～14%之间。Co：0.20～0.40%，Co可以增加氧化膜中Cr的相对含量，促进合金生成连续的保护性氧化膜，同时可以增强氧化膜的黏附性和致密性，推迟氧化膜的破裂时间，延长热腐蚀孕育期促，提高抗腐蚀能力。N：0.030～0.060%，N为奥氏体稳定化元素，能够提升不锈钢的耐蚀性，通过固溶强化和析出强化提升材料的强度。但是当添加过多的N时，容易在钢液的凝固过程中形成气孔缺陷，同时降低热加工性，且因此将N的含量定义为0.030～0.060%。
本发明提供的制造方法中的S2中对不锈钢进行表面处理，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹，可以有效防止后续轧钢过程中氧化铁皮压入、麻坑及表面裂纹等缺陷。S3.1中第一阶段加热的目的主要通过慢速加热达到板坯内外温度的均匀，有效避免加热过程中坯料由于热应力产生内部裂纹的问题，后续加热段目的通过加热温度和加热时间的配合，有效使得成分固溶，均匀化组织，且晶粒不过分长大。S3.2中利用高终轧、大压下实现奥氏体晶粒扁平化及中心变形的渗透，增大晶界面积，细化晶粒；通过控制中间坯厚度，保证二次轧制时的变形量，提高冲击韧性。终轧温度过低，会导致轧制力大，同时因钢板降温明显，头尾部的温差变大，会导致整板性能的不均匀性变大；终轧温度过高，会导致晶粒过快长大，韧性变低。S3.3，低温长时间加热可有效消除粗轧及冷却过程中温降不均匀导致中间坯头、尾和宽度方向组织差异，均匀化组织。S3.4，加热温度低，二次加热中产生较少的氧化铁皮，轧制过程中可有效破碎、去除，同时避免了冷却喷水导致的表面与心部的温度差异的内应力，避免裂纹缺陷产生。较低的终轧温度和较快的冷却速度，避免了晶粒的回复长大，保留部分变形缺陷，可有效提高不锈钢钢板的强度。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (6)
1.一种储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1：冶炼得到目标含量钢水，经连铸或浇注得到连铸坯或钢锭；
S2：将S1中得到的坯料进行表面处理；
S3：轧钢；所述轧钢过程包括一次加热、一次轧制、二次加热、二次轧制，二次轧制后对不锈钢板进行轧后冷却；
S4：将进行完上述步骤的钢板进行矫直、抛丸、酸洗、研磨，得到最终奥氏体不锈钢钢板；
所述S3轧钢的具体包括以下步骤：
S3.1：一次加热，采用分段加热将连铸坯加热至均热温度，第一加热段匀速加热至800℃±20℃，加热参数1.0±0.1min/mm；第二加热段匀速加热至1050±20℃，加热参数1.8±0.1min/mm；第三加热段匀速加热至1160±30℃，加热参数2.5±0.1min/mm；第四阶段为均热段，均热温度为1180±20℃，保温时间30min~45min；
S3.2：一次轧制，板坯出炉后进行除磷，除磷后立即进行粗轧，终轧温度控制在930～980℃，单道次压下量不低于15%，中间坯厚度≥3.5t，其中t为钢板的最终厚度，轧后空冷至室温；
S3.3：二次加热，将中间坯以不高于2℃/min的速度匀速加热至750～860℃，保温1～2h；
S3.4：二次轧制，中间坯出炉后不除磷，轧钢，终轧温度为550～650℃，单道次压下量不低于12%；轧后冷却，冷却速度20～35℃/s，终冷温度≤200℃；
按质量百分比计，得到的不锈钢的原料成分包括：C：0.03～0.06%、Si：0.50～0.70%、Mn：1.50～2.00%、Cr：16.5～18.5%、Mo：2.0～3.0%、Ni：12~14%、Co：0.25～0.35%、N：0.030~0.060%、P：≤0.015%、S：≤0.002%、 [O]≤0.002%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质，Nieq=Ni+12.6C+1.05Mn+0.65Cr+0.98Mo+0.35Si+33.6N，Nieq为≥28。
2.根据权利要求1所述的储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢制造方法，其特征在于，C：0.03～0.06%、Si：0.50～0.70%、Mn：1.60～1.80%、Cr：17.5～18.0%、Mo：2.2～2.5%、Ni：12.8~13.2%、Co：0.25～0.35%、N：0.040~0.050%、P：≤0.015%、S：≤0.002%、 [O]≤0.002%、[H] ≤0.0015%、B≤0.0008%，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢制造方法，其特征在于，所述S1利用真空炉或电炉冶炼得到目标含量钢水，得到的板坯厚度为220mm~320mm。
4.根据权利要求1所述的储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢制造方法，其特征在于，所述S2进行的表面处理具体为：所得坯料采用车削或铣削的方式进行表面处理，表面去除深度为2~3mm，通过机械加工去除氧化铁皮并消除表面裂纹。
5.根据权利要求1所述的储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢制造方法，其特征在于，S4中得到的不锈钢板的组织为扁长的奥氏体晶粒，晶粒长宽比为2~8：1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的储氢阀门用热轧奥氏体不锈钢制造方法，其特征在于，所述S4得到的不锈钢钢板屈服强度≥675MP，面缩率≥55%，-196℃冲击值≥80J，折弯加工后为单相奥氏体。
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