一种廉价无磁不锈钢及其制造方法

一种廉价无磁不锈钢及其制造方法
【专利摘要】一种廉价无磁奥氏体不锈钢及其制造方法，其成分重量百分比为：C：0.05～0.12%，Si：0.2～1.0%，Mn：14.0～18.0%，Cr：16.0～19.0%，Ni：0～2.0%，Cu：1.0～3.0%，N：0.1～0.3%，B：0.001～0.004%，其余为Fe和不可避免杂质。成品在冷轧压下80%后仍保持无磁；并可通过采用廉价红土镍矿生产的含镍1～2wt%的低镍生铁作为镍资源原料，而不采用其他含镍资源来制造，大大节约高镍铁或纯镍的使用，具有成本低廉的特点。本发明具有无磁、强度高、冷加工性能优良的特点，可广泛应用于电器、电子、仪表、弹簧、拉链等行业。
【专利说明】-种廉价无磁不诱钢及其制造方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及不镑钢材料领域，特别涉及一种经大压下量变形后仍无磁性的廉价无 磁不镑钢及其制造方法。

【背景技术】
[0002] 电器、电子、仪表等行业需要大量无磁材料，如硬盘、指针、汽车仪表盘、医疗设备、 弹黃部件等。部分行业对材料的强度亦提出较高要求。
[0003] 目前，常用的无磁不镑钢牌号包括301、304和305等。存在的问题主要有：
[0004] (1)许多行业特别是电子仪表行业要求材料经过一定的成形后仍具有无磁性。而 301和304属于亚稳定奧氏体不镑钢，该类材料经过冲压、折弯或扩孔等方式变形后容易产 生形变马氏体组织，导致该材料具有一定的磁性。该类材料经过成形后往往还需要高温退 火W及酸洗处理，而该往往延长产品生产周期，同时带来能源消耗和环境污染；
[0005] (2) 305不镑钢虽然基本不存在上述问题，但由于其媒含量达到10. 5?13. 0%，价 格昂贵，只限于高端产品，应用受限。
[0006] (3)由于近年来媒资源价格波动很大，给企业使用媒含量较高的不镑钢材料巧口 304和305)带来巨大的成本压力和风险控制难度。因此，生产既能满足变形后无需热处理 就有无磁的特性、同时又具有价格低廉且稳定的不镑钢产品很有必要。
[0007] 中国专利CN101311290A公开了一种无磁强初化不镑钢及其制造方法。所述无磁 性强初化不镑钢的化学成分为；C《0. 12%，Si《1. 50%，Mn ;14. 5?16. 5%，S《0. 010〇/〇， P《0. 03%，Cr ; 15. 1 ?16. 0%，Ni《0. 90%，Mo《0. 70%，佩《0. 35%，N ;0. 25 ?0. 50%，其 余为化和不可避免杂质。该发明主要用于制造石油无磁钻挺，由于N含量较高，只能采用 模铸和锻造工艺。同时由于Ni含量低，且未添加化，冷加工性能差。
[0008] 中国专利CN101538689B公开了一种无磁高强高初不镑钢、其制造方法及应用。该 不镑钢的化学成分重量百分比；C《0. 04, Si ;0. 35-0. 65, Mn ; 17. 0-22. 0, Cr ; 13. 0-17. 0， Mo ;0. 30-0. 50, Ni ;0. 15-0. 45, N ;0. 30-0. 80, P《0. 03, S《0. 005,其余为化和不可避免 的杂质。该钢种主要在石油钻具上应用，具有较好的无磁性。但其Mn和N含量高，冶炼难 度大，且不能采用连铸和热社的方法生产。
[0009] 中国专利CN101781740A公开了一种无磁耐腐蚀不镑钢，其成分为C《0. 03%， Si《0. 3%，P《0. 03%，S《0. 01%，Ni ;12. 0-12. 5%，Cr ;17. 0 ?18. 0%，Mo ;2. 0-2. 5%，N : 0. 16-0. 18%，Mn《2. 0%，余量为化。该钢种耐腐蚀性和无磁性效果较好，但使用了较高的 Ni含量，合金成本很高。
[0010] 中国专利CN101386962A公开了一种无磁高强度不镑钢及其制造方法。其成分为： C0. 05 ?0. 20%，Si《1. 0%，Mnll ?15%，S《0. 03%，P《0. 035%，Crl5 ?20%，Ni《5. 0〇/〇， MoO. 5?1. 0%，NO. 2?0. 4%，微量元素《0. 50%，余量为化。该发明虽然磁性低，强度高，但 其Ni含量高，经济性差。同时其制造方法涉及非真空感应炉、电渣重融等，不适合大规模生 产。
[OCm] 中国专利CN101435058B公开了一种奧氏体不镑钢及其生产工艺，其成分为： C《0. 10%，化；12. 5-15. 0%，Mn ;12. 0-15. 0%，Ni ;0. 5-1. 5%，Cu ;0. 4 ?0. 8%，N ;0. 08-0. 16〇/〇， Si ;0. 4-0. 8%，P《0. 035%，S《0. 02%，RE ;0. 08?0. 18%，余量是化和不可避免的杂质。 该钢种理论计算Mdww温度值〉-2(TC，因此，一定变形条件下会产生磁性。同时由于化含 量低，故耐蚀性较差。此外，其Ni和化总量低，冷加工性较差。
[001引中国专利CN101921969A公开了 一种高强度无磁不镑弹黃钢，其成分为；C: 0. 10-0. 12%，Si ;0. 4-0. 5%，P《0. 06%，S《0. 02%，Ni ; 1. 2-1. 4%，Cr ; 15. 0-15. 5%，Cu ; 1. 5 ? 1. 7%，Mn ; 12. 3-12. 6%，余料为化。该钢种碳含量高，化含量低，耐腐蚀性一般。同时该钢 种未提及N含量，其理论Mdw/w〉0°C，冷加工后会生产磁性。
[0013] 中国专利CN101560634A和CN102560286A都公开了 一种无磁高强度奧氏体不镑 钢，但其Ni含量都在3. 5% W上，成本较高。
[0014] 中国专利CN102199738A和CN102002642A都公开了一种无磁高强度不镑钢，但其 N含量很高，都在0. 4% W上，很难采用连铸方式生产，同时合金成本高。
[0015] 总而言之，W上已公开的相关发明专利都不能很好的兼顾大变形后仍无磁性的要 求，W及合金成本低和制造难度低等几个关键因素。


【发明内容】

[0016] 本发明的目的在于提供一种廉价无磁不镑钢及其制造方法，其Mdw/w温度低 于-7(TC，且常温冷社压下率达80%后不具有磁性，常温相对磁导率《1. 005 ;同时由于钢中 的Ni资源来自红±矿或者低媒废钢，Ni的合金成本可忽略，因此价格优势明显；且大变形 后无需退火处理且无磁性、性价比高、价格稳定、适合大规模生产且难度低巧日适合连铸、热 连社)。
[0017] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[001引本发明一种廉价无磁不镑钢，其成分重量百分比为；C ;0. 05?0. 12%，Si ;0. 2? 1. 0%，Mn ; 14. 0 ?18. 0%，Cr ; 16. 0 ?18. 5%，Ni ;0 ?2. 0%，Cu ; 1. 0 ?3. 0%，N ;0. 1 ?0. 30/0， B ;0. 001?0. 004%，其余为化和不可避免的杂质；该不镑钢的Md30/50温度低于-7(TC，且 常温冷社压下80%后不具有磁性，常温相对磁导率《1. 005。
[0019] 在本发明成分设计中：
[0020] 碳（C)，C是强烈形成、稳定和扩大奧氏体区的元素，C对室温下形成奧氏体组织起 到重要作用。但是C含量太高会降低不镑钢的塑性，而且对不镑钢的耐蚀性不利，所W C要 有适当的百分含量，因此，本发明钢中控制C含量为0. 05-0. 12%。
[0021] 娃（Si), Si是铁素体形成和稳定元素。Si在烙炼过程中用于脱氧，同时Si可W提 高铁素体相的高温强度，因此一般不镑钢中含有0. 2% W上的Si。但是Si含量过高时将降 低N的溶解度，并加速金属间相的析出。因此，本发明钢中控制Si含量为0. 2-1. 0%。
[0022] 猛（Mn)，Mn是比较弱的奧氏体形成元素，但在不镑钢中是强烈的奧氏体组织稳定 元素，并能提高N在钢中的溶解度。在低媒型奧氏体不镑钢中，Mn与钢中C、N等元素复合 作用，取代部分Ni,确保不镑钢在室温下为奧氏体组织。另外Mn的添加也可W降低Mdww 温度，每添加l%Mn，可W使Mdww温度降低8°C。为确保奧氏体组织的稳定性，并节省Ni的 使用量，本发明控制Mn含量为14-18%。
[0023] 铅（&)，&是钢获得耐腐蚀性能的最重要元素。由于&是显著增强耐腐蚀性能 的元素，为保证良好的耐蚀性，本发明钢中化含量控制在16. 0% W上。但化是主要的铁素 体形成元素，过高的&将导致材料中出现铁素体相，不能保证室温状态下获得完全无磁的 奧氏体，因此需要相应更高的媒当量与之配合，W保证获得室温奧氏体组织。因此，本发明 钢中化含量控制在16. 0-18. 5%。
[0024] 媒（Ni)，Ni是形成和稳定奧氏体相最重要的元素，并且还可W增强不镑钢抗还原 性酸的能力并提高加工性能，但为了降低成本，本发明大大降低Ni的含量，限制Ni含量 《2. 0〇/〇。
[00巧]铜（化），化是一种奧氏体形成元素，可W改善不镑钢冷加工性能并提高在还原性 酸中的耐腐蚀能力。但是随着化含量的提高，不镑钢的热加工性能变差，因此本发明添加 1. 0?3. 0%重量的Cuo
[0026] 氮（N)，N在不镑钢中是非常强烈地形成、稳定和扩大奧氏体区的元素。本发明通 过添加N来降低Mdww温度，有效抑制应变过程中磁性马氏体相的形成。N在不镑钢中除 了可W替代贵重金属如Ni之外，还可W在不明显降低材料塑性和初性的前提下明显提高 材料的强度，还能提高不镑钢的不镑性、耐蚀性W及延缓碳化物的析出等。但由于N在不 镑钢中的溶解度有限，当N含量过高时，将提高冶炼和热加工的难度，尤其是N含量的提高 将导致严重的热社边裂，使其难W在现有产线上进行生产。因此，本发明钢中N含量控制在 0. 1-0. 3%〇
[0027] 测（B)，微量的B可改善不镑钢的热加工性能，但过多的加入B也会起到负面作用。 因此本发明钢中B含量控制在0. 001-0. 004%。
[002引为了增加本发明不镑钢的奧氏体组织的稳定性，即防止材料变形过程中出现马氏 体磁性相，需要设计合理的合金元素配比。一般用Mdww温度来评价奧氏体相转变为应变诱 发马氏体相的趋势，其含义是应变50%时，产生马氏体相含量达到30%的温度。换句话说， 材料在该温度下变形50%时，马氏体相含量可达到30%。Mdw/w温度越高，代表该材料中奧 氏体相越不稳定，材料发生应变诱发马氏体相变的趋势就越明显。可W用W下经验公式来 计算Mds。/。。温度(其中各元素都取质量百分数）：
[0029] Mdso/s。= 413-9. 5Ni〇/〇-13. 7Cr〇/〇-8. lMn〇/〇-9. 2Si〇/〇-462 (C〇/〇+N〇/〇)
[0030] 根据该经验公式计算得到304钢的Mdw/5。= 4(TC，比较高。因此304不镑钢在常 温下经过一定的应变后，会产生形变马氏体而导致材料有磁性。
[0031] 本发明廉价无磁不镑钢的制造方法，包括如下步骤：
[00础 1)冶炼、铸造
[0033] 按上述成分冶炼，其中，将高炉生产的铁水或者不含媒的废钢加入电炉后作为母 液，母液中的Ni来自利用红±媒矿生产的Ni含量为1. 0?2. Owt%的低媒铁水或者其冷却 制成的低媒生铁块；母液进入氮氧脱碳炉、钢包精炼炉冶炼，然后将钢液德铸成板逐，德铸 过热度20?60°C，拉速0. 5?2. Om/min ;
[0034] 。热社
[00巧]将板逐加热到1100?125(TC，然后热社至目标厚度后卷取；
[003引如冷社或冷锻
[0037] 将热社卷在连续加热炉内1000?115(TC的温度下退火，然后酸洗并冷社，冷社压 下率范围为0?80%，或者冷锻加工至要求厚度，获得的钢板不产生磁性。
[0038] 进一步，当无磁奧氏体不镑钢中的媒含量> 0.4wt%时，采用的媒原料来自：利用 红±媒矿生产的媒含量为1. 0?2. Owt%的低媒铁水或者其冷却制成的低媒生铁块；当无磁 奧氏体不镑钢中的媒含量<〇.4wt%时，采用不加含媒原料或者采用废钢中残余的媒来生 产。
[0039] 本发明在提高产品经济性方面的措施在于冶炼使用的原料及其配料的经济性。其 采用的原料包括；低媒铁水或低媒生铁、铅铁、娃铁、金属猛、电解铜、废钢等。其中的含媒原 料来自：高炉直接利用红±媒矿生产的低媒铁水或者其冷却制成的低媒生铁块（Ni含量为 1. 0?2. Owt%)，不加入Ni含量在lOwt% W上的媒铁和纯媒原料。当加入不同比例的该种 低媒铁水或低媒生铁，可冶炼Ni含量> 0. 4wt%的本发明提及的无磁不镑钢。如果不加入 任何低媒铁水或低媒生铁W及其他媒铁资源，可冶炼Ni含量< 0. 4wt%的本发明提及的无 磁不镑钢，其中的Ni来自废钢中残余的Ni。
[0040] 本发明较现有无磁不镑钢的优势是：
[0041] (1)成分控制合理，容易实现规模化生产。如设计的氮含量适中，在炼钢、连铸和热 社过程中容易控制，氮能在连铸逐中固溶，不产生气泡，在热社过程中不产生边裂；而其他 氮含量在0. 3% W上的钢种很难实现连铸，且在热社过程中易产生边裂；
[0042] (2)节约昂贵的媒资源，合金成本低。根据成分特点采用新颖的配料模式，其中的 媒元素采用来自红±媒矿的媒资源，而不用昂贵的Ni含量在10% W上的媒铁和纯媒资源；
[0043] (3) Mds。/^温度值低，冷社大压下后，仍无磁性，易冷加工；
[0044] (4)铅含量高，耐蚀性较好。

【具体实施方式】
[0045] W下结合实施例对本发明做进一步说明。
[0046] 本发明的无磁奧氏体不镑钢制造工艺如下：高炉/电炉冶炼一氮氧脱碳炉冶炼一 炉外精炼一连铸/模铸一热社一热退酸洗一冷社或冷锻一冷退酸洗。
[0047] 本发明实施例采用电炉、氮氧脱碳炉（A0D)的两步法冶炼，冶炼过程中把低媒生 铁、铅铁、娃铁、金属猛、电解铜、废钢等原料按照一定的配比加入电炉后烙化，烙清后将钢 液倒入A0D炉，在A0D炉内进行脱C、脱S和增N、控N的吹炼，当冶炼成分合格后，将钢液进 行德铸。需要说明的是；冶炼过程中不加入Ni含量在10wt%W上的媒铁和纯媒资源。德 铸后将铸逐加热到ll〇〇-125(TC，在热社机组上社制到所需厚度，然后进行退火和酸洗；之 后，将热退酸洗板在冷社社机上冷社，压下率范围为0?80%，最终获得经大压下量变形后 仍无磁性的无媒或少媒廉价奧氏体不镑钢。具体厚度根据用户所需要的强度和硬度确定。 [004引本发明各实施例的成分及Mdw/w值如表1所示。
[0049] 表1本发明实施例的成分和Mdw/50值
[0050]

【权利要求】
1. 一种廉价无磁奥氏体不锈钢，其成分重量百分比为：c:0. 05?0. 12%，Si:0. 2? 1. 0%，Mn:14. 0 ?18. 0%，Cr:16. 0 ?18. 5%，Ni:0 ?2. 0%，Cu:1. 0 ?3. 0%，N:0? 1 ?0? 3%， B:0. 001?0. 004%，其余为Fe和不可避免的杂质；该不锈钢的Md3Q/5Q温度低于-70°C，且常 温冷轧压下80%后不具有磁性，常温相对磁导率< 1. 005。
2. 如权利要求1所述的廉价无磁不锈钢的制造方法，包括如下步骤： 1) 冶炼、铸造 按上述成分冶炼，其中，将高炉生产的铁水或者不含镍的废钢加入电炉后作为母液，母 液中的Ni来自利用红土镍矿生产的Ni含量为1. 0?2.Owt%的低镍铁水或者其冷却制成 的低镍生铁块；母液进入氩氧脱碳炉、钢包精炼炉冶炼，然后将钢液浇铸成板坯，浇铸过热 度 20 ?60°C，拉速 0? 5 ?2.Om/min; 2) 热轧 将板述加热到1100?1250°C,然后热乳至目标厚度后卷取； 3) 冷轧或冷锻 将热轧卷在连续加热炉内1000?1150°C的温度下退火，然后酸洗并冷轧，冷轧压下率 范围为0?80%，或者冷锻加工至要求厚度，获得的钢板不产生磁性。
3. 如权利要求2所述的廉价无磁不锈钢的制造方法，其特征是，当所述无磁奥氏体不 锈钢中的镍含量> 〇. 4wt%时，采用的镍原料来自：利用红土镍矿生产的镍含量为1. 0? 2. Owt%的低镍铁水或者其冷却制成的低镍生铁块；当无磁奥氏体不锈钢中的镍含量 < 0. 4wt%时，采用不加含镍原料或者采用废钢中残余的镍来生产。
【文档编号】C22C38/38GK104513933SQ201310455137
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】吴狄峰, 刘圣磊, 季灯平, 林隆声 申请人:宝钢不锈钢有限公司