一种马氏体系不锈钢的热退火方法及该方法制造的不锈钢

摘要

本发明提供一种马氏体系不锈钢的热退火方法及该方法制造的不锈钢。该热退火方法包括：将原料坯放入箱式退火炉内，然后进行以下步骤：升温：第一步升温至760℃，用时2h，然后第二步升温至850-900℃，用时5.5-6.5h；第一次均热：在850-900℃保持20-22h；第一次炉冷：以20℃/h的速度冷却至735-745℃，用时5h；第二次均热：在700-750℃保持7-9h；第二次炉冷：以20℃/h的速度冷却至450-650℃，用时8.5-10h；出炉：在450-650℃出炉，得到所述的马氏体系不锈钢。该制造方法能够制得硬度均匀、不存在碳化物中心偏析的马氏体系不锈钢。

权利要求

1.一种马氏体系不锈钢的热退火方法，其包括：将原料坯放入箱式退火炉内，然后进行以下步骤；

升温：第一步升温至760℃，用时2h，然后第二步升温至850-900℃，用时5.5-6.5h；

第一次均热：在850-900℃保持20-22h；

第一次炉冷：以20℃/h的速度冷却至735-745℃，用时5h；

第二次均热：在700-750℃保持7-9h；

第二次炉冷：以20℃/h的速度冷却至450-650℃，用时8.5-10h；

出炉：在450-650℃出炉，得到所述的马氏体系不锈钢；

其中，所述的马氏体系不锈钢为含有0.07-0.5重量%的碳、11-16重量%铬的420系列马氏体系不锈钢。

2.如权利要求1所述的热退火方法，其中，所述箱式退火炉内的氧含量控制在3重量%以下。

3.如权利要求1或2所述的热退火方法，其中，所述箱式退火炉内的温度偏差控制在±10℃以内。

4.如权利要求1或2所述的热退火方法，其中，所述箱式退火炉的烧嘴火焰与所述原料坯表面不接触。

5.如权利要求3所述的热退火方法，其中，所述箱式退火炉的烧嘴火焰与所述原料坯表面不接触。

6.如权利要求1或2所述的热退火方法，其中，所述原料坯为薄带连铸坯。

7.如权利要求3所述的热退火方法，其中，所述原料坯为薄带连铸坯。

8.如权利要求4所述的热退火方法，其中，所述原料坯为薄带连铸坯。

9.如权利要求6所述的热退火方法，其中，所述原料坯为厚度为1-5mm的薄带连铸板卷。

10.如权利要求7或8所述的热退火方法，其中，所述原料坯为厚度为1-5mm的薄带连铸板卷。

11.如权利要求9所述的热退火方法，其中，所述原料坯为厚度为2-4mm的薄带连铸板卷。

12.如权利要求10所述的热退火方法，其中，所述原料坯为厚度为2-4mm的薄带连铸板卷。

13.一种马氏体系不锈钢，其由权利要求1-12任一项所述的马氏体系不锈钢的热退火方法所制造得到。

14.如权利要求13所述的马氏体系不锈钢，以重量百分含量计，其包括以下化学成分：C：0.07-0.5%、Cr：11-16%、Si：0.1-1.0%、Mn：0.1-1.0%、Ni：超过0%但小于1.0%、N：超过0%但小于0.1%，剩余成分为Fe和杂质。

15.如权利要求13所述的马氏体系不锈钢，以重量百分含量计，其包括以下化学成分：C：0.07-0.17%、Cr：11-16%、Si：0.1-1.0%、Mn：0.1-1.0%、Ni：超过0%但小于1.0%、N：超过

0%但小于0.1%，S≤0.04%、P≤0.05%，剩余成分为Fe和杂质。

16.如权利要求13-15任一项所述的马氏体系不锈钢，以荷重为100g的维氏硬度计进行测量时，所述马氏体系不锈钢为厚度剖面中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差小于

90HV的420系列马氏体系不锈钢。

说明书

一种马氏体系不锈钢的热退火方法及该方法制造的不锈钢

技术领域

[0001] 本发明涉及一种马氏体系不锈钢的热退火方法及该方法制造的不锈钢，属于不锈钢冶炼领域。

背景技术

[0002] 通常，马氏体系不锈钢采用如下工艺制造：首选采用电炉熔炼；然后经过AOD或VOD精炼炉进行精炼；经连铸或模铸成坯；再进行热轧；然后进行退火，所述的退火一般在箱式退火炉中进行；接着进行酸洗去除表面氧化皮；再对酸洗后的钢材进行冷轧或产品加工；最终再进行退火，从而制造得到满足客户要求的马氏体系不锈钢。

[0003] 420系列马氏体系不锈钢含有较高的碳含量，连铸过程容易形成粗大的碳化物而发生中心偏析。钢坯内的中心偏析在再加热或退火热处理中不容易去除，会残留在热轧或冷轧钢上，偏析容易导致材料分层、材料硬度不均匀等。

[0004] 在生产现有的200-250mm连铸板坯时，为使中心偏析最小化，连铸时将铸造速度降低到通常的70％-80％，但连铸生产效率明显降低。或者在连铸时采用电子搅拌法、机械轻压法以及热应力压下等。并且，为了使连铸坯中心部的粗大的碳化物固溶，需要在热轧后采用箱式炉退火，退火温度和维持时间较长，这导致生产效率急剧降低。

[0005] CN102665963A公布了一种通过薄带连铸装置铸造不锈钢薄板的方法，该方法采用包含朝着相反方向旋转的一对辊子、设置在该辊子两侧面用于形成钢液池的侧封、从所述钢液池的上面供给惰性气体的半月板盾的偏铸装置中，将按照重量％包含C：0.10-0.50％、Cr：11-16％的不锈钢钢液从中间包通过管口供给到所述钢液池而铸造不锈钢薄板，使用所述铸造的不锈钢薄板利用在线辊子以5-40％的压下率制造热轧退火带钢；
并且，所述的带钢在箱式退火炉还原性气氛下700-950℃的温度区间进行退火。在该方法中，采用箱式退火炉进行退火处理的过程只涉及温度、设备及气氛类型，没有关于所述带钢热轧后退火的详细描述。

[0006] 另外，一些现有技术中也涉及到420系列马氏体系不锈钢的退火工艺，但这些退火工艺均建立在现有传统的熔炼和连铸方法上。如CN101372734A公开了一种420系列马氏体系不锈钢及其制造方法，该方法从连铸或模铸并经热轧，然后进行780℃-900℃常规退火及1000℃-1150℃常规正火。CN102605258.A公开了一种420系列马氏体系不锈钢制造方法，该方法通过连铸并热轧，然后进行退火处理，退火温度为800-900℃，退火时间为4-8小时，再进行正火处理，正火温度为1000-1200℃。

[0007] 现有技术中对420系列马氏体系不锈钢的退火工艺只涉及到退火的温度、时间等的条件，而退火热处理是个复杂的过程，还包括其他方面的内容，如不同工艺制得的连铸坯、退火不同阶段、气氛控制、炉温控制等。因此，现有技术公开的退火工艺无法有效解决马氏体系不锈钢内的中心偏析导致材料分层与材料硬度不均匀等问题。

发明内容

[0008] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种马氏体系不锈钢的热退火方法及该方法制造的不锈钢。该热退火方法利用箱式退火炉制造含有0.07-0.5重量％的碳、11-16重量％铬的420系列马氏体系不锈钢，并解决了因不锈钢内的中心偏析导致材料分层与材料硬度不均匀等问题。

[0009] 为达上述目的，本发明提供一种马氏体系不锈钢的热退火方法，其包括：将原料坯放入箱式退火炉内，然后进行以下步骤；

[0010] 升温：第一步升温至760℃，用时2h，然后第二步升温至850-900℃，用时5.5-6.5h；

[0011] 第一次均热：在850-900℃保持20-22h；

[0012] 第一次炉冷：以20℃/h的速度冷却至735-745℃，用时5h；

[0013] 第二次均热：在700-750℃保持7-9h；

[0014] 第二次炉冷：以20℃/h的速度冷却至450-650℃，用时8.5-10h；

[0015] 出炉：在450-650℃出炉，得到所述的马氏体系不锈钢。

[0016] 在上述的热退火方法中，优选地，所述箱式退火炉内的氧含量控制在3重量％以下。

[0017] 在上述的热退火方法中，优选地，所述箱式退火炉内的温度偏差控制在±10℃以内。

[0018] 在上述的热退火方法中，优选地，所述箱式退火炉的烧嘴火焰与所述原料坯表面不接触。

[0019] 在上述的热退火方法中，优选地，所述原料坯为薄带连铸坯。该薄带连铸坯为常规的薄带连铸工艺制备得到，可以采用双辊式薄带连铸机，通过在线辊子以5-40％的压下率制得该薄带连铸坯。

[0020] 在上述的热退火方法中，优选地，所述原料坯为厚度为1-5mm的薄带连铸板卷。更优选地，所述原料坯为厚度为2-4mm的薄带连铸板卷。

[0021] 本发明还提供一种马氏体系不锈钢，其是由上述的马氏体系不锈钢的热退火方法所制备得到。

[0022] 根据本发明的具体实施方式，优选地，以重量百分含量计，所述马氏体系不锈钢包括以下化学成分：C：0.07-0.5％、Cr：11-16％、Si：0.1-1.0％、Mn：0.1-1.0％、Ni：超过0％但小于1.0％、N：超过0％但小于0.1％，剩余成分为Fe和杂质。

[0023] 本发明提供马氏体系不锈钢为420系列马氏体系不锈钢，其包括重量％为0.07-0.5％的C，以及重量％为11-16％的Cr。在本发明中，如果不锈钢中C的含量为0.5重量％以上，则淬火热处理后会在马氏体不锈钢内残存残余奥氏体。如果不锈钢中C的含量为0.18重量％以下，则不会发生严重的偏析，但从其硬度上并非优选，不过，可以通过增加N的含量以增加硬度，且这样能够提高材料的耐点蚀能力。

[0024] 因此，根据本发明的具体实施方式，优选地，以重量百分含量计，所述马氏体系不锈钢包括以下化学成分：C：0.07-0.17％、Cr：11-16％、Si：0.1-1.0％、Mn：0.1-1.0％、Ni：超过0％但小于1.0％、N：超过0％但小于0.1％，S≤0.04％、P≤0.05％，剩余成分为Fe和杂质。其中，S和P均为不锈钢中的杂质，但考虑到过多的要求低S含量及低P含量会增加生产成本，因此，将S的上限规定为0.04重量％，P的上限规定为0.05重量％。

[0025] 根据本发明的具体实施方式，优选地，以荷重为100g的维氏硬度计进行测量时，所述马氏体系不锈钢为厚度剖面中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差小于90HV的420系列马氏体系不锈钢。

[0026] 根据本发明的具体实施方式，优选地，所述马氏体系不锈钢为厚度为1-5mm的薄板。更优选地，所述马氏体系不锈钢为厚度为2-4mm的薄板。

[0027] 本发明提供的马氏体系不锈钢的制造方法，通过使用薄带连铸坯进行热退火工艺，能够有效减少不锈钢内的中心偏析、抑制材料分层，制备得到含有0.07-0.5重量％的碳、11-16重量％铬的硬度均匀的420系列马氏体系不锈钢。

附图说明

[0028] 图1为实施例1的箱式退火炉退火工艺概略图。

[0029] 图2为对比例1提供的厚度为3mm的带钢的厚度剖面组织，在X50倍的倍率下拍摄的显微组织照片图。

[0030] 图3为对比例1提供的厚度为3mm的带钢的厚度剖面组织，在X1000倍的倍率下拍摄的显微组织照片图。

[0031] 图4为实施例1提供的厚度为3mm的带钢的厚度剖面组织，在X50倍的倍率下拍摄的显微组织照片图。

[0032] 图5为实施例1提供的厚度为3mm的带钢的厚度剖面组织，在X1000倍的倍率下拍摄的显微组织照片图。

[0033] 图6为在对比例1的带钢的厚度剖面中碳化物中心偏析部和未偏析部的硬度值比较曲线图。

具体实施方式

[0034] 实施例1

[0035] 本实施例提供一种420N1马氏体系不锈钢，其由以下热退火方法制造得到：

[0036] 将厚度为3mm的薄带连铸板卷放入箱式退火炉内，然后进行以下步骤，如图1所示：

[0037] 升温：第一步升温至760℃，用时2h，然后第二步升温至850℃，用时6h；

[0038] 第一次均热：在850℃保持20h；

[0039] 第一次炉冷：以20℃/h的速度冷却至740℃，用时5h；

[0040] 第二次均热：在740℃保持8h；

[0041] 第二次炉冷：以20℃/h的速度冷却至550℃，用时10h；

[0042] 出炉：在550℃出炉，得到厚度为3mm的带钢，即所述的420N1马氏体系不锈钢。

[0043] 在上述制造方法中，所述薄带连铸板卷是按照所述马氏体系不锈钢的化学成分(见表1所示)而制备得到的。

[0044] 在上述制造方法中，所述的箱式退火炉中氧含量控制的3重量％以内；所述箱式退火炉内的温度偏差控制在±10℃以内；所述箱式退火炉的烧嘴火焰与所述薄带连铸板卷表面不接触。

[0045] 实施例2

[0046] 本实施例提供一种420N1马氏体系不锈钢，其由以下热退火方法制造得到：

[0047] 将厚度为3mm的薄带连铸板卷放入箱式退火炉内，然后进行以下步骤：

[0048] 升温：第一步升温至760℃，用时2h，然后第二步升温至855℃，用时5.5h；

[0049] 第一次均热：在855℃保持22h；

[0050] 第一次炉冷：以20℃/h的速度冷却至735℃，用时5h；

[0051] 第二次均热：在735℃保持8h；

[0052] 第二次炉冷：以20℃/h的速度冷却至500℃，用时9h；

[0053] 出炉：在500℃出炉，得到厚度为3mm的带钢，即所述的420N1马氏体系不锈钢。

[0054] 在上述制造方法中，所述薄带连铸板卷是按照所述马氏体系不锈钢的化学成分(见表1所示)而制备得到的。

[0055] 在上述制造方法中，所述的箱式退火炉中氧含量控制的3重量％以内；所述箱式退火炉内的温度偏差控制在±10℃以内；所述箱式退火炉的烧嘴火焰与所述薄带连铸板卷表面不接触。

[0056] 实施例3

[0057] 本实施例提供一种420N1马氏体系不锈钢，其化学成分如表1所示，其制造方法与实施例1相同。

[0058] 实施例4

[0059] 本实施例提供一种420N1马氏体系不锈钢，其化学成分如表1所示，其制造方法与实施例2相同。

[0060] 对比例1

[0061] 本对比例提供一种420N1马氏体系不锈钢，其由以下方法制造得到：

[0062] 按照所述马氏体系不锈钢的化学成分(见表1所示)将原料进行熔炼；

[0063] 采用常规的连铸工艺对熔炼后的原料进行连铸，制得厚度为200mm的连铸坯；

[0064] 将所述连铸坯进行常规的热轧，制得厚度为3mm的热轧坯；

[0065] 利用箱式退火炉对所述热轧坯进行退火，其包括以下步骤：

[0066] 升温：第一步升温至760℃，用时2h，然后第二步升温至855℃，用时5.5h；

[0067] 第一次均热：在855℃保持22h；

[0068] 第一次炉冷：以20℃/h的速度冷却至735℃，用时5h；

[0069] 第二次均热：在735℃保持8h；

[0070] 第二次炉冷：以20℃/h的速度冷却至500℃，用时9h；

[0071] 出炉：在500℃出炉，得到厚度为3mm的带钢，即所述的420N1马氏体系不锈钢。

[0072] 在上述制造方法中，所述的箱式退火炉中氧含量控制的3重量％以内；所述箱式退火炉内的温度偏差控制在±10℃以内；所述箱式退火炉的烧嘴火焰与所述热轧坯表面不接触。

[0073] 对比例2

[0074] 本对比例提供一种420N1马氏体系不锈钢，其由以下方法制造得到：

[0075] 利用热轧不锈带钢连续退火酸洗生产线(HAPL)对厚度为3mm的薄带连铸板卷进行退火，得到厚度为3mm的带钢，即所述的420N1马氏体系不锈钢。

[0076] 在上述制造方法中，所述薄带连铸板卷是按照所述马氏体系不锈钢的化学成分(见

[0077] 表1所示)而制备得到的。

[0078] 表1实施例1-4及对比例1-2所制得的马氏体系不锈钢的化学成分，以及厚度剖面中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差或厚度剖面硬度偏差(ΔHv)

[0079]编号 C Si Mn P S Cr Ni N ΔHv
实施例1 0.12 0.44 0.49 0.021 0.001 13.5 0.1 0.083 10
实施例2 0.13 0.44 0.50 0.019 0.001 13.8 0.4 0.088 9
实施例3 0.14 0.35 0.40 0.018 0.002 14.0 0.15 0.084 8
实施例4 0.16 0.52 0.45 0.018 0.002 14.8 0.3 0.080 10
对比例1 0.15 0.43 0.45 0.022 0.004 13.5 0.1 0.086 95
对比例2 0.13 0.45 0.50 0.020 0.001 12.8 0.25 0.085 40[0080] 图2和图3分别是对比例1提供的厚度为3mm的带钢的厚度剖面组织，在X50倍(图2)和X1000倍(图3)的倍率下拍摄的显微组织。根据图2及图3可知，对比例1的带钢的厚度剖面中央形成有中心偏析部(黑带形态)，该中心偏析以约20μm厚度的带状密集的形成碳化物。图4和图5分别是实施例1提供的厚度为3mm的带钢的厚度剖面组织，在X50倍(图4)和X1000倍(图5)的倍率下拍摄的显微组织。根据图4及图5可知，实施例1的带钢的厚度剖面中央观察不到上述的碳化物中心偏析。

[0081] 对比例1及2的带钢的厚度剖面中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差，以及实施例1-4的带钢的厚度剖面硬度偏差如表1所示。其中，对比例1及2的带钢的厚度剖面中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差的测定方法为：分别均匀选取中心偏析部与未偏析部的10个位置，以荷重为100g的维氏硬度计进行硬度的测定，然后分别计算出中心偏析部与未偏析部的平均硬度，所述两项平均硬度之差即为厚度剖面中碳化物偏析部和未偏析部的硬度之差。实施例1-4的带钢的厚度剖面硬度偏差的测定方法与上述方法相同，虽然在厚度剖面的中心部观察不到碳化物偏析，但依然分别均匀选取中心部和非中心部的10个位置，以上述方法进行厚度剖面硬度偏差的测定。

[0082] 图6表示图3(对比例1)中确认的碳化物中心偏析部与未偏析部的硬度的测定结果。根据图6可知，碳化物中心偏析部的平均硬度为288Hv，未偏析部的平均硬度为193Hv，其硬度值相差约95Hv。由表1可知，实施例提供的带钢的剖面硬度差在10Hv以下。

[0083] 综上所述，本发明的热退火方法能够有效除去碳化物中心偏析，制得硬度均匀、不存在碳化物中心偏析的马氏体系不锈钢。