一种低碳铁素体软磁不锈钢及其生产方法与流程

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种低碳铁素体软磁不锈钢及其生产方法。

背景技术：

常用的磁性材料纯铁或硅钢在加工成元器件后，为改善其耐蚀性需进行表层电镀处理，这既增加了成本也会对环境产生污染，因此利用不锈钢良好的耐蚀性，进行软磁不锈钢的研究显得非常必要。

专利申请号cn200910116915.8—焊接专用00cr13si2moal软磁铬不锈合金材料额制备工艺，该工艺加入一定量的si、al等元素，不含铅，硫化物类型及氧化铝类型的非金属夹杂物含量要求在1级以下，生产过程为“中频炉—aod炉精炼—电渣重熔”的三联冶炼工艺，制成200-300kg的钢锭后经锻造矫直拉成条状，产品性能满足客户使用；专利申请号cn200410025650.8—电磁阀用不锈钢芯铁及其制备方法，该工艺在铁素体钢中添加一定量si元素改善电磁性，采用传统铸造方法生产铸坯，经锻造、热轧(或冷轧)获得所需型材，型材最后以高于800℃温度退火，具有良好的耐蚀、软磁性能。但目前还没有关于一种低碳铁素体软磁不锈钢及其生产方法的研究。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种低碳铁素体软磁不锈钢，本发明还提供了一种低碳铁素体软磁不锈钢的生产方法。本发明主要优化铁素体不锈钢成品成分，降低钢中c含量，使产品可用于焊接使用；提高钢中si含量使其具有良好的电磁性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种低碳铁素体软磁不锈钢，所述钢种化学成分及质量百分含量为：c≤0.03%，si：2.5-3.5%，mn≤0.5%，p＜0.03%，s＜0.03%，cr：13.5-15.0%，ni≤0.6%，mo：0.2-0.7%，v≤0.15%，ti≤0.1%，n＜0.020%，余量为fe和不可避免的杂质元素。

本发明还提供了一种低碳铁素体软磁不锈钢的生产方法，所述生产方法包括铁水脱磷、aod炉冶炼、lf炉精炼、连铸工序。

本发明所述铁水脱磷工序，脱磷铁水中主要化学成分及质量百分含量为：c≥3.0%，si≤0.02%，p≤0.03%，铁水温度＞1250℃。

本发明所述aod炉冶炼工序，脱磷铁水按40-50吨装入量计算，出钢量按57-60吨计算，顶枪氧气压力范围为6-17bar，提枪前顶枪吹氧量为55-57.9m³/吨钢，侧枪氧气、氩气压力范围为3-19bar。

本发明所述aod炉冶炼工序，冶炼过程中，分别加入铬铁、硅铁、钼铁进行合金化，其中铬铁加入量为281-300kg/吨钢(铬吸收率为96.5%)，硅铁加入量为55-70kg/吨钢(硅综合吸收率为85%)，钼铁加入量为3.5-5kg/吨钢(钼吸收率为99%)，镍板加入量为2-2.5kg/吨钢(镍吸收率为99%)，钢渣碱度r范围为1.7-2.0，过程中进行脱碳保铬，还原期加硅铁进行氧化铬还原及硅元素合金化。

本发明所述lf炉精炼工序，将aod钢水兑入lf炉中，加入一定量低碳铬铁、铬铁、镍板和钼铁合金进行成分微调，碱度r范围为2.3-2.6，上机浇铸前，底吹氩气时间应≥12min，使钢中夹杂物充分上浮，上机浇铸温度为1605-1625℃。

本发明所述连铸工序，钢种液相线温度为1485℃，首炉中包温度控制范围为1520-1535℃，拉速控制1.05-1.15m/min，非首炉中包温度控制范围为1515-1530℃，拉速控制1.05-1.15m/min。

本发明所述连铸工序，结晶器水量1500-1600l/min，结晶器电磁搅拌电流360-370a，结晶器电磁搅拌频率4.0±0.5hz。

本发明所述连铸工序，二冷阶段采用中弱强度冷却，二冷阶段一区每流水量控制在180～200l/min，二区每流水量控制在150～180l/min，三区每流水量控制在100～120l/min。

本发明所述连铸工序，钢坯矫直后缓冷工艺为，采用厢式加热炉进行退火，开启加热炉最大升温能力，将炉内温度升至500±10℃，将连铸坯放入加热炉中，保温60±5min后，停止保温，将炉门开启5-10cm，当温度降至400±10℃时将炉门开启至15-20cm，当温度降至250±10℃时将炉门全部开启，当温度降至100±10℃以下时，将加热炉台车开出空冷至室温，结束缓冷。

本发明的设计思路如下：含有较低磷含量的脱磷铁水，通过aod精炼炉各吹炼阶段混合气体比例的合理设定，进行最大限度的脱碳保铬及升温处理，同时加入较稳定元素进行钢水合金化，还原期加入一定量硅铁进行渣中cr2o3还原，进一步提高合金收得率，lf炉冶炼过程通过合金元素微调以及温度控制，为后续浇铸钢坯做好准备，连铸过程中因该钢种含较高si含量，会降低钢坯的韧性和塑性，故二冷阶段需采用弱冷操作，以减轻钢坯内应力，同时钢坯通过矫直段后需进行缓冷处理。

钢中减小c、n元素含量可以降低焊接位置crx(c、n)y比例，提高焊接区域耐蚀性，保证产品良好的焊接性能；提高钢种si元素含量，可以沉淀析出碳化物，使碳易于石墨化，另一方面，减少碳、氧、氮在铁素体中脱溶引起的磁时效现象，改善产品磁性能。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明主要提供一种低碳软磁不锈钢的生产方法，产品具有良好的耐蚀性能，不需电镀处理即可在恶劣的环境中使用，极大扩充软磁产品的使用范畴，减少频繁加工对环境的污染。2、在铁素体不锈钢中进一步降低c含量，提高si元素含量，改善材料焊接性及软磁性能，产品用于制作车辆abs控件及家用电器中的电磁阀部件。

附图说明

图1实施例1中连铸钢坯低倍组织图；

图2实施例1中低碳铁素体软磁不锈钢金相组织图。

具体实施方式

实施例1

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及生产方法如下:

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及质量百分含量：c：0.02%，si：2.7%，mn：0.35%，p：0.018%，s：0.01%，cr：13.9%，ni：0.2%，mo：0.25%，v：0.08%，ti：0.10%，n：0.019%，余量为fe和不可避免的杂质元素。

低碳铁素体软磁不锈钢生产方法包括铁水脱磷、aod炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、退火、酸洗工序，具体步骤如下：

1)铁水脱磷工序：铁水脱磷处理，脱磷铁水中主要化学成分及质量百分含量为：c：3.2%，si：0.015%，p：0.015%，铁水温度1260℃。

2)aod炉冶炼工序：

将脱磷铁水兑入aod炉中，脱磷铁水按43吨装入量计算，出钢量按57.1吨计算，顶枪氧气压力范围为15bar，提枪前顶枪吹氧量为57.1m³/吨钢，侧枪氧气、氩气压力范围为17bar。

aod炉冶炼过程中，分别加入铬铁、硅铁、钼铁等合金进行合金化，其中铬铁加入量为285kgkg/吨钢，硅铁加入量为58kg/吨钢，钼铁加入量约3.9kg/吨钢，镍板加入量为2.1kg/吨钢，钢渣碱度r范围为1.8，过程中进行脱碳保铬，还原期加硅铁进行氧化铬还原及硅元素合金化。

3)lf炉精炼工序：

将aod钢水兑入lf炉中，加入一定量低碳铬铁、铬铁、镍板和钼铁等合金进行成分微调，上机浇铸前底吹氩气时间13min，使钢中夹杂物充分上浮，碱度r为2.35，上机浇铸温度为1615℃。

4)连铸工序：

钢种液相线温度为1485℃，中包温度控制范围为1522-1528℃，拉速控制1.1m/min。结晶器水量1585l/min，结晶器电磁搅拌电流370a，结晶器电磁搅拌频率4.2hz。二冷阶段采用中弱强度冷却，二冷阶段一区每流水量控制在195l/min，二区每流水量控制在168l/min，三区每流水量控制在105l/min。

钢坯矫直后需缓冷，缓冷工艺为，采用厢式加热炉进行退火，开启加热炉最大升温能力，将炉内温度升至490℃，将连铸坯放入加热炉中，保温55min后，停止保温，将炉门开启5cm，当温度降至390℃时将炉门开启至15cm，当温度降至240℃时将炉门全部开启，当温度降至90℃以下时，将加热炉台车开出空冷至室温，结束缓冷。

5)连铸坯经轧制、退火、酸洗工序处理得到低碳铁素体软磁不锈钢。

实施例2

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及生产方法如下:

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及质量百分含量：c：0.02%，si：2.85%，mn：0.27%，p：0.016%，s：0.01%，cr：14.00%，ni：0.24%，mo：0.24%，v：0.15%，ti：0.04%，n：0.015%，余量为fe和不可避免的杂质元素。

低碳铁素体软磁不锈钢生产方法包括铁水脱磷、aod炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、退火、酸洗工序，具体步骤如下：

1)铁水脱磷工序：铁水脱磷处理，脱磷铁水中主要化学成分及质量百分含量为：c：3.1%，si：0.018%，p：0.015%，铁水温度1265℃。

2)aod炉冶炼工序：

将脱磷铁水兑入aod炉中，脱磷铁水按47吨装入量计算，出钢量按59.5吨计算，顶枪氧气压力范围为11bar，提枪前顶枪吹氧量为56.3m³/吨钢，侧枪氧气、氩气压力范围为12bar。

aod炉冶炼过程中，分别加入铬铁、硅铁、钼铁等合金进行合金化，其中铬铁加入量为287kg/吨钢，硅铁加入量约60kg/吨钢，钼铁加入量为3.8kg/吨钢，镍板加入量为2.2kg/吨钢，钢渣碱度r范围为1.82，过程中进行脱碳保铬，还原期加硅铁进行氧化铬还原及硅元素合金化。

3)lf炉精炼工序：

将aod钢水兑入lf炉中，加入一定量低碳铬铁、铬铁、镍板和钼铁等合金进行成分微调，上机浇铸前底吹氩气时间14min，使钢中夹杂物充分上浮，碱度r为2.45，上机浇铸温度为1610℃。

4)连铸工序：

钢种液相线温度为1485℃，首炉中包温度控制范围为1520-1529℃，拉速控制1.15m/min。结晶器水量1570l/min，结晶器电磁搅拌电流360a，结晶器电磁搅拌频率3.8hz。二冷阶段采用中弱强度冷却，二冷阶段一区每流水量控制在185l/min，二区每流水量控制在165l/min，三区每流水量控制在115l/min。

钢坯矫直后需缓冷，缓冷工艺为，采用厢式加热炉进行退火，开启加热炉最大升温能力，将炉内温度升至510℃，将连铸坯放入加热炉中，保温65min后，停止保温，将炉门开启10cm，当温度降至410℃时将炉门开启至20cm，当温度降至260℃时将炉门全部开启，当温度降至110℃以下时，将加热炉台车开出空冷至室温，结束缓冷。

5)连铸坯经轧制、退火、酸洗工序处理得到低碳铁素体软磁不锈钢。

实施例3

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及生产方法如下:

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及质量百分含量：c：0.030%，si：2.50%，mn：0.50%，p：0.014%，s：0.01%，cr：13.50%，ni：0.23%，mo：0.24%，v：0.08%，ti：0.06%，n：0.17%，余量为fe和不可避免的杂质元素

低碳铁素体软磁不锈钢生产方法包括铁水脱磷、aod炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、退火、酸洗工序，具体步骤如下：

1)铁水脱磷工序：铁水脱磷处理，脱磷铁水中主要化学成分及质量百分含量为：c：3.3%，si：0.017%，p：0.012%，铁水温度1255℃。

2)aod炉冶炼工序：

将脱磷铁水兑入aod炉中，脱磷铁水按46吨装入量计算，出钢量按59吨计算，顶枪氧气压力范围为8bar，提枪前顶枪吹氧量为55.9m³/吨钢，侧枪氧气、氩气压力范围为9ba。

aod炉冶炼过程中，分别加入铬铁、硅铁、钼铁等合金进行合金化，其中铬铁加入量为290kg/吨钢，硅铁加入量为61kg/吨钢，钼铁加入量为3.8kg/吨钢，镍板加入量为2.2kg/吨钢，钢渣碱度r范围为1.87，过程中进行脱碳保铬，还原期加硅铁进行氧化铬还原及硅元素合金化。

3)lf炉精炼工序：

将aod钢水兑入lf炉中，加入一定量低碳铬铁、铬铁、镍板和钼铁等合金进行成分微调，上机浇铸前底吹氩气时间13min，使钢中夹杂物充分上浮，碱度r为2.55，上机浇铸温度为1619℃。

4)连铸工序：

钢种液相线温度为1485℃，首炉中包温度控制范围为1526-1535℃，拉速控制1.05m/min。结晶器水量1550l/min，结晶器电磁搅拌电流365a，结晶器电磁搅拌频率4.0hz。二冷阶段采用中弱强度冷却，二冷阶段一区每流水量控制在190l/min，二区每流水量控制在160l/min，三区每流水量控制在110l/min。

钢坯矫直后需缓冷，缓冷工艺为，采用厢式加热炉进行退火，开启加热炉最大升温能力，将炉内温度升至500℃，将连铸坯放入加热炉中，保温1h后，停止保温，将炉门开启5cm，当温度降至400℃时将炉门开启至15cm，当温度降至250℃时将炉门全部开启，当温度降至100℃以下时，将加热炉台车开出空冷至室温，结束缓冷。

5)连铸坯经轧制、退火、酸洗工序处理得到低碳铁素体软磁不锈钢。

实施例4

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及生产方法如下:

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及质量百分含量：c：0.025%，si：2.75%，mn：0.32%，p：0.021%，s：0.015%，cr：13.5%，ni：0.6%，mo：0.20%，v：0.15%，ti：0.1%，n：0.019%，余量为fe和不可避免的杂质元素。

低碳铁素体软磁不锈钢生产方法包括铁水脱磷、aod炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、退火、酸洗工序，具体步骤如下：

1)铁水脱磷工序：铁水脱磷处理，脱磷铁水中主要化学成分及质量百分含量为：c：3.25%，si：0.016%，p：0.011%，铁水温度：1253℃。

2)aod炉冶炼工序：

将脱磷铁水兑入aod炉中，脱磷铁水按45吨装入量计算，出钢量按57吨计算，顶枪氧气压力范围为6bar，提枪前顶枪吹氧量为55m³/吨钢，侧枪氧气、氩气压力范围为3bar。

aod炉冶炼过程中，分别加入铬铁、硅铁、钼铁等合金进行合金化，其中铬铁加入量为281kg/吨钢，硅铁加入量为55kg/吨钢，钼铁加入量为3.5kg/吨钢，镍板加入量为2.0kg/吨钢，钢渣碱度r为1.7，过程中进行脱碳保铬，还原期加硅铁进行氧化铬还原及硅元素合金化。

3)lf炉精炼工序：

将aod钢水兑入lf炉中，加入一定量低碳铬铁、铬铁、镍板和钼铁等合金进行成分微调，上机浇铸前底吹氩气时间15min，使钢中夹杂物充分上浮，碱度r为2.3，上机浇铸温度为1605℃。

4)连铸工序：

钢种液相线温度为1485℃，中包温度控制为1515-1524℃，拉速控制1.05m/min。结晶器水量1500l/min，结晶器电磁搅拌电流367a，结晶器电磁搅拌频率4.5hz。二冷阶段采用中弱强度冷却，二冷阶段一区每流水量控制在180l/min，二区每流水量控制在150l/min，三区每流水量控制在100l/min。

钢坯矫直后需缓冷，缓冷工艺为，采用厢式加热炉进行退火，开启加热炉最大升温能力，将炉内温度升至495℃，将连铸坯放入加热炉中，保温58min后，停止保温，将炉门开启7cm，当温度降至395℃时将炉门开启至18cm，当温度降至245℃时将炉门全部开启，当温度降至95℃以下时，将加热炉台车开出空冷至室温，结束缓冷。

5)连铸坯经轧制、退火、酸洗工序处理得到低碳铁素体软磁不锈钢。

实施例5

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及生产方法如下:

低碳铁素体软磁不锈钢化学成分及质量百分含量：c：0.015%，si：3.50%，mn：0.37%，p：0.019%，s：0.023%，cr：15.0%，ni：0.42%，mo：0.70%，v：0.11%，ti：0.07%，n：0.012%，余量为fe和不可避免的杂质元素。

低碳铁素体软磁不锈钢生产方法包括铁水脱磷、aod炉冶炼、lf炉精炼、连铸、轧制、退火、酸洗工序，具体步骤如下：

1)铁水脱磷工序：铁水脱磷处理，脱磷铁水中主要化学成分及质量百分含量为：c：3.0%，si：0.02%，p：0.016%，铁水温度：1261℃。

2)aod炉冶炼工序：

将脱磷铁水兑入aod炉中，脱磷铁水按47吨装入量计算，出钢量按60吨计算，顶枪氧气压力范围为17bar，提枪前顶枪吹氧量为57.9m³/吨钢，侧枪氧气、氩气压力范围为19bar。

aod炉冶炼过程中，分别加入铬铁、硅铁、钼铁等合金进行合金化，其中铬铁加入量为300kg/吨钢，硅铁加入量为70kg/吨钢，钼铁加入量为5.0kg/吨钢，镍板加入量为2.5kg/吨钢，钢渣碱度r为2.0，过程中进行脱碳保铬，还原期加硅铁进行氧化铬还原及硅元素合金化。

3)lf炉精炼工序：

将aod钢水兑入lf炉中，加入一定量低碳铬铁、铬铁、镍板和钼铁等合金进行成分微调，上机浇铸前底吹氩气12min，使钢中夹杂物充分上浮，碱度r为2.6，上机浇铸温度为1625℃。

4)连铸工序：

钢种液相线温度为1485℃，中包温度控制为1521-1530℃，拉速控制1.15m/min。结晶器水量1600l/min，结晶器电磁搅拌电流368a，结晶器电磁搅拌频率3.5hz。二冷阶段采用中弱强度冷却，二冷阶段一区每流水量控制在200l/min，二区每流水量控制在180l/min，三区每流水量控制在120l/min。

钢坯矫直后需缓冷，缓冷工艺为，采用厢式加热炉进行退火，开启加热炉最大升温能力，将炉内温度升至505℃，将连铸坯放入加热炉中，保温62min后，停止保温，将炉门开启9cm，当温度降至405℃时将炉门开启至15cm，当温度降至255℃时将炉门全部开启，当温度降至105℃以下时，将加热炉台车开出空冷至室温，结束缓冷。

5)连铸坯经轧制、退火、酸洗工序处理得到低碳铁素体软磁不锈钢。

本发明各实施例中钢坯进行磁性能检验，检验结果见表1。

附图说明：

通过图1可以看出，钢坯内部等轴晶占比较大,外侧有一定厚度激冷层,为后续轧制线材的良好性能奠定了基础。

图2为低碳铁素体软磁不锈钢线材金相组织图，内部晶粒大小较均匀，晶粒内部明显看出存在较多碳氮化物，分析为微合金化元素与钢中碳氮结合形成，可防止退火过程中晶粒的过分长大，保证材料的良好性能，其余实施例附图相同，省略。

表1各实施例中钢坯磁性能检验结果

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。