專利名稱：：一種高韌性無鎳鐵素體不銹鋼及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于合金鋼領域，主要涉及高韌性無鎳鐵素體不銹鋼及其制造方法。
背景技術：
：鐵素體不銹鋼由于不含或含有少量的貴重金屬鎳，故相對于鎳含量較高的奧氏體不銹鋼而言，合金成本低，再加上其本身固有的一些特點如耐氯化物應力腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕等局部腐蝕性能優(yōu)良，目前已廣泛應用于民用和工業(yè)上。但是，其也存在一些缺點和不足，如室溫、低溫韌性差等，突出表現(xiàn)在Cr>16%的鐵素體不銹鋼上，影響了中、高鉻鐵素體不銹鋼的擴大應用。在中鉻鐵素體不銹鋼中，用量最大的牌號是不含鎳的SUS430鐵素體不銹鋼；'一般用于制作家用電器、化工設備用酸槽、輸送管道等部件。但由于其碳、氮含量較高，在鐵素體中的溶解度非常低，因此難以防止碳、氮化合物的析出，導致鋼的韌性差(室溫、低溫韌性)，易脆斷，且鋼材使用厚度受限制，一般不允許超過4mm，造成部件在低溫條件下使用壽命短，不能滿足氣候寒冷的地區(qū)用于化工設備用酸槽、輸送管道等要求。目前，提高鐵素體不銹鋼韌性(室溫、低溫韌性)，擴大厚度使用范圍，延長產(chǎn)品使用壽命的方法，通常采用最大限度地降低碳、氮等間隙元素，或者在控制鋼中t+N總量的同時，添加適量的鎳。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種高韌性無鎳鐵素體不銹鋼及其制造方法，可明顯延長低溫條件下的使用壽命，相對超低碳、氮和含鎳的鐵素體不銹鋼而言性價比高。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是，一種高韌性無鎳鐵素體不銹鋼，其成分質(zhì)量百分比為C0.03~0.08Si《1.0Mn《1.0S《0.030P《0.035Cr16~20N0.01~0.03《0.0050稀土RE0.02~0.1余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。在上述化學成份中，鉻是使鐵素體不銹鋼具有鐵素體組織并具有良好耐腐蝕性的合金元素。鐵素體不銹鋼在氧化性介質(zhì)中，鉻能使不銹鋼的表面上迅速生成氧化鉻(Cr203)的鈍化膜。鐵素體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得是由于在介質(zhì)作用下，鉻促進了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結果。鉻對鐵素體不銹鋼性能影響最大的是耐蝕性。主要表現(xiàn)在格提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)的性能；鉻還提高鋼耐局部腐蝕，比如晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕以及某些條件下應力腐蝕的性能。本發(fā)明屬于中鉻級別鐵素體不銹鋼，鉻保持在16~20%。碳和氮，在鐵素體不銹鋼中是不受歡迎的，但又沒有辦法完全避免。鐵素體中碳和氮，除了能使鋼強化外，鐵素體不銹鋼的所有缺點，例如，脆性轉(zhuǎn)變溫度高，室溫、低溫韌性差，焊后耐蝕性下降等都與鋼中的碳、氮有關，碳和氮之所以沒有辦法完全避免是因為大氣中含有很高的氮，且煉鋼用原材料鉻、廢鋼等中也含有碳，在冶煉過程中雖然能夠去除部分和大部分碳和氮，但若要完全去除則是非常困難的，且鋼中碳、氮越低，鐵素體不銹鋼成本越高，綜合考慮，控制(C+N)《0.060.08%。除了碳、氮外，含稀土鐵素體不銹鋼中氧含量，不僅對韌性有影響，且使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。更重要的是為了有效發(fā)揮稀土元素的作用，氧含量嚴格要求控制在[OT]《0.005%。如[Ot]大于0.005%，則相應稀土加入量增加；同時會引起鋼中夾雜物總量增加，影響鋼的潔凈度，導致韌性下降。本發(fā)明添加的稀土RE合金量控制在0.02-0.1%的范圍，可獲得具有良好室溫、低溫沖擊韌性的無鎳含稀土鐵素體不銹鋼。在鐵素體不銹鋼中微量稀土元素通過大量吸附碳原子，使鐵素體不銹鋼析出碳化物的總量減少，同時通過變質(zhì)夾雜物，使裂紋源區(qū)的斷口形貌發(fā)生了變化，從而提高鋼的沖擊韌性。如在[Ot]控制《0.005。/。、硫控制《0.030%條件下，過多的加入稀土，會與鋼的基體發(fā)生反應，形成鐵鈰脆性相，同時會引起鋼中夾雜物總量增加，影響鋼的潔凈度，導致韌性下降。本發(fā)明高韌性無鎳鐵素體不銹鋼的制造方法，其包括如下步驟，1)冶煉和鑄造，無鎳鐵素體不銹鋼的成分質(zhì)量百分比為C0.03~0.08、Si《1.0、Mn《1.0、S《0.030、P《0.035、Cr1620、N0.010.03、《0.0050、稀土RE0.02~0.1、余量為Fe和不可避免雜質(zhì)；在冶煉中嚴格控制加入稀土金屬前鋼液的全氧含量，要求全氧含量S50ppm，并在出鋼澆鑄前加入稀土金屬，即稀土金屬加入后立即澆鑄，嚴格控制稀土金屬加入后和澆鋼之間的時間為《25秒，即稀土金屬加入鋼液中的加入和攪拌時間，要求控制在《25秒；澆鑄溫度控制在1550士15。C;2)鑄錠或鑄坯開坯，鑄錠或鑄坯可采用鍛造開坯或連鑄連軋，采用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1150±10°C，終鍛溫度不低于900。C，水冷。3)鋼材軋制，鑄錠或鑄坯開坯后根據(jù)用戶要求的鋼材規(guī)格，進行鋼材軋制，鋼材坯料的加熱溫度為1160±10°C，開軋溫度控制在1100~1150°C，終軋溫度控制在^80(TC，空冷；4)熱軋制后，進行熱處理770±10°C，保溫2530分鐘，水冷。又，本發(fā)明步驟l)中冶煉采用在真空感應爐、電弧爐+爐外精煉，轉(zhuǎn)爐+爐外精煉中任一種冶煉工藝。步驟l)采用大生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐-爐外精煉-連鑄、電爐-爐外精煉-連鑄工藝中任一種工藝。本發(fā)明的有益效果稀土是我國的富有資源，在鐵素體不銹鋼中添加微量的稀土元素，提供一種高韌性無鎳鐵素體不銹鋼，用于制作化工設備用輸送管道、儲槽、酸槽等。本發(fā)明無鎳、中鉻級別含稀土鐵素體不銹鋼綜合性能良好，與原有技術相比，沖擊韌性明顯優(yōu)于SUS430:V型沖擊試驗溫度分別為-20°C，0°C，2(TC時，擺捶能量為150J，試樣規(guī)格為10*10*55mm，缺口深為2.00mm。-2(TC時，本發(fā)明沖擊韌性值為15-50J/cm2，而原有技術是11-13J/cm2;0°C時，本發(fā)明沖擊韌性值為25-75J/cm2，而原有技術是17-20J/cm2;2(TC時，本發(fā)明沖擊韌性值為32-130J/cm2，而原有技術是25-28J/cm2。本發(fā)明可用于制作化工設備用輸送管道、儲槽、酸槽等部件，大大提高了低溫條件下的使用壽命和安全性。具體實施例方式實施例參見表1、表2。根據(jù)本發(fā)明所述的無鎳型含稀土鐵素體不銹鋼的化學成分，在真空感應爐上冶煉，其化學成分(wt%)分別如表l、2所示。冶煉后，澆鑄成鑄錠，接著按其制備方法的工藝歩驟，進行了鑄錠開坯和鋼材軋制和熱處理。有關冶煉、鑄錠和鋼材軋制的有關參數(shù)如表3所示。P逸后，對產(chǎn)品鋼材取樣，分別進行了拉伸試驗、室溫和低溫沖擊韌性試驗，所得結果分別列入表4、表5。由表4看出，強度、延伸率與SUS430相當，由表5看出，沖擊韌性(室溫、低溫)明顯優(yōu)于SUS430。表l實施例鋼種的化學成份(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3實施例制備過程的有關參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表4實施例力學性能試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表5實施例沖擊韌性試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權利要求1.一種高韌性無鎳鐵素體不銹鋼，其成分質(zhì)量百分比為C0.03～0.08Si≤1.0Mn≤1.0S≤0.030P≤0.035Cr16～20N0.01～0.03[OT]≤0.0050稀土RE0.02～0.1余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。2.如權利要求1所述的高韌性無鎳鐵素體不銹鋼的制造方法，其包括如下步驟，1)冶煉和鑄造，無鎳鐵素體不銹鋼的成分質(zhì)量百分比為C0.03~0.08、Si'《1.0、Mn《1.0、S《0.030、P《0.035、Cr1620、N0.01~0.03、《0.0050、稀土RE0.02-0.1、余量為Fe和不可避免雜質(zhì)；在冶煉中嚴格控制加入稀土金屬前鋼液的全氧含量，要求全氧含量S50ppm，并在出鋼澆鑄前加入稀土金屬，即稀土金屬加入后立即澆鑄，嚴格控制稀土金屬加入后和澆鋼之間的時間為《25秒，即稀土金屬加入鋼液中的加入和攪拌時間，要求控制在《25秒；澆鑄溫度控制在1550±15°C;2)鑄錠或鑄坯開坯，鑄錠或鑄坯可采用鍛造開坯或連鑄連軋，采用鍛造開坯時，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1150±10°C，終鍛溫度不低于90crc，水冷。3)鋼材軋制，鑄錠或鑄坯開坯后根據(jù)用戶要求的鋼材規(guī)格，進行鋼材軋制，鋼材坯料的加熱溫度為1160±10°C，開軋溫度控制在11001150°C，終軋溫度控制在S80(rC，空冷；4)熱軋制后，進行熱處理770±10°C，保溫2530分鐘，水冷。3.如權利要求2所述的高韌性無鎳鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征是，步驟l)冶煉采用在真空感應爐、電弧爐+爐外精煉，轉(zhuǎn)爐+爐外精煉中任一種冶煉工藝。4.如權利要求2所述的高韌性無鎳鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征是，步驟l)采用大生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐-爐外精煉-連鑄、電爐-爐外精煉-連鑄工藝中任一種工藝。全文摘要一種高韌性無鎳鐵素體不銹鋼，其成分質(zhì)量百分比為C0.03～0.08、Si≤1.0、Mn≤1.0、S≤0.030、P≤0.035、Cr16～20、N0.01～0.03、[O_T]≤0.0050、稀土RE0.02～0.1、余量為Fe和不可避免雜質(zhì)。其制造方法為1)冶煉和鑄造，嚴格控制稀土金屬加入后和澆鋼之間的時間為≤25秒；澆鑄溫度控制在1550±15℃；2)鑄錠或鑄坯開坯，鑄錠或鑄坯可采用鍛造開坯或連鑄連軋，鑄錠或鑄坯的加熱溫度為1150±10℃，終鍛溫度不低于900℃，水冷。3)鋼材軋制，加熱溫度為1160±10℃，開軋溫度控制在1100～1150℃，終軋溫度控制在≤800℃，空冷；4)熱處理。本發(fā)明可明顯延長低溫條件下的使用壽命，相對超低碳、氮和含鎳的鐵素體不銹鋼而言性價比高。文檔編號C22C38/18GK101168822SQ20061011744公開日2008年4月30日申請日期2006年10月23日優(yōu)先權日2006年10月23日發(fā)明者戚國平申請人:寶山鋼鐵股份有限公司