高强度含钒高锰无磁钢及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强度含钒高锰无磁钢及其生产方法，该钢的化学成份按重量百分数计为：C：0.15～0.25％，Si：0.2～0.4％，Mn：18～20％，P≤0.015％，S≤0.010％，V：0.5～1.0％，其余为Fe及不可避免的夹杂。该钢的生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括电炉冶炼、钢包炉精炼、真空处理、底浇模铸、铸坯加热、轧制、回火处理、空冷的步骤。该钢的屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥700MPa，延伸率A≥40％，相对磁导率μ≤1.05，适合变压器、发电机等设备的制造。同时，该钢化学成分简单，成本低廉，且易于生产操作，生产效率高，具有显著的经济效益和社会效益。
【专利说明】高强度含钒高锰无磁钢及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明属钢铁冶炼【技术领域】，特别涉及一种适用于变压器、发电机、核电等工程所 需的高强度含钒高锰无磁钢及其生产方法。
【背景技术】
[0002] 无磁钢指的是在磁场中不产生磁感应的钢，其组织主要为奥氏体，磁导率 μ <1.29X10_6H/m。无磁钢的用途非常广泛，在自动控制系统、精密仪表、电讯和电机中， 以及许多军事领域中都需要采用无磁钢。随着社会的进步和经济的发展，对高性能无磁钢 的需求日益增加。目前广泛使用的无磁钢主要为20Mn23AlV系列，其磁导率相对较低，但屈 服强度较低，与Q235钢强度级别相同，往往需要通过提高钢板厚度来满足使用要求，一方 面增加了生产难度，同时加大了钢材用量，有悖当前"高强减薄"主流用钢趋势。
[0003] 在本发明申请之前，申请号为201110329175. 3的中国专利公布了"一种低相对磁 导率的热轧带钢及其制备方法"，该热轧带钢的成分按重量百分比为：C :0. 25?0. 35%， Si :0· 5 ?0· 6 %，Μη :25 ?26 %，A1 :3· 8 ?4. 2 %，V :0· 06 ?（λ 1 %，P :0· 02 ?0· 03 %， S :0.02?0.03 %，其余为Fe ;该钢的金相组织为晶粒尺寸为20 μ m的奥氏体。其制备方法 为：按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，加热后进行粗轧获得中间坯，精轧后带钢厚度为2? 14mm，冷却后的钢卷经固溶处理和实效处理后获得成品热轧带钢。该钢的综合性能较优， 其室温屈服强度彡400MPa，抗拉强度彡750MPa，断后伸长率彡66%，相对磁导率彡1. 002 ; 但是该项专利技术的不足在于化学成分中添加了约为3. 8?4. 2% A1含量，较高的A1含 量在生产过程中易产生氧化，表面质量差，易形成裂纹，降低钢材成材率，增加生产成本，且 需水韧处理，生产过程复杂。申请号为201210222982. X的中国专利公布了 "一种含铌高 锰无磁钢及其制备方法"，其成分按质量百分比计为：Mn :10?15%、C :0. 8?1. 2%、Si : 0· 3?0· 5%、P〈0. 008%、S〈0. 005%、Nb :0· 01?0· 02%，其余为Fe ;该含铌高锰无磁钢制 备步骤为：冶炼、锻造、热轧和水韧处理，热轧板在加热炉中KKKTC保温15min后，水淬，得 至1』900?11001^的抗拉强度以及50?60%的延伸率，洛氏硬度15?22服(：，磁导率小 于1.0002。该钢的抗拉强度较高，但是其不足在于钢中C含量过高，生产过程中易产生网 状碳化物，易脆，且需水韧处理，生产过程复杂。申请号为201110054633. 7的中国专利公 布了"一种钻具用无磁钢及其制备方法"，其化学成分按重量百分比含有C:0. 30?0. 40%， Si 彡 0· 8%，Μη:7· 0 ?9· 0%，P 彡 0· 06%，S 彡 0· 01%，Cr:3. 0 ?4. 0%，Ni:8. 0 ?10. 0%， V:1.0?1.5%，其余为铁，该钢通过采用固溶时效热处理强化工艺的制备方法。该项专利 技术的不足在于化学成分中添加了较高含量的Ni，大大增加了生产成本。
[0004] 因此急需开发高强度、综合性能优良的无磁钢，以满足社会发展的需求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种低成本、易于生产的高强度 含钒高锰无磁钢及其生产方法，该钢的屈服强度> 500MPa，抗拉强度> 700MPa，延伸率 A彡40 %，相对磁导率μ彡L 05。
[0006] 为实现上述目的，本发明所设计的高强度含钒高锰无磁钢，其化学成份按重量百 分数计为：C :0· 15 ?0· 25%，Si :0· 2 ?0· 4%，Mn :18 ?20%，P 彡 0· 015%，S 彡 0· 010%， V :0. 5?1. 0%，其余为Fe及不可避免的夹杂。
[0007] 优选地，其化学成份按重量百分数计为C :0. 15?0. 22%，Si :0. 26?0. 34%，Mn : 18. 3?19.5%，P彡0.015%，S彡0.010%，V :0.70?0.85%，其余为Fe及不可避免的夹 杂。
[0008] 本发明的高强度含钒高锰无磁钢的生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括电炉 冶炼、钢包炉精炼、真空处理、底浇模铸、铸坯加热、乳制、回火处理、空冷的步骤，其特殊之 处在于：
[0009] 所述铸坯加热温度为1200?1250°C，保温2h ;
[0010] 所述真空处理是通过真空系统循环进一步去除杂质和气体；
[0011] 所述轧制时，开轧温度彡1KKTC，终轧温度彡900°C，乳后缓冷至室温。
[0012] 优选地，所述回火处理时，钢板在500?600°C保温lh。
[0013] 本发明的高强度含钒高锰无磁钢中各元素含量控制的机理及作用和生产过程中 工艺参数设置原理如下：
[0014] (1)碳（C)重量百分含量为0.15?0.25%，C有利于钢中形成单相奥氏体组织， 同时也是有效的固溶强化元素。但当碳含量较高时，铸态组织中碳化物数量增加，在奥氏体 晶界上形成连续和半连续网状碳化物，大大削弱了晶间强度和钢的塑性、韧性。经固溶处 理后虽可使部分碳化物溶入奥氏体，但本发明中为了提高生产效率未采用固溶处理，因此C 含量控制在较低范围，优选为0. 15?0.22%。
[0015] (2)锰：Μη是扩大奥氏体区和强烈地使奥氏体稳定的元素，Μη在钢中大部分固 溶于奥氏体中，形成置换式固溶体，使基体得到强化，而且随着Μη含量的增加 ，γ - ε及 Υ - ε - α ζ马氏体转变温度降低，同时也缩小（Fe，Mn)3(^，出的温度范围，增加奥氏体 的高温稳定性。为了使钢中组织为全奥氏体，Μη重量百分含量控制在18?20%左右，优选 为 18. 3 ?19. 5%。
[0016] (4)硅：Si的原子半径比奥氏体小得多，所以其固溶强化作用明显。在钢中加入少 量的Si，可提高材料的电阻率，以减少涡流。Si在钢中是非碳化物形成元素，能降低C在奥 氏体中的溶解度而促进高锰钢中碳化物析出，对奥氏体组织稳定性不利，而且Si在高锰钢 结晶时有促使粗大枝晶形成的作用，并使钢的晶粒粗化，降低材料机械性能。一般而言，选 择Si重量百分含量在0. 2?0. 4%，优选为0. 26?0. 34%。
[0017] (5)钒：V是强烈形成碳化物的元素，在时效处理时析出微细的VC而提高强度。钢 中加入质量分数为〇. 3%以上的V就可以得到明显的弥散析出强化，随着加入量的增加，其 强化效果也不断增强，且加入5%以内的V对磁导率基本没有影响。试验表明，V含量低于 0.5%，不足以生成足够的VC强化基体，V含量高于1.0%，则造成不必要的浪费且降低钢 的塑性。因此，为达到本发明钢所需的强度，将V含量控制在0. 5?1. 0%，优选为0. 70? 0· 85%。
[0018] (9)憐、硫：P在商猛无磁钢中是有害兀素，P含量过商时就会以碳化物和P共晶的 形式析出，P共晶是脆性组织，对钢的机械性能不利。S易形成塑性硫化物，易使钢板产生分 层，故P、S含量越低越好，但若将其含量限定得过低，则会增加生产成本与难度，因此，在保 证钢板性能与生成稳定性的前提下，将钢中P、s含量分别控制在< 0. 015%及< 0. 010%范 围。
[0019] 上述高强度含钒高锰无磁钢的生产过程中，控制铸坯加热温度在1200?1250°C 的较高温度范围，该高温加热有利于使铸坯充分烧透，并保温2小时使其充分均匀化，以消 除内应力，减少轧制过程中的裂纹发生率。控制终轧的温度> 900°C的目的在于：温度过低 将使钢因加工硬化而难以轧制，同时加剧裂纹的产生，因此，本申请钢必须在900°C以上完 成轧制。控制回火温度为500?600°C有利于使钢中VC第二相充分析出，强化奥氏体基体， 同时有效消除钢板残余应力，以利于后续生产加工。
[0020] 通过严格限定钢中各组分的含量和生产方法中的各工艺参数，本发明的高强度 含钒高锰无磁钢的屈服强度彡500MPa，抗拉强度彡700MPa，延伸率A彡40%，相对磁导率 μ <1.05,适合变压器、发电机等设备的制造。同时，本发明钢化学成分简单，成本低廉，且 易于生产操作，生产效率高，具有显著的经济效益和社会效益。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合具体实施例对本发明的高强度含钒高锰无磁钢及其生产方法作进一步 的详细描述：
[0022] 实施例1?9所选高强度含钒高锰无磁钢的化学成分按重量百分比计如表1所示 (余量为Fe及不可避免的杂质）。
[0023] 表1本发明各实施例钢的化学成分（wt % )
[0024]
【权利要求】
1. 一种高强度含钒高锰无磁钢，其特征在于：该钢的化学成份按重量百分数计为：c: 0· 15 ?0· 25%，Si :0· 2 ?0· 4%，Μη :18 ?20%，P 彡 0· 015%，S 彡 0· 010%，V :0· 5 ?
1. 〇%，其余为Fe及不可避免的夹杂。
2. 根据权利要求1所述的高强度含钒高锰无磁钢，其特征在于：其化学成份按重量 百分数计为 C :0· 15 ?0· 22 %，Si :0· 26 ?0· 34 %，Μη :18· 3 ?19. 5 %，P 彡 0· 015 %， S彡0. 010%，V :0. 70?0. 85%，其余为Fe及不可避免的夹杂。
3. 权利要求1所述高强度含钒高锰无磁钢的生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括 电炉冶炼、钢包炉精炼、真空处理、底浇模铸、铸坯加热、乳制、回火处理、空冷的步骤，其特 征在于： 所述铸坯加热温度为1200?1250°C，保温2h ; 所述轧制时，开轧温度彡1KKTC，终轧温度彡90(TC，乳后缓冷至室温。
4. 根据权利要求3所述的高强度含钒高锰无磁钢的生产方法：其特征在于：所述回火 处理时，钢板在500?600°C保温lh。
【文档编号】C22C38/12GK104109800SQ201410315384
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】宋畅, 杜明, 陈颜堂, 郭斌, 李安平, 马玉喜, 陶军晖, 徐进桥, 欧阳珉路, 梅荣利 申请人:武汉钢铁(集团)公司