一种马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法与应用转让专利
申请号 : CN202010511297.3
文献号 : CN111575588B
文献日 : 2021-06-22
发明人 : 吴辉 , 荣青亮 , 陈刚
申请人 : 浦项(张家港)不锈钢股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种马氏体沉淀硬化不锈钢,其特征在于按质量百分比计,该马氏体沉淀硬化不锈钢的化学成分包括:C:0.04~0.06%;Si:1.4~1.8%;Mn:0.5~0.9%;P:≤0.035%;S:≤
0.008%;Cr:14~14.5%;Ni:7~7.8%;Al:0<Al≤0.15%;Mo:0.55~0.7%;Cu:0.7~1.0%;N:0~0.03%;Ti:0.28~0.35%;余量为铁及其他不可避免的杂质;所述马氏体沉淀硬化不锈钢的制备步骤包括:将所述马氏体沉淀硬化不锈钢的各原料经冶炼及连铸、热轧、热退火酸洗、冷轧、退火酸洗、平整及时效,得到所述马氏体沉淀硬化不锈钢;
其中,热轧采用二次热轧工艺;热轧加热炉抽出温度1180~1200℃,在炉时间控制<
240min,并热轧进行板坯再热;即首先将220mm厚度铸坯通过粗轧3道次压延获得180~
185mm厚初坯,并对180~185mm厚初坯进行表面确认,对产生的裂纹进行研磨;初坯研磨后进行二次热轧,由180~185mm厚初坯轧制成4.0~6.0mm卷材,粗轧采用9道次压延,即多道次低压下率,进入精轧前卷厚23~26mm,通过精轧7道次轧制为3.5~5.0mm厚度的卷材,在卷取时使用层流冷却水,进行快速冷却;
所述时效是在平整后进行,加热温度500~530℃,加热时间≥24Hrs,空冷却到室温,获得屈服强度1480~1600MPa高强度不锈钢板。
2.根据权利要求1所述一种马氏体沉淀硬化不锈钢,其特征在于:所述冶炼及连铸通过EAF+AOD+VOD+CCP工艺,VOD采用真空脱碳技术,真空搅拌73min,钢内夹杂物充分上浮,使用Al脱氧进一步减少钢内Total[O];板坯连铸过程中,铸造速度以不产生速度波动导致结晶器液面波动造成卷渣为宜。
3.根据权利要求1所述一种马氏体沉淀硬化不锈钢,其特征在于:所述热退火酸洗时钢板温度为1050~1090℃,生产线速度10~15mpm。
4.根据权利要求1所述一种马氏体沉淀硬化不锈钢,其特征在于:所述冷轧一次压下率≤40%,压延道次采用9~11道次。
5.根据权利要求1所述一种马氏体沉淀硬化不锈钢,其特征在于:所述退火酸洗中退火固溶温度1020~1070℃之间。
6.根据权利要求1所述一种马氏体沉淀硬化不锈钢,其特征在于:所述平整是在退火酸洗后经校平设备进行平整,根据用途达到相应的平坦度。
7.根据权利要求1‑6任一项所述一种马氏体沉淀硬化不锈钢,其特征在于:所述马氏体沉淀硬化不锈钢按照质量百分比计其化学成分包括:C:0.045%;Si:1.62%;Mn:0.72%;P:
0.025%;S: 0.0015%;Cr:14.3%;Ni:7.1%;Al:0.04~0.06%;Mo:0.65%;Cu:0.82%;N:0.01%;
Ti:0.32%;余量为铁及其他不可避免的杂质。
8.一种马氏体沉淀硬化不锈钢的制备方法,其特征在于:该马氏体沉淀硬化不锈钢的化学成分包括:C:0.04~0.06%;Si:1.4~1.8%;Mn:0.5~0.9%;P:≤0.035%;S:≤0.008%;
Cr:14~14.5%;Ni:7~7.8%;Al:0<Al≤0.15%;Mo:0.55~0.7%;Cu:0.7~1.0%;N:0~
0.03%;Ti:0.28~0.35%;余量为铁及其他不可避免的杂质;将马氏体沉淀硬化不锈钢的各原料经冶炼及连铸、热轧、热退火酸洗、冷轧、退火酸洗、平整及时效,得到所述马氏体沉淀硬化不锈钢;具体地:
A.冶炼及连铸:通过EAF+AOD+VOD+CCP,VOD采用真空脱碳技术,真空搅拌73min,钢内夹杂物充分上浮,有效减少钢内夹杂物,使用Al脱氧进一步减少钢内Total[O],从而减少非金属氧化夹杂物形成;板坯连铸过程中,铸造速度以不产生速度波动导致结晶器液面波动造成卷渣为宜;
B.热轧:马氏体沉淀硬化不锈钢对裂纹比较敏感,为此热轧在压延工艺设计中,采用二次热轧工艺;热轧加热炉抽出温度1180~1200℃,在炉时间控制<240min,并热轧进行板坯再热;即首先将220mm厚度铸坯通过粗轧3道次压延获得180~185mm厚初坯,并对180~
185mm厚初坯进行表面确认,对产生的裂纹进行研磨;初坯研磨后进行二次热轧,由180~
185mm厚初坯轧制成4.0~6.0mm卷材,为了确保钢板表面不发生裂纹,粗轧采用9道次压延,进入精轧前卷厚23~26mm,通过精轧7道次轧制为3.5~5.0mm厚度的卷材,在卷取时使用层流冷却水,进行快速冷却;
C.热退火酸洗:热退火酸洗时钢板温度为1050~1090℃,生产线速度10~15mpm;
D.冷轧:一次压下率≤40%,压延道次采用9~11道次;
E.退火酸洗:退火固溶温度1020~1070℃之间;
F.平整,所述平整是在退火酸洗后后经校平设备进行平整,根据用途达到相应的平坦度;
G.时效,平整后的钢板进行时效,加热温度500~530℃,加热时间≥24Hrs,空冷却到室温,获得屈服强度1480~1600MPa高强度不锈钢板。
9.根据权利要求1‑6任一项所述马氏体沉淀硬化不锈钢在钢带传动设备、模压设备中的应用。
说明书 :
一种马氏体沉淀硬化不锈钢及其制备方法与应用
技术领域
背景技术
锈钢。按照元素成分区分,马氏体高强度不锈钢分为时效不锈钢、沉淀硬化不锈钢。其中马
氏体沉淀硬化不锈钢在热处理后,具有高强度,并有良好的韧性和优良的耐蚀性等优点。目
前市场上普遍使用的马氏体沉淀硬化不锈钢是0Cr17Ni4Cu4Nb,其常见的化学成分按质量
百分比如下:碳(C)≤0.07%,锰(Mn)≤1.00%,硅(Si)≤1.00%,磷(P)≤0.023%,硫(S)≤
0.03%,铬(Cr)15.50~17.50%,镍(Ni)3.00~5.00%,铜(Cu)3.00~5.00%,铌(Nb)0.15~
0.45%,其余为铁及其他不可避免的杂质。0Cr17Ni4Cu4Nb采用的是低碳(C)、高铬(Cr)且含
铜(Cu),其强度、韧性、耐蚀性比一般马氏体不锈钢好,多用于构件,它是依靠Al、Nb等多种
元素通过时效处理后获得较高的使用强度。按照上述化学成分生产卷材,经过时效处理后,
可以获得约1000~1400MPa的强度,属于低强度等级,在某些环境下不能满足对不锈钢强度
的使用需求。
发明内容
对不锈钢强度使用需求的问题,本发明的目的在于提供一种马氏体沉淀硬化不锈钢及其制
备方法与应用,对不锈钢的化学成分的配比,将冶炼工艺、热轧压延工艺、冷轧压延工艺及
退火工艺进行改进,最终获得马氏体沉淀硬化不锈钢卷板的屈服强度为1480~1600MPa,满
足使用需求。
0.008%;Cr:14~14.5%;Ni:7~7.8%;Al:0~0.15%;Mo:0.55~0.7%;Cu:0.7~1.0%;N:0~
0.03%;Ti:0.28~0.35%;余量为铁及其他不可避免的杂质;所述马氏体沉淀硬化不锈钢的
制备步骤包括:将所述马氏体沉淀硬化不锈钢的各原料经冶炼及连铸、热轧、热退火酸洗、
冷轧、冷轧退火酸洗、平整及时效,得到所述马氏体沉淀硬化不锈钢;
185mm厚初坯,并对180~185mm厚初坯进行表面确认,对产生的裂纹进行研磨;初坯研磨后
进行二次热轧,由180~185mm厚初坯轧制成4.0~6.0mm卷材,粗轧采用9道次压延,即多道
次低压下率,进入精轧前卷厚23~26mm,通过精轧7道次轧制为3.5~5.0mm厚度的卷材,在
卷取时使用层流冷却水,进行快速冷却;
Total[O];板坯连铸(CCP)过程中,铸造速度以不产生速度波动导致结晶器液面波动造成卷
渣为宜;高强度时效不锈钢钢最重要的指标,夹杂物含量、形态对材料韧性有较大影响。
少冷却后马氏体形成,沉淀硬化处理后强度降低,固溶温度过低时产品强度过高后期不易
加工,所以选择合适的固溶工艺对后期沉淀硬化处理性能有很大影响。
产品在生产过程中极易发生相变;由于相变不均,且沉淀析出相分布不均,导致体积变化不
均,组织内部发生残余应力,引起平坦度不良,通过平整达到要求的平坦度。
Al:0.04~0.06%;Mo:0.65%;Cu:0.82%;N:0.01%;Ti:0.32%;余量为铁及其他不可避免的杂
质。
性模量、高的强度和硬度,属于脆性物质。钢中多种碳化物可以完全固溶或部分固溶,形成
复合碳化物。在本发明中碳元素作为马氏体形成的主要元素,在固溶冷却后,过饱和碳化物
在晶界析出,形成低碳马氏体组织,进行一次强化。因此本发明为了保值良好的耐蚀性、焊
接性和加工性,碳元素含量确定为0.04~0.06%,优选地,碳元素含量为0.04~0.045%、
0.046~0.050%、0.051~0.055%、0.056~0.06%。
电位值,降低钢对点蚀的敏感性,铬是强烈形成并稳定铁素体的元素,缩小奥氏体区。随着
铬含量的增加,一些金属间化合物析出形成的倾向增大,这些金属间化合物的存在不仅显
著降低钢的塑性和韧性,因此本发明铬元素含量确定为14~14.5%,优选地,铬元素含量为
14~14.1%、14.1~14.2%、14.2~14.3%、14.3~14.4%、14.4~14.5%。
可以提高而不至于形成单一的铁素体组织。为保证在815~1100℃之间的奥氏体结构在冷
却到室温后完全转变为马氏体结构,在马氏体沉淀硬化不锈钢中镍含量应在4%~20%,但镍
同样会降低马氏体转变温度(Ms)点,并且比铬的作用还要强烈。如镍含量过多,马氏体转变
温度(Ms)点降低,冷却时会导致残余奥氏体的形成,从而得不到全马氏体组织,使沉淀硬化
后的强度降低。并且镍元素在沉淀硬化处理后,与钛元素形成金属间化合物,弥散强化相进
行二次强化。本发明中马氏体沉淀硬化不锈钢中,镍元素含量确定为7.0~7.8%,优选地,镍
元素含量为7.0~7.1%、7.1~7.2%、7.2~7.3%、7.3~7.4%、7.4~7.5%、7.5~7.6%、7.6~
7.7%、7.7~7.8%。
沉淀硬化钢中合金元素钼的存在,也可以阻止析出相沿原奥氏体晶界析出,从而避免了沿
晶断裂、提高了断裂韧性。在某些还原性介质中,钼能促进铬的钝化作用。故钼能提高铬镍
不锈钢在硫酸、盐酸、磷酸及有机酸中的耐蚀性,并有效地抑制氯离子的点腐蚀倾向,提高
钢的抗晶间腐蚀能力。但过量添加钼同过量添加镍一样,也会生成残留奥氏体,降低沉淀硬
化处理后强度,因此本发明钼元素含量确定为0.55~0.7%,优选地,钼元素含量为0.55~
0.58%、0.58~0.61%、0.61~0.64%、0.64~0.67%、0.67~0.7%。
部深入,故在马氏体沉淀硬化不锈钢加入铜,能提高钢在盐酸和硫酸中的耐蚀性,加铜也能
提高钢的耐应力腐蚀能力。但过多的铜含量会引起热加工时的铜脆,因此本发明铜元素含
量确定为0.7~1.0%,优选地,铜元素含量为0.7~0.74%、0.74~0.78%、0.78~0.82%、0.82
~0.86%、0.86~0.90%、0.90~0.95%、0.95~1.0%。
的加入会稍微降低铬量较低的不锈钢的耐蚀性能,因此本发明锰元素含量确定为0.5~
0.9%,优选地,铜元素含量为0.5~0.54%、0.54~0.58%、0.58~0.62%、0.62~0.66%、0.66~
0.70%、0.70~0.74%、0.74~0.78%、0.78~0.82%、0.82~0.86%、0.86~0.9%。
Ni3Ti,使金属获得足够的强度,但钛含量增加过高,η相将失去强化作用,反而造成钢的塑
性和韧性严重恶化,因此本发明钛元素含量确定为0.28~0.35%,优选地,铜元素含量为
0.28~0.29%、0.29~0.30%、0.30~0.31%、0.31~0.32%、0.32~0.33%、0.33~0.34%、0.34
~0.35%。
一层富硅的表面层SiO2,从而使钢的抗氧化性或抗腐蚀能力显著提高。加硅对耐硫酸腐蚀
也有一定作用。加硅还可以抑制不锈钢在氯离子介质中的点腐蚀倾向。沉淀硬化处理后,析
出G相Ni16Ti6Si7,因此本发明硅元素含量确定为1.4~1.8%,优选地,所述硅元素的含量为
1.4~1.45%、1.45~1.50%、1.50~1.55%、1.55~1.60%、1.60~1.65%、1.65~1.70%、1.70~
1.75%、1.75~1.8%。
作用,本发明铝元素含量确定为0~0.15%,优选地,所述铝元素的含量为0~0.03%、0.03~
0.06%、0.06~0.09%、0.09~0.12%、0.12~0.15%。
体沉淀硬化不锈钢。通过时效处理后,Ti、Si、Al元素的金属间化合物在晶内均匀析出进行
强化,以强化元素Ti为例,在沉淀硬化处理后生成η相(Ni3Ti),析出强化效应更加显著,从
而能够满足高强度使用要求。
平整及时效,得到所述马氏体沉淀硬化不锈钢;具体地:
非金属氧化夹杂物形成;板坯连铸(CCP)过程中,铸造速度以不产生速度波动导致结晶器液
面波动造成卷渣为宜;高强度时效不锈钢钢最重要的指标,夹杂物含量、形态对材料韧性有
较大影响;
板坯再热;即首先将220mm厚度铸坯通过粗轧3道次压延获得180~185mm厚初坯,并对180~
185mm厚初坯进行表面确认,对产生的裂纹进行研磨;初坯研磨后进行二次热轧,由180~
185mm厚初坯轧制成4.0~6.0mm卷材,为了确保钢板表面不发生裂纹,粗轧采用9道次压延,
即多道次低压下率,进入精轧前卷厚23~26mm,通过精轧7道次轧制为3.5~5.0mm厚度的卷
材,在卷取时使用层流冷却水,进行快速冷却,此钢种过冷奥氏体连续冷却转变曲线,快速
冷却时马氏体转变温度(Ms)低,则冷却时相变生产的马氏体偏少,有利于热退火时改善板
型;
强度降低,固溶温度过低时产品强度过高后期不易加工,所以选择合适的固溶工艺对后期
沉淀硬化处理性能有很大影响;
发生残余应力,引起平坦度不良;因此固溶退火后产品经校平设备进行平整,根据用途达到
相应的平坦度;
减少钢内夹杂物,改善表面裂纹缺陷,不仅获得一定的强度,同时钢的纯洁度提高。
钢制备工艺,避免浇铸过程中结瘤,减少钢水中的总氧含量,改善钢水纯净度;优化热轧参
数,改善素材板型,并制定高强度不锈钢冷轧压延程序,尽量减少中浪发生程度,通过模拟
退火,获得高强度不锈钢退火参数,使其获得的一定的性能及良好的板型及满足更高用途
(夹杂物要求)的表面要求;通过时效处理工艺的调整,改变析出相的大小和弥散程度,模拟
时效后的屈服强度为1480~1540MPa,硬度HRC49~51,实际生产时时效后能获得1480~
1600MPa的强度的马氏体沉淀硬化不锈钢。
附图说明
图是发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,
还可以根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
Ni:7.1%;Al:0.04~0.06%;Mo:0.65%;Cu:0.82%;N:0.01%;Ti:0.32%;余量为铁及其他不可
避免的杂质。将马氏体沉淀硬化不锈钢的各原料经冶炼及连铸、热轧、热退火酸洗、冷轧、冷
轧退火酸洗、平整及时效,得到所述马氏体沉淀硬化不锈钢;具体地:
非金属氧化夹杂物形成;板坯连铸(CCP)过程中,铸造速度以不产生速度波动导致结晶器液
面波动造成卷渣为宜;高强度时效不锈钢钢最重要的指标,夹杂物含量、形态对材料韧性有
较大影响;
板坯再热;即首先将220mm厚度铸坯通过粗轧3道次压延获得180~185mm厚初坯,并对180~
185mm厚初坯进行表面确认,对产生的裂纹进行研磨;初坯研磨后进行二次热轧,由180~
185mm厚初坯轧制成4.0~6.0mm卷材,为了确保钢板表面不发生裂纹,粗轧采用9道次压延,
即多道次低压下率,进入精轧前卷厚23~26mm,通过精轧7道次轧制为3.5~5.0mm厚度的卷
材,在卷取时使用层流冷却水,进行快速冷却,此钢种过冷奥氏体连续冷却转变曲线,快速
冷却时马氏体转变温度(Ms)低,则冷却时相变生产的马氏体偏少,有利于热退火时改善板
型;
强度降低,固溶温度过低时产品强度过高后期不易加工,所以选择合适的固溶工艺对后期
沉淀硬化处理性能有很大影响;
发生残余应力,引起平坦度不良;因此固溶退火后产品经校平设备进行平整,根据用途达到
相应的平坦度;
Ni:7.17%;Al:0.111%;Mo:0.75%;Cu:0.86%;N:0.01%;Ti:0.225%;余量为铁及其他不可避免
的杂质。将马氏体沉淀硬化不锈钢的各原料经冶炼及连铸、热轧、热退火酸洗、冷轧、冷轧退
火酸洗、平整及时效,得到所述马氏体沉淀硬化不锈钢;具体地:
非金属氧化夹杂物形成;板坯连铸(CCP)过程中,铸造速度以不产生速度波动导致结晶器液
面波动造成卷渣为宜;高强度时效不锈钢钢最重要的指标,夹杂物含量、形态对材料韧性有
较大影响;
板坯再热;即首先将220mm厚度铸坯通过粗轧3道次压延获得180~185mm厚初坯,并对180~
185mm厚初坯进行表面确认,对产生的裂纹进行研磨;初坯研磨后进行二次热轧,由180~
185mm厚初坯轧制成4.0~6.0mm卷材,为了确保钢板表面不发生裂纹,粗轧采用9道次压延,
即多道次低压下率,进入精轧前卷厚23~26mm,通过精轧7道次轧制为3.5~5.0mm厚度的卷
材,在卷取时使用层流冷却水,进行快速冷却,此钢种过冷奥氏体连续冷却转变曲线,快速
冷却时马氏体转变温度(Ms)低,则冷却时相变生产的马氏体偏少,有利于热退火时改善板
型;
强度降低,固溶温度过低时产品强度过高后期不易加工,所以选择合适的固溶工艺对后期
沉淀硬化处理性能有很大影响;
发生残余应力,引起平坦度不良;因此固溶退火后产品经校平设备进行平整,根据用途达到
相应的平坦度;
Ni:7.14%;Al:0.045%;Mo:0.62%;Cu:0.77%;N:0.0068%;Ti:0.34%;余量为铁及其他不可避
免的杂质。将马氏体沉淀硬化不锈钢的各原料经冶炼及连铸、热轧、热退火酸洗、冷轧、冷轧
退火酸洗、平整及时效,得到所述马氏体沉淀硬化不锈钢;具体地:
非金属氧化夹杂物形成;板坯连铸(CCP)过程中,铸造速度以不产生速度波动导致结晶器液
面波动造成卷渣为宜;高强度时效不锈钢钢最重要的指标,夹杂物含量、形态对材料韧性有
较大影响;
板坯再热;即首先将220mm厚度铸坯通过粗轧3道次压延获得180~185mm厚初坯,并对180~
185mm厚初坯进行表面确认,对产生的裂纹进行研磨;初坯研磨后进行二次热轧,由180~
185mm厚初坯轧制成4.0~6.0mm卷材,为了确保钢板表面不发生裂纹,粗轧采用9道次压延,
即多道次低压下率,进入精轧前卷厚23~26mm,通过精轧7道次轧制为3.5~5.0mm厚度的卷
材,在卷取时使用层流冷却水,进行快速冷却,此钢种过冷奥氏体连续冷却转变曲线,快速
冷却时马氏体转变温度(Ms)低,则冷却时相变生产的马氏体偏少,有利于热退火时改善板
型;
强度降低,固溶温度过低时产品强度过高后期不易加工,所以选择合适的固溶工艺对后期
沉淀硬化处理性能有很大影响;
发生残余应力,引起平坦度不良;因此固溶退火后产品经校平设备进行平整,根据用途达到
相应的平坦度;
度和硬度达到最大值。
相长大,部分溶解,强度和硬度下降。