一种节镍型高强度不锈热轧带钢及其制造方法转让专利
申请号 : CN200610118627.2
文献号 : CN100593580C
文献日 : 2010-03-10
发明人 : 叶晓宁 , 田劲松 , 黄俊霞 , 戚国平 , 孙志荣
申请人 : 宝山钢铁股份有限公司
摘要 :
本发明公开了一种节镍型高强度不锈热轧带钢及其制造方法，其包括如下步骤：1)冶炼、铸造成坯，其成分重量百分比为：C≤0.03、Si≤1.00、Mn 2.01～3.0、P≤0.040、S≤0.015、Cr 10.5～12.5、Ni 0.1～0.15、N≤0.030、余Fe；2)热轧，板坯加热至1100～1150℃，粗轧机多道次轧制，总变形率达到75%～85%；粗轧未道次采用高速轧制，应变速度达到20l/s以上，精轧机轧成带钢，卷取，终轧温度850±20℃，轧后空冷至室温；3)退火处理，罩式退火炉内退火；钢卷加热到700～750℃并保温20～30小时，冷却至550℃以下。本发明所制造的带钢成品带钢屈服强度达到380MPa以上，延伸率达到20%以上；而且，成本低。
权利要求 :
1.一种节镍型高强度不锈热轧带钢，其成分重量百分比为：C ≤0.03
Si ≤1.00
Mn 2.01～3.0
P ≤0.040
S ≤0.015
Cr 10.5～12.5
Ni 0.1～0.15
N ≤0.030
其余为Fe和不可避免的杂质；
按上述成分冶炼、铸造成坯；接着热轧，板坯经加热炉加热至 1100～1150℃，在粗轧机多道次轧制，总变形率达到75％～85％；粗 轧末道次采用高速轧制，应变速度达到201/s以上，精轧机轧成带钢， 卷取成钢卷，终轧温度850±20℃；带钢轧制完成后空冷至室温；然后 退火处理，将钢卷放置于罩式退火炉内进行退火处理；钢卷整体加热 到700～750℃并保温20～30小时；钢卷随炉冷却至550℃以下。
2.如权利要求1所述的节镍型高强度不锈热轧带钢的制造方法，其包括如 下步骤：
1)冶炼、铸造成坯，其成分重量百分比为：C≤0.03、Si≤1.00、Mn 2.01～3.0、P≤0.040、S≤0.015、Cr 10.5～12.5、Ni 0.1～0.15、N ≤0.030、其余为Fe和不可避免的杂质；
2)热轧，板坯经加热炉加热至1100～1150℃，在粗轧机多道次轧制， 总变形率达到75％～85％；粗轧末道次采用高速轧制，应变速度达 到201/s以上，精轧机轧成带钢，卷取成钢卷，终轧温度850±20 ℃；带钢轧制完成后空冷至室温；
3)退火处理，将钢卷放置于罩式退火炉内进行退火处理；钢卷整体加 热到700～750℃并保温20～30小时；钢卷随炉冷却至550℃以下。
说明书 :
技术领域
本发明涉及不锈热轧带钢制造领域，特别涉及一种节镍型高强度不锈 热轧带钢及其制造方法。
背景技术
目前国内外生产马氏体带钢大都在Cr13型铁素体钢中添加镍来改变 钢的组织，使其成分马氏体不锈钢，并添加少量微量合金元素钛、铌或钒 改进钢的耐蚀性能和提高强度。表1为国际同类型马氏体不锈钢的标准成 分，从表1中可以看出，镍的最高添加量为1.5％。镍是奥氏体形成元素， 钢中加入镍元素可以获得马氏体组织，提高钢的韧性。但是，提高镍元素 的加入量将使钢的原料成本。
南非牌号为3CR12、美国牌号为S41003，其镍含量上限为≤1.5Wt％； 中国牌号为TCS345，其镍含量上限为≤1.0Wt％，钢中的其它成本相关国 家均致，基本相同。钢中添加了≤1.5Wt％左右的镍，使得高温状态时，钢 中奥氏体组织比例较高，在空冷至室温条件下，获得铁素体+马氏体双相 组织，但是，此时钢的强度较高而延伸率偏低，不能满足生产使用要求。 经过充分退火，钢的强度降低，获得足够的塑性，达到使用的要求。
表1：钢的牌号及化学成分(wt％)：
国别 牌号 C Si Mn P S Cr Ni N 美国 S41003 ≤0.03 ≤1.00 ≤1.50 ≤0.040 ≤0.030 10.5～12.5 ≤1.50 ≤0.030 南非 3CR12 ≤0.03 ≤1.00 ≤1.50 ≤0.040 ≤0.030 10.5～12.5 ≤1.50 中国 TCS330 ≤0.03 ≤1.0 ≤1.50 ≤0.040 ≤0.015 10.5～12.5 0.3～1.0 ≤0.030 德国 1.4003 ≤0.03 ≤1.0 ≤1.50 ≤0.040 ≤0.015 10.5～12.5 0.3～1.0 ≤0.025
表2：3CR12、S41003、TCS330和4003钢的机械性能
南非牌号为3CR12、美国牌号为S41003，其镍含量上限为≤1.5Wt％； 中国牌号为TCS345，其镍含量上限为≤1.0Wt％，钢中的其它成本相关国 家均致，基本相同。钢中添加了≤1.5Wt％左右的镍，使得高温状态时，钢 中奥氏体组织比例较高，在空冷至室温条件下，获得铁素体+马氏体双相 组织，但是，此时钢的强度较高而延伸率偏低，不能满足生产使用要求。 经过充分退火，钢的强度降低，获得足够的塑性，达到使用的要求。
表1：钢的牌号及化学成分(wt％)：
国别 牌号 C Si Mn P S Cr Ni N 美国 S41003 ≤0.03 ≤1.00 ≤1.50 ≤0.040 ≤0.030 10.5～12.5 ≤1.50 ≤0.030 南非 3CR12 ≤0.03 ≤1.00 ≤1.50 ≤0.040 ≤0.030 10.5～12.5 ≤1.50 中国 TCS330 ≤0.03 ≤1.0 ≤1.50 ≤0.040 ≤0.015 10.5～12.5 0.3～1.0 ≤0.030 德国 1.4003 ≤0.03 ≤1.0 ≤1.50 ≤0.040 ≤0.015 10.5～12.5 0.3～1.0 ≤0.025
表2：3CR12、S41003、TCS330和4003钢的机械性能
发明内容
本发明的目的在于提供一种节镍型高强度不锈热轧带钢及其制造方 法，所制造的带钢性能满足高强度的要求，成品带钢屈服强度达到380MPa 以上，延伸率达到20％以上；而且，成本低。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
一种节镍型高强度不锈热轧带钢，其成分重量百分比为：
C ≤0.03
Si ≤1.00
Mn 2.01～3.0
P ≤0.040
S ≤0.015
Cr 10.5～12.5
Ni 0.1～0.15
N ≤0.030
其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，
C≤0.30，为碳化物形成元素和奥氏体形成元素，可以提高钢的强度， 但高于标准要求，钢的冲击性能下降，大大降低钢的韧性。
Si：≤1.00，Si为铁素体形成元素，可增加铁素体组织比例；对提高 钢的屈服强度有利。
Mn：2.01～3.0，Mn锰与镍同为奥氏体形成元素，在Cr13型钢中， 添加一定量的锰同样可以获得马氏体组织，使钢通过热处理调整、改善性 能成为可能。由于钢中奥氏体(高温)存在，钢的晶粒不易长大，成品组 织中的晶粒得到细化，有利于钢的强度提高和稳定。锰的添加使钢的强度 得到足够的提升，屈服强度和抗拉强度达到使用要求。由于锰资源广阔， 价格远低于镍，可以使钢的原料成本大大降低。可以使经济型不锈钢使用 范围的扩大，摆脱镍资源匮乏对不锈钢生产的影响。
P：≤0.040，P为钢中不可避免的杂质元素，高的磷含量对焊接和冲 击韧性不利。
S：≤0.015，S为钢中不可避免的杂质元素，高的硫含量对钢的韧性 不利。
Cr：10.5～12.5，Cr为抗氧化(锈蚀)元素和铁素体形成元素，可以提 高钢的耐蚀性和增加和稳定钢的铁素体组织比例。
Ni：0.10～0.15，Ni为奥氏体形成元素，可以提高钢的高温奥氏体组 织比例，增加钢的韧性。但含量达到一定量时，其效果增加便不明显了。 镍的资源有限，价格昂贵。降低钢中镍可以降低钢的生产成本，降低不锈 钢的应用门槛。本发明成分中将镍的含量由最高1.5％降低到0.6％以下。
N：≤0.030，N为奥氏体形成元素，在钢中以间隙原子或化合物的形 式存在。由于N在钢中不可避免的存在，N含量高对钢的韧性不利。因此 N在钢中含量尽可能控制低。
本发明的节镍型高强度不锈热轧带钢的制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、铸造成坯，其成分重量百分比为：C≤0.03、Si≤1.00、 Mn 2.01～3.0、P≤0.040、S≤0.015、Cr 10.5～12.5、Ni 0.1～0.15、 N≤0.030、其余为Fe和不可避免的杂质；
2)热轧，板坯经加热炉加热至1100～1150℃，在粗轧机多道次轧制， 总变形率达到75％～85％，使连铸坯粗大晶粒充分破碎，为再结晶 和细化晶粒创造条件；粗轧未道次采用高速轧制，应变速度达到20 1/s以上，精轧机轧成带钢；并卷取成钢卷，终轧温度850±20℃， 保证再晶粒温度和晶粒细化；带钢轧制完成后空冷至室温；带钢轧 制过程中形成的细化晶粒对提高带钢的韧性和强度有利；
3)退火处理，将钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理；钢卷经 整体加热到700～750℃并保温20～30小时；钢卷随炉冷却至550℃ 以下，获得良好的塑性和足够的屈服强度(≥380MPa)的带钢。
本发明成分的钢采用铁水、合金及铁合金原料(或碳素废钢、相同及 类似成分废钢)，通过电炉、氩气脱炉(也可再经过真空脱碳炉)冶炼达 到目标成分；符合成分要求的钢水在连铸机浇注成板坯，切割成所需长度 后，板坯冷却至室温，用砂轮清除板坯表面缺陷，送到加热炉加热；
板坯经加热炉加热至1100～1150℃，经高压水去除高温氧化铁皮，在 轧机多道次轧制成带钢，并进行卷曲形成钢卷，终轧温度850±20℃，带 钢轧后空冷至室温；
然后将所述钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理。罩式退火炉 分为内罩和外罩，钢卷竖直放置于内罩中，内罩和外罩之间用燃气加热。 钢卷可层垛，一个退火炉可垛放宽度在1000～1250mm的钢卷3～4个。 退火炉内部有强制对流风机，便于均匀炉内的温度以及提高钢卷的加热速 度。所放置的钢卷的板厚度在3～12mm之间，宽度不限(层垛后钢卷总 高度于罩式炉内罩的高度)，钢卷重量小于30吨。钢卷经整体加热到700 ℃～750℃，开始保温，在此温度下，要使钢中的马氏体组织充分转变为铁 素体，使带钢的硬度、强度降低，延伸率得到最大程度的提高；在改善机 械性能的同时，使带钢的组织均匀化，保证带钢钢卷内圈、外圈和钢卷中 部等各外性能和组织均匀化。保温时间视钢卷大小而定，一般为20～30 小时。然后钢卷随炉冷却至550℃以下，去除外罩，继续冷却至400℃以 下后，再去除内罩。
本发明加入足够量的Mn元素，增加钢中马氏体数量，细化晶粒，提 高钢的屈服强度；降低Ni含量从1.5％至0.1％～0.15％，以廉价的锰元素 替代昂贵的镍元素。同时，钢卷通过热处理可以提高钢的塑性，降低了热 轧后的超高强度，使不锈钢成品具有较好的的加工性能，满足变形加工的 需要。由于Mn元素的添加和Ni元素的减少，钢的生产成本大为降低，但 强度性能保持较高水平。
本发明与已有技术的区别和改进
在表1所列的钢种中，均以较高的镍成分来平衡高温条件下的金属组 织，其不锈钢在高温下产生较多数量的奥氏体组织，以便在快速冷却时有 相当数量的奥氏体组织向马氏体转变，从而使晶粒细化。本发明加入足够 量的Mn元素代替镍元素，Ni含量从1.5％降低至0.1％～0.15％，以廉价的 锰元素替代昂贵的镍元素。增加冷却后的钢中马氏体数量，细化晶粒。在 促进马氏体组织产生的同时，并且提高钢的屈服强度；为了保证钢的低温 冲击性能，钢中仍含有0.1％～0.15％的镍元素。由于Mn元素的添加和Ni 元素的减少，钢的生产成本大为降低，但强度性能保持较高水平。该钢种 比较同类型钢种，成本低，钢的性能达到相同水平。
本发明的有益效果
本发明通过热处理，使钢的成分得到有效利用，在获得相同高强度的 条件下，降低了高强度不锈带钢的生产成本，节约了合金原料资源，使低 成本铁素体-马氏体不锈钢在热处理后得到较高的屈服强度和抗拉强度性 能，并且有较好的的塑性，满足变形加工的需要。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
一种节镍型高强度不锈热轧带钢，其成分重量百分比为：
C ≤0.03
Si ≤1.00
Mn 2.01～3.0
P ≤0.040
S ≤0.015
Cr 10.5～12.5
Ni 0.1～0.15
N ≤0.030
其余为Fe和不可避免的杂质。
其中，
C≤0.30，为碳化物形成元素和奥氏体形成元素，可以提高钢的强度， 但高于标准要求，钢的冲击性能下降，大大降低钢的韧性。
Si：≤1.00，Si为铁素体形成元素，可增加铁素体组织比例；对提高 钢的屈服强度有利。
Mn：2.01～3.0，Mn锰与镍同为奥氏体形成元素，在Cr13型钢中， 添加一定量的锰同样可以获得马氏体组织，使钢通过热处理调整、改善性 能成为可能。由于钢中奥氏体(高温)存在，钢的晶粒不易长大，成品组 织中的晶粒得到细化，有利于钢的强度提高和稳定。锰的添加使钢的强度 得到足够的提升，屈服强度和抗拉强度达到使用要求。由于锰资源广阔， 价格远低于镍，可以使钢的原料成本大大降低。可以使经济型不锈钢使用 范围的扩大，摆脱镍资源匮乏对不锈钢生产的影响。
P：≤0.040，P为钢中不可避免的杂质元素，高的磷含量对焊接和冲 击韧性不利。
S：≤0.015，S为钢中不可避免的杂质元素，高的硫含量对钢的韧性 不利。
Cr：10.5～12.5，Cr为抗氧化(锈蚀)元素和铁素体形成元素，可以提 高钢的耐蚀性和增加和稳定钢的铁素体组织比例。
Ni：0.10～0.15，Ni为奥氏体形成元素，可以提高钢的高温奥氏体组 织比例，增加钢的韧性。但含量达到一定量时，其效果增加便不明显了。 镍的资源有限，价格昂贵。降低钢中镍可以降低钢的生产成本，降低不锈 钢的应用门槛。本发明成分中将镍的含量由最高1.5％降低到0.6％以下。
N：≤0.030，N为奥氏体形成元素，在钢中以间隙原子或化合物的形 式存在。由于N在钢中不可避免的存在，N含量高对钢的韧性不利。因此 N在钢中含量尽可能控制低。
本发明的节镍型高强度不锈热轧带钢的制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、铸造成坯，其成分重量百分比为：C≤0.03、Si≤1.00、 Mn 2.01～3.0、P≤0.040、S≤0.015、Cr 10.5～12.5、Ni 0.1～0.15、 N≤0.030、其余为Fe和不可避免的杂质；
2)热轧，板坯经加热炉加热至1100～1150℃，在粗轧机多道次轧制， 总变形率达到75％～85％，使连铸坯粗大晶粒充分破碎，为再结晶 和细化晶粒创造条件；粗轧未道次采用高速轧制，应变速度达到20 1/s以上，精轧机轧成带钢；并卷取成钢卷，终轧温度850±20℃， 保证再晶粒温度和晶粒细化；带钢轧制完成后空冷至室温；带钢轧 制过程中形成的细化晶粒对提高带钢的韧性和强度有利；
3)退火处理，将钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理；钢卷经 整体加热到700～750℃并保温20～30小时；钢卷随炉冷却至550℃ 以下，获得良好的塑性和足够的屈服强度(≥380MPa)的带钢。
本发明成分的钢采用铁水、合金及铁合金原料(或碳素废钢、相同及 类似成分废钢)，通过电炉、氩气脱炉(也可再经过真空脱碳炉)冶炼达 到目标成分；符合成分要求的钢水在连铸机浇注成板坯，切割成所需长度 后，板坯冷却至室温，用砂轮清除板坯表面缺陷，送到加热炉加热；
板坯经加热炉加热至1100～1150℃，经高压水去除高温氧化铁皮，在 轧机多道次轧制成带钢，并进行卷曲形成钢卷，终轧温度850±20℃，带 钢轧后空冷至室温；
然后将所述钢卷竖直放置于罩式退火炉内进行退火处理。罩式退火炉 分为内罩和外罩，钢卷竖直放置于内罩中，内罩和外罩之间用燃气加热。 钢卷可层垛，一个退火炉可垛放宽度在1000～1250mm的钢卷3～4个。 退火炉内部有强制对流风机，便于均匀炉内的温度以及提高钢卷的加热速 度。所放置的钢卷的板厚度在3～12mm之间，宽度不限(层垛后钢卷总 高度于罩式炉内罩的高度)，钢卷重量小于30吨。钢卷经整体加热到700 ℃～750℃，开始保温，在此温度下，要使钢中的马氏体组织充分转变为铁 素体，使带钢的硬度、强度降低，延伸率得到最大程度的提高；在改善机 械性能的同时，使带钢的组织均匀化，保证带钢钢卷内圈、外圈和钢卷中 部等各外性能和组织均匀化。保温时间视钢卷大小而定，一般为20～30 小时。然后钢卷随炉冷却至550℃以下，去除外罩，继续冷却至400℃以 下后，再去除内罩。
本发明加入足够量的Mn元素，增加钢中马氏体数量，细化晶粒，提 高钢的屈服强度；降低Ni含量从1.5％至0.1％～0.15％，以廉价的锰元素 替代昂贵的镍元素。同时，钢卷通过热处理可以提高钢的塑性，降低了热 轧后的超高强度，使不锈钢成品具有较好的的加工性能，满足变形加工的 需要。由于Mn元素的添加和Ni元素的减少，钢的生产成本大为降低，但 强度性能保持较高水平。
本发明与已有技术的区别和改进
在表1所列的钢种中，均以较高的镍成分来平衡高温条件下的金属组 织，其不锈钢在高温下产生较多数量的奥氏体组织，以便在快速冷却时有 相当数量的奥氏体组织向马氏体转变，从而使晶粒细化。本发明加入足够 量的Mn元素代替镍元素，Ni含量从1.5％降低至0.1％～0.15％，以廉价的 锰元素替代昂贵的镍元素。增加冷却后的钢中马氏体数量，细化晶粒。在 促进马氏体组织产生的同时，并且提高钢的屈服强度；为了保证钢的低温 冲击性能，钢中仍含有0.1％～0.15％的镍元素。由于Mn元素的添加和Ni 元素的减少，钢的生产成本大为降低，但强度性能保持较高水平。该钢种 比较同类型钢种，成本低，钢的性能达到相同水平。
本发明的有益效果
本发明通过热处理，使钢的成分得到有效利用，在获得相同高强度的 条件下，降低了高强度不锈带钢的生产成本，节约了合金原料资源，使低 成本铁素体-马氏体不锈钢在热处理后得到较高的屈服强度和抗拉强度性 能，并且有较好的的塑性，满足变形加工的需要。
具体实施方式
实施例参见表3，表4所示为性能参数。
表3 单位：(wt％)
实施 例 C Si Mn P S Cr Ni N Fe 1 0.010 1.00 3.00 0.040 0.015 12.5 0.10 0.012 余量 2 0.015 0.81 2.50 0.021 0.004 12.20 0.15 0.010 余量 3 0.020 0.52 2.01 0.018 0.004 12.03 0.23 0.030 余量 4 0.025 0.36 1.82 0.015 0.003 11.91 0.25 0.009 余量 5 0.030 0.10 1.60 0.010 0.001 10.50 0.29 0.030 余量
表4
实 施 例 板坯加热 温度(℃) 带钢终轧 温度(℃) 热处理温 度(℃) 保温时间 (h) 屈服强度 (MPa) 抗拉强度 (MPa) 延伸率 (％) 1 1100 830 700 20 425.10 550.29 23.50 2 1120 845 710 21 420.60 560.30 24.00 3 1130 850 720 25 430.38 558.35 23.53 4 1140 855 730 28 425.47 556.30 24.70 5 1150 870 750 30 421.93 554.52 25.80
综上所述，本发明通过确定合适的钢种成分配比，增加钢中锰含量， 降低镍含量，提高铁素体不锈带钢的强度指标，并保证带钢塑性指标延伸 率达到20％以上。降低了钢的生产成本，稳定钢的强度性能和塑性指标。 热处理所得到的强度性能和延伸率指标均达到标准要求，适合用于需高强 度和不锈性的场合。如：工程机械、货车车箱、运输带刮板等。
表3 单位：(wt％)
实施 例 C Si Mn P S Cr Ni N Fe 1 0.010 1.00 3.00 0.040 0.015 12.5 0.10 0.012 余量 2 0.015 0.81 2.50 0.021 0.004 12.20 0.15 0.010 余量 3 0.020 0.52 2.01 0.018 0.004 12.03 0.23 0.030 余量 4 0.025 0.36 1.82 0.015 0.003 11.91 0.25 0.009 余量 5 0.030 0.10 1.60 0.010 0.001 10.50 0.29 0.030 余量
表4
实 施 例 板坯加热 温度(℃) 带钢终轧 温度(℃) 热处理温 度(℃) 保温时间 (h) 屈服强度 (MPa) 抗拉强度 (MPa) 延伸率 (％) 1 1100 830 700 20 425.10 550.29 23.50 2 1120 845 710 21 420.60 560.30 24.00 3 1130 850 720 25 430.38 558.35 23.53 4 1140 855 730 28 425.47 556.30 24.70 5 1150 870 750 30 421.93 554.52 25.80
综上所述，本发明通过确定合适的钢种成分配比，增加钢中锰含量， 降低镍含量，提高铁素体不锈带钢的强度指标，并保证带钢塑性指标延伸 率达到20％以上。降低了钢的生产成本，稳定钢的强度性能和塑性指标。 热处理所得到的强度性能和延伸率指标均达到标准要求，适合用于需高强 度和不锈性的场合。如：工程机械、货车车箱、运输带刮板等。