03Cr22Ni4NbN奥氏体－铁素体类不锈钢及其生产工艺

摘要

本发明涉及一种03Cr22Ni4NbN奥氏体－铁素体类不锈钢，由以下重量百分比元素组成：C≤0.03、Si≤1.0、Mn≤2.50、P≤0.025、S≤0.015、Cr21－22、Ni3.5－4.0、Mo0.2－0.6、Nb0.03－0.08、Cu0.2－0.4、N0.15－0.2。其生产工艺如下：按成分配好料，投入中频炉中溶化，向钢水中吹N2，加入碳、氮、铬，然后升温至1650－1680℃，加入脱氧剂Al粉或SiCa离子块，再加入不锈钢精炼剂，出钢把钢水倒入钢包中，抽真空去除H2、O2及游离N2气，吹Ar，钢水控制在1520～1550℃浇注钢锭，锻造开坯的温度为1150～1000℃，开轧钢带温度1150℃，终轧温度为950～1000℃，轧成材后采用950～1050℃固溶处理，退火温度为550～600℃，固溶处理温度为950～1050℃。本发明新钢种比SAF2304有更好的耐腐蚀性、高的强度和价格更低廉。

说明书

技术领域

本发明涉及一种奥氏体-铁素体类不锈钢，尤其是涉及一种新钢种03Cr22Ni4NbN奥氏体-铁素体类不锈钢及其生产工艺。主要用于热加工或冷加工棒、板、薄板、带钢。属不锈钢技术领域。

背景技术

目前，主要用于热加工或冷加工棒、板、薄板、带钢的不锈钢主要有SAF2304(03Cr23Ni4N)钢。SAF2304成分为：

  C  Si  Mn  P  S  Cr  Ni  Mo  N  ≤0.03  ≤0.5  ≤1.2  ≤0.040  ≤0.040  23  4.5 -  0.1

SAF2304(03Cr23Ni4N)钢属于低合金型双相不锈钢，内含有γ、α二相组织，α或γ相各占50％。钢中含23％Cr，4.5％Ni。具有耐孔蚀、耐缝隙腐蚀、耐均匀腐蚀的性能。具有高较强度、价格低廉的特色。能代替321L、304L、316L(因镍价高，此类不锈钢价格高)，广泛用于汽车排气管、石油、发电、家电、建筑、行业中。目前，Ni、Cr价居高不下，况且SAF2304钢耐腐蚀性能还不是太理想，强度也不太稳定，价格也较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种比SAF2304有更好的耐腐蚀性、高的强度和价格更低廉的新钢种-03Cr22Ni4NbN奥氏体-铁素体类不锈钢及其生产工艺。

本发明的目的是这样实现的：一种03Cr22Ni4NbN奥氏体-铁素体类不锈钢，其特征在于它主要由以下重量百分比的元素组成：

  C  Si  Mn  P  S  Cr  Ni  Mo  Nb  Cu  N  ≤0.03  ≤1.0  ≤2.50  ≤0.025  ≤0.015  21-22  3.5-4.0  0.2-0.6  0.03-0.08  0.2-0.4  0.15-0.2

本发明03Cr22Ni4NbN奥氏体-铁素体类不锈钢的生产工艺，主要包括以下工艺步骤：

步骤一、炉料配料并热处理

将铇花料、角料、废构件料，投入发射炉中加热到600-800℃，

步骤二、冶炼

将热处理后的炉料，按成分要求配好料，投入中频炉中溶化，同时用石灰造好渣，待炉料化清后向钢水中吹N₂，取第一次试样，根据试样加入合金调整钢水成分；待合金化后取第二次试样，根据试样成分再对钢水成分进行调正，加入碳、氮、铬，然后升温至1650-1680℃，加入脱氧剂Al粉或SiCa离子块，再加入不锈钢精炼剂，罢渣，加入萤石做新薄层渣，测温调整，把钢水温度控制在1650-1680℃，出钢把钢水倒入钢包中，把钢包吊到钢包精炼炉中，抽真空去除H₂、O₂及游离N₂气，吹Ar帮助夹杂物及钢水中H、O和游离N排出钢水外；第三次取样测定成品钢水成分，控制温度至1520-1580℃，吊出钢包，

步骤三、铸锭

将冶炼后的钢水控制在1650～1680℃出钢，钢包内吹Ar，取样测试成分，调渣，钢水控制在1520～1550℃浇注钢锭，钢锭模中保温24小时±2小时，出钢锭模；

双相不锈钢的热塑性差，原因是热加工时，对双相不锈钢中的奥氏体(γ)和铁素体(α)变形行为与软化行为不同，γ相软化机制为动态再结晶，α相软化机制为动态回复，造成了热加工过程中的γ相和α相的应力应变分布不均，使裂纹容易在相间中形成，容易产生大开裂，造成废品。所以要控制成分使03Cr22Ni4NbN钢含铁素体量为45～50％。要掌握随加工温度升高降低，保温时间长短的不同二相比例也不同，此钢低于900～950℃，会析出σ脆性相，终锻终轧温度不宜低于此温度。

步骤四、锻造

锻造开坯的温度为1150～1000℃，第一次加热锻成80*120坯，钢坯温≥1000℃停锻，放入加热炉再加热至1150℃锻成40*100，钢温降至1000℃再放入加热炉加热至1150℃锻成28*145钢坯，再轧成2.8*145钢带，

步骤五、热轧

开轧钢温1150℃，终轧温度为950～1000℃，开始二道次热轧，变形系数ε0.22-0.3，轧成材后采用950～1050℃固溶处理，

步骤六、冷轧

冷轧后消除应力退火温度为550～600℃，固溶处理温度为950～1050℃。

与SAF2304(03Cr23Ni4N)钢相比，本发明具有如下特点：

一、本发明03Cr22Ni4NbN双相不锈钢的特点在于加入有元素Nb，好处有：

1、Nb的加入可以提高不锈钢的抗点蚀电位，因此可以提高不锈钢的抗点蚀能力。04％Nb相当于3个Cr当量的抗点蚀能力；

2、在双相不锈钢中加Nb可以稳定C；

3、加入Nb可以提高双相不锈钢的高温强度，在亚稳定的奥氏体中有强烈抑制转变为马氏体的作用，防止钢发生脆化；

4、在双相不锈钢中加入Nb可获得均匀细晶组织，使钢性能均匀稳定，也可以改善钢锭坯表面质量。

5、当22％Cr配4％Ni能获得良好的耐孔蚀、耐缝隙腐蚀的性能。

耐孔蚀抗力当量值(常用公式PRE＝Cr％+3.3Mo％+16N％)的对比：

  钢种  Cr  Mo  N  PRE  SAF2304  23  -  0.1  24.6  03Cr22Ni4NbN  22  0.6  0.2  0.05  0.2  24.78  25.86

说明03Cr22Ni4NbN抗孔蚀能力比SAF2304强。

二、03Cr22Ni4NbN在SAF2304基础上，对合金元素做了调整

1、Mn上限由1.2调至2.5，可以增大奥氏体的调控量，1％Mn可起到0.5％Ni作用，形成MnS起固定S作用。

2、增加了0.2-0.6％Mo，主要起到提高PRE值，提高耐孔蚀作用。

3、增加了含N量上限至0.2％，N是强烈形成γ体，扩大γ区元素。可有效调控03Cr22Ni4NbN中α、γ相比例。在高温下N稳定γ能力比Ni大得多，可用N代部分Ni，其固溶N及N化物，对双相不锈钢耐各类腐蚀能力均可提高。

4、增加了Cu0.2-0.4％，降低冷加工硬化，提高了防腐蚀性能。

5、降低了P、S含量范围，减少了P脆性的危害，减少了硫化物，使S及硫化物均匀分布，不集中在晶间上，如果S少了，MnS也少了，发生点蚀危害可减到最低。

本发明通过把Cr调低1％，增加N、Mn的含量，起到增加1％Ni的作用，使耐腐蚀性能提高，含Ni量降低，成本价下降。

与同类钢种相比，本发明具有如下优点：

1、价格低：

03Cr22Ni4NbN与316L价格比为1∶3～1.4，在同等使用性能的价格仅为316L的75％左右，316L贵得多。

2、03Cr22Ni4NbN与SAF2304比，按当前市价节约1％Cr，计节约3600元/吨。扣除添加0.2％Cu、0.02％Mo、0.05％Nb，合计值1000元，尚能节约2600元/吨。

3、有利环境：节约1％Cr、1％Ni，从矿山采矿、选矿、冶炼、电解等整个生产流程说，对大自然保护、节能、节电是十分可观，并十分有意义的。

具体实施方式

本发明涉及一种新钢种03Cr22Ni4NbN奥氏体-铁素体类不锈钢，它主要由以下重量百分比的元素组成：

  C  Si  Mn  P  S  Cr  Ni  Mo  Nb  Cu  N  ≤0.03  ≤1.0  ≤2.50  ≤0.025  ≤0.015  21-23  3.5-4.5  0.2-0.6  0.03-0.08  0.2-0.4  0.15-0.2

其生产工艺如下：

一、炉料配料并热处理

将购来的铇花料、角料、废构件料，把大件的分割成小于10公斤料，去除表面污物，筛去铇花料中泥沙、杂质，投入发射炉中加热到600-800℃，除去原料中水分、油污、杂物，低熔点元素及其它杂物和吸附在原料中的气体，以便控制钢水含氧、氢量不超标，不增碳或只有微增碳，使原料成分准确。

二、冶炼

将处理后的炉料，按成分要求配好料，投入中频炉中溶化，同时用石灰造好渣，随钢水溶化有渣层保护，与空气隔绝，钢水不受空气中的H、O侵害。待炉料化清后向钢水中吹N₂，取第一次试样，按试样的成分加入合金调整钢水成分；待合金化后取第二次试样，根据试样成分再对成分进行微调，加入碳、氮、铬，然后升温至1650-1680℃，加入脱氧剂(Al粉或SiCa离子块)，再加入不锈钢精炼剂，罢渣，加入萤石做新薄层渣，测温调整，把钢水温度控制在1650-1680℃，出钢把钢水倒入钢包中，把钢包吊到钢包精炼炉中，抽真空去除H₂、O₂及游离N₂气，吹Ar帮助夹杂物及钢水中H、O和游离N排出钢水外；第三次取样测定成品钢水成分，控温至1520-1580℃，吊出钢包，进行钢锭浇注。或在保证质量下，不经钢包精炼炉，在盛满钢水的钢包中吹Ar去夹杂的及气体，第三次取样测定成品钢水成分，控温到1520-1580℃下浇注钢锭。

三、铸锭

将冶炼后的钢水控制在1650～1680℃出钢，钢包内吹Ar，取样测试成分，调渣，钢水控制在1520～1550℃浇注钢锭，钢锭模中保温24小时±2小时，成为03Cr22Ni4NbN钢锭轧材或锻坯轧材；

四、锻造

双相不锈钢热塑性差，一般采用先锻造开坯，后轧坯成材的工艺。锻造开坯的温度为1150～1000℃，一般采用多火成坯工艺，如大头φ145、小头φ130、50Kg锭，第一次加热(一火)锻成80*120坯，钢温≥1000℃停锻，放入加热炉再加热(二火)至1150℃锻成40*100，钢温降至1000℃再放入加热炉加热(三火)至1150℃锻成28*145钢坯，再轧成2.8*145钢带。

五、热轧

开轧钢温1150℃，终轧温度为950～1000℃，开始二道次的变形系数(ε＝Δh/H)应尽量减小(ε0.22-0.3)，轧成材后采用950～1050℃固溶处理。

六、冷轧

冷轧成型的方法与奥氏体不锈钢相同，由于03Cr22Ni4NbN双相不锈钢屈服强度高，开始变形困难，达到屈服极限后变形与奥氏体不锈钢相同。冷轧后消除应力退火温度为550～600℃，固溶处理温度为950～1050℃。

产品性能：

1、耐腐蚀性能

03Cr22Ni4NbN双相不锈钢，含Cr量在22％，抗腐蚀能力与316L几乎一样。在静态的硫酸(0.3mm/年)中的抗腐蚀性能也相当好。

2、局部抗腐蚀性能

03Cr22Ni4NbN双相不锈钢因含有22％Cr及Nb、N、Mo元素与316L相比在抗斑蚀及晶向腐蚀方面的性能更优异。

3、抗应力腐蚀性能

在氯化物浓度为(8PPM02)PH＝7，＞1000h的溶液里，进行的抗应力腐蚀试验证明：由于03Cr22Ni4NbN含Cr量高并含有Nb、Mo、N元素，含Ni量较低。比304L具有更高的抗应力腐蚀性能。

4、其他抗腐蚀性能：

经过测验03Cr22Ni4NbN双相不锈钢在65％沸腾的硝酸中的腐蚀率比316L要低，由于其自身的高屈服强度，这钢适用于磨蚀及腐蚀环境下使用。