CN111172454A - 314耐热钢丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种314耐热钢丝及其制备方法，包括以下质量百分比的组分：C≤0.10%、Si为1.5‑2.5%、Mn≤2.0%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为23‑25%、Ni为19.0‑20.0%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、Ni‑Mg为0.05%、钇合金0.04%。本发明通过各元素的合理配比，使得在保证钢丝的耐高温腐蚀以及硬度等性能的同时，提高314钢丝的韧性和塑性，有效改善314不锈钢的以脆断为主的混合断裂，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及耐热钢丝，尤其涉及314耐热钢丝及其制备方法。
背景技术
314耐热钢丝是常见的奥氏体不锈钢，其钢号为1Cr25，具有较高的高温强度及抗氧化性，对含硫气氛较敏感，在 600～800 ℃有析出相的脆化倾向，适于制作承受应力的各种炉用构件。目前常用的314耐热钢丝寿命经常受到断裂的影响。
314不锈钢的断裂属于以脆断为主的混合断裂，对于314不锈钢来说，相比于304等其他不锈钢，其碳含量较高，碳是一种间隙原子，而奥氏体不锈钢中如果含碳量较多，通过固溶强化显著提高不锈钢的强度的同时它会与铬形成一系列复杂的碳化物，导致局部铬的贫化，使钢的耐蚀性特别是耐晶间间腐蚀性能下降；此外，过大的道次变形率使得延伸率急剧下降，位错运动受阻问，最终钢丝的塑性达不到需求导致钢丝被拉断。另外，由于314不锈钢试样中存在一定尺寸与数量的非金属夹杂物，孔洞择优在夹杂物附近形核，因此在断口上很多解理台阶存在微裂纹，微裂纹形核后、迅速长大并连接就会诱导脆断。因此需要一种314耐热钢丝，使其克服上述缺点，以延长其使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的314耐热钢丝及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种314耐热钢丝，包括以下质量百分比的组分：C≤0.10%、Si为1.5-2.5%、Mn≤2.0%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为23-25%、Ni为19.0-20.0%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、Ni-Mg为0.05%、钇合金0.04%。
优选地，包括以下质量百分比的组分：C为0.055%、Si为2.0%、Mn为0.85%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为23.6%、Ni为19.15%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、镍镁0.05%、钇合金0.04%。
优选地，包括以下质量百分比的组分：C为0.050%、Si为2.0%、Mn为0.85%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为23.6%、Ni为19.15%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、镍镁0.05%、钇合金0.04%。
优选地，所述耐热钢丝中的Cu≤0.15%。
如上文中任一项所述的314耐热钢丝的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、原料准备，精选原料并将其表面清洁烘烤干燥；
步骤2、中频冶炼，采用真空中频冶炼，加入4%左右的硅钙脱氧，精炼温度1520-1540℃，精炼时间大于45分钟，造白渣保持30分钟，出钢温度1540-1560℃，Ni-Mg1.5kg/吨，稀土加入0.3%，出钢清扫炉台，钢包烘烤暗红，出钢钢包吹氩后镇静40秒后浇注，浇铸250kg电极；
步骤3、开坯热轧，热轧加热温度1150-1200℃，保温45分钟，开轧温度≥1150℃，终轧温度≥950℃；
步骤4、冷拉，盘条碱浸后酸白，挂灰烘干冷拔，钢丝拉拔参照Φ5.5→4.5→4.0*→3.5→3.2-3.0*；
步骤5、检验成品并包装入库。
优选地，步骤2中稀土在出钢前3-5分钟加入中频炉中。
优选地，步骤4中盘条浸碱后不能过酸。
本发明的314耐热钢丝中各元素的作用如下：
(1)Cr的作用：Cr能在钢的表面形成富铬氧化膜，从而能够赋予钢良好的耐腐蚀性及不锈性。随着钢中铬含量的增加，钢的耐腐性能逐渐提升，并且在时效过程中能够形成Cr的碳化物，提高不锈钢的强度。但是，过多的Cr含量，因其强烈的形成与稳定铁素体的作用，会大幅度地减小相图中的奥氏体区，并造成淬火后的组织中因存在过多的铁素体而使强度骤然降低的现象，同时对其热塑性也会产生极大地不利影响。
(2)Ni的作用：Ni不仅能够强烈地形成和稳定奥氏体组织及扩大奥氏体相区，而且对提高不锈钢腐蚀电位以及钝化能力有着重要作用。Ni能够提高马氏体不锈钢的塑性和韧性，并且会形成η-NizT1、 β-NiAI等第二相强化粒子。但要注意Ni的含量不能过多，避免其导致材料强度的降低。本发明中Cr的含量为23-25%、Ni为19.0-20.0%，Cr元素较多，用合适配比的Ni元素以稳定奥氏体组织。
(3)Co的作用：它虽然溶解于基体中，却不会形成第二相粒子沉淀析出，一方面与钼元素或者钛元素等产生协作效应，降低Mo的溶解度，促进含Mo第二相粒子的析出，另一方面还可以赋予不锈钢红硬性，使其具有抗高温氧化及耐腐蚀的能力。
(4)Mo的作用： Mo元素能够形成Ni3Mo金属间化合物而起到强化作用。同时，Mo也是一种耐腐蚀性元素，起到一定的耐腐蚀作用。此外，Mo还可以降低Ni的扩散系数，从而抑制逆转变奥氏体在晶界析出，或是Ni向原奥氏体晶界和亚晶界扩散而导致相邻区域贫Ni带的形成，从而改变了钢的韧脆转变行为。
(5)Cu的作用：Cu是一种较弱的奥氏体形成元素，在马氏体时效不锈钢中添加一定量的铜，不仅可以通过析出富Cu的第二相粒子起到强化作用，而且能提高钢的抗大气腐蚀及酸类腐蚀的能力。但是过多的铜会降低钢的热加工性，产生高温铜脆现象。因此本发明将Cu的含量控制在0.15%以下。
本发明通过各元素的合理配比，使得在保证钢丝的耐高温腐蚀以及硬度等性能的同时，提高314钢丝的韧性和塑性，有效改善314不锈钢的以脆断为主的混合断裂，延长其使用寿命。此外，本发明的工艺中采用真空中频冶炼，对钢中的有害元素及夹杂物含量进行了更好的控制。钢丝拉拔参照Φ5.5→4.5→4.0*→3.5→3.2-3.0*，改善其因为过大的道次变形率使得延伸率急剧下降，位错运动受阻问，最终钢丝的塑性达不到需求导致钢丝被拉断的问题。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
实施例1
本实施例的一种314耐热钢丝，包括以下质量百分比的组分：C为0.055%、Si为2.2%、Mn1.2%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为24%、Ni为19.5%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；Cu≤0.15%，并且每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、Ni-Mg为0.05%、钇合金0.04%。
实施例2
本实施例的一种314耐热钢丝，包括以下质量百分比的组分：C为0.055%、Si为2.0%、Mn为0.85%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为23.6%、Ni为19.15%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；Cu≤0.15%，并且每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、镍镁0.05%、钇合金0.04%。
实施例3
本实施例的一种314耐热钢丝，包括以下质量百分比的组分：C为0.050%、Si为2.0%、Mn为0.85%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为23.6%、Ni为19.15%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；Cu≤0.15%，并且每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、镍镁0.05%、钇合金0.04%。
如上文中任一项所述的314耐热钢丝的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、原料准备，精选原料并将其表面清洁烘烤干燥；
步骤2、中频炉冶炼，在中频炉中加入4%左右的硅钙脱氧，精炼温度1520-1540℃，精炼时间大于45分钟，造白渣保持30分钟，出钢温度1540-1560℃，Ni-Mg1.5kg/吨，稀土加入0.3%，出钢清扫炉台，钢包烘烤暗红，出钢钢包吹氩后镇静40秒后浇注，浇铸250kg电极；
步骤3、开坯热轧，热轧加热温度1150-1200℃，保温45分钟，开轧温度≥1150℃，终轧温度≥950℃，轧制规格Φ5.5mm，空冷；
步骤4、冷拉，盘条碱浸后酸白，挂灰烘干冷拔，钢丝拉拔参照Φ5.5→4.5→4.0*→3.5→3.2-3.0*；
步骤5、检验成品并包装入库。
优选地，步骤2中稀土在出钢前3-5分钟加入中频炉中。
优选地，步骤4中盘条浸碱后不能过酸。
采用了真空感应熔炼技术和真空电弧重熔技术这一双真空冶炼技术，对钢中的有害元素及夹杂物含量进行了更好的控制。真空感应熔炼(VIM) 这一技术，是在真空条件下利用电磁感应过程中产生的涡流来使金属熔化的原理来达到熔炼金属的目的。该种技术因其较高的密封性故可用来提炼高纯度的金属及合金。真空电弧重熔(VAR) 这一技术，是在真空条件下，利用电弧作为热源，将金属电极在高温的作用下迅速熔化，并在冷凝器中进行再次凝固的原理，从而达到净化金属、改善其组织的目的。
本发明的314耐热钢丝的上述三个实施例进行性能测试后，其抗拉强度（Rm）均大于1140MPa，断后伸长率均大于12.3%，同时可以保证其维氏硬度（HV）大于550，熔点高于1120℃。
由上所述，本发明通过各元素的合理配比，使得在保证钢丝的耐高温腐蚀以及硬度等性能的同时，提高314钢丝的韧性和塑性，有效改善314不锈钢的以脆断为主的混合断裂，延长其使用寿命。此外，本发明的工艺中采用真空中频冶炼，对钢中的有害元素及夹杂物含量进行了更好的控制。钢丝拉拔参照Φ5.5→4.5→4.0*→3.5→3.2-3.0*，改善其因为过大的道次变形率使得延伸率急剧下降，位错运动受阻问，最终钢丝的塑性达不到需求导致钢丝被拉断的问题。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。
Claims (7)
1.一种314耐热钢丝，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：C≤0.10%、Si为1.5-2.5%、Mn≤2.0%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为23-25%、Ni为19.0-20.0%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、Ni-Mg为0.05%、钇合金0.04%。
2.如权利要求1所述的314耐热钢丝，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：C为0.055%、Si为2.0%、Mn为0.85%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为23.6%、Ni为19.15%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、Ni-Mg为0.05%、钇合金0.04%。
3.如权利要求1所述的314耐热钢丝，其特征在于，包括以下质量百分比的组分：C为0.050%、Si为2.0%、Mn为0.85%、P≤0.03%、S≤0.025%、Cr为23.6%、Ni为19.15%、Mo为0.15%、Co为0.20%、Al为0.15%，余量为Fe；每1吨炉中加入微量元素包括稀土0.3%、Ni-Mg为0.05%、钇合金0.04%。
4.如权利要求1所述的314耐热钢丝，其特征在于，所述耐热钢丝中的Cu≤0.15%。
5.如权利要求1-4中任一项所述的314耐热钢丝的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、原料准备，精选原料并将其表面清洁烘烤干燥；
步骤2、中频冶炼，采用真空中频冶炼，加入4%左右的硅钙脱氧，精炼温度1520-1540℃，精炼时间大于45分钟，造白渣保持30分钟，出钢温度1540-1560℃，Ni-Mg1.5kg/吨，稀土加入0.3%，出钢清扫炉台，钢包烘烤暗红，出钢钢包吹氩后镇静40秒后浇注，浇铸250kg电极；
步骤3、开坯热轧，热轧加热温度1150-1200℃，保温45分钟，开轧温度≥1150℃，终轧温度≥950℃；
步骤4、冷拉，盘条碱浸后酸白，挂灰烘干冷拔，钢丝拉拔参照Φ5.5→4.5→4.0*→3.5→3.2-3.0*；
步骤5、检验成品并包装入库。
6.如权利要求5所述的314耐热钢丝的制备方法，其特征在于：步骤2中稀土在出钢前3-5分钟加入中频炉中。
7.如权利要求5所述的314耐热钢丝的制备方法，其特征在于：步骤4中盘条浸碱后不能过酸。
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