一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法转让专利
申请号 : CN201110329175.3
文献号 : CN102409227B
文献日 : 2013-04-17
发明人 : 李长生 , 李苗 , 徐新芳 , 马彪
申请人 : 东北大学
摘要 :
一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法，属于冶金材料技术领域，该热轧带钢的成分按重量百分比为C 0.25～0.35%，Si 0.5～0.6%，Mn 25～27%，Al 3.8～4.2%，V 0.06～0.1%，P 0.02～0.03%，S 0.02～0.03%，余量为Fe；该热轧带钢的金相组织为晶粒尺寸为20～25μm的奥氏体，室温屈服强度大于或等于400MPa，抗拉强度大于或等于750MPa，断后伸长率大于或等于66%，相对磁导率小于或等于1.002。制备方法为：按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，加热后进行粗轧获得中间坯；进行精轧，精轧后带钢厚度为2～14mm；冷却后的钢卷经过固溶处理和时效处理后获得成品热轧带钢。本发明热轧带钢具有良好力学性能和无磁性能，且生产成本较低。
权利要求 :
1.一种低相对磁导率的热轧带钢，其特征在于：该热轧带钢的成分按重量百分比为C
0.25~0.35 %，Si 0.5~0.6 %，Mn 25~27 %，Al 3.8~4.2 %，V 0.06~0.1 %，P 0.02~0.03 %，S 0.02~0.03 %，余量为Fe，其金相组织是晶粒尺寸为20~25μm的奥氏体，室温屈服强度大于400 MPa，抗拉强度大于750 MPa，断后伸长率大于66 %，相对磁导率小于或等于1.002，该热轧带钢按以下步骤制备：（1）按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，其成分按重量百分比为C 0.25~0.35 %，Si
0.5~0.6 %，Mn 25~27 %，Al 3.8~4.2 %，V 0.06~0.1 %，P 0.02~0.03 %，S 0.02~0.03 %，余量为Fe，铸坯厚度为150~250 mm；将板坯加热至1200~1200℃，进行粗轧，粗轧过程为3~5道次，粗轧开轧温度为1120~1170 ℃，粗轧终轧温度为980~1070 ℃，获得厚度为28~50 mm的中间坯；将中间坯进行精轧，精轧过程为5~7道次，精轧开轧温度为950~1000 ℃，精轧终轧温度为860~890 ℃，精轧每道次压下量控制在15~40 %，精轧后带钢厚度为2~6 mm；
（2）精轧后以10~60 ℃/s的速度冷却至450~700 ℃，卷取；
（3）对钢卷进行固溶处理，温度为1000~1050 ℃，时间为30~50 min；
（4）对固溶处理后的钢卷进行时效处理，温度为550~650 ℃，时间为50~70min，得到成品热轧带钢。
2.权利要求1所述的一种低相对磁导率的热轧带钢的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，其成分按重量百分比为C 0.25~0.35 %，Si
0.5~0.6 %，Mn 25~27 %，Al 3.8~4.2 %，V 0.06~0.1 %，P 0.02~0.03 %，S 0.02~0.03 %，余量为Fe，铸坯厚度为150~250 mm；将板坯加热至1200~1200℃，进行粗轧，粗轧过程为3~5道次，粗轧开轧温度为1120~1170 ℃，粗轧终轧温度为980~1070 ℃，获得厚度为28~50 mm的中间坯；将中间坯进行精轧，精轧过程为5~7道次，精轧开轧温度为950~1000 ℃，精轧终轧温度为860~890 ℃，精轧每道次压下量控制在15~40 %，精轧后带钢厚度为2~6 mm；
（2）精轧后以10~60 ℃/s的速度冷却至450~700 ℃，卷取；
（3）对钢卷进行固溶处理，温度为1000~1050 ℃，时间为30~50 min；
（4）对固溶处理后的钢卷进行时效处理，温度为550~650 ℃，时间为50~70min，得到成品热轧带钢。
说明书 :
一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法。
背景技术
[0002] 世界上大型汽轮发电机护环、核电护环等都采用无磁钢，这些材料的导磁率要低，否则会产生涡流，造成能量损失，并且会增加发电机冷却系统的工作负荷。大型的核聚变装置及磁悬浮式超特快线性电机列车的轨道所用结构材料需用无磁钢。此外，如超导储能设备、磁流体发电设备、超导发电机、超导输电、电磁推进船等的结构材料也是必不可少的。随着社会和经济的发展，这些领域对无磁钢材料的需求越来越大。
[0003] 无磁钢材料包括奥氏体不锈钢和奥氏体高锰钢两类。其中奥氏体不锈钢包括Fe-Cr-Ni系、Fe-Mn-Cr系和Fe-Cr-Mn-N系。奥氏体高锰钢包括Fe-Mn系、Fe-Mn-Al系和Fe-Mn-Al-Cr系。由于镍和铬资源的紧缺，为了降低成本和节约资源，采用Fe-Mn-Al系奥氏体高锰钢代替Fe-Cr-Ni系、Fe-Mn-Cr系和Fe-Cr-Mn-N系不锈钢，可以极大地降低成本，是无磁钢领域研究的重点和发展方向。
[0004] 张彦生等学者在1983年的金属学报的19卷4期的A253~A261页发表的文章中介绍了Fe-Mn-Al系奥氏体高锰钢30Mn20Al3的开发研究情况，该钢的组织为奥氏体组织，室温屈服强度282 MPa，抗拉强度635 MPa，断后伸长率65.7 %，相对磁导率为1.005。该钢的成分为：C 0.28~0.32 %，Si ≤0.6 %，Mn 19~22 %，Al 2.6~3.1 %，余量为Fe。和1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢相比，该钢的室温屈服强度提高62 MPa，断后伸长率提高4 %，相对磁导率由1.05降低为1.005，该钢的生产成本为1Cr18Ni9Ti的1/3。
[0005] 无磁钢使用性能除了要求力学性能指标满足要求外，还必须特定要求磁导率指标。因此，在保证不增加成本的基础上如何开发力学性能较高和相对磁导率较低的热轧带钢，是摆在科技工作者面前的一项难题。
发明内容
[0006] 针对以上技术问题，本发明提供一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法，目的在于通过适当的合金元素设计和制备方法，在提高力学性能指标的同时降低相对磁导率。
[0007] 本发明的相对磁导率低于1.002的热轧带钢化学成分按重量百分比为 C 0.25~0.35 %，Si 0.5~0.6 %，Mn 25~27 %，Al 3.8~4.2 %，V 0.06~0.1 %，P 0.02~0.03 %，S 0.02~0.03 %，余 量 为Fe，其 金 相 组 织 为 晶 粒 尺 寸20~25 的奥氏体，室温屈服强度大于或等于400 MPa，抗拉强度大于或等于750 MPa，断后伸长率大于或等于66 %，相对磁导率小于或等于1.002。
[0008] 本发明的制备方法按以下步骤进行：
[0009] 1、按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，其成分按重量百分比为C 0.25~0.35 %，Si0.5~0.6 %，Mn 25~27 %，Al 3.8~4.2 %，V 0.06~0.1 %，P 0.02~0.03 %，S 0.02~0.03 %，余量为Fe，铸坯厚度为150~250 mm；
[0010] 2、将板坯加热至1200~1220 ℃，进行粗轧，粗轧过程为3~5道次，粗轧开轧温度为1120~1170 ℃，粗轧终轧温度为980~1070 ℃，获得厚度为28~50 mm的中间坯；
[0011] 3、将中间坯进行精轧，精轧过程为5~7道次，精轧开轧温度为950~1000 ℃，精轧终轧温度为860~890 ℃，精轧每道次压下量控制在15~40 %，精轧后带钢厚度为2~6 mm；
[0012] 4、精轧后以10~60 ℃/s的速度冷却至450~700 ℃，卷取；
[0013] 5、对钢卷进行固溶处理，温度为1000~1050 ℃，时间为30~50 min；
[0014] 6、对固溶处理后的钢卷进行时效处理，温度为550~650 ℃，时间为50~70 min，得到成品钢卷。
[0015] 本发明中合金元素的设计考虑了以下几点：
[0016] 1、C是有利于促使形成单相奥氏体组织的元素，C也是固溶强化元素，对强化钢板是有效的。随着C含量的增加，在水淬或空冷情况下，都能得到单一的奥氏体组织。但是C含量高降低了钢的成型性和焊接性，这些性能对其使用性能来说是必不可少的，因此C含量控制在0.30 %左右；
[0017] 2、Mn是扩大奥氏体区和强烈地使奥氏体稳定的元素，Mn在钢中大部分固溶于奥氏体中，形成置换式固溶体，使基体得到强化，而且随着Mn含量的增加， 及马氏体转变温度降低，同时也缩小(Fe,Mn)3C析出的温度范围，增加奥氏体的高温稳定性；但是由于Mn原子半径和铁原子半径差别不大，Mn的强化作用较小，所以Mn的含量控制在26 %左右；
[0018] 3、Al能增加奥氏体的层错能，Al能强烈抑制Fe-Mn中 马氏体相变，稳定奥氏体，降低冷形变硬化，提高耐蚀性，它是改进Fe-Mn奥氏体钢的关键元素。Al的上限取决于是否出现高温δ铁素体，其下限取决于能否避免低温γ→ε马氏体转变，所以Al的含量控制在4.0 %左右；
[0019] 4、Si在钢中主要作用是脱氧，残存的硅固溶于奥氏体中，由于其原子半径要比奥氏体相小得多，所以其固溶强化作用明显。硅在钢中是非碳化物形成元素，硅能降低碳在奥氏体中的溶解度而促进高锰钢中碳化物析出，随着钢中硅含量的增加，碳化物析出数量增加，对奥氏体组织稳定性不利，尽量控制Si含量不大于0.6 %的较低水平；
[0020] 5、V是强烈形成碳化物的元素，钢中形成的尺寸70~100 VC、VN和V(CN)细小弥散的析出物抑制奥氏体晶粒长大，同时细小弥散的VC、VN和V(CN)析出物有利于奥氏体的形核；热轧后通过固溶和时效处理，奥氏体晶粒尺寸为20~25 。通过共格畸变和弥散强化作用提高了热轧带钢的奥氏体强度，同时降低了热轧带钢的磁导率。当V含量低于0.06wt %时，VC、VN和V(CN)的析出量少，强度的提高和磁导率降低的效果不明显，当V含量高于0.1wt %时，由于析出的VC、VN和V(CN)较多，易于聚集和长大，不利于抑制奥氏体晶粒长大和形核，钢的强度的提高和磁导率降低的效果仍不明显，所以控制V含量在0.06~
0.1wt %。
0.1wt %。
[0021] 本发明与已有技术相比较，具有显著的优点和积极效果：
[0022] 1、本发明的相对磁导率低于1.002的热轧带钢提供了一种奥氏体组织状态，奥氏体组织的晶粒尺寸是20~25 。在奥氏体基体上弥散分布有VC、VN和V(CN)等微细粒子，这些弥散分布的粒子可产生析出强化、阻碍晶粒粗化和提高奥氏体形核率的作用；
[0023] 2、本发明的相对磁导率低于1.002的热轧带钢可达如下力学性能和磁导率性能：屈服强度400~450 MPa，抗拉强度750~800 MPa，断后伸长率66~75 %，相对磁导率≤1.002，广泛应用于超导储能设备、磁流体发电设备、超导发电机、超导输电等领域；
[0024] 3、本发明的相对磁导率低于1.002的热轧带钢由于不含有Ni、Cr等元素，生产工艺简单，降低生产成本，有较大的经济效益。
附图说明
[0025] 图1为本发明实施例1的热轧带钢的金相组织图；
[0026] 图2为本发明实施例1的热轧带钢固溶处理后的金相组织图；
[0027] 图3为本发明实施例1的热轧带钢固溶处理和时效处理后的金相组织图；
[0028] 图4为本发明实施例1的热轧带钢固溶处理和时效处理后的析出相的TEM形貌和能谱分析图。
具体实施方式
[0029] 下面结合实施例及附图说明对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不仅限于下述的实施例：
[0030] 下述实施例中磁导率是采用Lake Shore的7400系列VSM振动样品磁强计测试的。
[0031] 实施例1
[0032] （1）选配热轧带钢的化学组成成分，重量百分比是：C 0.31 %，Si 0.55 %，Mn 26 %，Al 3.9 %，V 0.08 %，P 0.025 %，S 0.025 %，余量为Fe，在200吨转炉上炼好钢，并连铸成200 mm×1300 mm×10020 mm的连铸坯，将连铸坯加热到1210 ℃，在2050 mm热连轧机上轧制，粗轧开轧温度控制为1150 ℃，粗轧终轧温度控制为1030 ℃，粗轧4道次，中间坯厚为36 mm，此后对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为980 ℃，精轧终轧温度控制为880 ℃，精轧7道次，热轧带钢厚度为3.0 mm，精轧机架间采用水冷；
[0033] （2）轧制后坯料进行冷却和卷取，冷却速度为20 ℃/s，卷取温度为600 ℃；
[0034] （3）钢卷进行固溶处理，固溶处理的温度为1025 ℃，时间为40 min；
[0035] （4）固溶处理后的钢卷进行时效处理，时效处理的温度为600 ℃，时间为60 min；
[0036] 最终获取的热轧带钢产品厚度为3.0 mm，力学性能检测结果为：屈服强度420 MPa，抗拉强度780 MPa，断后伸长率68%，相对磁导率1.0015，其金相组织分析见附图1，附图2，附图3，附图4。
[0037] 实施例2
[0038] （1）选配热轧带钢的化学组成成分，重量百分比是：C 0.25 %，Si 0.5 %，Mn 25 %，Al 3.8 %，V 0.06 %，P 0.02 %，S 0.02 %，余量为Fe，在200吨转炉上炼好钢，并连铸成180 mm×1300 mm×10020 mm的连铸坯，将连铸坯加热到1200 ℃，在1580 mm热连轧机上轧制，粗轧开轧温度控制为1120 ℃，粗轧终轧温度控制为980 ℃，粗轧3道次，中间坯厚为
30 mm，此后对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为950 ℃，精轧终轧温度控制为860 ℃，精轧7道次，热轧带钢厚度为2.8 mm，精轧机架间采用水冷；
30 mm，此后对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为950 ℃，精轧终轧温度控制为860 ℃，精轧7道次，热轧带钢厚度为2.8 mm，精轧机架间采用水冷；
[0039] （2）轧制后坯料进行冷却和卷取，冷却速度为10 ℃/s，卷取温度为700 ℃；
[0040] （3）钢卷进行固溶处理，固溶处理的温度为1000 ℃，时间为50 min；
[0041] （4）固溶处理后的钢卷进行时效处理，时效处理的温度为550 ℃，时间为70 min；
[0042] 最终获取的热轧带钢产品厚度为2.8 mm，力学性能检测结果为：屈服强度410 MPa，抗拉强度750 MPa，断后伸长率67%，相对磁导率1.0018。
[0043] 实施例3
[0044] （1）选配热轧带钢的化学组成成分，重量百分比是：C 0.35 %，Si 0.6 %，Mn 27 %，Al 4.1 %，V 0.1 %，P 0.03 %，S 0.03 %，余量为Fe，在200吨转炉上炼好钢，并连铸成250 mm×1300 mm×10020 mm的连铸坯，将连铸坯加热到1220 ℃，在2050 mm热连轧机上轧制，粗轧开轧温度控制为1170 ℃，粗轧终轧温度控制为1070 ℃，粗轧4道次，中间坯厚为42 mm，此后对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为1000 ℃，精轧终轧温度控制为890 ℃，精轧7道次，热轧带钢厚度为3.2 mm，精轧机架间采用水冷；
[0045] （2）轧制后坯料进行冷却和卷取，冷却速度为25 ℃/s，卷取温度为600 ℃；
[0046] （3）钢卷进行固溶处理，固溶处理的温度为1050 ℃，时间为30 min；
[0047] （4）固溶处理后的钢卷进行时效处理，时效处理的温度为650 ℃，时间为50 min；
[0048] 最终获取的热轧带钢产品厚度为3.2mm，力学性能检测结果为：屈服强度425 MPa，抗拉强度770 MPa，断后伸长率66%，相对磁导率1.0016。