一种高强度不锈钢冷轧板带及其制造方法

专利名称：一种高强度不锈钢冷轧板带及其制造方法
技术领域：
本发明涉及不锈钢板及其制造方法，尤其涉及一种高强度不锈钢冷轧板带及其制造方法。
背景技术：
当不锈钢应用在涉及结构件部位时，如轨道车辆加强用结构件和面板等，不但要求优良的耐腐蚀性，还要具有较高的强度和一定的可加工性。目前，该领域一般采用经过冷加工硬化的奥氏体304和301L不锈钢，上述不锈钢含有6-8%的Ni，价格较高，并且经冷加工硬化提高的强度在受热(如焊接过程)后会降低，这两方面的不足限制了其应用。传统的铁素体-奥氏体双相不锈钢一般含有较高的合金含量,成本较高。
马氏体不锈钢虽具有较高的强度，但不锈钢板带的延展性差，存在有加工性能显著恶化的问题。铁素体不锈钢具有较好的延展性，且不含Ni，成本较低，但存在强度低的问题。作为提高铁素体不锈钢板带强度的方法，尝试过进行冷轧变形来提高强度，但是用此方法由于是利用导入轧制造成的畸变来提高强度，所以延展性低，有时会出现开裂的情况，另外，与奥氏体冷加工硬化相似，遇热后该强度会降低。现有铁素体不锈钢如下I.中国专利CN85106667公开了一种耐腐蚀性优良的铁素体-马氏体双相钢(各50%)，获得了较高的强度和较好的塑性，同时合金含量相对较低，但该专利的成份体系中高成本的Ni、Mo含量较高，并且由于加入了 Al和Re给炼钢带了很大的难度，另外从制造工艺上看，产品主要涉及热退工业板。2.中国专利CN95116438. 4的成份体系是高合金含量的奥氏体-铁素体双相不锈钢，该合金具有较好的强度和韧性，特别耐腐蚀性能优良，可以应用在海水领域，目前该类型钢种已得到全面发展，但由于其合金含量较高，生产难度较大，成本较高，不属于经济型钢种。3.中国专利CN1869271A通过组合Si、Cr、Cu、Mo、Ni、Co、W和Fe给出了一种低铬(9-13%)铁素体不锈钢，但同时含有较高的合金含量如2. 5-4. 5%的Mo和4-7%的Ni，特别是含有7-13%的Co，在常规铁素体不锈钢中非常罕见。4.中国专利CN101135028A在低铬铁素体不锈钢(10. 5-12. 5%Cr)的基础上添加一定量的Mn(彡I. 5%)，并添加少量的Ni(0. 3-1. 0%)和Nb(彡0. 6%)，经罩式炉热处理退火后达到480-520MPa的屈服强度，但该专利主要是热轧不锈带钢，厚度范围主要是3. 0-10. 0mm。5.中国专利CN1550565A通过采用快速冷却的方法，获得一定比例的淬火马氏体(20%以上)，通过马氏体组织结构来提高不锈钢的强度，强度可达到700MPa，但由于淬火马氏体为硬脆相，使得该合金的塑性不好，仅为10%左右。6.中国专利CN101748339A给出了一中超纯含Nb、Ti铁素体不锈钢，较低的C中国+N含量和Nb、Ti双稳定保证了合金的耐腐蚀性能，较低的合金含量保证了其经济型，但该专利提高强度的方法是在冷板连退后弓I入大变形率(>45%)的二次冷轧来提高其强度的，原理类似于冷变形硬化，所以其塑性太差，仅为5%以下。随着VOD冶炼技术的发展，低碳氮含量的超纯不锈钢的冶炼已不成问题，大大提高了低铬不锈钢的耐腐蚀性能，拓展了其应用领域。另外，Nb、Ti、V等稳定化元素的添加可以进一步稳定不锈钢中的碳氮元素，又进一步提高了不锈钢的耐腐蚀性能。至于提高不锈钢的强度，前面所提到的专利文献中也已经涉及到部分方法，如冷加工(变形)硬化、第二相(马氏体)强化，只不过有各自的应用限制。除上述方法外，固溶强化、细晶强化、位错强化等措施，或者几种措施的置加使用，也都是提闻不镑钢强度的有效措施。从提闻强度、节省材料、降低成本的角度出发，我们也需要能够同时满足强度、塑性、耐腐蚀性、经济性等要求的新型不锈钢材料
发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度不锈钢冷轧板带及其制造方法，获得的不锈钢冷轧板带的屈服强度彡400MPa、抗拉强度彡600MPa ;还具有良好的塑性，延伸率彡16% ；同时具有优良的耐腐蚀性，按GB/T 17899-1999和GB/T 17897-1999测得点腐蚀电位彡150mV，腐蚀速率彡9g/m2. h。为达到上述目的，本发明的技术方案是一种高强度不锈钢冷轧板带，其化学成分重量百分比为C< 0.02%，Si0. 3 I. 5%, Mn 0. 5 I. 75%, Mo 0. 5 2. 0%, Cr 13. 0 16. 0%, Ni I. 0 3. 0%, N 彡 0. 015%, Nb+Ti6 (C+N) 0. 5%，C+N ( 0. 03%,其余为Fe及不可避免的杂质。进一步，Cr当量/Ni当量比在4. 25 6. 20，其中，Cr当量=Cr+1. 5Mo+l. 5Si+l. 5Ti+l. 75Nb, Ni 当量=Ni+30 (C+N) +0. 5Mn。在本发明成分设计中C是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高钢的强度，但超过0. 02%的含量会使延展性下降，还会与铬结合形成高铬的Cr23C6型碳化物，使钢的耐蚀性下降；降低C含量还可降低稳定化元素Ti和Nb的量，有利于提高表面质量；本发明钢种属于超纯不锈钢，C+N总量控制在0. 03%以下，C控制在0. 02%以下或更少。Si :是炼钢过程中的脱氧剂，必不可少，但同时也是增加强度的元素，含量在
0.05%以上时效果显著，但含量超过I. 5%会使钢板硬化，损失材料的塑性；Si还能延缓O等有害相析出，提高钢的耐蚀性；同时也是铁素体形成元素，为保证热轧在单相奥氏体区，含量控制在I. 5%以下；Mn :是奥氏体形成元素，成本低，从替代Ni形成奥氏体的角度希望Mn含量越高越好，但Mn偏向于低温奥氏体的形成，过高的Mn会使奥氏体的初始形成温度降低，为了使热轧固溶处理在单相铁素体区进行，避免淬火马氏体的形成，同时也部分替代Ni，避免固溶温度过高导致晶粒粗大，Mn含量控制在0. 5^1. 75%。Mo :强烈提高耐腐蚀性的元素，特别提高耐点腐蚀萌生的能力，但过高的Mo含量(2%以上)，由于耐腐蚀性达到饱和，反而会不利于加工性能，也不能得到与含量相匹配的期待效果，所以含量控制在0. 5^2. 0%。Cr :铁素体形成元素，缩小奥氏体区；Cr主要保证合金的耐腐蚀性，含量越高耐腐蚀性越好，但过高则需更多与之匹配的奥氏体形成元素，影响合金成本，同时Cr含量达到一定量后，再提高其含量时耐腐蚀性提高幅度也会降低；为保证足够的耐腐蚀性能，Cr含量不能低于13. 0% ;兼顾经济性因素，使合金的效果最大化，Cr含量控制在13. (T16. 0%。Ni :奥氏体形成元素，有助于Cr的耐腐蚀作用的发挥，同时Ni的添加还可以改善铁素体不锈钢的塑性和韧性；量少时可以起到固溶强化的作用，量多时也会与其它元素形成析出物，起到时效强化的作用；高成本合金元素，总量控制在I. (T3.0%。N :与C 一样都是奥氏体形成元素，扩大奥氏体区；量少时有助于提高耐腐蚀性能，起固溶强化作用；达 到一定量则会造成析出物，降低耐腐蚀性和恶化材料塑性；本发明钢种属于超纯不锈钢，C+N总量控制在0. 03%以下，N控制在0. 015%以下或更少。Ti和Nb :稳定化元素，主要是与C、N结合防止Cr的C、N化物形成造成贫Cr区从而降低耐腐蚀性；Ti主要与N结合，Nb主要与C结合，其作为夹杂物也会影响到钢的表面质量，同时由于Ti在加入过程中易氧化，会给炼钢带来一定难度；在充分起到固化作用的基础上，不给炼钢和实物质量带来很大影响，Nb+Ti含量控制在6 (C+N)、. 5%。不锈钢的耐腐蚀性主要取决于Cr含量，文献资料及研究结果表明Cr含量在(Tl3%范围内，合金的耐腐蚀性随Cr含量的增加提高幅度较大，Cr含量超过16%以后耐腐蚀性随Cr含量的增加提高幅度较小，本发明兼顾耐腐蚀性和经济性控制Cr含量在13 16%范围，避免了背景技术中现有专利3飞中低Cr含量带来的耐腐蚀较差，同时也避免了现有专利2中高合金含量带来的高成本；Mo可以显著提高合金的耐点腐蚀性能，但也是高成本元素，同时耐腐蚀性能达到饱和之后，过高的Mo含量也会影响合金的力学和加工性能，本发明控制0. 5^2. 0%的Mo，与现有专利4、6相比提高了耐点腐蚀性能，与现有专利f 3相比节省了合金成本，避免了高成本元素的浪费；为获得较高的强度，本发明要充分利用相变强化、细晶强化、固溶强化和第二相强化等，因此在确定了主要的铁素体形成元素含量之后，本发明还要给出与之相匹配的奥氏体形成元素含量，如C、N、Mn、Ni ；Ni是主要的奥氏体形成元素，但成本较高，Mn可以替代部分Ni形成奥氏体，同时Mn的添加还有助于提高合金强度，但过高的Mn不但影响耐腐蚀性能，还不利用获得较好的加工工艺，因此控制Mn含量下限为0. 5%，提高强度、替代高成本的Ni，同时控制上限为I. 75%，避免恶化耐腐性能、获得可行的加工工艺，而现有专利没有控制Mn的下限或者没有添加Mn ;与此对应的Ni含量下限控制在1%，上限控制在3%，避免了现有专利广3中较高的Ni含量带来的高成本，同时也不会因现有专利4飞中Ni含量不足而导致强度不足；C、N方面，本发明也是控制超低C、N水平，同时添加稳定化元素Nb和Ti以获得较好的耐腐蚀性能；同时，本发明避免了现有专利1、2中过高Al、Re和Ti含量的添加，过高的这些元素会影响制造过程中炼钢工艺的可行性，也避免了现有专利3中非常规元素W和Co的添加。本发明综合控制常规元素的含量配比，特别是铁素体形成元素Cr当量(Cr当量=Cr+l. 5Mo+l. 5Si+l. 5Ti+l. 75Nb)与奥氏体形成元素 Ni 当量(Ni 当量=Ni+30 (C+N)+0. 5Mn)的比在4. 25-6. 20范围，兼顾经济性、耐腐蚀性和可制造性，综合利用相变强化、细晶强化、固溶强化和第二相强化。本发明的高强度不锈钢冷轧板带的制造方法，其包括如下步骤I)冶炼、铸造
采用电炉-AOD-VOD三步法冶炼，并在真空精炼炉中加入Nb、Ti稳定化元素，得到符合上述成份要求的不锈钢钢水，且控制S、P、0的含量尽量低；采用连续浇注法控制板坯厚度在200mm±10mm,以保证热轧足够的压缩比；2)热轧板还加热，加热温度1000°C 1150°C,加热时间按板还厚度，lmin/mnT2min/mm,保证加热后的组织以奥氏体为主；粗轧并进行高压水除磷，然后在900°C以上的温度完成精车L保证轧制处于以单相奥氏体为主的相区；卷取、空冷，得到厚度为4. (T6. Omm的热轧板卷;3)退火将热轧板卷放入罩式炉随炉升温至620°C 730°C后保温6tT8h，随炉冷至400°C以下出炉空冷，随后采用连续酸洗槽去除氧化皮； 退火过程使马氏体分解并转变成铁素体；未退火的马氏体强度太高、塑性差，不利于后续的冷轧，为避免其产生，退火温度不能进入奥氏体区，温度太低也不利于马氏体应力的释放和强度的降低；4)冷轧连续冷轧，压下率60%以上，得到I. (T2. Omm的冷轧卷；较高的压下率有助于细化晶粒，以此获得闻强度；5)退火、酸洗、平整将冷轧卷在720°C 780°C连续退火、酸洗，退火时间控制在2 5min，然后以小于3%的压下率进行平整；冷退温度控制在稍高于Al (奥氏体形成温度)，促使形变组织的快速回复；短时间控制相变与晶粒长大，使得最后的组织为非常细小的铁素体。优选地，冷轧压下率70%以上。按照上述方式最终可以获得厚度在I. (T2. Omm范围、屈服强度彡400MPa、抗拉强度> 600MPa的高强度经济型不锈钢冷轧退火板；该材料还具有良好的塑性，延伸率彡16% ;同时具有优良的耐腐蚀性，按GB/T17899-1999和GB/T 17897-1999测得点腐蚀电位彡150mV，腐蚀速率彡9g/m2. h。本发明的有益效果目前，合金含量较低的经济型不锈钢冷轧退火板中，铁素体、奥氏体不锈钢的屈服强度限于300MPa以下，抗拉强度限于500MPa以下，马氏体不锈钢虽具有较高的强度，但塑性不好，尚无强度大于400MPa,延伸率不低于16%,同时具有良好耐腐蚀性的经济型不锈钢冷轧退火板及其制造方法的报道。本发明通过合金成份配比的优化设计及适当的加工制造工艺，控制相变、组织状态，综合利用相变强化、细晶强化、固溶强化、第二相强化等措施，控制C+N水平的同时添加稳定元素，固定C、N元素，提高材料的耐腐蚀性。通过热轧、罩式炉退火、热退酸洗、冷轧、连续退火酸洗，可以获得厚度在I. 0 2. Omm范围、屈服强度彡400MPa、抗拉强度彡600MPa的高强度经济型不锈钢冷轧退火板，延伸率不低于16%，同时耐腐蚀性良好。本发明较现有钢种，不但提高了强度，而且节约了合金，降低了成本，具有较好的发展前景。


图I为本发明实施例钢的金相照片。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。表I为实施例和对比例的化学成分；表2为实施例和对比例各阶段的加工工艺；表3为实施例和对比例的力学性能和耐腐蚀性能；其中，实施例力学形能测试为沿纵向取拉伸试样并加工成JIS13B标准试样；耐腐蚀性能按GB/T 17899-1999和GB/T 17897-1999进行。实施例I
用电炉-AOD-VOD三步法冶炼，其化学成分百分比为C 0. 014%, Si 0. 97%，Mn
1.48%, Mo 0. 82%, Cr 14. 46%, Ni I. 35%, N 0. 01%, Nb 0. 12%, Ti 0. 13%，其余为 Fe ;在真空精炼炉中加入稳定化元素Nb、Ti，控制S、P、0其杂质元素含量尽量低，连铸成200mm的铸坯；将铸坯加热到1050°C，保温足够的时间使其均热，粗轧后高压水除磷，然后7道次热轧到5mm厚，终轧温度930°C，得热轧卷；将热轧卷竖直放在罩式退火炉内罩内(分内外罩),随炉加热到650°C后保温7h，去除外罩，随炉冷到400°C以下后可以去除内罩空冷；空冷后，将退火卷在连续酸洗槽上酸洗去除氧化皮；将热退酸洗卷进一步冷轧至I. 5mm,然后在730°C连续退火，退火时间控制在
2.5min ；将冷退卷酸洗，然后以2%的压下量平整为成品卷。本发明在成份设计上合理控制奥氏体形成元素和铁素体形成元素的配比，在工艺上控制热处理温度和时间，使钢的组织在相变过程中细化晶粒，并抑制晶粒长大，得到的成品板组织见图I。冷轧退火板的屈服强度为431MPa，抗拉强度为654MPa，延伸率A50为17. 5% ;点腐蚀电位为163. 7mV，浸泡腐蚀速率为7. 14g/m2. h。实施例2 6的制造和评价过程与实施例I类似。表I实施例化学成分(重量比％，其余Fe)
表2实施例各阶段的加工工艺
表3实施例不锈钢的力学性能
屈服强度抗拉强度延伸率点腐蚀电位腐蚀失重速率
权利要求
1.一种高强度不锈钢冷轧板带，其化学成分重量百分比为c ( 0. 02%, SiO. 3^1. 5%, Mn0. 5^1. 75%, Mo 0. 5^2. 0%, Cr 13. 0^16. 0%, Ni I. 0^3. 0%, N^O. 015%, Nb+Ti 6 (C+N广0. 5%，C+N ( 0. 03%，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.如权利要求I所述的高强度不锈钢冷轧板带，其特征是，Cr当量/Ni当量比在4.25 6. 20，其中，Cr 当量=Cr+l. 5Mo+l. 5Si+l. 5Ti+l. 75Nb，Ni 当量=Ni+30 (C+N) +0. 5Mn。
3.如权利要求I所述的高强度不锈钢冷轧板带的制造方法，其包括如下步骤 1)冶炼、铸造 采用电炉-AOD-VOD三步法冶炼，并在真空精炼炉中加入Nb、Ti稳定化元素，得到符合上述成份要求的不锈钢钢水，且控制S、P、0的含量尽量低；采用连续浇注法控制板坯厚度在200mm±10mm,以保证热轧足够的压缩比； 2)热轧 板还加热，加热温度1000°C 1150°C,加热时间按板还厚度，lmin/mnT2min/mm,保证加热后的组织以奥氏体为主；粗轧并进行高压水除磷，然后在900°C以上的温度完成精轧，保证轧制处于以单相奥氏体为主的相区；卷取、空冷，得到厚度为4. (T6. Omm的热轧板卷； 3)退火 将热轧板卷放入罩式炉随炉升温至620°C 730°C后保温6tT8h，随炉冷至400°C以下出炉空冷，随后采用连续酸洗槽去除氧化皮； 4)冷轧 连续冷轧，压下率60%以上，得到I. (T2. Omm的冷轧卷； 5)退火、酸洗、平整 将冷轧卷在720V 780°C连续退火、酸洗，退火时间控制在2 5min，然后以小于3%的压下率进行平整。
4.如权利要求2所述的高强度不锈钢冷轧板带的制造方法，其特征是，冷轧压下率70%以上。
全文摘要
一种高强度不锈钢冷轧板带及其制造方法，其化学成分重量百分比为C≤0.02%，Si 0.3~1.5%，Mn 0.5~1.75%，Mo 0.5~2.0%，Cr 13.0~16.0%，Ni 1.0~3.0%，N≤0.015%，Nb+Ti 6(C+N)~0.5%，C+N≤0.03%，其余为Fe及不可避免的杂质。获得的不锈钢冷轧板带的屈服强度≥400MPa、抗拉强度≥600MPa；还具有良好的塑性，延伸率≥16%；同时具有优良的耐腐蚀性，按GB/T 17899-1999和GB/T 17897-1999测得点腐蚀电位≥150mV，腐蚀速率≤9g/m2.h。
文档编号C22C38/50GK102747301SQ201210223960
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者叶晓宁, 江来珠, 王如萌, 黄俊霞 申请人:宝山钢铁股份有限公司