CN106591736B

CN106591736B - 高强低铬不锈钢及其热处理方法

Info

Publication number: CN106591736B
Application number: CN201611143713.9A
Authority: CN
Inventors: 罗刚; 王志斌
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2018-08-21
Anticipated expiration: 2036-12-13
Also published as: CN106591736A

Abstract

公开了高强低铬不锈钢及其热处理方法，按重量百分比计，该高强低铬不锈钢包含0<C≤0.05％、0<Si≤1.0％、0<Mn≤2.00％、P≤0.045％、S≤0.03％、0<N≤0.03％、10.5％≤Cr≤13.5％、0<Ni≤1.0％、0<Ti+Nb≤0.5％，余量为Fe及其它不可避免的杂质。该高强低铬不锈钢屈服强度大于等于500MPa，并且热处理周期大为缩短，从而可以大规模工程应用推广。

Description

高强低铬不锈钢及其热处理方法

技术领域

本申请大体上涉及不锈钢领域。具体地，本申请涉及高强低铬不锈钢及其热处理方法。

背景技术

以南非3Cr12、美国S41003和德国1.4003等为代表的低铬铁素体不锈钢，由于具有良好的力学性能、耐蚀性能和低的全寿命周期成本，正逐渐成为工程结构件用碳钢、耐候钢和涂镀板等的替代材料。这类不锈钢Cr当量相对较低，热轧空冷后会在铁素体基体中形成少量的马氏体，因此具有较高的强度。但此时材料对应的塑性较差(延伸率约为10％)，无法直接工程应用。为此，通常钢卷要在700℃-750℃的罩式炉中进行长时间退火处理。

概述

一方面，本申请涉及高强低铬不锈钢，按重量百分比计，其包含0<C≤0.05％、0<Si≤1.0％、0<Mn≤2.00％、P≤0.045％、S≤0.03％、0<N≤0.03％、10.5％≤Cr≤13.5％、0<Ni≤1.0％、0<Ti+Nb≤0.5％，余量为Fe及其它不可避免的杂质。

另一方面，本申请涉及热处理方法，其包括：a)提供高强低铬不锈钢，按重量百分比计，所述高强低铬不锈钢包含0<C≤0.05％、0<Si≤1.0％、0<Mn≤2.00％、P≤0.045％、S≤0.03％、0<N≤0.03％、10.5％≤Cr≤13.5％、0<Ni≤1.0％、0<Ti+Nb≤0.5％，余量为Fe及其它不可避免的杂质；以及b)对所述待处理不锈钢进行连续退火处理，其中所述连续退火处理中的热处理温度为800℃-900℃。

再一方面，本申请涉及高强低铬不锈钢，其中所述高强低铬不锈钢经过连续退火处理，按重量百分比计，所述高强低铬不锈钢包含0<C≤0.05％、0<Si≤1.0％、0<Mn≤2.00％、P≤0.045％、S≤0.03％、0<N≤0.03％、10.5％≤Cr≤13.5％、0<Ni≤1.0％、0<Ti+Nb≤0.5％，余量为Fe及其它不可避免的杂质。

附图简要说明

图1是实施例1生产的高强低铬不锈钢的显微组织照片。

详述

在以下的说明中，包括某些具体的细节以对各个公开的实施方案提供全面的理解。然而，相关领域的技术人员会认识到，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其它方法、部件、材料等的情况下仍实现实施方案。

除非本申请中另有要求，在整个说明书和所附的权利要求书中，词语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”应解释为开放式的、含括式的意义，即“包括但不限于”。

在整个说明书中提到的“一实施方案”、“实施方案”、“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”意指在至少一实施方案中包括与该实施方案所述的相关的具体参考要素、结构或特征。因此，在整个说明书中不同位置出现的短语“在一实施方案中”或“在实施方案中”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”不必全部指同一实施方案。此外，具体要素、结构或特征可以任何适当的方式在一个或多个实施方案中结合。

定义

在本文中，“奥氏体”系指γ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，其具有面心立方结构。奥氏体塑性较好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。

在本文中，“马氏体”系指碳在α-Fe中的过饱和固溶体，其具有体心四方结构。较高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。

在本文中，“铁素体”系指碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体，其具有体心立方晶格，常用符号F表示。纯铁素体组织具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度都较低。

在本文中，“室温”系指25℃±5℃。

在本文中，“塑韧性”系指不锈钢材料塑性和韧性的统称。

在本文中，“塑性”系指在外力作用下，不锈钢材料能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。

在本文中，“韧性”系指不锈钢材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。

在本文中，“延伸率(δ)”系指不锈钢试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL与原标距长度L之比的百分数：δ＝ΔL/L×100％。

在本文中，“屈服强度”系指不锈钢材料发生屈服现象时的屈服极限，这里采用规定非比例延伸率为0.2％时的应力值。

在本文中，“抗拉强度”系指不锈钢材料在拉断前承受最大应力值。

在本文中，“平均冷却速率”系指(热处理温度-300℃)/(不锈钢从连续退火炉出来冷却至300℃所用的时间)。

具体实施方案

在某些实施方案中，C为奥氏体形成元素，同时也是固溶强化元素，然而C含量过高会降低钢的耐蚀性和塑韧性，因此，按重量百分比计0<C≤0.05％。

在某些实施方案中，Si在炼钢时起脱氧作用，同时也是铁素体形成元素，适量的硅可提高强度和耐蚀性，然而Si含量过高时会恶化钢的韧性，因此，按重量百分比计0<Si≤1.0％。

在某些实施方案中，Mn和Ni同为奥氏体形成元素，加入Mn能使钢形成更多高温奥氏体，从而在后续冷却过程获得更多的马氏体，有利于提高强度；同时Mn价格远比Ni低，以Mn代Ni可降低钢的成本。然而过高的Mn含量对钢的耐蚀性不利，因此，按重量百分比计0<Mn≤2.0％。

在某些实施方案中，P、S为炼钢不可避免的杂质元素，同时对钢性能不利，因此其含量应当尽量低，按重量百分比计P≤0.045％，S≤0.03％。

在某些实施方案中，N为奥氏体形成元素，少量的氮可以起到固溶强化和组织调控的作用，然而N含量过高会降低钢的韧性，因此，按重量百分比计0<N≤0.03％。

在某些实施方案中，Cr为最主要耐蚀元素，含量越高越有利于提高钢的耐蚀性能；Cr也是铁素体形成元素，其含量过高不利于钢中马氏体的形成和强度提高，同时过高的Cr含量也会增加钢的成本，因此按重量百分比计10.5％≤Cr≤13.5％。

在某些实施方案中，Ni为奥氏体形成元素，可以增加高温时钢的奥氏体组织比例，同时对钢的韧性也有益。然而Ni含量超过一定值后，效果增加的幅度变小。此外，Ni资源有限，为战略元素，价格昂贵且波动大，因此，按重量百分比计0<Ni≤1.0％。

在某些实施方案中，Ti、Nb为强碳氮化物形成元素，加入一定量的Ti、Nb可以优先将钢中的多余的碳、氮元素固定，避免Cr的碳氮化物析出，提高钢的耐蚀性能；析出Ti、Nb的碳氮化物可以细化晶粒，改善钢的力学性能。然而过多的Ti、Nb会引起表面缺陷和增加成本，因此Ti、Nb总量>0且≤0.5％。

在某些实施方案中，为了保证本申请的高强低铬不锈钢具有高强度和良好的塑性，该不锈钢的化学成分应满足成分因子M的大小约为2.1-3.6，其中M＝[Cr+6Si+5(Ti+Nb)]/[4Ni+2Mn+40(C+N)]。成分因子M反映了铁素体形成元素和奥氏体形成元素含量相对比例。成分因子M值越大，说明不锈钢的铁素体形成元素含量较多，对应不锈钢强度低、塑性好。相反地，成分因子M值越小，说明不锈钢的奥氏体形成元素含量较多，冷却后会形成更多的马氏体，对应不锈钢强度高、塑性差。

另一方面，本申请涉及热处理方法，其包括：

a)提供待处理不锈钢，按重量百分比计，所述不锈钢成分包含0<C≤0.05％、0<Si≤1.0％、0<Mn≤2.00％、P≤0.045％、S≤0.03％、0<N≤0.03％、10.5％≤Cr≤13.5％、0<Ni≤1.0％、0<Ti+Nb≤0.5％，余量为Fe及其它不可避免的杂质；以及

b)对所述待处理不锈钢进行连续退火处理，其中所述连续退火处理中的热处理温度为800℃-900℃。

在某些实施方案中，能够用于本申请的进行连续退火处理的设备的示例性实例包括但不限于连续退火炉。

在某些实施方案中，能够用于本申请的热处理方法中每毫米不锈钢厚度对应的保温时间为0.5min-3.0min。

在某些实施方案中，能够用于本申请的热处理方法中的平均冷却速率≤40℃/s。

在某些实施方案中，退火处理中的热处理后冷却至室温。

在某些实施方案中，在热处理的加热保温过程结束后，以≤40℃/s的平均冷却速率冷却至室温。

某些实施方案中，能够用于本申请热处理方法的不锈钢为钢卷。

在某些实施方案中，能够用于本申请热处理方法的不锈钢为热轧态。

在某些实施方案中，能够用于本申请热处理方法中的不锈钢厚度约为2.0mm-12.0mm。在某些实施方案中，能够用于本申请热处理方法中的不锈钢厚度约为4.0mm-7.0mm。

在某些实施方案中，能够用于本申请的热处理方法的高强低铬不锈钢的示例性实例包括但不限于高强低铬不锈钢钢卷。

在某些实施方案中，能够用于本申请的高强低铬不锈钢钢卷的示例性实例包括但不限于热轧态钢卷。

在某些实施方案中，为了使不锈钢获得较为细小的晶粒，能够用于本申请的每毫米高强低铬不锈钢厚度对应的保温时间约为0.5min-3.0min。在某些实施方案中，为了使不锈钢获得较为细小的晶粒，能够用于本申请的每毫米高强低铬不锈钢厚度对应的保温时间约为1.5min-3.0min。在某些实施方案中，为了使不锈钢获得较为细小的晶粒，能够用于本申请的每毫米高强低铬不锈钢厚度对应的保温时间约为1.5min-2.3min。

在某些实施方案中，经过本申请的热处理方法处理后的高强低铬不锈钢的延伸率约为大于等于20％。

在某些实施方案中，经过本申请的热处理方法处理后的高强低铬不锈钢的屈服强度约为大于等于500MPa。

在某些实施方案中，高强低铬不锈钢具的化学成分应满足成分因子M的大小约为2.1-3.6，其中M＝[Cr+6Si+5(Ti+Nb)]/[4Ni+2Mn+40(C+N)]。成分因子M反映了铁素体形成元素和奥氏体形成元素含量相对比例。成分因子M值越大，说明不锈钢的铁素体形成元素含量较多，对应不锈钢强度低、塑性好。相反地，成分因子M值越小，说明不锈钢的奥氏体形成元素含量较多，冷却后会形成更多的马氏体，对应不锈钢强度高、塑性差。

在某些实施方案中，经过本申请的热处理方法获得的高强低铬不锈钢具有图1所示的显微组织。

本申请的热处理方法中的连续退火的热处理温度较高，能使不锈钢充分奥氏体化，冷却后形成更多的马氏体，以便提高强度。此外，较高的热处理温度还可以快速消除变形组织，改善不锈钢的塑韧性。适中的保温时间可使不锈钢获得细小的组织结构，从而提高强度和塑韧性。较慢的冷却速率可使不锈钢在冷却过程中发生马氏体自回火，可进一步增加钢的塑韧性。

此外，与本领域常规的罩式炉退火相比，本申请的热处理方法的退火周期大为缩短。本领域常规的罩式炉平均每小时热处理的钢≤3吨，而本申请的热处理方法中的连续退火每小时可热处理的钢≥5吨。

再一方面，本申请涉及高强低铬不锈钢，其中所述高强低铬不锈钢是经过连续退火处理获得，按重量百分比计，所述高强低铬不锈钢包含0<C≤0.05％、0<Si≤1.0％、0<Mn≤2.00％、P≤0.045％、S≤0.03％、0<N≤0.03％、10.5％≤Cr≤13.5％、0<Ni≤1.0％、0<Ti+Nb≤0.5％，余量为Fe及其它不可避免的杂质。

下文中，本申请将通过如下实施例以及附图进行详细解释以便更好地理解本申请的各个方面及其优点。然而，应当理解，以下的实施例是非限制性的而且仅用于说明本申请的某些实施方案。

实施例

实施例1

通过冶炼-连铸-热轧的方法获得厚度为2.12mm的待处理的热轧钢卷，化学成分见表1。其中热轧终轧温度约830℃，经层流冷却后于约630℃时卷曲成卷。

接着将钢卷在连续退火线中进行热处理，热处理温度为830℃，每毫米厚度钢板对应的保温时间为3.0min，最后以30℃/s的平均冷却速率冷却至室温获得高强度低铬不锈钢。具体力学性能及热处理效率(单位时间内所处理钢的吨数)见表2。该高强低铬不锈钢具有图1所示的显微组织。

实施例2

通过冶炼-连铸-热轧的方法获得厚度为4.01mm的待处理的热轧钢卷，化学成分见表1。其中热轧终轧温度约850℃，经层流冷却后于约640℃时卷曲成卷。

接着将钢卷在连续退火线中进行热处理，热处理温度为850℃，每毫米厚度钢板对应的保温时间为2.3min，最后以21℃/s的平均冷却速率冷却至室温获得高强度低铬不锈钢。具体力学性能及热处理效率(单位时间内所处理钢的吨数)见表2。该高强低铬不锈钢具有与图1类似的显微组织。

实施例3

通过冶炼-连铸-热轧的方法获得厚度为7.08mm的待处理的热轧钢卷，化学成分见表1。其中热轧终轧温度约845℃，经层流冷却后于约630℃时卷曲成卷。

接着将钢卷在连续退火线中进行热处理，热处理温度为870℃，每毫米厚度钢板对应的保温时间为1.5min，最后以12℃/s的平均冷却速率冷却至室温获得高强度低铬不锈钢。具体力学性能及热处理效率(单位时间内所处理钢的吨数)见表2。该高强低铬不锈钢具有与图1类似的显微组织。

实施例4

通过冶炼-连铸-热轧的方法获得厚度为11.96mm的待处理的热轧钢卷，化学成分见表1。其中热轧终轧温度约835℃，经层流冷却后于约635℃时卷曲成卷。

接着将钢卷在连续退火线中进行热处理，热处理温度为890℃，每毫米厚度钢板对应的保温时间为0.5min，最后以5℃/s的平均冷却速率冷却至室温获得高强度低铬不锈钢。具体力学性能及热处理效率(单位时间内所处理钢的吨数)见表2。该高强低铬不锈钢具有与图1类似的显微组织。

表1实施例1-4钢的化学成分单位：w.t.％

实施例	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	N	Ti+Nb	成分因子M
											1	0.05	0.1	0.3	0.045	0.03	10.5	0.05	0.03	0.5	3.4
2	0.03	0.5	1.1	0.031	0.02	11.5	0.3	0.02	0.3	3.0
											3	0.02	0.8	1.6	0.023	0.01	12.3	0.6	0.01	0.11	2.6
4	0.01	1.0	2.0	0.005	0.001	13.5	1.0	0.008	0.05	2.3

表2实施例1-4钢的热处理参数、力学性能和热处理效率

由此可见，通过合理的成分设计和/或连续退火工艺参数，使低铬不锈钢获得了细小的铁素体+回火马氏体组织(见图1)，在保证延伸率≥20％的前提下，获得了较高的强度(屈服强度≥500MPa)和较快的生产节奏(热处理周期大为缩短)，从而更有助于工程应用推广。

从前述中可以理解，尽管为了示例性说明的目的描述了本发明的具体实施方案，但是在不偏离本发明的精神和范围的条件下，本领域所述技术人员可以作出各种变形或改进。这些变形或修改都应落入本申请所附权利要求的范围。

Claims

1.高强低铬不锈钢，按重量百分比计，其包含0<C≤0.05％、0<Si≤1.0％、0<Mn≤2.00％、P≤0.045％、S≤0.03％、0<N≤0.03％、10.5％≤Cr≤13.5％、0<Ni≤1.0％、0<Ti+Nb≤0.5％，余量为Fe及其它不可避免的杂质，其成分因子M为2.1-3.6，其中M＝[Cr+6Si+5(Ti+Nb)]/[4Ni+2Mn+40(C+N)]。

2.热处理方法，其包括：

a)提供待处理不锈钢，按重量百分比计，所述待处理不锈钢成分包含0<C≤0.05％、0<Si≤1.0％、0<Mn≤2.00％、P≤0.045％、S≤0.03％、0<N≤0.03％、10.5％≤Cr≤13.5％、0<Ni≤1.0％、0<Ti+Nb≤0.5％，余量为Fe及其它不可避免的杂质；以及

3.如权利要求2所述的热处理方法，其中所述待处理不锈钢为不锈钢卷。

4.如权利要求2所述的热处理方法，其中每毫米不锈钢厚度对应的保温时间为0.5min-3.0min。

5.如权利要求3所述的热处理方法，其中每毫米不锈钢厚度对应的保温时间为0.5min-3.0min。

6.如权利要求2至5中任一权利要求所述的热处理方法，其中所述连续退火处理中的平均冷却速率≤40℃/s。

7.如权利要求2至5中任一权利要求所述的热处理方法，其中所述待处理不锈钢为热轧态。

8.如权利要求6所述的热处理方法，其中所述待处理不锈钢为热轧态。

9.如权利要求7所述的热处理方法，其中所述待处理不锈钢的厚度为2.0mm-12mm。

10.如权利要求8所述的热处理方法，其中所述待处理不锈钢的厚度为2.0mm-12mm。

11.如权利要求2至5中任一权利要求所述的热处理方法，其中所述高强低铬不锈钢的成分因子M为2.1-3.6，其中M＝[Cr+6Si+5(Ti+Nb)]/[4Ni+2Mn+40(C+N)]。

12.如权利要求6所述的热处理方法，其中所述高强低铬不锈钢的成分因子M为2.1-3.6，其中M＝[Cr+6Si+5(Ti+Nb)]/[4Ni+2Mn+40(C+N)]。

13.如权利要求7所述的热处理方法，其中所述高强低铬不锈钢的成分因子M为2.1-3.6，其中M＝[Cr+6Si+5(Ti+Nb)]/[4Ni+2Mn+40(C+N)]。

14.如权利要求8所述的热处理方法，其中所述高强低铬不锈钢的成分因子M为2.1-3.6，其中M＝[Cr+6Si+5(Ti+Nb)]/[4Ni+2Mn+40(C+N)]。

15.如权利要求9所述的热处理方法，其中所述高强低铬不锈钢的成分因子M为2.1-3.6，其中M＝[Cr+6Si+5(Ti+Nb)]/[4Ni+2Mn+40(C+N)]。

16.如权利要求10所述的热处理方法，其中所述高强低铬不锈钢的成分因子M为2.1-3.6，其中M＝[Cr+6Si+5(Ti+Nb)]/[4Ni+2Mn+40(C+N)]。

17.如权利要求2至5中任一权利要求所述的热处理方法，其中连续退火处理后的高强低铬不锈钢的延伸率≥20％。

18.如权利要求6所述的热处理方法，其中连续退火处理后的高强低铬不锈钢的延伸率≥20％。

19.如权利要求7所述的热处理方法，其中连续退火处理后的高强低铬不锈钢的延伸率≥20％。

20.如权利要求8所述的热处理方法，其中连续退火处理后的高强低铬不锈钢的延伸率≥20％。

21.如权利要求9所述的热处理方法，其中连续退火处理后的高强低铬不锈钢的延伸率≥20％。

22.如权利要求10所述的热处理方法，其中连续退火处理后的高强低铬不锈钢的延伸率≥20％。

23.如权利要求11所述的热处理方法，其中连续退火处理后的高强低铬不锈钢的延伸率≥20％。

24.如权利要求12至16中任一权利要求所述的热处理方法，其中连续退火处理后的高强低铬不锈钢的延伸率≥20％。