一种马氏体不锈钢盘条及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种马氏体不镑钢盘条及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 马氏体不镑钢是一类可W通过热处理（浑火、回火）对其性能进行调整的不镑 钢。送类钢必须具备两个基本条件；一是在平衡相图中必须有奧氏体相区存在，在该区域温 度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行浑火形成马氏体，也就是化学成 分必须控制在Y或Υ + α相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的纯化膜，館含量必须在 10. 5% W上。按合金元素的差别，可分为马氏体館不镑钢和马氏体館媒不镑钢。
[0003] 盘条也叫线材，通常指成盘的小直径圆钢。盘条的直径在5. 5~30毫米范围内 (GB/T 4356-2002)。不镑钢盘条用于制造不镑钢丝、不镑钢弹黃钢丝、不镑顶锻钢丝和不镑 钢丝绳用钢丝。按钢的组织分类，不镑钢盘条的材料主要有；奧氏体不镑钢、铁素体不镑钢、 马氏体不镑钢、双相不镑钢和沉淀硬化不镑钢。低成本耐腐蚀的马氏体不镑钢盘条是目前 用途较为广泛的不镑钢盘条。
[0004] 目前，马氏体不镑钢盘条主要分为两类；1)館不镑钢盘条（不含媒）；典型钢种为 12Crl2、06Crl3、12Crl3、￥12化13、20化13、30化13、40化13、68化17、85化17、95化18，该类材 料制造成本较低（不含Ni)，浑回火后强度为490~735MPa，断面收缩率为8~25% (GB/T 1220);但是，随着强度的增加，送类不镑钢盘条的塑性明显降低（如GB/T 1220中30化13 的强度为> 735MPa，但断面收缩率只有> 12%)，送就造成高强度（中高碳）的马氏体盘条 在生产过程中由于塑性低而极易开裂，降低了送类不镑钢盘条的成材率，因此需要对其进 行软化退火或球化退火，增加了能耗，也增加了该类盘条的制造成本；2)館媒不镑钢盘条 (含媒）；典型钢种为2Crl7Ni3、X3CrNiMol3-4、X4CrNiMol6-5-l，浑回火后的强度较高，为 760~llOOMPa，能满足不镑钢零部件产品的强度要求，同时塑性也较好（2化17M3的断面 收缩率为17~25%;X3CrNiMol3-4的断面收缩率为15~20%;X4CrNiMol6-5-l的断面收 缩率为20~25% )，生产过程中也不易出现开裂。但是，钢中Ni含量高达3. 0~6. 0%，因 为Ni是贵金属元素，送就极大的增加了钢材的成本，抑制了该类材料的普及应用。
[0005] 对于马氏体不镑钢盘条，目前的退火工艺主要为；1)完全退火；缓慢加热到 Ac3 (亚共析钢）或Acl (共析钢或过共析钢）W上30~5(TC ( -般为750~86(TC )，保 持适当时间（一般为4~8小时），然后缓慢冷却下来。通过加热过程中发生的珠光体（或 者还有先共析的铁素体或渗碳体）转变为奧氏体（一次相变重结晶）W及冷却过程中发生 的与此相反的二次相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体（或者还有先 共析铁素体或渗碳体），主要用于亚共析钢的铸件、锻社件、焊件，W消除组织缺陷（如魏氏 组织、带状组织等），使组织变细和变均匀，W提高钢件的塑性和初性；2)不完全退火；缓慢 加热到Acl与Ac3之间（亚共析钢）或Acl与Acm之间（过共析钢），一般为Acl+(40~ 6〇rC化80~78(TC)，保温一段时间（根据规格不同一般为6~12小时）后缓慢冷却，使 钢发生部分的重结晶者，称为不完全退火，主要适用于中、高碳钢和低合金钢，其目的是细 化组织和降低硬度。
[0006] 因此，设计一种经济型（低成本）的中高碳（[C] >0.30%)的马氏体不镑钢盘 条，满足标准件及轴类件的强度要求且不易开裂，同时可W降低能耗，是钢铁制造商的技术 追求。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种马氏体不镑钢盘条及其制造方法，通过优化和严格控 制钢的化学成分，同时采用特有的在线退火热处理工艺，最终制造表面优良、性能稳定、组 织均匀的马氏体不镑钢盘条，W提高钢的综合使用性能；在不增加冶炼和社制成本的基础 上解决现有中高碳马氏体不镑钢退火时易发生表面应力开裂的问题。
[0008] 本发明通过合金成分的优化配比，特别是减少贵金属元素的添加 W及合理的热处 理工艺，W达到成本和材料性能的最优化。本发明生产的马氏体不镑钢盘条，制造成本低、 表面质量优良，综合使用性能达到国家标准，符合用户使用要求；同时，能降低现有马氏体 不镑钢盘条的退火能耗，减少二氧化碳排放，在保护环境的同时降低制造成本。本发明对于 中高碳马氏体盘条（尤其是3化13、4化13、60化13MO等）上尤为有效，大大提高了成材率， 降低了表面缺陷发生率和制造成本。
[0009] 为达到上述目的，本发明主要采用如下技术方案：
[0010] 一种马氏体不镑钢盘条，其化学成分重量百分比为：碳0.30~0.65%，娃0.20~ 0. 50%，儘《0. 60%，媒《0. 30%，館 11. 50 ~17. 00%，钢 0. 20 ~0. 50%，铜《0. 25%，硫 《0. 030%，磯《0. 040%，氮0. 02~0. 20%，其余为铁和不可避免的杂质。
[0011] 进一步，本发明的马氏体不镑钢盘条的抗拉强度> eOOMPa，屈服强度> SOOMpa， 伸长率> 25%，断面收缩率> 50%，成材率> 85%。
[0012] 在本发明成分设计中：
[0013] 碳：碳是稳定奧氏体的元素，同时碳在不镑钢中与化、Mn、Mo等合金元素形成碳化 物固溶于铁素体中强化基体，使钢的强度和硬度大幅度提高，但，碳过高则对初性及晶间腐 蚀不利。因此，碳控制为0. 30~0. 65%，可W在获得高强度的同时确保良好的初性及耐腐 蚀性。
[0014] 儘：儘是奧氏体稳定化元素，但儘的作用不在于形成奧氏体，而是在于它降低钢的 临界浑火速度，在冷却时增加奧氏体的稳定性，抑制奧氏体的分解。因此，儘可W增加钢的 浑透性，有利于在生产中采用直接空冷浑火就可得到马氏体组织。同时，儘还起到脱氧剂和 脱硫剂的作用，可净化钢液，但过高会促使晶粒粗大，此外，在提高钢的耐腐蚀性能方面，儘 的作用不大。因此，控制儘《0. 60%。
[0015] 娃；娃是铁素体形成元素，对形成奧氏体有不良的影响，但娃固溶于铁素体和奧氏 体中，有明显的强化作用。娃降低碳在奧氏体中的溶解度，促使碳化物析出，提高强度和硬 度。同时，娃和氧的亲和力仅次于铅和铁，而强于儘、館、饥，是良好的还原剂和脱氧剂，可提 高钢的致密度，但娃过高将显著降低钢的塑性和初度。因此，娃控制为0. 20~0. 50 %，可W 保证良好的强初性及耐晶间腐蚀性能。
[0016] 館；館是碳化物形成元素，促进了钢的纯化并使钢保持稳定纯态的结果。不镑钢 的耐腐蚀性主要是由于钢的表面富館氧化膜的形成。同时，館又是形成并稳定铁素体的元 素，溶于奧氏体中强化基体且不降低初度，缩小奧氏体区，推迟过冷奧氏体转变，对抗晶间 腐蚀和抗氧化能力是有益的。此外，館能细化晶粒，提高调质钢的回火稳定性。因此，本发 明钢中館含量为11. 50~17. 00%。
[0017] 媒；是形成并稳定奧氏体的元素，改善高館钢的组织，使不镑钢的耐腐蚀性能及工 艺性能获得改善，使钢具有良好的强度和塑性、初性的配合。但媒是影响不镑钢成本的主要 合金元素。因此，控制媒含量为《0. 30%。
[0018] 氮；是館不镑钢中的重要元素，是一种提高不镑钢强度、耐腐蚀性和奧氏体稳定性 的有效元素。因为氮减少奧氏体中密排不全位错，限制含间隙杂质原子团的位错运动，故可 作为固溶强化元素提高奧氏体不镑钢的强度，此外，氮是奧氏体化形成元素，可减缓面必结 构向体必和密排六方结构马氏体的转变。因此，氮除可代替部分媒W节约贵重的媒元素外， 还可提高钢的强度和耐腐蚀性能。因此，从强塑性和冷热加工性能、疲劳性能及耐高温腐蚀 性能考虑，本发明钢加入0. 02~0. 20%的氮是最合适的含量。
[0019] 同时，硫、磯在技术条件允许情况下应尽可能降低其含量，W减少原奧氏体晶界处 的偏聚，提高初性。残余元素和气体含量控制在相当低含量水平，使钢具有相当高的纯净 度，溶于奧氏体中的碳元素与各元素之间达到理想的最佳配比含量，从而使材料具有良好 的强度、初性、耐腐蚀性等综合性能。
[0020] 本发明的一种马氏体不镑钢盘条的制造方法，包括如下步骤：
[00引]1)冶炼、铸造
[0022] 马氏体不镑钢，其化学成分重量百分比为：碳0. 30~0. 65%，娃0. 20~0. 50%， 儘《0. 60 %，媒《0. 30 %，館 11. 50 ~17. 00 %，钢 0. 20 ~0. 50 %，铜《0. 25 %，硫 《0. 030%，磯《0.040%，氮0.02~0.20%，其余为铁和不可避免的杂质；按上述化学成 分经冶炼、铸造成连铸昆或模铸昆；模铸昆热装退火；
[0023] 2)连铸昆热装加热，或模铸昆初社开昆+加热；
[0024] 如线材社制
[0025] 开社温度1070~114(TC，终社温度850~98(TC，感应加热器温度1050±5(TC，社 制速度控制在70~75m/s，线材吐丝温度830~90(TC ;
[002引 4)在线热装退火
[0027] 经过社制的盘条，经过在线热集卷筒收集，热装进炉进行在线退火，在线退火工艺 为；加热段，从50(TC在30~45min内加热至780~86(TC ;均热段，在780~86(TC均热 45 ~60min ;
[0028] 5)退火后空冷、进行盐浴+酸洗处理，经表面检验和成品检验后打包入库；所得马 氏体不镑钢盘条的的抗拉强度> eOOMPa，屈服强度> SOOMpa，伸长率> 25%，断面收缩率 > 50%，成材率> 85%。
[0029] 进一步，步骤1)中模铸昆热装退火工艺为；> 30(TC进炉，10(TC A的速率加 热至860 + 10