專利名稱：一種軟態奧氏體不銹鋼及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種不銹鋼，特別涉及一種軟態奧氏體不銹鋼及其制備方法，該方法可以有效地控制氮含量。該不銹鋼具有優良的成型性能，還具有良好的耐腐蝕性能，除了可以替代現有的使用材料，還可用于對材料成型性能，尤其是多道次成型要求較高的領域。
背景技術：
18-8系列奧氏體不銹鋼，如SUS304、SUS304L,在高低溫下都具有良好的耐腐蝕性能、力學性能、成型性能和焊接性能而被廣泛用于化工、能源、工程機械、廚具、制品等各個領域。由于其為亞穩定奧氏體組織，在加工變形的過程中會產生馬氏體，從而可以通過冷加工硬化來提高強度，這也是該類奧氏體不銹鋼的優點之一，但通過該方法提高強度的同時會導致材料的硬度變大，塑性降低，甚至產生脆性，不利于材料的深加工變形。改善該問題的一個可行方法是增加奧氏體形成元素的含量，如Ni、N、C。除了增加Ni外，其它元素的增加雖然穩定了奧氏體組織，但由于N、C皆為強化元素，少量的加入就會產生明顯的由于冷加工變形導致的加工硬化，從而也不利于材料的深加工變形。銅是顯著提高各類奧氏體不銹鋼冷成型性的重要元素，其加入到奧氏體不銹鋼中可以顯著降低奧氏體不銹鋼的強度和冷加工硬化傾向，改善鋼的塑性，如專利US444588A加入1. 4-2. 0%銅的目的之一就是提高其冷加工性能，但銅的加入會降低奧氏體不銹鋼的熱加工性能，同時在高溫下使用時會析出富銅的ε金屬間化合物，影響其耐腐蝕性能。解決該類問題的另一個可行方式是獲得穩定的奧氏體組織，且同時使鋼質較軟， 不易產生加工硬化。專利US4784828A公開了一種低碳氮、切削性能良好的奧氏體不銹鋼， 其公開的專利成分如下:C+N ( 0. 065%, Cr :16-30%, Ni :5-26%, S :0. 10-0. 45%, Mn 0. 75-2. 0%,Si彡1%,P彡0. 20%,Mo彡1. 0%,Cu彡1. 00，余為鐵和不可避免的雜質。但是，其深加工性能和耐腐蝕性能等方面仍需要進一步改進。目前還需要一種具有良好的深加工性能和優異的耐腐蝕性能的奧氏體不銹鋼。

發明內容
本發明的目的在于提供一種軟態奧氏體不銹鋼板材，該奧氏體不銹鋼除了具有良好的深加工性能外，還具有優異的耐腐蝕性能。特別希望該不銹鋼板材可應用于304L奧氏體不銹鋼應用的任何領域，除此之外還特別適用于對成型性能和耐腐蝕性能要求較高的領域。為了實現上述目的，本發明提供了一種奧氏體不銹鋼板材，其質量百分比組成為 C 彡 0. 025%, N 彡 0. 020%, Ti 彡 6C, Ni :10. 00-12. 00%, Cr :18. 00-19. 00%, Mn 彡 2%, Si彡0. 40%, S彡0. 015%, P彡0. 045%，余量為!^e和不可避免的雜質。所述奧氏體不銹鋼，在鑄態的高溫鐵素體δ含量小于5質量％。本發明的另一個目的是提供一種上述鋼的氮含量控制方法，該方法包括如下步驟
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兩步法冶煉，即EAF+A0D+LF工藝，首先通過EAF熔化廢鋼和合金原料，然后在AOD 精煉工位進行脫碳脫氮，并進行合金成分微調，最后在LF進行喂絲，并使溫度滿足澆鑄工藝要求，然后連鑄成板坯，具體特點體現為1)精煉工位還原結束后進行扒渣，扒渣后每噸鋼液加入石灰和螢石進行二次造渣，N含量控制在0. 015-0. 025% ；2) 二次造渣后，在鋼液中加入Tii^e粉(例如，每噸鋼液3-10Kg)；3)出鋼后加入低碳合成渣進行換渣操作，進一步吸收TiN夾雜；4)在鋼液到LF精煉爐精煉時，可任選添加一定量的Tii^e絲，保證滿足Ti彡6C， 并攪拌后進行澆鑄，澆鑄后成品氮含量可控制小于0. 020%。本發明通過在普通304L奧氏體不銹鋼基礎上，優化成分為0.025 %， N 彡 0. 020%, Ti 彡 6C, Ni :10. 00—12. 00%, Cr :18. 00—19. 00%, Mn ^ 2%, Si ^ 0. 40%, S^O. 015%,P^O. 045%，通過調整Ni、Cr當量形成元素且使鑄態奧氏體不銹鋼中的高溫鐵素體δ含量小于5%，使得本發明的奧氏體不銹鋼除了具有良好的深加工性能外，還具有優異的耐腐蝕性能，可應用于304L奧氏體不銹鋼應用的任何領域，而且還特別適用于對成型性能和耐腐蝕性能要求較高的領域。本發明特殊的氮含量控制方法，精煉工位還原結束后進行扒渣，扒渣后鋼液加入石灰和螢石進行二次造渣，N含量控制在0. 015-0. 025%;二次造渣后每噸鋼液加入70%以上純度Tii^e粉3-10Kg至出鋼鋼包；出鋼后加入低碳合成渣進行換渣操作，進一步吸收TiN夾雜；在鋼液到LF精煉爐精煉時，可添加一定量的TWe絲， 保證滿足Ti ^ 6C，并攪拌后進行澆鑄，澆鑄后成品氮含量可控制在0. 020%以下。
具體實施例方式以下對本發明進行較為詳細的說明。本發明中，除非另有指明，含量均是質量百分比含量。為了實現本發明的目的，提供軟態奧氏體不銹鋼板材，該奧氏體不銹鋼除了具有良好的深加工性能外，還具有優異的耐腐蝕性能，可應用于304L奧氏體不銹鋼應用的任何領域，而且還特別適用于對成型性能和耐腐蝕性能要求較高的領域，本發明的奧氏體不銹鋼中各元素含量控制如下碳在奧氏體不銹鋼中是強烈形成并穩定奧氏體及擴大奧氏體區的元素，因此碳對形成奧氏體組織起著極其重要作用，但碳含量過高時，會導致碳化物Cr23C6析出，降低奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕性能和耐點蝕性能，此外還會導致材料的加工硬化，從提高材料耐蝕和降低加工硬化角度考慮，其含量越低越好，但碳含量控制過低會明顯增加冶煉工序成本，因此可通過添加微量鈦元素來固化鋼中的碳含量，防止鋼中形成鉻碳化合物而引起的晶界貧鉻現象，從而導致的耐蝕性能下降，特別是晶間腐蝕性能的降低，因此在本發明中將碳含量< 0. 025% ；優選地，碳含量< 0. 020%，更優選碳含量為0. 011-0. 020%。氮是強烈形成并穩定奧氏體且擴大奧氏體區的元素，但在奧氏體不銹鋼中，氮是明顯的加工硬化元素，其產生的冷加工硬化作用非常明顯，這種冷加工硬化不利于材料的深加工，尤其是多道次深加工變形。此外由于本發明合金成分中添加了微量的鈦元素，若氮含量過高會造成澆鑄過程中產生TiN夾雜從而造成連鑄坯表面形成大量的缺陷，或者甚至堵塞水口導致難以澆鑄，因此從降低材料加工硬化和提高連鑄坯表面質量角度考慮，其含量越低越好，因此本發明鋼中氮含量< 0. 02%，優選地，N 0. 009-0. 02%。Ti作為不銹鋼中強烈形成碳、氮化合物的穩定化元素，主要用于防止鋼中鉻與碳結合形成鉻碳化合物而引起的晶間貧鉻，從而導致耐蝕性下降，但鈦的加入會與不銹鋼中的氮形成TiN化合物，從而影響鋼材的表面質量和內在質量；在冶煉的過程中加入鈦，其形成的TiN會在攪拌的過程中上浮，從而一定程度上降低鋼液中的氮含量，本發明從固化碳元素的角度出發，將成品控制為Ti ^ 6C。其它元素的控制主要是參考304的合金成分體系來設計的，其中Cr、Ni含量的確定主要是在304不銹鋼的基礎上滿足其Ni、Cr當量比的要求，而S、P為雜質元素，要求盡量低。Mn為脫氧劑產物，也是不可避免的。優選地，本發明中Cr 18. 00-19. 00，更優選地，Cr :18. 00-18. 50% ；Ni 10. 00-12. 00%，優選地，Ni :10. 00-11· 20% ；Mn <= 2%，優選地，Mn <= 1. 5%，更優選地，Mn 1. 0-1. 5% ；Si <= 0. 40%，優選地，Si 0. 30-0. 40% ；S <= 0. 015%，優選地，S <= 0. 005% ；P <= 0. 045%，優選地，P <= 0. 030%。由于奧氏體不銹鋼中的鐵素體含量越高，說明其越不穩定，在冷加工變形的過程中越易產生馬氏體相變，從而影響其冷加工性能，尤其是多道次冷加工變形。因此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5%，主要是為了保證材料中奧氏體組織的穩定性，使其在冷加工變形的過程中不會產生過多的由于馬氏體導致的加工硬化。傳統奧氏體不銹鋼脫氮主要是通過氬氧脫氣爐AOD的全程吹氬，利用氬氣氣泡精煉理論來脫除一部分氮含量，實現鋼液中氮含量的降低，AOD扒渣后出鋼至LF精煉，然后澆鑄，而本發明考慮到AOD脫氮能力的有限以及AOD到LF過程中的增氮現象，因此在 AOD工位還原結束后進行扒渣，扒渣后鋼液加入石灰和螢石進行二次造渣，N含量控制在 0. 015-0. 025%;二次造渣后每噸鋼液加入70%純度Tii^e粉3_10Kg至出鋼鋼包；出鋼后加入低碳合成渣進行換渣操作，進一步吸收TiN夾雜；然后帶渣出鋼至LF ；在鋼液到LF精煉爐精煉時，可添加一定量的TWe絲，保證滿足Ti > 6C，并攪拌后進行澆鑄，澆鑄后成品氮含量可控制在0. 020%以下；AOD還原結束后進行兩次扒渣，主要是為了更好去除鋼液中的夾雜物，純凈鋼液， 為后續的降低氮含量打下良好的基礎；二次造渣后每噸鋼液加入70%以上純度Tii^e粉3_10Kg至出鋼鋼包，且出鋼后加入低碳合成渣進行換渣操作，主要是通過加入含鈦合金使其與鋼液中的氮含量形成TIN夾雜物，提前中和部分氮含量，而這些氮化物夾雜可以通過上浮被保護渣所吸收，出鋼后加入的低碳合成渣也是為了更好的吸收TiN夾雜，避免TiN夾雜留存于鋼液中，降低鋼液中的氮
含量；帶渣出鋼主要是為了避免鋼包中的鋼液暴露于大氣中，保護渣可以起到隔絕空氣的作用，降低鋼液中的增氮現象。在鋼液到LF精煉爐精煉時，可添加一定量(如70%以上純度，40_250Kg)的Tii^e 絲，其作用主要是為了更好地固化合金中的碳含量，避免碳鉻化合物形成而影響其腐蝕性能。具體地，本發明通過在普通304L奧氏體不銹鋼基礎上，將碳含量控制為小于 0. 025%，氮含量控制在0. 020%以下，從而降低由于強化元素導致的冷加工硬化現象，通過調整Ni、Cr當量形成元素且使鑄態奧氏體不銹鋼中的高溫鐵素體δ含量小于5%，從而降低由于冷加工硬化過程中形成的馬氏體導致的加工硬化，將Ti含量控制為Ti ^ 6C，主要是為了保證其優良的耐腐蝕性能，且采用了特殊的氮含量控制方法，即精煉工位還原結束后進行扒渣，扒渣后進行二次造渣，N含量控制在0.015-0. 025% ；二次造渣后每噸鋼液加入 70%純度TWe粉3-10Kg至出鋼鋼包；出鋼后加入低碳合成渣進行換渣操作，進一步吸收 TiN夾雜；在鋼液到LF精煉爐精煉時，可添加一定量(如70%以上純度，40-250Kg)的Tii^e 絲，保證滿足Ti ^ 6C，并攪拌后進行澆鑄，澆鑄后成品氮含量可控制在0. 020%以下；通過上述成分的優化和控氮工藝方案的采用，獲得了一種軟態奧氏體不銹鋼。本發明所獲得的奧氏體不銹鋼板材，材質較軟，塑韌性較好，成型性能優異，還具有良好的耐蝕性。相比于常規產品304L板材，本發明所制備的奧氏體不銹鋼板材，最終產品具有更優良的塑韌性，且材料具有良好的耐腐蝕性能。實施例1-4根據本發明所述的奧氏體不銹鋼成分，見表1，采用電爐+A0D+LF熔煉，精煉工位還原結束后進行扒渣，扒渣后進行二次造渣，N含量控制在0.015-0. 025% ；二次造渣后每噸鋼液加入70%純度Tii^e粉3-10Kg至出鋼鋼包；出鋼后加入低碳合成渣進行換渣操作，在鋼液到LF精煉爐精煉時，添加70%純度的Tii^e絲40-250Kg，將Ti含量控制在 0. 10-0. 25%，并攪拌后澆鑄為200mm厚連鑄坯，澆鑄后成品氮含量控制在0. 020%以下；連鑄坯經過加熱、軋制后酸洗得到3-60mm厚板材；為了對比，對目前通用的304L (對比例1)也進行了 EAF+A0D+LF冶煉，經過熱軋酸洗后發現該類鋼由于馬氏體形變和強化元素C、N導致的加工硬化現象非常明顯，如其Md30 明顯高于本發明成分，同時冶煉了一爐和本發明成分很接近的奧氏體不銹鋼，但由于在冶煉環節未采用本發明所描述的控氮方法，發現成品氮含量明顯增加，鋼板表面存在氮化物夾雜缺陷。Md30為奧氏體穩定性度量指標，是影響奧氏體不銹鋼冷加工性能的一個重要指標，其中Md30越小，表明奧氏體相越穩定。低的Md30值說明奧氏體組織在變形過程中比較穩定，即在材料的冷加工或成型時，尤其是多工序的冷加工和成型過程中，一定程度上避免了由于上工序加工硬化導致的成型性能惡化。其中Md30采用如下計算公式Md30 = 497-462 (C% +N% )-9. 2Si% -8. IMn% -13. 7Cr% _20Ni%。試驗例1 力學性能按照GB/T 228-2002方法測定本發明實施例鋼的力學性能，如屈服強度RpO. 2、抗拉強度Rm和延伸率A50，其結果見表2。表1實施例成分和對比例成分(質量百分比％，余量為鐵及不可避免雜質元素)
權利要求
1.一種奧氏體不銹鋼板材，其質量百分比組成為c ≤ 0. 025 %, N≤O. 020 %, Ti ≤ 6C, Ni 10. 00-12. 00%, Cr :18. 00—19. 00%, Mn ≤ 2%, Si ≤ 0. 40%, S ≤ 0. 015%, P≤O. 045%，余量為Fe和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，所述奧氏體不銹鋼，在鑄態的高溫鐵素體δ含量小于5質量％。
3.如權利要求1或2所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，C^O.020質量％。
4.如權利要求1-3任一所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，C:0. 011-0. 020質量％。
5.如權利要求1-4任一所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，N0. 009-0. 02質量％。
6.如權利要求1-5任一所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，Ni10. 00-11. 20質量％。
7.如權利要求1-6任一所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，Cr18. 00-18. 50質量％。
8.如權利要求1-7任一所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，Mn≤ 1. 5質量％。
9.如權利要求1-8任一所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，Mn1. 0-1. 5質量％。
10.如權利要求1-9任一所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，Si:0. 30-0. 40質量％。
11.如權利要求1-10任一所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，S≤0. 005質量％。
12.如權利要求1-11任一所述的奧氏體不銹鋼板材，其特征在于，P≤O.030質量％。
13.如權利要求1-12任一所述的奧氏體不銹鋼板材的制造方法，包括如下步驟首先通過EAF熔化廢鋼和合金原料，然后在AOD精煉工位進行脫碳脫氮，并進行合金成分微調，最后在LF進行喂絲，并使溫度滿足澆鑄工藝要求，然后連鑄成板坯，其中1)精煉工位還原結束后進行扒渣，扒渣后加入石灰和螢石進行至少二次造渣，將N含量控制在0. 015-0. 025質量％ ；2)至少二次造渣后，向鋼液中加入TWe粉；3)出鋼后加入低碳合成渣進行換渣操作，進一步吸收TiN夾雜；4)在鋼液到LF精煉爐精煉時，任選添加TWe絲，使Ti>6C，并攪拌后進行澆鑄，澆鑄后的成品氮含量< 0. 020%。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，扒渣后加入石灰和螢石進行二次造渣，將 N含量控制在0. 015-0. 025質量％。
15.如權利要求13或14所述的方法，其特征在于，所加的TWe粉的純度為70%以上。
16.如權利要求13-15任一所述的方法，其特征在于，所加的Tii^e粉量為每噸鋼液 3-10Kg。
17.如權利要求13-16任一所述的方法，其特征在于，任選添加的Tii^e粉的量為每噸鋼液 40450Kg。
全文摘要
本發明涉及一種軟態奧氏體不銹鋼，其質量百分比組成為C≤0.025％，N≤0.020％，Ti≥6C，Ni10.00-12.00％，Cr18.00-19.00％，Mn≤2％，Si≤0.40％，S≤0.015％，P≤0.045％，余量為Fe和不可避免的雜質。所述奧氏體不銹鋼，在鑄態的高溫鐵素體δ含量小于5％。本發明還涉及軟態奧氏體不銹鋼的制造方法，包括精煉工位還原結束后進行扒渣，扒渣后每噸鋼液加入石灰和螢石進行至少二次造渣，N含量控制在0.015-0.025％；二次造渣后每噸鋼液加入TiFe粉至出鋼鋼包；出鋼后加入低碳合成渣進行換渣操作，進一步吸收TiN夾雜；在鋼液到LF精煉爐精煉時，可添加一定量的TiFe絲，使Ti≥6C，攪拌后進行澆鑄，澆鑄后成品氮含量≤0.020％。本發明的軟態奧氏體不銹鋼板材可應用于對成型性能和耐腐蝕性能要求較高的領域。
文檔編號C21C7/076GK102560285SQ20121005021
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月29日 優先權日2012年2月29日
發明者劉尚潭, 莊偉 , 淮凱文, 羅明, 陸斌 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司