下屈服強(qiáng)度≥810MPa的奧氏體低磁導(dǎo)率鋼及生產(chǎn)方法
【專(zhuān)利摘要】下屈服強(qiáng)度≥810MPa的奧氏體低磁導(dǎo)率鋼，其組分及重量百分比含量為：C：0.11%～0.13%,Si:0.35%～0.49%,Mn:18.50%～21.50%,P<0.020%,S≤0.015%,Ti:1.15%～2.55%；其生產(chǎn)步驟：電爐冶煉，并經(jīng)鋼包精煉及真空處理；底澆模鑄成坯；對(duì)模鑄坯加熱；軋制；快速冷卻至室溫；回火處理。本發(fā)明化學(xué)成分簡(jiǎn)單，工藝參數(shù)易控制，成本低廉，適宜規(guī)模生產(chǎn)；具有低磁性，且強(qiáng)度高，即鋼板下屈服強(qiáng)度ReL≥810MPa，相對(duì)磁導(dǎo)率不大于1.005；用于制造的變壓器、發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備體積小、效率高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】下屈服強(qiáng)度& 81 OMPa的奧氏體低磁導(dǎo)率鋼及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)低磁鋼及生產(chǎn)方法，具體地屬于一種適用于變壓器、發(fā)電機(jī)、核電等制造工程的下屈服強(qiáng)度≥SlOMPa的奧氏體低磁導(dǎo)率鋼及生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣輪發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)、變壓器拉板、核電護(hù)環(huán)均由低磁鋼制造，低磁鋼也是超導(dǎo)儲(chǔ)能設(shè)備、磁流體發(fā)電設(shè)備、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)輸電和電磁推進(jìn)船等必不可少的結(jié)構(gòu)材料。隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，低磁鋼材的需求量越來(lái)越大。目前廣泛使用的低磁高錳鋼系列如20Mn23AlV等，雖然磁導(dǎo)率相對(duì)較低，但因強(qiáng)度較低，屈服強(qiáng)度僅為237MPa，故鋼板厚度就會(huì)增加，導(dǎo)致制造難度加大，電機(jī)體積很大，運(yùn)輸難度加大。還由于高錳低磁鋼中添加了較多的Al，不僅生產(chǎn)難度增加，而且還提高了制造成本，還容易造成鋼板缺陷，使鋼板成材率底。
[0003]在本申請(qǐng)之前，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01110329175.3的專(zhuān)利文獻(xiàn)，公布了“一種低相對(duì)磁導(dǎo)率的熱軋帶鋼及其制備方法”，其室溫屈服強(qiáng)度大于或等于400MPa，抗拉強(qiáng)度大于或等于750MPa，斷后伸長(zhǎng)率大于或等于66%，相對(duì)磁導(dǎo)率小于或等于1.002。制備方法為:按設(shè)定成分冶煉鋼水并鑄成鑄坯，加熱后進(jìn)行粗軋獲得中間坯，精軋后帶鋼厚度為2~14mm，冷卻后的鋼卷經(jīng)過(guò)固溶處理和時(shí)效處理后獲得成品熱軋帶鋼。該熱軋帶鋼的成分按重量百分比為:C:0.25 ~0.35%, Si:0.5 ~0.6%、Mn:25 ~26%、Al:3.8 ~4.2%、V:
0.06~0.1%、P:0.02~0.03%、S:0.02~0.03%。該熱軋帶鋼的金相組織為晶粒尺寸為20~25 μ m的奧氏體。其存在的不足在于化學(xué)成分中添加了含量高達(dá)3.8~4.2% AL，生產(chǎn)過(guò)程中易產(chǎn)生氧化，表面質(zhì)量差，易形成裂紋，降低鋼材成材率，增加生產(chǎn)成本；另一方面，生產(chǎn)方法中需要固溶處理，消耗了能源，增加了生產(chǎn)成本。
[0004]另一項(xiàng)中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01210222982.X的專(zhuān)利文獻(xiàn)，公開(kāi)了 “一種含鈮高錳無(wú)磁鋼及其制備方法”，其成分按質(zhì)量百分比計(jì)為:Mn:10%~15%、C:0.8%~1.2%、S1:0.3%~
0.5%、P:<0.008%、S:<0.005%、Nb:0.01~0.02，其余為Fe。含鈮高錳無(wú)磁鋼制備步驟為:冶煉、鍛造、熱軋和水韌處理，熱軋板在加熱爐中1000°c保溫15min后水淬。可得到900~IlOOMPa的抗拉強(qiáng)度以及50~60%的延伸率，洛氏硬度15-22HRC，磁導(dǎo)率小于1.0002。其不足在于鋼中C含量過(guò)高，生產(chǎn)過(guò)程中易產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物，易脆。另外，制造過(guò)程中需要鍛造，增加了生產(chǎn)工序，降低了生產(chǎn)效率，增加制造成本，不是一種廉價(jià)的無(wú)磁鋼。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01110054633.7的專(zhuān)利文獻(xiàn)，公開(kāi)了“一種鉆具用無(wú)磁鋼及其制備方法”，其化學(xué)成分按重量百分比含有C:0.30~0.40%，Si≤0.8%，Mn:7.0~
9.0%，P ≤0.06%，S ≤ 0.01%，Cr:3.0 ~4.0%，N1:8.0 ~10.0%，V:1.0 ~1.5%，其余量為鐵，及其采用固溶時(shí)效熱處理強(qiáng)化工藝的制備方法。其存在的不足在于化學(xué)成分中添加了較高含量的N1、Cr、V等，而廉價(jià)的Mn含量則較少，成本十分昂貴，大幅度增加了生產(chǎn)難度和成本。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的合金元素多，成本高、力學(xué)性能較低、工藝相對(duì)復(fù)雜的不足，提供一種合金元素少，工藝較簡(jiǎn)單，成本低廉，鋼板下屈服強(qiáng)度ReL ^ 810MPa，相對(duì)磁導(dǎo)率不大于1.005的奧氏體低磁導(dǎo)率鋼及生產(chǎn)方法。
[0007]實(shí)現(xiàn)上述目的的措施:
下屈服強(qiáng)度≥81OMPa的奧氏體低磁導(dǎo)率鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.11%~
0.13%, S1: 0.35% ~0.49%, Mn: 18.50% ~21.50%, P<0.020%, S ( 0.015%, T1:
1.15%~2.55%，余量Fe和不可避免的雜質(zhì)；金相組織為全奧氏體，鋼板下屈服強(qiáng)度ReL≥810MPa，相對(duì)磁導(dǎo)率不大于1.005。
[0008]生產(chǎn)下屈服強(qiáng)度≥800MPa的奧氏體低磁導(dǎo)率鋼的方法，其步驟:
O電爐冶煉，并經(jīng)鋼包精煉及真空處理；
2)進(jìn)行底澆模鑄成坯；
3)對(duì)模鑄坯加熱，加熱溫度為1250~1350°C，并在此溫度下保溫4~6個(gè)小時(shí)；
4)進(jìn)行軋制:控制開(kāi)軋溫度在1180~1220°C，控制終軋溫度在1050~1130°C；
5)在冷卻速度為30~100°C/min下快速冷卻至室溫；
6)進(jìn)行回火處理，回火溫度為600~680°C，回火時(shí)間為2~5個(gè)小時(shí)。
[0009]本發(fā)明中各元素及主要工序的作用
C，設(shè)定范圍為0.11%~0.13%。C與Fe生成有限溶解的奧氏體相區(qū)，確保本申請(qǐng)的全奧氏體組織，利于低磁性能。一方面，C以間隙固溶的方式提高鋼的強(qiáng)度，效果顯著；另一方面，加入鋼中C與合金元素Ti在回火過(guò)程中反應(yīng)生成TiC，對(duì)奧氏體基體形成彌散強(qiáng)化作用，增加鋼的強(qiáng)度。若C含量低于0.11%，難于達(dá)到本申請(qǐng)鋼種的強(qiáng)度指標(biāo)，若C含量高于
0.13%,則易產(chǎn)生碳化物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鋼板脆化傾向明顯。
[0010]Si，設(shè)定范圍是0.35%~0.49%，是一種經(jīng)濟(jì)的置換固溶強(qiáng)化元素，加入鋼中可顯著提高鋼的屈服強(qiáng)度，有利于提高鋼的高溫強(qiáng)度，但過(guò)多地加入Si會(huì)使鋼的韌性，尤其使低溫韌性明顯降低；低于0.35%，強(qiáng)化效果不明顯。
[0011]Mn，設(shè)定含量范圍為18.5%~21.5%。Mn與鐵生成無(wú)限互溶的奧氏體相區(qū)，屬于擴(kuò)大奧氏體相變區(qū)域的合金元素，能夠很好地穩(wěn)定奧氏體組織，有效地抑制奧氏體相變，保證鋼板的低磁性。Mn含量低于18.5%，在生產(chǎn)過(guò)程中易形成一定數(shù)量的鐵素體，增加鋼板的磁性性能，不能達(dá)到本申請(qǐng)的低磁鋼的性能指標(biāo)，本申請(qǐng)Mn含量上限設(shè)定21.5%，已經(jīng)足夠使鋼板形成完全奧氏體組織，能夠保證本申請(qǐng)低磁性能要求,添加高于21.5%的Mn含量屬于不必要的浪費(fèi)，增加了制造成本。
[0012]Ti，設(shè)定范圍為1.15%~2.55%。Ti與鋼中C形成析出相TiC，可抑制位錯(cuò)的滑移，還可以抑制晶界的移動(dòng)速率，提高鋼的高溫強(qiáng)度。Ti還可與鋼中殘余O反應(yīng)生產(chǎn)納米級(jí)的顆粒Ti203、Ti205，這些顆粒分解溫度很高，同樣可以抑制晶界的遷移速率，提高鋼的強(qiáng)度。固溶的Ti可以提高鋼的屈服強(qiáng)度，Ti含量低于1.15%，不能夠與C反應(yīng)生產(chǎn)足夠數(shù)量的TiC強(qiáng)化奧氏體基體，鋼板的強(qiáng)度難于得到保障，Ti含量高于2.55%易脆化鋼板。
[0013]P、S是鋼中有害的雜質(zhì)元素，鋼中P雖然可大幅度提高強(qiáng)度，但易在鋼中形成偏析，降低鋼的韌性。S易形成塑性硫化物，易使鋼板產(chǎn)生分層，故P、s含量越低越好，但若將其含量限定得過(guò)低，會(huì)增加生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)成本，因此在不影響韌性及焊接性能的前提下，將鋼得P、S含量分別限定在<0.020%及<0.015%常規(guī)范圍。
[0014]以下簡(jiǎn)述生產(chǎn)方法所依據(jù)的原理:
鋼水采用電爐冶煉，一般地，電爐+模鑄，工序簡(jiǎn)明流暢，生產(chǎn)成本低。采用鋼包爐精煉，目的在于除去鋼中有害氣體N、H、O等，得到純凈鋼水。真空系統(tǒng)循環(huán)進(jìn)一步去除雜質(zhì)和氣體，采用底澆模鑄，上部采用保護(hù)渣覆蓋，隔離鋼水與空氣接觸，目的在于避免鋼水氧 化，尤其要防止鋼中游離Ti發(fā)生氧化。軋制過(guò)程:模鑄坯加熱溫度:1250~1350°C，該溫度范圍比一般結(jié)構(gòu)鋼燒鋼溫度高50°C左右，目的在于充分燒透鑄坯，并均勻化。將本申請(qǐng)鋼坯燒透需要足夠的時(shí)間，經(jīng)試驗(yàn)，保溫時(shí)間4~6小時(shí)即可將本申請(qǐng)鋼坯燒透。開(kāi)軋溫度1180~1220°C，由于本申請(qǐng)屬于高錳高合金鋼種，在軋制過(guò)程中易產(chǎn)生加工硬化，若開(kāi)軋溫度低于1180°C，則導(dǎo)致后續(xù)軋制因加工硬化而難于實(shí)現(xiàn)。終軋溫度控制在1050~1130°C，即在奧氏體區(qū)域完成軋制。軋后澆水快冷至室溫，冷卻速率控制在30~100°C，將在奧氏體區(qū)域完成軋制的全奧氏體組織經(jīng)過(guò)快速冷卻保持到室溫。鋼板經(jīng)600~680°C回火處理2~5小時(shí)，目的在于使鋼中TiC第二相出發(fā)析出，強(qiáng)化奧氏體基體，保證鋼板下屈服強(qiáng)度ReL<810MPa，且相對(duì)磁導(dǎo)率不大于1.005。 [0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比:
1.化學(xué)成分簡(jiǎn)單，生產(chǎn)工藝過(guò)程容易操作，工藝參數(shù)容易控制，成本低廉，效率高，適宜規(guī)模生產(chǎn)。
[0016]2.具有低磁性，且強(qiáng)度高，即鋼板下屈服強(qiáng)度ReL<810MPa，相對(duì)磁導(dǎo)率不大于1.005 ;用于制造的變壓器、發(fā)電機(jī)等，制造的電力設(shè)備體積小，效率高，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效
益顯著。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]附圖為本發(fā)明的金相組織圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述:
表1為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的取值列表；
表2為本發(fā)明各實(shí)施例及對(duì)比例的主要工藝參數(shù)及性能列表。
[0019]本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn):
其步驟:
O電爐冶煉，并經(jīng)鋼包精煉及真空處理；
2)進(jìn)行底澆模鑄成坯；
3)對(duì)模鑄坯加熱，加熱溫度為1250~1350°C，并在此溫度下保溫4~6個(gè)小時(shí)；
4)進(jìn)行軋制:控制開(kāi)軋溫度在1180~1220°C，控制終軋溫度在1050~1130°C；
5)在冷卻速度為30~100°C/min下快速冷卻至室溫；
6)進(jìn)行回火處理，回火溫度為600~680°C，回火時(shí)間為2~5個(gè)小時(shí)。
[0020]以下各實(shí)施例的保溫時(shí)間及回火時(shí)間可在所限定的時(shí)間范圍內(nèi)任意確定。
[0021]表1.本發(fā)明各實(shí)施例與比較鋼化學(xué)成分
【權(quán)利要求】
1.下屈服強(qiáng)度≥SlOMPa的奧氏體低磁導(dǎo)率鋼，其組分及重量百分比含量為:C:0.11% ~0.13%, S1: 0.35% ~0.49%, Mn: 18.50% ~21.50%, P〈0.020%, S≤0.015%,T1: 1.15%~2.55%,余量Fe和不可避免的雜質(zhì)；金相組織為全奧氏體，鋼板下屈服強(qiáng)度ReL≥810MPa，相對(duì)磁導(dǎo)率不大于1.005。
2.生產(chǎn)如權(quán)利要求1所述的下屈服強(qiáng)度≥800MPa的奧氏體低磁導(dǎo)率鋼的方法，其步驟: O電爐冶煉，并經(jīng)鋼包精煉及真空處理； 2)進(jìn)行底澆模鑄成坯； 3)對(duì)模鑄坯加熱，加熱溫度為1250~1350°C，并在此溫度下保溫4~6個(gè)小時(shí)； 4)進(jìn)行軋制:控制開(kāi)軋溫度在1180~1220°C，控制終軋溫度在1050~1130°C； 5)在冷卻速度為30~100°C/min下快速冷卻至室溫； 6)進(jìn)行回火處理，回火溫度為600~680°C，回火時(shí)間為2~5個(gè)小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C21D8/02GK103469069SQ201310400642
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】陳顏堂, 宋暢, 郭斌 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司