一種消除馬氏體時效不銹鋼薄帶中δ鐵素體的鑄軋方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明屬于金屬材料加工技術領域，具體涉及一種消除馬氏體時效不銹鋼薄帶中δ鐵素體的鑄軋方法。

　　【背景技術】

　　[0002]馬氏體不銹鋼是一類可以通過熱處理(淬火、回火)對其性能進行調整的不銹鋼。根據鋼中合金元素的差別，可將馬氏體不銹鋼區分為馬氏體鉻不銹鋼和馬氏體鉻鎳不銹鋼兩大類型。其中，根據鋼中組織和強化機理的不同，馬氏體鉻鎳不銹鋼又可分為普通馬氏體鉻鎳不銹鋼、馬氏體及半奧氏體(或半馬氏體)沉淀硬化不銹鋼和馬氏體時效不銹鋼。馬氏體時效不銹鋼是在馬氏體沉淀硬化不銹鋼基礎上參照馬氏體時效鋼的特點而發展的一種超低碳馬氏體沉淀硬化不銹鋼。它們除了具有馬氏體沉淀硬化不銹鋼的優點外，由于系在超低碳馬氏體基體上析出第二相，不僅強度高，屈強比高、而且韌性、斷裂韌性均佳。同時，其彈性性能優異、耐蝕性和熱穩定性好、熱處理規范簡便、加工成型性及焊接性能優良。因此，馬氏體時效不銹鋼正逐步代替沉淀硬化不銹鋼等高強度不銹鋼，成為超高強度不銹鋼中最具有發展前途的鋼種之一，在航空、航天、電力、石油、化工、機械制造、醫用器材等重要領域有著廣泛而迫切的應用需求。

　　[0003]馬氏體時效不銹鋼是由低碳馬氏體相變強化和時效強化兩種強化效應疊加而強化的高強度不銹鋼，即是以Ni為主要合金元素形成柔韌的馬氏體基體，通過Cu、N1、T1、Al、Mo等強化合金元素在時效處理時從馬氏體基體中析出金屬間化合物作為第二相質點來實現強化。在馬氏體時效不銹鋼的合金元素中含有較多鐵素體形成元素，如Cr、Mo、Ti等。在傳統的冶煉、澆注過程中，由于難以避免枝晶偏析(屬于一種微觀偏析)，且Cr、Mo等鐵素體形成元素在枝晶范圍內的均勻化要比碳困難得多，使得傳統鑄坯內局部形成富鐵素體形成元素區，造成鐵素體形成元素含量高于設計成分，導致某些馬氏體時效不銹鋼的鑄態組織內部易于形成δ鐵素體。同時，由于合金元素的擴散系數很小，即使經過擴散退火也很難消除這種δ鐵素體。最終，這種δ鐵素體將保留至使用狀態下的組織中。

　　[0004]在馬氏體時效不銹鋼中δ鐵素體主要呈薄片狀、島狀分布于原始奧氏體晶界及晶內，這些δ鐵素體將給馬氏體時效不銹鋼帶來一些危害:1.使鋼的熱塑性降低。鋼的表面缺陷增多，不僅修磨量增加，而且會使成品率下降；2.可引起不銹鋼的選擇性腐蝕。由于δ鐵素體與馬氏體基體兩相合金成分的差別，電位的差異將加速鋼的腐蝕，而產生的選擇性腐蝕在一定程度上影響馬氏體時效不銹鋼在一些條件下的應用；3.影響鋼的塑性、韌性及強度。與馬氏體基體相比，δ鐵素體的強度較低，抵抗剪切變形的能力較差，屬于一種軟相。當馬氏體時效不銹鋼在拉伸、沖擊過程中受到外力作用時，δ鐵素體將首先斷裂，形成微裂紋。同時，又由于其止裂性能差，易于為裂紋的擇優擴展提供最佳路徑，最終嚴重惡化材料的塑性、韌性及強度，降低材料的使用性能和服役壽命，直接影響航空、航天、電力、石油、化工、機械制造、醫用器材等重要領域中相關設備的使用壽命和安全性，嚴重阻礙馬氏體時效不銹鋼的發展及應用。

　　[0005]目前，針對這一問題，專利CN101532110A公開了一種消除高強韌性馬氏體不銹鋼中δ鐵素體的方法，S卩通過控制0Crl3Ni4?6Μο型馬氏體不銹鋼中的鎳當量(Ni+30(C+N) +0.5Mn，各元素按質量百分含量計算)和絡當量(Cr+Mo+1.5Si，各元素按質量百分含量計算)比及傳統鑄造工藝實現完全消除鑄坯中的S鐵素體。但是，此專利主要是針對0Crl3Ni4?6Mo型普通馬氏體鉻鎳不銹鋼，通過調節合金成分設計及傳統鑄造工藝來消除鑄坯中的δ鐵素體。此外，還需經過后續加熱、乳制及退火等傳統生產工序才可得到馬氏體不銹鋼薄帶。但是由于在鑄坯加熱、乳制及退火等傳統生產工序過程中難免造成材料的熱加工損耗，這一方面將降低材料的利用率，從而增加生產成本；另一方面，在這些傳統生產工序過程中將產生一定量的氧化鐵皮，從而增加對生產環境的污染。專利CN102666902A公開了一種通過雙輥薄帶鑄造方法制備的馬氏體不銹鋼及其制備方法。但是，此專利主要是針對普通馬氏體鉻鎳不銹鋼，利用雙輥薄帶鑄造方法并加入晶界強化元素來確保鑄造穩定性來制備具有優良抗裂性的馬氏體熱軋不銹鋼板。并基于在線軋制、多次重復冷軋及中間退火等傳統生產工序來制備具有高硬度的馬氏體冷軋不銹鋼板。并未對在傳統鑄造、澆注過程中某些馬氏體時效不銹鋼的組織內部易于形成S鐵素體，從而惡化性能等這一問題提出解決的技術方案。

　　【發明內容】

　　[0006]針對現有技術存在的各種問題，本發明提供一種消除馬氏體時效不銹鋼薄帶中δ鐵素體的鑄軋方法。本發明的技術方案為:

　　一種消除馬氏體時效不銹鋼薄帶中S鐵素體的鑄軋方法，包括以下工藝步驟:

　　(1)按照質量百分比為:C( 0.01，N 彡 0.01，Mn ( 0.5，Si ( 0.5，Al 0.2 ?0.4，Cr11?13，Ni 8?10，Mo 3.5?4，Cu L 5?2，Ti 0.5?L 5，余量為Fe和不可避免的雜質，其中O < 0.005, P ^ 0.035, S ^ 0.01的化學成分選配原料，將原料加熱至100?150°C并保溫120分鐘后，放入真空感應熔煉爐中，在真空度為0.1?IPa的高真空環境下冶煉，得到鋼水；

　　(2)氬氣保護下將鋼水澆入雙輥薄帶鑄軋機中進行鑄軋，其中澆注溫度為1480?15200C，鑄軋速度為30m/min，鑄軋力為50KN，最終得到消除δ鐵素體的馬氏體時效不銹鋼薄帶。

　　[0007]所述消除δ鐵素體的馬氏體時效不銹鋼薄帶厚度為1.0?2.0_。

　　本發明與原有技術相比，具有如下突出優點和有益效果:

　　1.本發明在不改變合金成分的前提下，消除了嚴重惡化馬氏體時效不銹鋼性能的δ鐵素體，改善了鋼帶的強度、塑性及韌性，較傳統工藝制備的鋼帶其屈服強度提高8?10%，室溫沖擊韌性提高10?15% ;并降低了鋼帶的表面缺陷，提高了鋼帶在一些環境介質下的耐蝕性以及使用壽命和安全性。

　　[0008]2.本發明采用薄帶鑄軋這一短流程工藝，與由冶煉、澆注、加熱、乳制、退火等工序組成的傳統工藝相比，大幅減少了薄帶的生產工序，同時該工藝避免了鋼帶在傳統鑄坯加熱、乳制及退火等生產工序過程中的能源消耗和加工損耗，節省能源礦產資源的同時提高了產品成材率，降低生產成本的同時提高了經濟效益。

　　[0009]3.本發明避免了材料在鑄坯加熱、乳制及退火等傳統生產工序過程中產生的大量氧化鐵皮，并降低了因能源消耗所帶來的有害氣體排放，從而大幅度降低了材料在生產過程中所引起的環境污染，最終促進了可持續發展。

　　【附圖說明】

　　[0010]圖1為實施例1中采用傳統工藝制備的馬氏體時效不銹鋼薄帶顯微組織的二次電子像，其中白色箭頭所指為δ鐵素體，黑色箭頭所指為TiN;

　　圖2為圖1中顯微組織的背散射電子像，其中白色箭頭所指為δ鐵素體，黑色箭頭所指為TiN ；

　　圖3為實施例1中采用本發明制備的馬氏體時效不銹鋼薄帶顯微組織的二次電子像，其中黑色箭頭所指為TiN;

　　圖4為圖3中顯微組織的背散射電子像，其中黑色箭頭所指為TiN ;

　　圖5為實施例2中采用本發明制備的馬氏體時效不銹鋼薄帶的顯微組織的二次電子像；

　　圖6為實施例3中采用本發明制備的馬氏體時效不銹鋼薄帶的顯微組織的二次電子像。

　　【具體實施方式】

　　[0011]本發明實施例中采用的

　　真空感應熔煉爐的型號為ZG-0.05。

　　[0012]本發明實施例中采用的雙輥薄帶鑄軋機為水平式，配置有內冷式軋輥，乳輥直徑為500mm，棍身寬度為110?254mm。

　　[0013]本發明實施例中采用的強度測量設備為CMT7000型微機控制電子萬能實驗機。

　　[0014]本發明實施例中采用的沖擊韌性測量設備為Instron9250HV型沖擊試驗機。

　　[0015]本發明實施例中采用的傳統工藝制備馬氏體時效不銹鋼薄帶的主要步驟為: 按照質量百分比為:C彡0.01，N彡0.01，Mn彡0.5，Si彡0.5，A1 0.2?0.4，Cr 11?

　　13，Ni 8?10，Mo 3.5?4，Cu 1.5?2，Ti 0.5?1.5，余量為Fe和不可避免的雜質，其中O < 0.005，P ^ 0.035，S ^ 0.01的化學成分選配原料，采用真空感應熔煉爐冶煉，澆注成40Kg鑄坯，鑄坯加熱至1150°C保溫120min后在Φ 450mmX 450mm 二輥可逆實驗熱軋機上進行熱軋，其中開軋溫度為11001，終軋溫度為8501，得到厚度為5.0_的熱軋板。然后將熱軋板在1050°C保溫20min后淬火完成退火處理并經酸洗后在冷軋實驗機上冷軋，得到厚度為1.0mm的冷軋板。最后再將冷軋板在1050°C保溫20min后淬火完成退火處理，最終得到傳統工藝制備的馬氏體時效不銹鋼薄帶。

　　[0016]下面對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

　　[0017]實施例1

　　制備厚度為1.0mm的馬氏體時效不銹鋼薄帶，工藝步驟如下:

　　(I)按照質量百分比為:C 0.007, N 0.0LMn 0.32，Si 0.15, Al 0.33, Cr 12, Ni 9,Mo4,Cu 2,Ti 1，余量為Fe和不可避免的雜質的化學成分選配原料，將原料加熱至100°C并保溫120分鐘后，放入真空感應熔煉爐中，在真空度為0.1?IPa的高真空環境下冶煉，得到鋼水； (2 )氬氣保護下將鋼水澆入雙輥薄帶鑄軋機中進行鑄軋，其中澆注溫度為1520°C，鑄軋速度為30m/min，鑄軋力為50KN，最終得到厚度為1.0mm的馬氏體時效不銹鋼薄帶。

　　[0018]另外，采用傳統工藝制備與實施例1具有相同化學成分的馬氏體時效不銹鋼薄帶，其中存在大量δ鐵素體和TiN，如圖1和2所示；其中δ鐵素體中富集Cr、Mo兩種鐵素體形成元素，如圖1中白色箭頭①所指的δ鐵素體(Cr、Mo兩種元素的質量百分含量分別為14.57，6.02)，圖2中黑色箭頭②所指的TiN中Ti和N兩種元素的質量百分含量分別為67.40和22.99。本發明制備的馬氏體時效不銹鋼薄帶中無δ鐵素體存在，僅發現極少量的TiN，如圖3和4所示。

　　[0019]將傳統工藝和本發明工藝制備的鋼帶進行強度及沖擊韌性測量，本發明制備的無δ鐵素體馬氏體時效不銹鋼薄帶的強度提高8%，室溫沖擊韌性提高10%。

　　[0020]實施例2

　　制備厚度為1.5mm的馬氏體時效不銹鋼薄帶，工藝步驟如下:

　　(I)按照質量百分比為:C 0.0LN 0.0LMn 0.5,Si 0.3,Al 0.2,Cr ILNi 8,Mo 3.5，Cu 1.5,Ti 1.5，余量為Fe和不可避免的雜質的化學成分選配原料，將原料加熱至150°C并保溫120分鐘后，放入真空感應熔煉爐中，在真空度為0.1?IPa的高真空環境下冶煉，得到鋼水；

　　(2 )氬氣保護下將鋼水澆入雙輥薄帶鑄軋機中進行鑄軋，其中澆注溫度為1500°C，鑄軋速度為30m/min，鑄軋力為50KN，最終得到厚度為1.5mm的馬氏體時效不銹鋼薄帶。

　　[0021]另外，采用傳統工藝制備與實施例2具有相同化學成分的馬氏體時效不銹鋼薄帶，其中存在大量S鐵素體。本發明制備的馬氏體時效不銹鋼薄帶中無S鐵素體存在，如圖5所示。

　　[0022]將傳統工藝和本發明工藝制備的鋼帶進行強度及沖擊韌性測量，本發明制備的無δ鐵素體馬氏體時效不銹鋼薄帶的強度提高10%，室溫沖擊韌性提高12%。

　　[0023]實施例3

　　制備厚度為2.0mm的馬氏體時效不銹鋼薄帶，工藝步驟如下:

　　(1)按照質量百分比為:C0.0LN 0.0LMn 0.2, Si 0.5, Al 0.4，Cr 13, Ni 10,Mo 4，Cu 1.5,Ti 0.5，余量為Fe和不可避免的雜質的化學成分選配原料，將原料加熱至100°C并保溫120分鐘后，放入真空感應熔煉爐中，在真空度為0.1?IPa的高真空環境下冶煉，得到鋼水；

　　(2)氬氣保護下將鋼水澆入雙輥薄帶鑄軋機中進行鑄軋，其中澆注溫度為1480°C，鑄軋速度為30m/min，鑄軋力為50KN，最終得到厚度為2.0mm的馬氏體時效不銹鋼薄帶。

　　[0024]另外，采用傳統工藝制備與實施例3具有相同化學成分的馬氏體時效不銹鋼薄帶，其中存在大量S鐵素體。本發明制備的馬氏體時效不銹鋼薄帶中無S鐵素體存在，如圖6所示。

　　[0025]將傳統工藝和本發明工藝制備的鋼帶進行強度及沖擊韌性測量，本發明制備的無δ鐵素體馬氏體時效不銹鋼薄帶的強度提高10%，室溫沖擊韌性提高15%。

　　【主權項】

　　1.一種消除馬氏體時效不銹鋼薄帶中S鐵素體的鑄軋方法，其特征在于包括以下工藝步驟: (1)按照質量百分比為:C( 0.01，N 彡 0.01，Mn ( 0.5，Si ( 0.5，Al 0.2 ?0.4，Cr11?13，Ni 8?10，Mo 3.5?4，Cu L 5?2，Ti 0.5?L 5，余量為Fe和不可避免的雜質，其中O < 0.005, P ^ 0.035, S ^ 0.01的化學成分選配原料，將原料加熱至100?150°C并保溫120分鐘后，放入真空感應熔煉爐中，在真空度為0.1?IPa的高真空環境下冶煉，得到鋼水； (2)氬氣保護下將鋼水澆入雙輥薄帶鑄軋機中進行鑄軋，其中澆注溫度為1480?15200C，鑄軋速度為30m/min，鑄軋力為50KN，最終得到消除δ鐵素體的馬氏體時效不銹鋼薄帶。

　　2.根據權利要求1所述的一種消除馬氏體時效不銹鋼薄帶中δ鐵素體的鑄軋方法，其特征在于所述消除δ鐵素體的馬氏體時效不銹鋼薄帶厚度為1.0?2.0mm。

　　【專利摘要】本發明提供一種消除馬氏體時效不銹鋼薄帶中δ鐵素體的鑄軋方法，屬于金屬材料加工技術領域。本發明按照質量百分比為：C≤0.01，N≤0.01，Mn≤0.5，Si≤0.5，Al 0.2～0.4，Cr 11～13，Ni 8～10，Mo 3.5～4，Cu 1.5～2，Ti 0.5～1.5，余量為Fe和不可避免的雜質的化學成分選配原料，將原料經過真空冶煉和高溫鑄軋兩個工藝步驟，制備得到無δ鐵素體的馬氏體時效不銹鋼薄帶，并改善了鋼帶的強度、塑性及韌性，較傳統工藝制備的鋼帶其屈服強度提高8～10%，室溫沖擊韌性提高10～15%，同時本發明可降低能源消耗和生產成本，減少環境污染。

　　【IPC分類】C22C38-50, B21B1-46, C21D8-02

　　【公開號】CN104846176

　　【申請號】CN201510285837

　　【發明人】高飛, 于福曉, 劉振宇, 郝艷森, 李成剛, 曹光明

　　【申請人】東北大學

　　【公開日】2015年8月19日

　　【申請日】2015年5月29日