CN1417368A - 一种不锈钢线材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不锈钢线材及其制造方法，本不锈钢线材的成分以重量百分比表示为：C∶0.04、Si∶0.4、Mn∶2.75、磷P∶0.020、S∶0.010、Cr∶17、Ni∶7、Cu∶2.75其余为平衡量的Fe。其制造方法是电炉冶炼、氩氧炉精炼、浇铸、轧制，其方法特征是在冶炼、精炼中钢水中的成分，冶炼时钢水成分的重量百分比为C∶0.60－1.5、P∶≤0.028、Cr∶16.5、Ni∶6.5出钢，精炼时Mn∶2.50－3.00、Cr∶16.5－17.5、Ni∶6.50－7.50、Cu∶2.50－3.00，轧制温度为1220－1230℃。本不锈钢线材成本低、性能与OCr18Ni9线材相近，用本制造方法轧制的线材提高热塑性，减少轧制开裂。
Description
(一)技术领域
本实用新型涉及一种不锈钢线材及其制造方法。
(二)背景技术
不锈钢线材中的奥氏体型OCr18Ni9及其衍生钢种如SUS304M和SUS304HC一般要进一步冷加工，如拉拔、冷镦、弯曲等。拉拔时要保证一次拉拔量很大而不断丝，以尽量减少退火次数，冷镦时则要保证镦头部不开裂，OCr18Ni9、SUS304M和SUS304HC不锈钢线材一般用于生产丝网、紧固件、五金制品、装饰品、机构机械零件、弹簧等。
OCr18Ni9、SUS304M和SUS304HC的特点是Cr、Ni、Cu元素含量较高，在大变形量下也能保证足够的塑性，加工后磁性较低，被大量应用在要求大变形量如拉拔、冷镦加工的场合如生产紧固件、机械零件、细丝等。但Cr、Ni等贵重元素含量较高，使OCr18Ni9、SUS304M和SUS304HC不锈钢线材的价格也较高，从而生产的产品价格也较高，在某些民用领域，产品价格高，应用的普及性要受到影响。
现有的OCr18Ni9、SUS304M和SUS304HC制造方法在电炉冶炼、氩氧炉精炼过程中所加的Cr、Ni等贵重元素较多，制造成本较高。
(三)发明内容
本发明的宗旨是为克服现有OCr18Ni9、SUS304M、SUS304HC不锈钢线材的上述不足之处，提供一种耐腐蚀性和冷加工工艺性能不低于OCr18Ni9，而制造成本低于OCr18Ni9线材的不锈钢线材。在基本不影响性能的基础上降低成本，适应于不需高加工性能的民用产品或对磁性要求不很高的领域。本发明提出的不锈钢线材不需要拉拔或只需轻微拉拔冷加工即可生产产品。
本发明的另一个宗旨是克服现有不锈钢线材制造方法的上述不足之处，提供一种成本较低的不锈钢线材制造方法。
本不锈钢线材的组成成份相对OCr18Ni9，降低价格高的Cr、Ni元素，以降低材料成本，但可以满足耐大气、海洋性气候、氧化性酸腐蚀，加入价格较低的Mn、Cu元素，以提高不锈钢线材的热塑性和冷加工的工艺性。
对于大气、水蒸气、水等弱腐蚀性介质，Cr的含量大于10-12％即有足够的耐腐蚀性。对于氧化性酸，Cr的含量大于16％，不锈钢线材即具有较高的钝化能力。如添加大于6％的Ni和1-3％的Cu，提高Mn的含量，可以在海洋性气候、一般的非氧化性酸中耐腐蚀。本发明的不锈钢线材Cr的含量在16-18％，Ni在6-8％，Cu在2-3％，Mn在2-3％，便具有不低于OCr18Ni9的耐腐蚀性。
为了提高奥氏体的稳定度以达到提高奥氏体不锈钢线材的热塑性和冷加工工艺性，本发明的不锈钢线材的原材料中必须增加稳定奥氏体元素的含量。C、N、Mn、Ni、Cr、Cu等元素可提高奥氏体的稳定性，本不锈钢线材中Ni的含量与OCr18Ni9相比降低了2％左右，N的含量控制在0.03-0.05％即中限，Mn的含量控制在2.5-3.0％即上限，加入2％左右的Cu，热轧制温度比OCr18Ni9的热加工温度降低10-30℃，使δ铁素体控制在5％以内，并且加强钢水脱S、脱O，使热塑性不低于OCr18Ni9。
在冷加工过程中形变马氏体α′相使亚稳定型奥氏体不锈钢加工硬化率增大并引起磁性，OCr18Ni9与本发明的不锈钢线材都属于亚稳定型奥氏体不锈钢，在冷加工变形过程中都会产生形变马氏体α′相。形变马氏体α′相多少与化学成分和冷变形量有关，提高奥氏体稳定度的元素如C、N、Mn、Ni、Cr、Cu，都可以抑制形变马氏体α′相的形成，本发明的不锈钢线材虽然降低了Ni、Cr的含量，但与OCr18Ni9相比增加了Mn、Cu等元素，在冷变形量小于40％的情况下，其冷加工工艺性与OCr18Ni9相当。
本发明的不锈钢线材的主要成分如下(重量以％表示)
碳C： ≤0.06 硅Si：≤1.00
锰Mn：2.00-3.00 磷P： ≤0.035
硫S： ≤0.030 铬Cr：16.0-18.0
镍Ni：6.00-8.00 铜Cu：2.00-3.00
其余为平衡量的铁Fe。在温度1220-1230℃下轧成。
本发明的不锈钢线材优选的主要成分如下(重量以％表示)
碳C： 0.03-0.05 硅Si：0.3-0.6
锰Mn：2.50-3.00 磷P： ≤0.030
硫S： ≤0.020 铬Cr：16.5-17.5
镍Ni：6.50-7.50 铜Cu：2.50-3.00
其余为平衡量的铁Fe。在温度1220-1230℃下轧成。
本发明的不锈钢线材的最佳主要成分如下(重量以％表示)
碳C： 0.03-0.04 硅Si：0.3-0.4
锰Mn：2.75 磷P： ≤0.020
硫S： ≤0.010 铬Cr：17
镍Ni：7 铜Cu：2.75
其余为平衡量的铁Fe。在温度1220-1230℃下轧成。
注：本申请文件所说的主要成分是因本不锈钢线材还含有如铝、钼、钛等其它杂质，杂质的含量不超过0.5％；S、P的最下限不为零。
本不锈钢线材的直径一般为5.5毫米至18毫米，可大于18毫米。
本发明的不锈钢线材在本申请文件中命名为304ES。
本发明的不锈钢线材304ES与OCr18Ni9的耐蚀性试验对比见下表
| 牌号 | 盐雾5％NaCl35℃×24小时 | 模拟海水3.5％NaCl50℃×24小时g/m2h |
| 304ES | 无锈 | 0.065 |
| O Cr18Ni9 | 无锈 | 0.0649 |
国际上对于腐蚀分为下列3级
耐腐蚀 每年钢板腐蚀深度小于0.1毫米。
尚耐腐蚀 每年钢板腐蚀深度介于0.1到1.0毫米。
不耐腐蚀 每年钢板腐蚀深度大于1.0毫米。
我们将试验结果换算后腐蚀深度为0.072毫米属耐腐蚀范围。
本不锈钢线材304ES与OCr18Ni9、SUS304M和SUS304HC线材冷加工性试验对比见图1。
从图中可见，在冷变形量小于30-40％的情况下，304ES与OCr18Ni9的形变马氏体α′相比相差不足0.5％，其冷加工性在同一水平。而且本不锈钢线材在同样的变形量下，产品强度比OCr18Ni9要高，因此可以减小产品的尺寸，达到节约钢材的效果。
本不锈钢线材成分中降低了昂贵的Cr和Ni的含量，提高了价格较低的Cu和Mn的含量，本不锈钢线材仅从原材料上每吨比OCr18Ni9降低成本1400元，降低约10％，结合工艺，因轧制温度降低30℃节约能源，可降低约2000元，降低成本约15％，而耐腐蚀性和冷加工性与OCr18Ni9线材基本相同，在五金制品、网筐、螺钉、装饰品等方面达到与OCr18Ni9线材制品同样的效果。
本不锈钢线材的制造方法依次为电炉冶炼、氩氧炉精炼、浇铸、轧制。
a)将下述重量配比的混合料加入电炉在1600-1650℃温度下冶炼：
废钢(主要含铬Cr：18％，镍Ni：8％，铜Cu：2.0％) 30-35份
高碳铬铁(主要含铬Cr：65％，碳C：90％) 15-20份
纯镍： 3-5份 纯铜： 1-3份
普碳钢废钢(含碳C：0.2％)：40-45份
钢水成分(重量％)达到下述值时出钢，钢水倒入钢包中：
C： 0.80-1.5 P： ≤0.028
Cr：16-17(16.5) Ni：6-7(6.5)
Cu：1.5-2.2(2.0) 其余为平衡量的Fe。
b)将钢包中钢水加入氩氧炉在1670---1720℃温度下精炼：
氧化期I期用氮、氩混合气体吹炼，氧化期I期调整钢中锰Mn、铬Cr、镍Ni、铜Cu成分，加紫铜板合金化，使上述四种元素成分达(重量％)：
Mn：2.50-3.00 Cr：16.5-17.5
Ni：6.50-7.50 Cu：2.50-3.00
加入渣料石灰，加入量为钢水重量的2.2-2.8。
II期末纯吹氩搅拌精炼5-7分钟，加硅铁块进行还原，控制还原Si为0.3-0.4％，还原采用纯氩搅拌6-8分钟，扒渣85％以上，根据炉内温度、硫S的含量，加入渣料萤石，加入量为钢水量的0.6-0.8％，纯氩化渣、出钢。出钢过程中钢包中加入硅钙块，加入量为钢水量的0.1-0.25％。
c)浇注
锭型为5.6吨矩形锭，钢包烘烤呈暗红色，采用不锈钢专用包护渣，不得冷模浇注。镇静4-10分钟，锭身浇注4分30秒-6分，帽口充填时间为锭身的1-1.5倍，帽口浇高(冷态)340毫米，脱模时间10小时。
d)轧制
本不锈钢线材的轧制特点在于轧制温度，轧制温度为1220-1230℃比普通不锈钢轧制温度低30℃，可以减少高温下钢组织中铁素体相的量，提高热塑性，减少轧制开裂。
钢锭在初轧机和高速线材轧机上轧制成直径5.5至18毫米的线材。
本不锈钢线材制造方法的主要特征之一在于原材料的重量配比和精炼过程中的成分，本不锈钢线材制造方法原材料的最佳重量配比为：
a)在电炉中冶炼时
废钢(主要含铬Cr：18％，镍Ni：8％，铜Cu：2.0％) 33.33份
高碳铬铁(主要含铬Cr：65％，碳C：90％) 16.67份
纯镍： 3.83份 纯铜： 1.33份
普碳钢废钢(含碳C：0.2％)：44.83份
钢水成分(重量％)达到下述值时出钢，钢水倒入钢包中：
C： 0.60-1.5 P： ≤0.028
Cr：16.5 Ni：6.5
Cu：2.0 其余为平衡量的Fe。
b)在精炼中，加入石灰的量为钢水重量的2.5％，加入渣料萤石为钢水重量的0.7％，出钢过程中钢包中加入钢水重量0.2％硅钙块。
(四)附图说明
图1是本不锈钢线材304ES与OCr18Ni9、SUS304M和SUS304HC线材冷加工性试验对比图。
(五)具体实施方式
本不锈钢线材实施方式
本不锈钢线材的实施方式的直径为5.5毫米，成分如下(重量以％表示)
碳C： 0.04 硅Si：0.4
锰Mn：2.75 磷P： 0.020
硫S： 0.010 铬Cr：17
镍Ni：7 铜Cu：2.75
其余为平衡量的铁Fe。在温度1220-1230℃下轧成。
本不锈钢线材制造方法实施方式
本不锈钢线材的制造方法的实施方式依次为电炉冶炼、氩氧炉精炼、浇铸、轧制。
a)将下述重量配比的混合料加入36吨电炉在1650℃温度下冶炼：
废钢(主要含铬Cr：18％，镍Ni：8％，铜Cu：2.0％)：12000公斤
高碳铬铁(主要含铬Cr：65％，碳C：90％)：6000公斤
纯镍： 1380公斤 纯铜：480公斤
碳钢(含碳C：0.2％)： 16140公斤
钢水成分(重量％)达到下述值时出钢，钢水倒入钢包中：
C： 0.80-1.5 P： ≤0.028
Cr：16.5 Ni：6.5
Cu：2.0 其余为平衡量的Fe。
b)将钢包中钢水加入40吨氩氧炉在1670---1720℃温度下精炼：
氧化期I期用氮、氩混合气体吹炼，氧化期I期调整钢中锰Mn、铬Cr、镍Ni、铜Cu成分，加紫铜板合金化，在精炼过程中随时化验钢水成分，最终使上述四种金属成分达(重量％)：
Mn：2.50-3.00 Cr：16.5-17.5
Ni：6.50-7.50 Cu：2.50-3.00加入渣料石灰900公斤。
II期末纯吹氩搅拌精炼5-7分钟，加硅铁块进行还原，控制还原Si为0.3-0.4％，还原采用纯氩搅拌6-8分钟，扒渣85％以上，根据炉内温度、硫S的含量，加入渣料萤石250公斤，纯氩化渣、出钢。出钢过程中钢包中加入硅钙块80公斤。
出钢温度1590℃，包中温度1560℃。时间为5月份。
c)浇注
锭型为5.6吨矩形锭，钢包烘烤呈暗红色，采用不锈钢专用包护渣。镇静6分钟，锭身浇注5分钟，帽口充填时间为10分钟，帽口浇高(冷态)340毫米，脱模时间10小时。
d)轧制
钢锭在温度1220-1230℃下，在1000mm初轧机和650---280mm高速线材轧机上轧制成直径5.5的线材。
Claims (6)
1、一种不锈钢线材，其主要成分如下(重量以％表示)
碳C： ≤0.06 硅Si：≤1.00
锰Mn：2.00-3.00 磷P： ≤0.035
硫S： ≤0.030 铬Cr：16.0-18.0
镍Ni：6.00-8.00 铜Cu：2.00-3.00
其余为平衡量的铁Fe。
2、根据权利要求1所述的不锈钢线材，其主要成分如下(重量以％表示)
碳C： 0.03-0.05 硅Si：0.3-0.6
锰Mn：2.50-3.00 磷P： ≤0.030
硫S： ≤0.020 铬Cr：16.5-17.5
镍Ni：6.50-7.50 铜Cu：2.50-3.00
其余为平衡量的铁Fe。
3、根据权利要求2的不锈钢线材，其主要成分如下(重量以％表示)
碳C： 0.03-0.04 硅Si：0.3-0.4
锰Mn：2.75 磷P： ≤0.020
硫S： ≤0.010 铬Cr：17
镍Ni：7 铜Cu：2.75
其余为平衡量的铁Fe。
4、根据权利要求1、2或3所述的不锈钢线材，其特征是：在温度1220-1230℃下轧成的。
5、一种不锈钢线材制造方法依次为电炉冶炼、氩氧炉精炼、浇铸、轧制，
a)将下述重量配比的混合料加入电炉在1600-1650℃温度下冶炼：
废钢(主要含铬Cr：18％，镍Ni：8％，铜Cu：2.0％) 30-35份
高碳铬铁(主要含铬Cr：65％，碳C：90％) 15-20份
纯镍： 3-5份 纯铜： 1-3份
普碳钢废钢(含碳C：0.2％)：40-45份
钢水成分(重量％)达到下述值时出钢，钢水倒入钢包中：
C： 0.80-1.5 P：≤0.028
Cr：16-17(16.5) Ni：6-7(6.5)
Cu：1.5-2.2(2.0) 其余为平衡量的Fe
b)将钢包中钢水加入氩氧炉在1670---1720℃温度下精炼：
氧化期I期用氮、氩混合气体吹炼，氧化期I期调整钢中锰Mn、铬Cr、镍Ni、铜Cu成分，加紫铜板合金化，使上述四种元素成分达(重量％)：
Mn：2.50-3.00 Cr：16.5-17.5
Ni：6.50-7.50 Cu：2.50-3.00
加入量为钢水重量的2.2-2.8％渣料石灰；
II期末纯吹氩搅拌精炼5-7分钟，加硅铁块进行还原，控制还原Si为0.3-0.4％，还原采用纯氩搅拌6-8分钟，扒渣85％以上，根据炉内温度、硫S的含量，加入渣料萤石，加入量为钢水量的0.6-0.8％，纯氩化渣、出钢，出钢过程中钢包中加入为钢水量的0.1-0.25％的硅钙块；
c)浇铸、脱模；
d)轧制
在初轧机和高速线材轧机上轧制成线材，轧制温度为1220-1230℃。
6、根据权利要求5所述的不锈钢线材制造方法，其特征是：
a)在电炉中冶炼时，原材料的重量配比为
废钢(主要含铬Cr：18％，镍Ni：8％，铜Cu：2.0％) 33.33份
高碳铬铁(主要含铬Cr：65％，碳C：90％) 16.67份
纯镍：3.83份 纯铜： 1.33份
普碳钢废钢(含碳C：0.2％)：44.83份
钢水成分(重量％)达到下述值时出钢，钢水倒入钢包中：
C： 0.60-1.5 P：≤0.028
Cr：16.5 Ni：6.5
Cu：2.0 其余为平衡量的Fe。
b)在精炼中，加入石灰的量为钢水重量的2.5％，加入渣料萤石为钢水重量的0.7％，出钢过程中钢包中加入钢水重量0.2％硅钙块。
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