專利名稱：一種中低溫強度優異的奧氏體不銹鋼板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種不銹鋼制備方法，特別涉及一種中低溫強度優異的奧氏體不銹鋼 板及其制造方法。該不銹鋼可以用于20 350°C使用環境。由于其具有優異的中低溫強 度，可以替代現有的使用材料，從而達到減輕材料重量的目的。
背景技術：
18-8系列奧氏體不銹鋼由于在高溫和極低溫度下都具有良好的塑韌性、冷熱加工 性能和耐局部腐蝕性能而被廣泛用于石油、化工、宇航和能源等領域，這些領域要求材料使 用溫度最低可達到_196°C，最高可達到600-700°C。隨著能源的緊張和市場的競爭加劇，越 來越多的行業要求設備的輕型化和大型化，這就對不銹鋼在不同使用溫度下的強度提出了 更多的要求。為便于描述和根據奧氏體不銹鋼的不同使用環境，將奧氏體不銹鋼使用溫度 分為以下三類20°C以下溫度稱為低溫，20 350°C稱為中低溫，而大于350°C以上溫度稱 為尚溫。18-8系列奧氏體不銹鋼在室溫和高溫下都為奧氏體組織，不能通過熱處理方式來 提高其強度。對于室溫以下溫度使用的18-8系列不銹鋼，一般可以采用氮合金化或通過冷 加工產生馬氏體轉變來提高強度。如美國專利US4849166A提供一種亞穩奧氏體不銹鋼， 其成分重量百分比為C彡0. 10%, Mn 0. 5 4. 0%, Si 1. 5 2. 95%, S彡0. 004%, Cr 12. 00 18. 00%, Ni 彡 8· 0%、N 彡 0. 15%, C+N ( 0. 10、Cu 0. 5 3. 5% ；其通過降低合 金中的奧氏體穩定化元素，通過冷加工后形成馬氏體而獲得室溫下高強度奧氏體不銹鋼， 但由于在100 350°C長時間保溫會使亞穩α ‘馬氏體消失，從而又使冷變形后獲得的高 強度降低和消失。因此該類鋼并不適用于在中低溫下使用。對于350°C以上溫度使用的不銹鋼，如SUS304H、SUS316H、SUS321和SUS347等 18-8系奧氏體不銹鋼，一般通過添加合金元素Cu、Nb、N、Si等來提高其高溫強度和蠕變性 能。如美國專利US2004234408，其成分重量百分比為=C 0. 05 0. 15%、Mn 0.1 3.0%、 Si ^ 2. 0 %, S ^ 0. 04 %, P ^ 0. 01 %, Cr 20. 00 28. 00 %、Ni 15 55 %、N 0. 05 0. 3%,Nb 0. 1 0. 8%, Cu 2 6%、V0. 02 1. 5%,A1 0. 001 0. 1%、微量 B、稀土 ；其 通過添加Nb、V、Cu和N，在使用溫度下形成第二相來提高其高溫蠕變強度；日本專利JP58120766A，其成分重量百分比為C 0. 02 0. 20 %、Mn彡2. 0 %、 Si ^ 2. 0%, Cr 10 2%、Ni 10 25%、Mo 1 8%、B 0. 001 0. 02%、稀土微量、Nb 0. 01 2 %、Nb、Ta或復合、Cu 2 7 %、Co、W等微量，其是在18_8不銹鋼的基礎上添加大 量的Al、Mo、Ti、Nb以及微量的Mg和Y元素來提高其高溫蠕變強度。這些合金元素的添加 雖然也可以提高中低溫力學性能，但會造成材料的制造難度和原料成本明顯增加，且提高 材料強度所采用的方法不同于本發明所發明的內容。傳統316L奧氏體不銹鋼，其ASTM標準成分為C彡0.030 %、Si彡1.00%, Mn 彡 2. 00%, P 彡 0. 045%, S 彡 0. 030%, Ni 10. 00 14. 00%, Crl6. 00 18. 00%, Mo 2. 00 3. 00%，N彡0. 10%，制造工藝為冶煉；熱軋，其加熱溫度為1240 1300°C，保溫時間為大于lmin/mm，終軋溫度大于950°C ；水冷至卷曲溫度，空冷；退火酸洗退火溫度為 1050 1150°C，退火后直接水冷至室溫，然后再酸洗。

發明內容
本發明的目的在于提供一種中低溫強度優異的奧氏體不銹鋼板及其制造方法，其 制造工藝簡單，適用于中低溫環境下使用，可應用于對奧氏體不銹鋼強度有較高要求的化 工、能源和壓力容器等領域。本發明的技術方案是，一種中低溫強度優異的奧氏體不銹鋼板，其成分重量百分比為C^O. 030%Si ^ 1. 00%Mn ^ 2. 00%P^O. 045%S^O. 030%Ni 10. 00 13. 00%Cr 16. 00 18. 00%Mo 2. 00 3. 00%N 0.04 0.10%0 < Nb ^ 0. 30%B 0. 0015 0. 0040%稀土元素Ce、Dy、Y、Nd中的一種或一種以上，小于0.30%;且鑄態奧氏體不銹鋼中 的高溫鐵素體δ含量小于2%，其中δ含量采用下式計算Cont ( δ ) =3* (Cr+Mo) +4. 5*Si_2. 8*Ni_l. 4*Mn_84* (C+N)-19. 8。本發明的中低溫強度優異的奧氏體不銹鋼的制造方法，其包括如下步驟1)冶煉，按上述成分冶煉、鑄造成鋼坯；2)熱軋，加熱溫度1220 1270°C，在爐加熱時間按照1 1. 5min/mm來確定，終軋溫度 1010 1050°C，以20 40°C /s冷卻至卷曲溫度，然后空冷至室溫；3)退火，退火溫度850 1050°C，退火時間按5謹厚板2 5min來退火；4)退火后水冷至40 100°C，在此溫度下進行預拉伸變形0. 5 5% ；5)酸洗，酸洗后得到中低溫性能優異的奧氏體不銹鋼卷板。本發明通過在普通316L的基礎上，添加小于0. 30%的Nb，小于0. 30%的Ce、Dy、 Y、Nd其中之一或復合添加，0. 0015 0. 0040%的B ；通過調整鎳鉻當量形成元素Ni、Mn、C、 N和Cr、Mo、Si，將奧氏 體不銹鋼鑄態中高溫鐵素體δ含量控制為小于2%。Nb除了有固溶強化的作用，還可和稀土元素、奧氏體不銹鋼的碳氮在鋼液中形成 細小的第二相，從而為鋼液的凝固提供了形核質點，使鑄態奧氏體不銹鋼的晶粒細化。且Nb 可和奧氏體不銹鋼中的碳氮結合而避免了其耐晶間腐蝕性能的降低。稀土元素具有細化奧氏體不銹鋼的作用，添加到鋼液中，可以增加鋼液凝固過程 中的形核質點，從而達到細化連鑄坯原始鑄態組織的目的，原始鑄態組織晶粒的細化有利于最終產品晶粒的細化。此外稀土元素在凝固過程中形成的微小質點還可降低奧氏體不銹 鋼在加熱過程中的長大傾向。由于本發明成分奧氏體不銹鋼中鐵素體含量的減少，雜質元素硫磷易偏聚在晶 間，而降低其熱加工塑性，在表面形成微裂紋，因此通過添加晶界強化元素B以提高其熱塑 性。
通過平衡鎳鉻當量形成元素，將奧氏體不銹鋼鑄態高溫鐵素體δ含量控制為小 于2%，主要是為了保證材料中奧氏體組織的穩定性，使在40 100°C預拉伸變形時不會產 生馬氏體組織，而只會產生加工硬化作用。而這種加工硬化作用在20 350°C不會降低或 消失，從而提高了材料在該溫度下的強度。奧氏體不銹鋼在加熱過程中加熱溫度不能太高，若過高就會導致鑄態組織粗大， 而由于組織的傳遞性，粗大的鑄態組織就會導致粗大的熱軋態組織，從而不利于細化材料 晶粒，但過低會造成熱加工變形抗力提高，增加了材料的制造難度，因此將加熱溫度制定為 1220 1270°C。加熱時間過短，會導致鋼錠表面和心部存在加熱不均，加熱溫度過長會導 致連鑄坯晶粒長大，因此加熱時間按1 1. 5min/mm來確定。終軋溫度要大于1010°C，如果 終軋溫度太低，其動態再結晶速度會降低，從而組織中軋制流線過多，在隨后的低溫熱處理 過程中不易完成靜態再結晶過程，導致組織再結晶不完全。在熱軋后以20 40°C /s快速 冷卻至卷曲溫度，也是為防止晶粒長大。傳統的奧氏體不銹鋼退火溫度一般控制在1050 1150°C，而本發明考慮到熱軋 過程中部分晶粒已實現動態再結晶，因此其退火溫度控制在較低溫度850 1050°C，以防 止晶粒長大。退火時間的控制原理與退火溫度相同，也控制在較短時間內，即退火時間按 5mm厚板2 5min來控制。退火后直接水冷至40 100°C，然后對材料進行0. 5 5%的預拉伸加工，酸洗后 得到中低溫性能優異的奧氏體不銹鋼卷板。在此溫度進行預拉伸工序，主要是本發明所述 的成分在此溫度下進行拉伸變形不會產生馬氏體相變，而只會產生加工硬化，從而提高材 料的中低溫強度。此外，研究表明對該專利成分退火后進行預變形，材料的強度會明顯提 高，而塑性和耐蝕性基本不變。具體地，本發明通過添加一種或復合添加微量的晶粒細化元素稀土、晶界強化元 素硼、添加固溶強化和晶粒細化元素Nb來控制鑄態晶粒度，通過采用較低的加熱溫度和短 的加熱時間、高的終軋溫度、低的熱處理溫度來進一步細化奧氏體不銹鋼晶粒。通過成分控 制以保證其奧氏體組織中的鐵素體含量小于2%，從而保證在40 100°C進行預拉伸變形 0. 5 5%后會產生加工硬化，而不會產生馬氏體轉變；從而通過晶粒細化和預拉伸變形產 生的硬化使奧氏體不銹鋼卷板具有優異的中低溫強度。此加熱溫度的選擇主要是加熱溫度不能太高，若過高就會導致鑄態組織粗大， 而由于組織的傳遞性，粗大的鑄態組織就會導致粗大的熱軋態組織，從而不利于細化材料 晶粒，但過低會造成材料變形抗力提高，增加了材料的制造難度，因此將加熱溫度制定為 1220 1270°C。加熱時間控制按照1 1. 5min/mm來確定，其目的也是為了防止原始晶粒在加熱 過程中長大，因為如果加熱溫度過長回導致連鑄坯晶粒長大。終軋溫度1010 1050°C，如果終軋溫度太低，其動態再結晶速度會降低，從而組織中軋制流線過多，在隨后的低溫熱處理過程中不易完成靜態再結晶過程，導致組織再結 晶不完全。在熱軋后以20 40°C /s快速冷卻至卷曲溫度，以防止晶粒長大。而本發明考慮到熱軋過程中部分晶粒已實現動態再結晶，因此其退火溫度控制在 較低溫度850 1050°C，以防止晶粒長大。退火時間的控制原理與退火溫度相同，也控制在 較短時間內，即退火時間按5mm厚板2 5min來退火。退火后在40 100°C對材料進行0. 5 5%的預拉伸加工，在此溫度進行預拉伸 工序，主要 是本發明所述的成分在此溫度下進行拉伸變形不會產生馬氏體相變，而只會產 生加工硬化，而研究表明奧氏體不銹鋼的加工硬化可以明顯提高材料的中低溫強度。本發明所獲得的奧氏體不銹鋼卷板，既具有良好的強度，還具有良好的塑韌性和 耐蝕性。相比于常規產品316L卷板，本發明所制備的奧氏體不銹鋼卷板，最終產品中低溫 屈服強度和抗拉強度都得到明顯提高，塑性仍維持在較高水平，且材料具有良好的耐腐蝕 性能。
具體實施例方式以下通過實施例對本發明做進一步說明。實施例1根據本發明所述的奧氏體不銹鋼成分，見表1，采用電爐+AOD熔煉，澆注成200mm 厚連鑄坯，在1250°C加熱，保溫240min，進行軋制，工藝參數主要為開軋溫度1230°C，終軋 溫度為1025°C，卷板厚度為5mm，軋后以25°C /min冷卻至670°C卷曲，空冷至室溫后進行退 火。退火溫度為1010°C，在爐時間為3. 5!^11，水冷至501，進行2.5%的預拉伸，然后酸洗。為了對比，對目前通用的316L也進行了冶煉，未添加稀土、硼和鈮合金，成分見表 1，并采用常規工藝進行了熱軋和退火，其保溫溫度為1275°C，保溫時間為350min，開軋溫 度為1240°C，終軋溫度為1000°C，退火溫度為1100°C，然后酸洗。為了對比，冶煉了一爐和 本發明成分相似的奧氏體不銹鋼，但其δ含量大于2%，其軋制工藝、連退酸洗工藝與本實 施例工藝相同，發現該類鋼表面質量存在較多線缺陷，且熱軋過程中出現邊裂現象。可見本 發明鋼種δ含量控制在2%以內的必要性。從表1、表2可以看出，本實施例制造的奧氏體不銹鋼卷板在20 350°C范圍內， 其晶粒細小，力學性能明顯高于對比例316L，延伸率和耐腐蝕性能和316L相當。和對比例 2相比，實施例1制造的奧氏體不銹鋼卷板在300°C力學性能明顯高于對比例2，這主要是對 比例2中的鎳鉻當量比，S卩δ含量不在本發明控制范圍內。
備注點腐蝕采用GB/T 17897-1999，FeCl3/HCl溶液中，35°C下浸泡24h ；均勻腐 蝕采用GB/T 4334. 6-2000,5% H2SO4沸騰溶液中，浸泡6h。實施例2根據本發明所述的奧氏體不銹鋼成分，見表1，采用電爐+A0D+V0D熔煉，澆注 成200mm厚連鑄坯，在1240°C加熱，保溫270min，進行軋制，工藝參數主要為開軋溫度 1210°C，終軋溫度為1010°C，卷板厚度為6mm，軋后以23°C /min冷卻至660°C卷曲，空冷至 室溫后進行退火。退火溫度為1030°C，在爐時間為4. 5min，水冷至55°C，進行3. 5%的預拉 伸，然后酸洗。對比表1和表2可以看出，本實施例(見表3)制造的奧氏體不銹鋼卷板在20 350°C范圍內，其晶粒細小，力學性能明顯高于對比例316L，延伸率和耐腐蝕性能和316L相當。表3實施例2力學性能和腐蝕性能 實施例3根據本發明所述的奧氏體不銹鋼成分，見表1，采用電爐+A0D+V0D熔煉，澆注 成200mm厚連鑄坯，在1255°C加熱，保溫230min，進行軋制，工藝參數主要為開軋溫度1220°C，終軋溫度為1035°C，卷板厚度為8mm，軋后以29°C /min冷卻至680°C卷曲，空冷至 室溫后進行退火。退火溫度為1040°C，在爐時間為6min，水冷至45°C，進行0. 5%的預拉伸， 然后酸洗。對比表1和表2可以看出，本實施例(見表4)制造的奧氏體不銹鋼卷板在20 350°C范圍內，其力學性能明顯高于對比例316L，延伸率和耐腐蝕性能和316L相當。表4實施例3力學性能和腐蝕性能 實施例4根據本發明所述的奧氏體不銹鋼成分，見表1，采用電爐+AOD熔煉，澆注成200mm 厚連鑄坯，在1250加熱，保溫240min，進行軋制，工藝參數主要為開軋溫度1210°C，終軋 溫度為1015°C，卷板厚度為7mm，軋后以32°C /min冷卻至670°C卷曲，空冷至室溫后進行退 火。退火溫度為1040°C，在爐時間為5. 5min,水冷至50°C，進行1. 5%的預拉伸，然后酸洗。對比表1和2可以看出，本實施例(見表5)制造的奧氏體不銹鋼卷板在20 350°C范圍內，其力學性能明顯高于對比例316L，延伸率和耐腐蝕性能和316L相當。表5實施例4力學性能和腐蝕性能 實施例5根據本發明所述的奧氏體不銹鋼成分，成分見表1，采用電爐+A0D+V0D熔煉，澆 注成200mm厚連鑄坯，在1265加熱，保溫280min，進行軋制，工藝參數主要為開軋溫度 1245°C，終軋溫度為1030°C，卷板厚度為5mm，軋后以35°C /min冷卻至650°C卷曲，空冷至 室溫后進行退火。退火溫度為1010°C，在爐時間為4min，水冷至50°C，進行3%的預拉伸， 然后酸洗。對比表1和表2可以看出，本實施例(見表6)制造的奧氏體不銹鋼卷板在20 350°C范圍內，其力學性能明顯高于對比例316L，延伸率和耐腐蝕性能和316L相當。表6實施例5力學性能和腐蝕性能 實施例6根據本發明所述的奧氏體不銹鋼成分，成分同實施例1，采用電爐+A0D+V0D熔煉， 澆注成200mm厚連鑄坯，在1260加熱，保溫270min，進行軋制，工藝參數主要為開軋溫度 12300C，終軋溫度為1025°C，卷板厚度為6mm，軋后以35°C /min冷卻至650°C卷曲，空冷至 室溫后進行退火。退火溫度為1030°C，在爐時間為5min，水冷至50°C，進行5%的預拉伸， 然后酸洗。對比表1和表2可以看出，本實施例(見表7)制造的奧氏體不銹鋼卷板在20 350°C范圍內，其力學性能明顯高于對比例316L，延伸率和耐腐蝕性能和316L相當。表7實施例6力學性能和腐蝕性能
權利要求
一種中低溫強度優異的奧氏體不銹鋼板，其成分重量百分比為C≤0.030％Si≤1.00％Mn≤2.00％P≤0.045％S≤0.030％Ni 10.00～13.00％Cr 16.00～18.00％Mo 2.00～3.00％N 0.04～0.10％0＜Nb≤0.30％B 0.0015～0.0040％稀土元素Ce、Dy、Y、Nd中的一種或一種以上，小于0.30％；且鑄態奧氏體不銹鋼中的高溫鐵素體δ含量小于2％，其中δ含量采用下式計算Cont(δ)＝3*(Cr+Mo)+4.5*Si-2.8*Ni-1.4*Mn-84*(C+N)-19.8。
2.如權利要求1所述的中低溫強度優異的奧氏體不銹鋼的制造方法，其包括如下步驟1)冶煉，按上述成分冶煉、鑄造成鋼坯；2)熱軋，加熱溫度1220 1270°C，在爐加熱時間按照1 1. 5min/mm來確定，終軋溫度1010 1050°C，以20 40°C /s冷卻至卷曲溫度，然后空冷至室溫；3)退火，退火溫度850 1050°C，退火時間按5mm厚板2 5min來退火；4)退火后水冷至40 100°C，在此溫度下進行預拉伸變形0.5 5% ；5)酸洗，酸洗后得到中低溫性能優異的奧氏體不銹鋼卷板。全文摘要
一種中低溫強度優異的奧氏體不銹鋼板及其制造方法，通過在普通316L的基礎上，添加小于0.30％的Nb，小于0.30％的Ce、Dy、Y、Nd其中之一或復合添加，0.0015～0.0040％的B；通過調整鎳鉻當量形成元素Ni、Mn、C、N和Cr、Mo、Si，奧氏體不銹鋼鑄態中高溫鐵素體δ含量小于2％。制造方法包括如下步驟1)冶煉、鑄造；2)熱軋，加熱溫度1220～1270℃，終軋溫度大于1010℃，以20～40℃/s冷卻至卷取溫度，空冷至室溫；3)退火，退火溫度850～1050℃；4)退火后水冷至40～100℃，在此溫度下進行預拉伸變形0.5～5％；5)酸洗。本發明制造工藝簡單，可應用于對奧氏體不銹鋼強度有較高要求的化工、能源和壓力容器等領域。
文檔編號C23G1/02GK101845605SQ20091004811
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月24日 優先權日2009年3月24日
發明者淮凱文, 陳旭 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司