专利名称：一种低成本抗皱铁素体不锈钢及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种低成本抗皱铁素体不锈钢及其生产方法，属于不锈钢产品及其制造领域。
背景技术：
铁素体不锈钢是含Cr量介于11% 30%，在使用状态下是以铁素体为主的不锈钢。铁素体不锈钢由于基体中不含镍，价格相对便宜，又具有比奥氏体不锈钢优良的耐氯化物应力腐蚀性能，还具有很好的耐海水局部腐蚀性能和抗高温氧化性能，所以被广泛应用于厨房设备、家用电器、汽车、建筑装饰等方面。但是，铁素体不锈钢冷成形性能往往不尽人意，一方面是其冷成形性能差，在冲压过程中容易开裂造成废品；另一方面在其加工表面经常会出现一种被称之为皱折的波纹状缺陷。皱折不仅破坏了成形部件的外观，而且需增加研磨和抛光操作，严重时难以消除甚至出现破裂现象。对于皱折产生的原因主要有以下两种一种原因是在热、冷加工过程中沿轧向分布某些特殊的织构，在应变过程中，由于塑性变形的各向异性，在板材厚度方向产生应变差别从而引起皱折；另一种原因是铁素体不锈钢在铸坯凝固时柱状晶引起的成分偏析，导致在随后的热加工和热处理过程中难以完全消除，而且随着加工量的增加，沿轧向呈线性分布。这种由于成分的偏析引起材料塑性变形的不均勻，从而产生皱折。
背景技术：
已提出了很多方法以改善铁素体不锈钢的加工性能，中国专利申请号CN01136913提供了一种加工性能得到改善的铁素体不锈钢板，利用了含Nb的析出物对结晶取向的控制作用，在材料最终退火之前进行了中低温的析出处理； CN200410046247公布了添加Nb、Ti元素，通过在冷轧进行两次退火控制分散在钢基体中沉淀物的颗粒尺寸和分布而改善其尺寸精度和在压制成形状态的二次成形性能。此两项专利由于在材料中添加了 Nb、Ti元素，不可避免要影响到冷板的表面质量。CN10100804;3B提出了一种改进的铁素体不锈钢的生产方法，采用铸坯厚度为200mm的厚板坯流程，主要是从热轧温度和压下率进行控制，为了保证再结晶的充分进行，粗轧和精轧之间增加了中间辊道，这就需要对现有的板带生产线进行改造，因此难以在生产中推广。目前，铁素体不锈钢的生产通常采用的均是厚板坯流程，对采用连铸薄板坯生产铁素体不锈钢很少有详细报道。因此，迫切需要提出一种在薄板坯连铸连轧流程生产具有优良抗皱性能的铁素体不锈钢的生产方法，并能省略热轧后的退火工序，从而大大降低生产成本。
发明内容
本发明目的是提供一种低成本抗皱铁素体不锈钢及其生产方法，在铁素体不锈钢板带的生产过程中，采用优化的化学成分以及连铸薄板坯，结合薄板坯连铸连轧新技术，获得抗皱性能优异、生产制造成本低的铁素体不锈钢，解决背景技术存在的上述问题。本发明技术方案是
一种低成本抗皱铁素体不锈钢，其化学成分按照重量百分比配比如下c:0. 02 0. 06 %, Si 0. 20 0. 60 %, Mn :0. 20 0. 80 %，Cr :16 18%，P ^ 0. 025 %, S ^ 0. 015%, Ni ^ 0. 75%, Als :0. 020 0. 030%, N^O. 025% 余量为 Fe 和不可避免杂质。一种低成本抗皱铁素体不锈钢的生产方法，包含转炉冶炼、炉外精炼、连铸、热轧、 冷轧、冷卷退火工序，转炉冶炼、炉外精炼工序控制化学成分按照重量百分比配比如下C 0. 02 0. 06%, Si 0. 20 0. 60%, Mn :0. 20 0. 80%, Cr 16 18%，P 彡 0. 025%, S ^ 0. 015%,Ni ^ 0. 75%,Als :0. 020 0. 030%,N ^ 0. 025% 余量为 Fe 和不可避免杂质；所述连铸工序采用薄板坯连铸，薄板坯连铸工序中中间包钢水温度为1525 1565°C，铸坯的拉速为3. 5 5. Om/min，出结晶器铸坯厚度为75 90mm ；连铸采用动态液芯软压下技术，软压下量为5 25mm，以消除成分偏析和打碎柱状晶，扩大铸态等轴晶的比例并细化凝固组织；连铸坯凝固组织中等轴晶比例> 60%。所述热轧工序中铸坯加热温度为1050 1150°C，粗轧终止温度控制在1000 1100°C，粗轧为两架轧机连轧，单道次压下率不小于40% ；粗轧出来的中间坯经中间辊道进入精轧机组，精轧为五至七架轧机连轧，精轧入口温度控制在900 1050°C，精轧终止温度控制在800 950°C，精轧出口单道次压下量大于20%，卷取温度控制在660 760°C。采用上述连铸工艺和热轧工艺生产的热轧板卷，其热轧态组织为多边形的等轴晶粒，不需热轧后的退火工序，可直接酸洗，供冷轧。所述冷轧、冷卷退火工序，不锈钢热轧板卷经酸洗后，从热轧板至获得冷轧成品板之间采用一次冷轧或两次冷轧法，累计冷轧压下率> 75% ；冷轧带钢经酸洗后进行连续退火处理，退火温度控制在850 900°C。本发明的低成本抗皱铁素体不锈钢，根据薄板坯连铸连轧的物理冶金特点，提供了优化的抗皱铁素体不锈钢的化学成分配方。配方中主要元素的作用分析如下
碳碳化物形成元素和奥氏体形成元素，可以提高钢的强度，但会使钢的塑性下降，从而大大降低钢的成形性能。本发明选取0. 02 0. 06%。锰奥氏体形成元素，主要起固溶强化的作用。但其含量过多时，钢中存在高温奥氏体，冷速控制不合理会形成残余奥氏体，使钢的基体组织不均勻，降低钢的成形性能。因此本发明选取0. 20 0. 80%。硅铁素体形成元素，可增加铁素组织比例，可显著提高钢的抗拉强度和较小程度提高屈服强度，但同时在一定程度上降低钢的韧性、塑性。本发明选取0. 20 0. 60%。铬使铁素体不锈钢具有铁素体组织并具有良好耐腐蚀性的合金元素。铁素体不锈钢的不锈性和耐腐蚀性的获得是由于在介质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。本发明属于中铬级别铁素体不锈钢，铬保持在16 18%。镍可以提高铁素体不锈钢的强度和韧性，并使钢的脆性转变温度降低，同时还可以进一步提高钢的耐腐蚀性能，且对冷成形性能有益。本发明选取Ni ^ 0. 75%。氮提高材料强度的元素，由于氮在铁素体不锈钢中的溶解度低，在高温加热后的随后冷却过程中会有碳、氮化物析出，导致铁素体不锈钢韧性降低、脆性转变温度升高，并使铁素体不锈钢的晶间腐蚀敏感性增大。本发明控制N < 0. 05%。铝利用Al固定N元素，铝与氮在薄板坯连铸时可形成弥散、细小的AlN粒子，这些弥散细小的粒子可阻碍在加热和轧制变形过程中晶粒的长大，从而使晶粒得以细化。本发明选取0. 020 0. 030%。本发明低成本抗皱铁素体不锈钢的生产方法，其特别之处采用的是薄板坯连铸连轧流程，而不是传统的厚板坯(铸坯厚度大于150mm)流程。对铁素体不锈钢而言，皱折的产生与其铸坯结晶组织的形态和位向有很大关系，降低柱状晶比例，增加铸坯等轴晶比例可显著减轻或避免冷板皱折的产生。此外，在薄板坯连铸时，钢中的Al与N可形成弥散细小的AlN粒子，细小的AlN粒子可阻碍晶粒的长大；同时由于薄板坯的凝固速度和冷却速度要比厚板坯快很多，导致薄板坯中氧化物、硫化物等非金属夹杂物的尺寸达到纳米级，这些纳米级析出物对铸态晶粒的长大也有钉扎作用。因此，薄板坯的铸态组织要比厚板坯细小、均勻得多，这都为最终铁素体不锈钢具有良好的抗皱性能奠定了基础。在薄板坯连铸时必须采用动态液芯软压下技术即液芯铸轧技术，其本质是在黏稠区(两相区)内加工，并且压下过程动态跟踪铸坯的凝固终点，使最终压下位置始终保持在凝固终点前。铸坯出结晶器厚度为75 90mm，软压下量为5 25mm。这可以使铸坯内部柱状晶破碎，成为等轴晶凝固的核心，显著增大等轴晶比例，有利于消除成分偏析和中心疏松，从而使连铸坯凝固组织中等轴晶比例彡60%。热轧工序为两架粗轧和五至七架精轧，粗轧和精轧之间有保温(冷却)段，要确保粗轧过程中发生完全动态再结晶，使铸态晶粒得以细化，为保证粗轧过程中发生完全再结晶，粗轧终止温度控制在1000 1100°C，增加单道次压下率，单道次压下率不小于40% ；粗轧出来的中间坯经中间辊道进入精轧机组，精轧入口温度控制在900 1050°C，精轧终止温度控制在800 950°C，精轧出口单道次压下量大于20%，卷取温度控制在660 760°C。 在精轧过程中重点保证精轧最后一道次压下量和终轧温度要满足带钢再结晶的条件。本发明生产方法中，首先在确保铸态等轴晶比例> 60%的条件下，采用上述热轧工艺生产的热轧板卷，其热轧态组织为多边形的等轴晶粒，不需热轧后的退火工序，可直接酸洗，供冷轧。 这样不仅可以减少一道退火工序，大大降低生产成本，而且可避免铁素体不锈钢制品表面出现起皱条纹。后续的冷轧、退火工序按上述常规工艺参数生产即可。按照上述技术方案生产出的低成本抗皱铁素体不锈钢热轧板卷的性能达到以下要求
拉伸性能屈服强度彡230MPa，抗拉强度彡460MPa，伸长率彡24% ； 硬度 HV ( 176 ；
热轧板经冷轧、退火后，沿轴向拉伸变形20%，拉伸起皱高度< 12 μ m。本发明的积极效果本发明采用薄板坯连铸连轧生产流程，根据薄板坯连铸连轧的物理冶金特点，设计优化了铁素体不锈钢的化学成分，该成分中未添加铌、钛、稀土等合金元素；特别是采用75 90mm厚连铸薄板坯和动态液芯软压下技术，使柱状晶破碎，扩大铸态等轴晶的比例并细化铸态组织，减少因铸坯凝固时柱状晶引起的成分偏析，显著降低后续加工过程中由成分偏析引起的材料塑性变形不均勻性，从而显著改善铁素体不锈钢深冲制品表面的起皱缺陷。并结合薄板坯连铸连轧生产线单道次压下量大的特点，确保带钢在热轧过程中发生完全再结晶，使热轧态组织为多边形的等轴晶粒，不需热轧卷的退火工序，可直接酸洗，供冷轧，从而大大降低生产成本，并使带钢具有良好的抗皱性能。
具体实施例方式以下通过具体实施例，对本发明作进一步说明。实施1 钢板成品厚度为0. 6mm，其化学成分按照重量百分比配比如下C :0. 02%,Si :0. 60%, Mn 0. 35%，P :0. 016%，S 0. 008%, Ni 0. 75%, Als :0. 020%，Cr 16%，N 0.025%，余量狗与不可避免的杂质。主要生产工序转炉冶炼、炉外精炼、薄板坯连铸、连铸坯加热、热轧、冷轧、退火。其中，薄板坯连铸工序钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，中间包的钢水温度为1525°C，中间包的钢水通过扁形的浸入式水口注入结晶器，结晶器为长漏斗形结晶器；铸坯的拉速为5. Om/min，出结晶器的铸坯厚度为75mm，软压下量 5mm。轧制工艺控制铸坯入炉温度为900°C，板坯加热温度为1150°C，粗轧终止温度控制在1100°C，精轧终止温度控制在950°C，卷取温度控制在760°C。冷轧压下率75%，连退温度 900°C。热轧成品板的屈服强度230MPa，抗拉强度460MPa，伸长率沈％，硬度HV为149。热轧板经冷轧、退火后，拉伸起皱高度为8. 6 μ m。实施2 钢板成品厚度为0. 4mm，其化学成分按照重量百分比配比如下C :0. 06%, Si :0. 20%, Mn 0. 80%，P :0. 025%，S 0. 010%, Ni 0. 65%, Als 0. 020%, Cr 18%, N
0.020%，余量狗与不可避免的杂质。主要生产工序转炉冶炼、炉外精炼、薄板坯连铸、连铸坯加热、热轧、冷轧、退火。其中，薄板坯连铸工序钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，中间包的钢水温度为1565°C，中间包的钢水通过扁形的浸入式水口注入结晶器，结晶器为长漏斗形结晶器；铸坯的拉速为3. 5m/min，出结晶器的铸坯厚度为90mm，软压下量 25mm。轧制工艺控制铸坯入炉温度为950°C，板坯加热温度为1050°C，粗轧终止温度控制在1000°C，精轧终止温度控制在800°C，卷取温度控制在660°C。冷轧压下率75%，连退温度 850°C。热轧成品板的屈服强度对510^，抗拉强度465MPa，伸长率25%，硬度HV为157。热轧板经冷轧、退火后，拉伸起皱高度为9. 3μπι。实施3 钢板成品厚度为0. 3mm，其化学成分按照重量百分比配比如下C :0. 03%, Si :0. 40%, Mn 0. 58%，P :0. 012%，S 0. 015%, Ni 0. 70%, Als 0. 025%, Cr 17%, N 0.0 %,余量狗与不可避免的杂质。主要生产工序转炉冶炼、炉外精炼、薄板坯连铸、连铸坯加热、热轧、冷轧、退火。其中，薄板坯连铸工序钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，中间包的钢水温度为1540°C，中间包的钢水通过扁形的浸入式水口注入结晶器，结晶器为长漏斗形结晶器；铸坯的拉速为4. 5m/min，出结晶器的铸坯厚度为80mm，软压下量 10mm。轧制工艺控制铸坯入炉温度为960°C，板坯加热温度为1130°C，粗轧终止温度控制在1050°C，精轧终止温度控制在900°C，卷取温度控制在730°C。冷轧压下率82%，连退温度 860°C。热轧成品板的屈服强度观01^￡1，抗拉强度485MPa，伸长率观％，硬度HV为161。热轧板经冷轧、退火后，拉伸起皱高度为10. Ιμπι。实施4:钢板成品厚度为0.35mm，其化学成分按照重量百分比配比如下C: 0. 031%, Si 0. 45%, Mn 0. 20%，P :0. 014%，S 0. 008%, Ni 0. 66%, Als :0. 023%，Cr
17. 2%, N 0. 021%，余量Fe与不可避免的杂质。主要生产工序转炉冶炼、炉外精炼、薄板坯连铸、连铸坯加热、热轧、冷轧、退火。其中，薄板坯连铸工序钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，中间包的钢水温度为1545°C，中间包的钢水通过扁形的浸入式水口注入结晶器，结晶器为长漏斗形结晶器；铸坯的拉速为4. 2m/min,出结晶器的铸坯厚度为85mm， 软压下量15mm。轧制工艺控制铸坯入炉温度为940°C，板坯加热温度为1120°C，粗轧终止温度控制在1060°C，精轧终止温度控制在910°C，卷取温度控制在740°C。冷轧压下率84%， 连退温度865°C。热轧成品板的屈服强度^OMPa，抗拉强度495MPa，伸长率27%，硬度HV为 163。热轧板经冷轧、退火后，拉伸起皱高度为10.5μπι。
实施5 钢板成品厚度为0.5mm，其化学成分按照重量百分比配比如下C : 0. 029%, Si 0. 43%, Mn 0. 46%，P :0. 013%，S 0. 007%, Ni 0. 68%, Als :0. 024%，Cr 17. 3%，N 0. 015%，余量!^e与不可避免的杂质。主要生产工序转炉冶炼、炉外精炼、薄板坯连铸、连铸坯加热、热轧、冷轧、退火。其中，薄板坯连铸工序钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，中间包的钢水温度为1550°C，中间包的钢水通过扁形的浸入式水口注入结晶器，结晶器为长漏斗形结晶器；铸坯的拉速为4. 6m/min，出结晶器的铸坯厚度为85mm， 软压下量15mm。轧制工艺控制铸坯入炉温度为945°C，板坯加热温度为1125°C，粗轧终止温度控制在1030°C，精轧终止温度控制在890°C，卷取温度控制在720°C。冷轧压下率79%， 连退温度880°C。热轧成品板的屈服强度270MPa，抗拉强度475MPa，伸长率四％，硬度HV为 158。热轧板经冷轧、退火后，拉伸起皱高度为10. 8 μ m。实施6 钢板成品厚度为0.4mm，其化学成分按照重量百分比配比如下C : 0. 032%, Si 0. 41%, Mn 0. 44%，P :0. 011%，S 0. 009%, Ni 0. 67%, Als :0. 026%，Cr 16. 8%，N 0. 016%，余量!^e与不可避免的杂质。主要生产工序转炉冶炼、炉外精炼、薄板坯连铸、连铸坯加热、热轧、冷轧、退火。其中，薄板坯连铸工序钢水通过钢包底部的滑动水口注入中间包，中间包的钢水温度为1547°C，中间包的钢水通过扁形的浸入式水口注入结晶器，结晶器为长漏斗形结晶器；铸坯的拉速为4. Om/min，出结晶器的铸坯厚度为90mm， 软压下量20mm。轧制工艺控制铸坯入炉温度为935°C，板坯加热温度为1135°C，粗轧终止温度控制在1060°C，精轧终止温度控制在920°C，卷取温度控制在730°C。冷轧压下率82%， 连退温度870°C。热轧成品板的屈服强度275MPa，抗拉强度480MPa，伸长率27%，硬度HV为 161。热轧板经冷轧、退火后，拉伸起皱高度为11.8μπι。
权利要求
1.一种低成本抗皱铁素体不锈钢，其特征在于化学成分按照重量百分比配比如下C 0. 02 0. 06%, Si 0. 20 0. 60%, Mn :0. 20 0. 80%, Cr 16 18%，P 彡 0. 025%, S ^ 0. 015%, Ni ^ 0. 75%, Als :0. 020 0. 030%, N^O. 025% 余量为 Fe 和不可避免杂质。
2.一种低成本抗皱铁素体不锈钢的生产方法，其特征在于包含转炉冶炼、炉外精炼、 连铸、热轧、冷轧、冷卷退火工序，转炉冶炼、炉外精炼工序控制化学成分按照重量百分比配比如下C :0. 02 0. 06%, Si 0. 20 0. 60%, Mn :0. 20 0. 80%, Cr 16 18%，P 彡 0. 025%, S 彡 0. 015%,Ni ^0. 75%, Als :0. 020 0. 030%, N^O. 025% 余量为!^e 和不可避免杂质；所述连铸工序采用薄板坯连铸，薄板坯连铸工序中中间包钢水温度为1525 1565°C，铸坯的拉速为3. 5 5. Om/min,出结晶器铸坯厚度为75 90mm ；连铸采用动态液芯软压下技术，软压下量为5 25mm，以消除成分偏析和打碎柱状晶，扩大铸态等轴晶的比例并细化凝固组织；连铸坯凝固组织中等轴晶比例> 60%。
3.根据权利要求2所述的一种低成本抗皱铁素体不锈钢的生产方法，其特征在于所述热轧工序中铸坯加热温度为1050 1150°C，粗轧终止温度控制在1000 1100°C，粗轧为两架轧机连轧，单道次压下率不小于40% ；粗轧出来的中间坯经中间辊道进入精轧机组，精轧为五至七架轧机连轧，精轧入口温度控制在900 1050°C，精轧终止温度控制在800 950°C，精轧出口单道次压下量大于20%，卷取温度控制在660 760°C。
4.根据权利要求2或3所述的一种低成本抗皱铁素体不锈钢的生产方法，其特征在于所述冷轧、冷卷退火工序，不锈钢热轧板卷经酸洗后，从热轧板至获得冷轧成品板之间采用一次冷轧或两次冷轧法，累计冷轧压下率> 75% ；冷轧带钢经酸洗后进行连续退火处理，退火温度控制在850 900°C。
全文摘要
本发明型涉及一种低成本抗皱铁素体不锈钢及其生产方法，属于不锈钢产品及其制造领域。技术方案是化学成分配比如下C0.02～0.06％，Si0.20～0.60％，Mn0.20～0.80％，Cr16～18%，P≤0.025％，S≤0.015％，Ni≤0.75%，Als0.020～0.030%，N≤0.025%，余量为Fe和不可避免杂质；连铸工序采用75～90mm厚连铸薄板坯和动态液芯软压下技术，以使柱状晶破碎，扩大铸态等轴晶的比例并细化铸态组织，减少因铸坯凝固时柱状晶引起的成分偏析，并结合薄板坯连铸连轧生产线单道次压下量大的特点，确保带钢在热轧过程中发生完全再结晶，使热轧态组织为多边形的等轴晶粒，不需热轧后的退火工序，可直接酸洗，供冷轧，从而大大降低生产成本，并使带钢具有良好的抗皱性能。
文档编号C22C38/40GK102534409SQ20121002729
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日
发明者冯运莉, 唐国章, 尹金枝, 李 杰, 梁精龙, 田薇 申请人:河北联合大学