專利名稱：一種高Cr鐵素體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于不銹鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高Cr鐵素體不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
高鉻鐵素體不銹鋼Cr含量為20% -30%,并通過加入1 % _3%的Mo和Nb、Ti穩(wěn)定化來進(jìn)一步提高其耐腐蝕性能；同時其C+N含量< 250ppm，從而保證了這類鋼在具有優(yōu)異耐腐蝕性的同時，還具有一定的韌性、加工性能。與奧氏體不銹鋼相比，高鉻鐵素體不銹鋼通常不含有貴重的M元素，價格低廉，具有很強(qiáng)的市場競爭力。鐵素體不銹鋼具有優(yōu)良的耐全面腐蝕和耐各種局部腐蝕的性能，主要用于各種高檔場所和服役苛刻的環(huán)境。前者如高級廚衛(wèi)設(shè)施，城市景觀、賓館、酒店、機(jī)場、商場、娛樂場所、高檔寫字樓等裝飾用板、管； 后者如沿海城市外裝飾，內(nèi)陸電廠熱交換器、給水加熱器、化工廠熱交換器等腐蝕性苛刻的環(huán)境。如今，隨著國際上對高鉻鐵素體不銹鋼的成功生產(chǎn)，高鉻鐵素體不銹鋼越來越多的被使用，并在許多場合正逐步替代奧氏體不銹鋼如316、316L等。高的附加值使得高鉻鐵素體不銹鋼的用途越來越廣泛。近年來，隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步提出了冶煉高純、超純鐵素體不銹鋼 (C+N ( 150ppm)，并采取連鑄連軋、連續(xù)退火酸洗工藝，使得鐵素體不銹鋼的性能大大提升，從而集低成本、高性能、表觀精美、易加工成型、易焊接等優(yōu)點于一體，廣泛的應(yīng)用于汽車工業(yè)、建筑業(yè)以及家電行業(yè)等眾多領(lǐng)域。不銹鋼幾種關(guān)鍵元素的作用以及含量控制原因l)Cr元素的作用以及含量控制Cr元素是使不銹鋼產(chǎn)生不銹性的基本元素。不銹鋼中Cr元素含量的增加可以顯著提高材料的各種耐蝕性能，包括點蝕性能、縫隙腐蝕性能、應(yīng)力腐蝕性能以及晶間腐蝕性能等。但過量Cr元素的加入會導(dǎo)致原材料成本的提高，對于不銹鋼的生產(chǎn)過程也會帶來很大的困難，Cr元素的過量會導(dǎo)致大量的金屬間化合物析出物在不同的溫度范圍產(chǎn)生，嚴(yán)重惡化鐵素體不銹鋼的室溫力學(xué)性能和耐蝕性能，因此Cr元素含量必須控制在合理的范圍。2) Mo元素的作用以及含量控制Mo元素的耐腐蝕能力是Cr元素的三倍，Mo元素的存在極大地提高鐵素體不銹鋼的各種耐蝕性能。但是由于Mo元素的價格昂貴，在鐵素體不銹鋼中Mo元素的大量加入會極大的提高原材料的成本，因此Mo元素的含量必須得到嚴(yán)格控制。3) C元素和N元素的作用以及含量控制C元素和N元素是不銹鋼中的兩種雜質(zhì)元素。C元素除了可以強(qiáng)化不銹鋼以外沒有任何有益作用，C元素的存在極大地惡化不銹鋼的室溫韌性以及各種耐蝕性能。因此C元素的含量應(yīng)當(dāng)盡可能地降低。N元素的存在也可以強(qiáng)化不銹鋼，同時可以大幅度提高不銹鋼的耐點蝕能力，但N元素的存在同樣惡化不銹鋼的室溫韌性，因此N元素的含量應(yīng)得到合理的控制。C元素和N元素含量的大幅度降低會導(dǎo)致冶煉成本的大幅度提高，因此在性能滿足要求的前提下，這兩種元素的含量應(yīng)保持在適當(dāng)?shù)乃健?br> 3
4) Nb元素和Ti元素的作用以及含量控制Nb元素和Ti元素是鐵素體不銹鋼中最常用的兩種穩(wěn)定化元素。這兩種元素與C、 N元素的化學(xué)親和力比Cr元素更強(qiáng)，因此在高溫條件下可以大量地與C、N元素反應(yīng)生成穩(wěn)定的化合物，從而防止了 Cr元素由于Cr(C，N)的生成而導(dǎo)致的局部含量降低以及耐蝕性能的下降。Nb元素的價格較高而Ti元素的價格較低，但過量Ti元素的加入會導(dǎo)致鐵素體不銹鋼表面質(zhì)量的惡化，因此Nb、Ti元素應(yīng)當(dāng)在滿足性能要求的前提下以適當(dāng)比例加入。對于高鉻鐵素體不銹鋼，從低溫到高溫存在三個脆性區(qū)，分別是475°C脆性，σ脆性和高溫脆性。475°C脆性是在400-M0°C范圍內(nèi)由于富鉻相α’的出現(xiàn)而產(chǎn)生的脆性；0 相脆性是在500-800°C范圍內(nèi)由于σ相的出現(xiàn)而產(chǎn)生的；高溫脆性是在950°C以上加熱后急冷到室溫而產(chǎn)生的，主要和高鉻鐵素體不銹鋼晶粒長大、富鉻的碳、氮化物沿晶界和/或在位錯處沉淀而有利于解理脆性段裂有關(guān)。三個脆性溫度區(qū)的存在，給高鉻鐵素體不銹鋼的工業(yè)生產(chǎn)帶來了很大困難。比如說，對于熱軋來說，首先，軋制溫度就要受到限制。此外， 熱軋后的卷曲也需要避開脆性溫度區(qū)。而一般不銹鋼的卷曲溫度很難避開σ相脆性溫度區(qū)。這些在生產(chǎn)高鉻鐵素體不銹鋼板卷的時候都必須引起高度重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高Cr鐵素體不銹鋼及其制造方法，具有優(yōu)良力學(xué)性能和耐蝕性能，如良好的室溫韌性、極低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度、優(yōu)異的耐點腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕以及焊接前后耐晶間腐蝕的性能。本發(fā)明的高Cr鐵素體不銹鋼的各元素重量百分比為26.5彡Cr ( 28.0， 3. 4 彡 Mo 彡 3. 9，1. 5 彡 Ni 彡 2. 0，C 彡 0. 032，N 彡 0. 028,0. 4 彡 Nb 彡 0. 5，Ti 彡 0. 2， Mn ( 0. 2，Si ( 0. 23，S 彡 0. 0039，P 彡 0. 0083，余量為 Fe。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)進(jìn)一步，所述高Cr鐵素體不銹鋼的Cr元素和Mo元素含量使得所述鐵素體不銹鋼的點蝕指數(shù)(Pitting Resistance Equivalent, PRE)值大于 38.擬6，即PRE = Cr (wt. % ) +3. 3 · Mo (wt. % ) ^ 38. 826本發(fā)明的高Cr鐵素體不銹鋼的制造方法，包含以下工藝步驟(1)依據(jù)下列元素重量百分比熔煉鋼水26. 5彡Cr彡28. 0，3. 4彡Mo彡3. 9， 1. 5 彡 Ni 彡 2. 0，C 彡 0. 032,N ^ 0. 028,0. 4 彡 Nb 彡 0. 5, Ti 彡 0. 2,Mn 彡 0. 2, Si 彡 0. 23， S 彡 0. 0039，P 彡 0. 0083，其余為 Fe,并保證:Cr (wt. % ) +3. 3 · Mo (wt. % ) ^ 38. 826 ；(2)采用連續(xù)鑄造或者模具鑄造的方法制得鑄坯；(3)連鑄坯或者鋼坯經(jīng)過熱修磨后鍛造為規(guī)格尺寸的鋼錠，熱修磨溫度為 600 °C 800 °C ；(4)鋼錠經(jīng)過1080°C 1120°C保溫后進(jìn)行熱軋，終軋溫度范圍控制在950°C 1000°C，熱軋帶冷卻至600°C 700°C后進(jìn)行卷曲；(5)熱軋帶進(jìn)行退火處理，退火溫度為1050°C 1150°C ；(6)去除掉退火態(tài)熱軋帶表面氧化皮后進(jìn)行冷軋；(7)冷軋帶進(jìn)行再結(jié)晶連續(xù)退火；(8)酸洗平整；
(9)焊接(如必要)，焊縫位置必須經(jīng)過退火處理，退火溫度為900°C 1000°C。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)進(jìn)一步，所述步驟(3)中連鑄坯或者鋼坯規(guī)格尺寸為40mmX40mmX 1000mm。進(jìn)一步，所述步驟中1080°C 1120°C保溫時間為30min 60min。進(jìn)一步，所述步驟(5)中退火處理時間為20min 30min。進(jìn)一步，所述步驟(9)中焊縫退火處理時間為IOs 60s。本發(fā)明的有益效果是通過對各關(guān)鍵元素如Cr、Mo、C、N、Nb和Ti等含量以及各加工工藝參數(shù)如連鑄坯熱修磨溫度、熱軋前預(yù)熱溫度、熱軋終軋溫度、連續(xù)退火溫度和熱軋帶卷曲溫度等的合理控制躲開了大量脆性析出物容易產(chǎn)生的敏感溫度區(qū)間，使所述高Cr鐵素體不銹鋼在降低生產(chǎn)成本的前提下，兼具良好的室溫韌性、極低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度和優(yōu)異的耐點腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕以及焊接前后耐晶間腐蝕的性能。


圖1為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼樣品，625合金和825合金不同介質(zhì)條件下的點蝕電位測試結(jié)果圖；圖2為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過950°C時效處理后樣品的顯微組織。圖3為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過1000°C時效處理后樣品的顯微組織。圖4為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過1050°C時效處理后樣品的顯微組織圖5為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過1100°C時效處理后樣品的顯微組織。圖6為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過1150°C時效處理后樣品的顯微組織。圖7為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過950°C時效處理后SEM下樣品內(nèi)部主要第二相的微觀形貌。其中，各標(biāo)號的指代物l_Chi相，2-TiN相，3-Sigma相。圖8為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過950°C時效處理后SEM下樣品內(nèi)部Chi相成分。圖9為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過950°C時效處理后SEM下樣品內(nèi)部TiN相成分。圖10為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過950°C時效處理后SEM下樣品內(nèi)部Sigma 成分；圖11為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過950°C時效處理后TEM下樣品內(nèi)部析出物 Sigma相的微觀形貌和選區(qū)電子衍射花樣。圖12為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過950°C時效處理后TEM下樣品內(nèi)部析出物 Chi相的微觀形貌和選區(qū)電子衍射花樣。圖13為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過950°C時效處理后樣品內(nèi)部大量的析出物。圖14為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼經(jīng)過950°C時效處理后樣品內(nèi)部大量的析出物經(jīng)過1100°C時效處理后已完全固溶。圖15為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼管材焊接態(tài)樣品焊接熱影響區(qū)發(fā)生晶間腐蝕后的表面形貌。圖16為本發(fā)明高Cr鐵素體不銹鋼管材焊接態(tài)樣品焊接熱影響區(qū)發(fā)生晶間腐蝕后的截面形貌。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。通過真空熔煉爐制備了 4種不同成分(表1)的高Cr鐵素體不銹鋼材料。各個成分的高Cr鐵素體不銹鋼樣品的制備經(jīng)過了不同的加工工藝參數(shù)，包括熱修磨溫度、熱軋前加熱溫度、熱軋終軋溫度、卷曲溫度、熱軋帶退火溫度和焊縫熱處理溫度。焊縫熱處理溫度如表10所示，其他溫度參數(shù)如表2所示。表1高Cr鐵素體不銹鋼樣品化學(xué)成分
權(quán)利要求
1.一種高Cr鐵素體不銹鋼，其特征在于，成分重量百分?jǐn)?shù)為26. 5 ^ Cr ^ 28. 0， 3. 4 彡 Mo 彡 3. 9，1. 5 彡 Ni 彡 2. 0，C 彡 0. 032，N 彡 0. 028,0. 4 彡 Nb 彡 0. 5，Ti 彡 0. 2， Mn ( 0. 2，Si ( 0. 23，S 彡 0. 0039，P 彡 0. 0083，余量為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型高Cr鐵素體不銹鋼，其特征在于所述Cr元素和Mo元素含量需滿足公式PRE = Cr (wt. % )+3. 3 - Mo (wt. % )彡38. 826的要求，PRE為鐵素體不銹鋼的點蝕指數(shù)。
3.—種權(quán)利要求1所述的高Cr鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，工藝步驟為(1)依據(jù)下列元素重量百分比熔煉鋼水26.5彡Cr彡觀.0，3. 4彡Mo彡3. 9， 1. 5 彡 Ni 彡 2. 0，C 彡 0. 032,N ^ 0. 028,0. 4 彡 Nb 彡 0. 5, Ti 彡 0. 2,Mn 彡 0. 2, Si 彡 0. 23， S 彡 0. 0039，P 彡 0. 0083，其余為 Fe,并保證:Cr (wt. % ) +3. 3 · Mo (wt. % ) ^ 38. 826 ；(2)采用連續(xù)鑄造或者模具鑄造的方法制得鑄坯；(3)連鑄坯或者鋼坯經(jīng)過熱修磨后鍛造為規(guī)格尺寸的鋼錠，熱修磨溫度為600°C 800 0C ；(4)鋼錠經(jīng)過1080°C 1120°C保溫后進(jìn)行熱軋，終軋溫度范圍控制在950°C 1000°C， 熱軋帶冷卻至600°C 700°C后進(jìn)行卷曲；(5)熱軋帶進(jìn)行退火處理，退火溫度為1050°C 1150°C；(6)去除掉退火態(tài)熱軋帶表面氧化皮后進(jìn)行冷軋；(7)冷軋帶進(jìn)行再結(jié)晶連續(xù)退火；(8)酸洗平整；(9)焊接(如必要)，焊縫位置必須經(jīng)過退火處理，退火溫度為900°C 1000°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟(3)中連鑄坯或者鋼坯規(guī)格尺寸為 40mmX40mmX 1000mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟中1080°C 1120°C保溫時間為 30min 60mino
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟(5)中退火處理時間為20min Omin0
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，步驟(9)中焊縫退火處理時間為 IOs 60so
全文摘要
一種高Cr鐵素體不銹鋼及其制造方法，屬于不銹鋼技術(shù)領(lǐng)域。該不銹鋼成分重量百分?jǐn)?shù)為26.5≤Cr≤28.0，3.4≤Mo≤3.9，1.5≤Ni≤2.0，C≤0.032，N≤0.028，0.4≤Nb≤0.5，Ti≤0.2，Mn≤0.2，Si≤0.23，S≤0.0039，P≤0.0083，其余為Fe，且滿足Cr(wt.％)+3.3·Mo(wt.％)≥38.826。其制造方法包括熔煉，連鑄或模鑄，熱修磨，熱軋并卷曲，連續(xù)退火處理，去除氧化皮，冷軋并退火處理，酸洗平整，焊接。優(yōu)點在于，該高Cr鐵素體不銹鋼具良好的室溫韌性和耐點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕性能。
文檔編號C21D8/02GK102392189SQ20111036387
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者屈華鵬, 康喜范, 楊長強(qiáng), 秦海斌, 榮凡, 郎宇平, 陳海濤 申請人:鋼鐵研究總院