抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄軋方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明屬于超級奧氏體不銹鋼制備技術領域，特別涉及一種抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄乳方法。

　　【背景技術】

　　[0002]超級奧氏體不銹鋼是一類高合金化的不銹鋼，其薄規格的冷乳板在化學、制藥、石油化工、發電廠等環境較為惡劣的領域有廣闊的應用。較普通奧氏體不銹鋼而言，超級奧氏體不銹鋼含有大量的Cr、N1、Mo等合金元素，使其具有更高的強度、韌性和塑性，以及優異焊接性能，最為重要的是其在各種介質中耐蝕性能的大幅提高，滿足了用戶對可抵抗惡劣環境的材料的需求，使得超級奧氏體不銹鋼的應用范圍和對其的需求日益增多。

　　[0003]在超級奧氏體不銹鋼中，某些合金元素含量很高，如Cr和Mo等，在傳統的澆注、冶煉過程中，Cr和Mo元素會形成枝晶偏析，在隨后的空冷過程中，偏析行為持續進行，最終造成中心部分整體偏析，由于合金元素的擴散系數很小，即使經過長時間高溫均勻化退火也很難消除這種偏析，且高含量合金元素導致變形抗力大，鑄坯熱乳開坯時容易形成裂紋，甚至是開裂，故開坯時多采用在高溫保溫較長時間后進行鍛造開坯的方法。開坯后經多道次熱乳變形過程中，上述偏析元素會生長形成第二相，主要為laveux、碳化物等，最終，這些第二相會保留在使用狀態的組織中。

　　[0004]超級奧氏體不銹鋼中的第二相主要以金屬間化合物的形式存在，多為硬質脆性相，沿晶界連續或不連續分布，在熱加工或熱處理過程中容易粗化長大，有的甚至與基體剝離，將給超級奧氏體不銹鋼帶來嚴重危害:I)惡化超級奧氏體不銹鋼的耐蝕性能，由于基體和析出相合金元素含量的差別，導致腐蝕電位的差異，而導致的局部或選擇性腐蝕;2)降低超級奧氏體不銹鋼的強度、韌性和塑性。當超級奧氏體不銹鋼受到外力作用時，如拉伸、沖擊等，晶界上存在的第二相使得奧氏體各晶粒之間的結合力減弱，成為裂紋萌生和擴展的源頭，嚴重削弱了其韌性和塑性，降低材料的使用性能和服役壽命，直接影響到其應用領域中設備的安全性和實用性。

　　[0005]通過中國知網(CNKI)、專利之星(CPRS)、SooPAT等檢索系統檢索，沒有檢索到與利用鑄乳方法生產超級奧氏不銹鋼以及控制超級奧氏不銹鋼中Cr和Mo元素中心偏析相關的申請專利。針對超級奧氏體不銹鋼Cr和Mo元素偏析嚴重、大量第二相析出的問題，目前還沒有高效的解決方案，工業生產主要技術手段為:提高固溶處理溫度和增加固溶處理時間，其中固溶處理溫度高達1200°C以上，甚至更高，該固溶處理溫度遠高于普通奧氏體不銹鋼的固溶處理溫度，所以，對加熱爐設備的能力提出了更高的要求，同時增加了材料燒損和能耗，降低了材料的利用率，加重了環境的承受能力，不利于經濟和環境的可持續綠色發展。

　　【發明內容】

　　[0006]針對現有超級奧氏體不銹鋼制備方法上存在的問題，本發明提供一種抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄乳方法。

　　[0007]抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄乳方法，包括以下步驟:

　　[0008]步驟1:按超級奧氏體不銹鋼的成分配比，稱取原料，將各原料在150?250°C保溫100?15011^11，其中，超級奧氏體不銹鋼，成分質量百分比為:(^0.03%小:0.18?0.25%，Si < 1.0% ,Cu < 0.75% ,Mn < 2.0%，Mo: 6?7 %，Cr: 20 ?22 %，N1: 23.5?25.5 %，P <

　　0.04%,S<0.03%,余量為Fe和不可避免的雜質；

　　[0009]步驟2:將各原料分類，分步放入真空感應熔煉爐中，真空度為0.1?1Pa，冶煉得到鋼水；

　　[0010]步驟3:高純氮氣保護下，將鋼水澆入雙輥薄帶鑄乳機中進行鑄乳，其中澆注溫度為1450?1550°C，鑄乳速度為10?40m/min，鑄乳力30?70kN，得到超級奧氏體不銹鋼薄帶。[0011 ]本發明制備出的超級奧氏體不銹鋼薄帶厚度為2.0?3.0mm。

　　[0012]抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄乳方法，與現有技術相比，有益效果為:

　　[0013](I)本發明在不改變合金成分的前提下，抑制了嚴重惡化超級奧氏體不銹鋼性能的Cr和Mo元素的中心偏析現象，較傳統工藝制備的帶鋼而言，在保證塑性的前提下，屈服強度提高了5%?10%。

　　[0014](2)本發明采用薄帶鑄乳這一先進短流程工藝，與由冶煉、澆注、加熱、乳制、退火等工序組成的傳統工藝相比，大幅減少了薄帶鋼的生產工序，同時該工藝避免了鋼帶在傳統鑄坯加熱、乳制及退火等生產過程中的能源消耗和加工損耗，節省了能源、礦產資源，降低了生產成本，提高了經濟效益。

　　[0015](3)本發明避免了材料在鑄坯加熱、熱乳變形及退火等傳統生產工序過程中產生大量氧化鐵皮，并減少了酸洗廢液的處理且降低了因能源消耗帶來的有害氣體的排放，從而大幅度降低了材料在生產過程中所引起的環境污染，最終促進了可持續綠色發展。

　　【附圖說明】

　　[0016]圖1為實施例1的對比例鑄錠鑄態組織中心位置的背散射電子像；

　　[0017]圖2為實施例1的對比例鑄錠鑄態組織中心位置的Mo元素的面掃結果；

　　[0018]圖3為實施例1的對比例鑄錠鑄態組織中心位置的Cr元素的面掃結果；

　　[0019]圖4為實施例1制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶鑄態組織的背散射電子像；

　　[0020]圖5為實施例1制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶鑄態組織Mo元素的面掃結果；

　　[0021 ]圖6為實施例1制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶鑄態組織Cr元素的面掃結果；

　　[0022]圖7為實施例2制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶鑄態組織的背散射電子像；

　　[0023]圖8為實施例2制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶鑄態組織Mo元素的面掃結果；

　　[0024]圖9為實施例2制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶鑄態組織Cr元素的面掃結果；

　　[0025]圖10為實施例3制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶鑄態組織背散射電子像；

　　[0026]圖11為實施例3制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶鑄態組織Mo元素的面掃結果；

　　[0027]圖12為實施例3制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶鑄態組織Cr元素的面掃結果。

　　【具體實施方式】

　　[0028]以下實施例中采用的真空感應熔煉爐的型號為ZG-0.05;采用的雙輥薄帶鑄乳機為水平式，配置有內冷式乳輥，乳輥直徑為500_，輥身寬度為110?254mm;采用的冷乳機為直拉式四輥可逆冷乳/溫乳實驗乳機;酸洗液采用100ml水、30ml氫氟酸和120ml硝酸混合溶液，浸泡15?60min;采用的強度測量設備為CMT7000型微機電子萬能試驗機;觀測顯微組織及第二相采用Zeiss Ultra 55型掃描電鏡;觀測元素偏析采用JEOL JXA-8530F型電子探針。

　　[0029]對比例

　　[0030]采用的傳統工藝制備超級奧氏體不銹鋼薄帶的步驟為:

　　[0031]按照超級奧氏體不銹鋼質量百分比選配原料，采用真空感應熔煉爐冶煉，澆注成40Kg?50Kg鑄坯，鑄坯加熱至1250°C保溫120min后鍛造開坯，將開坯后的鑄坯重新加熱至1200°C并保溫120min，在Φ 450mm X 450mm 二棍可逆式實驗熱乳機上進行熱乳，開乳溫度為1150°C，終乳溫度為960°C，得到厚度為5.5111111厚的熱乳板。然后將熱乳板在1200°(3保溫30min后淬火并進行酸洗，將酸洗后的熱乳板在冷乳試驗機上進行冷乳變形，得到厚度為1.0mm的冷乳板。最后再將冷乳板在1150°C保溫15min后淬火，得到傳統工藝制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶，并對其進行強度和塑性測量，其中，抗拉強度為738MPa，屈服強度為323MPa、延伸率為45%。

　　[0032]實施例1

　　[0033]抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄乳方法，包括以下步驟:

　　[0034]步驟1:按超級奧氏體不銹鋼的成分配比，稱取原料，將各原料在200°C

　　保溫120min，其中，超級奧氏體不銹鋼薄帶，成分質量百分比為:(^0.03%^:0.2%，310.5%，Cu:0.35% ,Mn:1.0% ,Mo:6.0% ,Cr:20% ,Ni:24% ,P < 0.04% ,S < 0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質；

　　[0035]步驟2:將各原料分類，分步放入真空感應熔煉爐，真空度為5Pa，冶煉得到鋼水；

　　[0036]步驟3:高純氮氣保護下，將鋼水澆入雙輥薄帶鑄乳機中進行鑄乳，其中澆注溫度為1520°(3，鑄乳速度為27111/1^11，鑄乳力571^，得到厚度為2.0111111超級奧氏體不銹鋼薄帶。

　　[0037]采用傳統工藝制備與實施例1具有相同化學成分的超級奧氏體不銹鋼薄帶，作為實施例1的對比例，通過電子探針分析，可以觀察到對比例有明顯鉻和鉬元素偏析行為，如圖1、圖2和圖3所示，其中偏析元素主要為Cr和Mo兩種元素，圖1為鑄坯中心位置的背散射電子像，圖2為Mo元素面掃結果，圖3為Cr元素面掃結果。而本實施例制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶中Cr和Mo兩種元素偏析行為得到明顯抑制，面掃位置如圖4、圖5和圖6所示;其中圖4為背散射電子像，觀察不到元素偏析現象；圖5為Mo元素面掃結果，觀察到Mo元素中心偏析現象得到抑制；圖6為Cr元素掃描結果，觀察到Cr元素中心偏析現象得到抑制。

　　[0038]將本實施例制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶薄在1150°C固溶處理20min后淬火，然后進行酸洗并冷乳變形至1.0mm厚，將冷乳板在1150°C退火15min后淬火，進行強度及塑性測量，本實施例制備的薄帶的抗拉強度為748MPa，屈服強度為339MPa，延伸率為45.1 %，本實施例制備的1.0mm厚薄帶較傳統工藝制備的相同規格的薄帶而言，屈服強度提高了 5%，塑性保持不變。

　　[0039]實施例2

　　[0040]抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄乳方法，包括以下步驟:

　　[0041]步驟1:按超級奧氏體不銹鋼的成分配比，稱取原料，將各原料在200°C保溫12011^11，其中，超級奧氏體不銹鋼，成分質量百分比為:(^0.03，隊0.2，3丨:0.5，01:0.35，Mn:1.0，Mo:6.0，Cr:20，N1:24，P<(h04%，S<(h03%，余量為 Fe 和不可避免的雜質；

　　[0042]步驟2:將各原料分類，分步放入真空感應熔煉爐，真空度為5Pa，冶煉得到鋼水；

　　[0043]步驟3:高純氮氣保護下，將鋼水澆入雙輥薄帶鑄乳機中進行鑄乳，其中澆注溫度為1520°(3，鑄乳速度為27111/1^11，鑄乳力571^，得到厚度為2.5111111超級奧氏體不銹鋼薄帶。

　　[0044]采用傳統工藝制備與實施例2具有相同化學成分的超級奧氏體不銹鋼薄帶，作為實施例2的對比例，通過電子探針分析，可以觀察到對比例明顯元素偏析行為。本實施例制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶中Cr和Mo兩種元素偏析行為得到明顯抑制，面掃位置如圖7、圖8和圖9所示;其中圖7為背散射電子像，觀察不到元素偏析現象；圖8為Mo元素面掃結果，觀察到Mo元素中心偏析現象得到抑制；圖9為Cr元素掃描結果，觀察到Cr元素中心偏析現象得到抑制。

　　[0045]將本實施例制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶薄在1150°C固溶處理20min后淬火，然后進行酸洗并冷乳變形至1.0mm厚，將冷乳板在1150°C退火15min后淬火，進行強度及塑性測量，本實施例制備的薄帶的抗拉強度為760MPa，屈服強度為348MPa，延伸率為44.9%，本實施例制備的1.0mm厚薄帶較傳統工藝制備的相同規格的薄帶而言，屈服強度提高了7.5%，塑性保持不變。

　　[0046]實施例3

　　[0047]抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄乳方法，包括以下步驟:

　　[0048]步驟1:按超級奧氏體不銹鋼的成分配比，稱取原料，將各原料在200°C保溫12011^11，超級奧氏體不銹鋼，成分質量百分比為:(^0.03小:0.2，3丨:0.5，(:11:0.35，]\111:1.0，Mo:6.0，Cr:20，N1:24，P< 0.04%，S< 0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質;

　　[0049]步驟2:將各原料分類，分步放入真空感應熔煉爐，真空度為5Pa，冶煉得到鋼水；

　　[0050]步驟3:高純氮氣保護下，將鋼水澆入雙輥薄帶鑄乳機中進行鑄乳，其中澆注溫度為1520°(3，鑄乳速度為27111/1^11，鑄乳力571^，得到厚度為3.0111111超級奧氏體不銹鋼薄帶。

　　[0051]采用傳統工藝制備與實施例1具有相同化學成分的超級奧氏體不銹鋼薄帶，作為本實施例的對比例，通過電子探針分析，可以觀察到對比例明顯元素偏析行為。本實施例制備的的超級奧氏體不銹鋼薄帶中Cr和Mo兩種元素偏析行為得到明顯抑制，面掃位置如圖10、圖11和圖12所示;其中圖10為背散射電子像，觀察不到元素偏析現象；圖11為Mo元素面掃結果，觀察到Mo元素中心偏析現象得到抑制；圖12為Cr元素掃描結果，觀察到Cr元素中心偏析現象得到抑制。

　　[0052]將本實施例制備的超級奧氏體不銹鋼薄帶薄在1150°C固溶處理20min后淬火，然后進行酸洗并冷乳變形至1.0mm厚，將冷乳板在1150°C退火15min后淬火，進行強度及塑性測量，本實施例制備的薄帶的抗拉強度為773MPa，屈服強度為353.9MPa，延伸率為44.7%,本實施例制備的1.0mm厚薄帶較傳統工藝制備的相同規格的薄帶而言，屈服強度提高了10%，塑性保持不變。

　　【主權項】

　　1.一種抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄乳方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:按超級奧氏體不銹鋼的成分配比，稱取原料，將各原料在150?250°C保溫100?15011^11，其中，超級奧氏體不銹鋼，成分質量百分比為:(^0.03%小:0.18?0.25%，31 <1.0%，Cu<0.75%，Mn<2.0%，Mo:6?7%，Cr:20?22%，Ni;23.5?25.5%，P<0.04%，S<0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質； 步驟2:將各原料分類，分步放入真空感應熔煉爐，真空度為0.1?1Pa，冶煉得到鋼水；步驟3:高純氮氣保護下，將鋼水澆入雙輥薄帶鑄乳機中進行鑄乳，其中澆注溫度為1450?1550°C，鑄乳速度為10?40m/min，鑄乳力30?70kN，得到超級奧氏體不銹鋼薄帶。2.根據權利要求1所述的抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄乳方法，其特征在于，所述鑄乳方法制備出的超級奧氏體不銹鋼薄帶厚度為2.0?3.0_。

　　【專利摘要】一種抑制超級奧氏體不銹鋼的鉻和鉬元素中心偏析的鑄軋方法，屬于超級奧氏體不銹鋼制備技術領域。制備過程為：(1)按超級奧氏體不銹鋼的成分配比，稱取原料，將各原料在150～250℃保溫100～150min；(2)將各原料分類，分步放入真空感應熔煉爐，冶煉得到鋼水；(3)高純氮氣保護下，將鋼水澆入雙輥薄帶鑄軋機中進行鑄軋，其中澆注溫度為1450～1550℃，鑄軋速度為10～40m/min，鑄軋力30～70kN，得到厚度為2.0～3.0mm超級奧氏體不銹鋼薄帶。制備出的超級奧氏體不銹鋼薄帶，Cr和Mo元素中心偏析得到了抑制，在保證塑性不變的前提下，屈服強度較同規格的傳統工藝的帶鋼提高了5％～10％，同時本發明鑄軋方法，降低能源消耗和生產成本，提高材料利用率，減少環境污染。

　　【IPC分類】B22D11/06, C22C38/42, C22C38/44, C22C38/58, C22C38/02, C22C30/00, C22C30/02

　　【公開號】CN105543711

　　【申請號】CN201510969660

　　【發明人】劉振宇, 郝燕森, 趙巖, 李曉理, 劉鑫, 高飛, 曹光明, 李成剛, 王國棟

　　【申請人】東北大學

　　【公開日】2016年5月4日

　　【申請日】2015年12月22日