CN102274937B - 一种逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铁素体不锈钢薄带制备技术领域，具体涉及一种逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带的制备方法。按如下步骤进行：以含锡重量百分比为0.1～0.8的铁素体不锈钢为原料，首先在高真空环境下的中频感应炉中冶炼得到钢水，然后采用双辊薄带铸轧设备铸轧得到1.0～3.2mm厚的逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢带坯，其中，浇注温度为1550～1640℃，铸轧速度为2～80m/min，预设辊缝为0.0～2.2mm，经后续轧制及退火处理后，最终得到逆偏析锡的铁素体不锈钢薄带。本发明的逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带在保证薄带的强度及塑性的同时大幅度提高薄带的耐蚀性能，稳定并降低了生产成本，节约了稀有金属资源。
Description
技术领域
本发明涉及铁素体不锈钢薄带制备技术领域，具体涉及一种逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带的制备方法。
背景技术
铁素体不锈钢的铬含量在11～30wt%，是具有体心立方晶体结构，以铁素体组织为主的不锈钢。铁素体不锈钢的耐蚀性能优异，具有冷加工硬化倾向低，导热系数高，线膨胀系数小等优点，但同时具有耐晶间腐蚀倾向大、脆性转变温度高，韧性低及冷成形性能差等缺点。随着钢铁冶炼技术的巨大进步，超纯化（C+N≤150ppm）技术的工业化及稳定化元素Nb、Ti的添加，降低了铁素体不锈钢中固溶碳、氮的含量，从而降低了铁素体不锈钢的脆性转变温度，提高了韧性，减弱了其耐晶间腐蚀倾向，提高了耐蚀性，改善了薄板成形性能；同时，由于铁素体不锈钢不含镍或者仅含少量的镍，是一种节镍型不锈钢，在镍资源严重匮乏及国际镍价大幅波动的环境下，这种节镍型铁素体不锈钢具有广泛的应用前景，并在某些领域可代替价格昂贵的铬镍奥氏体不锈钢。
为了进一步改善铁素体不锈钢的耐蚀性，需向其添加Mo、Cu或少量的Ni及大量的Cr等稀有金属，这容易导致由于稀有金属资源缺乏及价格波动而引起生产成本波动，制约铁素体不锈钢持续、稳定的发展。目前的研究表明，在铁素体不锈钢中Sn作为一种金属及氧化物存在于表层含Cr氧化物的钝化膜中有助于增加钝化膜的稳定性及钝化膜自身的再生。在铁素体不锈钢中，添加微量的锡可以显著改善其耐蚀性，从而降低对Mo、Cu及Ni等具有改善耐蚀性稀有金属的需求，增加生产成本的稳定。专利号为200910306563.2的专利公开了在薄带铸轧过程中富集在枝晶间的低熔点元素在轧制力的作用下向薄带表层附近偏析，Sn作为一种低熔点元素，若能在铸轧过程中产生锡的逆偏析，在表层附近形成Sn的富集区，可进一步改善不锈钢薄带的耐蚀性能，降低生产成本，增强产品竞争力。
发明内容
本发明针对现有铁素体不锈钢存在的问题，提供了一种逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带的制备方法，通过本发明方法得到具有逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带，显著改善了薄带的耐蚀性，同时有助于降低对Mo、Cu、Ni及Cr等具有改善基体耐蚀性稀有金属的需求。
本发明的逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带的铸轧制备方法主要是以含锡重量百分比为0.1～0.8的铁素体不锈钢为基本原料，通过中频真空感应炉冶炼、双辊薄带铸轧设备铸轧及后续的轧制及退火处理得到逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带。
本发明的逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带的制备方法按照以下步骤进行：
（1）冶炼：将铁素体不锈钢原料预热至100～300℃，放入中频真空感应炉中，在真空度为0.1～20Pa的高真空环境下进行冶炼得到钢水；
（2）铸轧带坯：将冶炼得到的钢水在1550～1640℃的浇注温度下利用双辊薄带铸轧设备铸轧，其中铸轧速度为2～80m/min，轧辊辊缝预设为0.0～2.2mm，获得厚度为1.0～3.2mm逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢带坯；
（3）再加工：将得到的逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢带坯酸洗，然后在室温～700℃条件下进行轧制，轧制压下量为40%～75%，轧制压下后不锈钢带坯的厚度为0.4～1.5mm，再将其加热至820～1100℃，保温2～300min后空冷至室温，得到逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带。
本发明具有如下突出的优点和有益效果：
（1）本发明方法在薄带铸轧工艺过程中，钢水发生亚快速凝固，冷却速度高达102～104℃/S，凝固过程中体积收缩导致铸轧带坯与轧辊急冷层的分离引起带坯出现重新升温，部分枝晶重熔，促使枝晶间形成重熔通道，与此同时，富集在枝晶间的低熔点元素锡在外部轧制力、钢水凝固体积收缩而引起的内部压力的共同作用下通过重熔通道，导致铸轧带中心层锡含量降低，表层附近产生锡的富集，经后续的轧制及退火后无法消除这种偏析现象，最终形成逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带；锡作为一种金属及氧化物存在于表层含铬氧化物的钝化膜中有助于增加钝化膜的稳定性，有助于钝化膜自身的再生，因此，锡在表层附近偏析将有助于提高表层钝化膜的稳定性及再生能力，进而增强薄带的耐蚀；
（2）本发明方法与现有的铁素体不锈钢板带的传统生产工艺相比，在耐蚀性相同的条件下，可降低Mo、Cu、Ni及Cr等具有改善基体耐蚀性稀有金属的含量，节约稀有金属，减少了由于稀有金属价格波动而引起的生产成本的波动，同时，由于薄带铸轧工艺属于短流程工艺，缩短了铁素体不锈钢板带的生产流程，这也有助于生产成本的稳定及降低，产品竞争力的增强。
附图说明
图1本发明实施例1中铸轧薄带沿厚度方向上的锡元素分布图；
图2本发明实施例1中传统工艺成品板沿厚度方向上的锡元素分布图；
图3为本发明实施例1中铸轧薄带及传统工艺成品板从表层至中心层锡元素的定量分布曲线图；
图4为本发明实施例1中铸轧薄带及传统工艺成品板经实验室FeCl3溶液浸泡24小时后腐蚀形貌：其中，（a）本发明实施例1制备的铸轧薄带腐蚀后形貌；（b）实施例1中传统工艺成品板腐蚀后形貌。
具体实施方式
本发明实施例中采用双辊薄带铸轧机参数为：铸轧辊直径500-800mm；辊身宽度110-254mm；冷却方式为内部水冷。
本发明实施例中酸洗均采用常规不锈钢酸洗工艺，采用质量浓度为65%的浓硝酸及质量浓度为35%的氢氟酸的水溶液，其中水：浓硝酸：氢氟酸的体积比为32：4：1。
本发明实施例中采用的冶炼炉为真空中频感应炉，型号为：ZG1—0.05。
本发明实施例中采用的铁素体不锈钢的成分按重量百分比为Sn 0.1~0.8，C ≤0.01，N 0.01，Nb 0~0.4，Ti 0~0.4，Cr 14.4~18.0，Si ≤0.75，Mn ≤1，余量为Fe和不可避免的杂质，其中P≤0.035%，S≤0.03%，O≤0.005%。
实施例中的对比样品采用传统工艺生产，主要工艺参数如下：
对比样品用钢采用真空感应炉冶炼，浇铸成35Kg铸坯。铸坯加热至1200℃保温2小时后在热轧实验机上进行热轧。其中，粗轧开轧温度为1050℃，经4道次轧至22mm；精轧开轧温度为800℃，终轧温度为750℃，经4道次轧至5mm。得到的热轧板在950℃保温2.5分钟完成热轧退火并经酸洗后在冷轧实验机上冷轧，经80%冷轧压下量后得到1.0mm厚冷轧板。将冷轧板在980～1050℃下保温2.5分钟并空冷至室温完成冷轧退火，得到传统工艺生产的含锡铁素体不锈钢成品板。
实施例1
本实施例逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带制备方法步骤如下：
1、冶炼
选配铁素体不锈钢的原料组成成分，重量百分比是： C 0.0065N 0.0060 Nb 0.14 Ti 0.08 Sn 0.26 Cr 16.4Si 0.17 Mn 0.06，其余为Fe和不可避免的杂质；
将原料预热至100℃，放入中频真空感应炉中，在0.1～10Pa的高真空环境下进行冶炼，得到钢水；
2、铸轧带坯
将冶炼得到的钢水在1580℃的浇注温度下利用双辊薄带铸轧设备进行铸轧，铸轧速度为2m/min，轧辊辊缝预设为2.2mm，得到厚度为3.2mm的含锡铁素体不锈钢带坯；
3、轧制及退火
将上述不锈钢带坯酸洗后，在室温下进行轧制，经75%压下量后轧至0.8mm厚，在1100℃下保温2分钟并空冷至室温完成冷轧退火，得到含锡铁素体不锈钢铸轧薄带。
本实施例制备的含锡铁素体不锈钢铸轧薄带的屈服强度为255MPa，抗拉强度为395MPa，延伸率为30.5%。经电子探针检测锡元素的分布，发现锡元素在薄带厚度方向上分布不均匀，表层附近富集锡，中心层锡含量相对较低，存在锡的逆偏析，如图1所示。
同时，冶炼了与本实施例具有相同成分的常规铸坯，并经传统工艺轧制后得到含锡铁素体不锈钢成品板。其中，为保证对比样品与上述逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢铸轧薄带具有相同晶粒尺寸，对传统工艺生产的含锡铁素体不锈钢成品板是在980℃下保温2.5分钟完成冷轧退火的。其屈服强度为260MPa，抗拉强度为395MPa，延伸率为30%。经电子探针检测锡元素的分布，发现锡均匀的分布在成品板厚度方向上，不存在锡的偏析，如图2所示，这表明铸轧薄带的强度及韧性与传统工艺的相近，但在铸轧薄带的表层附近存在锡的富集，存在锡的逆偏析，其中，表层附近锡元素最大富集处的含量高于传统工艺的锡含量的38.5%，如图3所示。
传统工艺制备的对比样品成品板及本发明的逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢铸轧薄带的样品的耐蚀性是通过在室温下浸泡于6%的三氯化铁溶液（100g FeCl3·6H2O + 900ml 0.05mol/l盐酸）24小时后腐蚀速率来评价的；腐蚀实验完成后的样品形貌如图4所示，其中，传统工艺及铸轧薄带的腐蚀速率分别为9.4499g/m2·h和8.0841g/m2·h，铸轧薄带的腐蚀速率降低14.45%。
实施例2
本实施例逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带的制备方法步骤如下：
1、冶炼
选配铁素体不锈钢的原料组成成分，重量百分比是： C 0.0080N 0.0090 Nb 0.1 Sn 0.1 Cr 14.4 Si 0.23 Mn 0.23，其余为Fe和不可避免的杂质；
将原料预热至300℃，放入中频真空感应炉中，在5～20Pa的高真空环境下进行冶炼得到钢水；
2、铸轧带坯
将冶炼得到的钢水在1640℃的浇注温度下利用双辊薄带铸轧设备进行铸轧，铸轧速度为80m/min，轧辊辊缝预设为2.0mm，获得厚度为2.5mm的含锡铁素体不锈钢带坯；
3、轧制及退火
将上述制备的不锈钢带坯酸洗后，在700℃下进行轧制，经40%压下量后轧至1.5mm厚，然后在1100℃下保温2分钟并空冷至室温完成冷轧退火，得到含锡铁素体不锈钢薄带。
同时，冶炼了与本实施例具有相同成分的常规铸坯，并经传统工艺轧制后得到含锡铁素体不锈钢成品板。其中，为保证与上述逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢铸轧薄带具有相同晶粒尺寸，传统工艺生产的含锡铁素体不锈钢成品板是在1050℃下保温2.5分钟完成冷轧退火的。经力学性能及锡元素分布的检测后，发现该铁素体不锈钢薄带的强度及韧性与传统工艺的相近。同样，在薄带的表层附近出现锡的富集，即存在锡元素的逆偏析，其中，表层附近锡元素最大富集处的含量高于传统工艺的锡含量的30%。
传统工艺成品板及铸轧薄带的样品浸泡于温度为室温的6%的三氯化铁溶液24小时。最终，传统工艺及铸轧薄带的腐蚀速率分别为11.7580g/m2·h 和10.7198g/m2·h，铸轧薄带的腐蚀速率降低8.84%。
实施例3
本实施例逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带的制备方法步骤如下：
1、冶炼
选配铁素体不锈钢的组成成分，重量百分比是： C 0.0040 N0.0045 Ti 0.14 Sn 0.8 Cr 18.0 Si 0.27 Mn0.16，其余为Fe和不可避免的杂质；
将原料预热至220℃，放入中频真空感应炉中，在0.1～5Pa的高真空环境下进行冶炼得到钢水；
2、铸轧带坯
将冶炼得到的钢水在1550℃的浇注温度下利用双辊薄带铸轧设备进行铸轧，铸轧速度为6m/min，轧辊辊缝预设为0.0mm，获得厚度为1.0mm的含锡铁素体不锈钢带坯。
3、轧制及退火
将上述得到的含锡铁素体不锈钢带坯酸洗后，在400℃下进行轧制，经60%压下量后轧至0.4mm。在820℃下保温300分钟并空冷至室温完成冷轧退火，得到含锡铁素体不锈钢薄带。
同时，冶炼了与本实施例具有相同成分的常规铸坯，并经传统工艺轧制后得到含锡铁素体不锈钢成品板。其中，为保证与上述逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢铸轧薄带具有相同晶粒尺寸，传统工艺生产的含锡铁素体不锈钢成品板是在1020℃下保温2.5分钟完成冷轧退火的。经力学性能及锡元素分布的检测后，发现该铁素体不锈钢薄带的强度及韧性与传统工艺的相近。同样，在薄带的表层附近出现锡的富集，即存在锡的逆偏析。其中，表层附近锡元素最大富集处的含量高于传统工艺的锡含量的45.0%。
传统工艺成品板及铸轧薄带的样品浸泡于温度为室温的6%的三氯化铁溶液24小时。浸泡完成后，传统工艺及铸轧薄带的腐蚀速率分别为6.5295g/m2·h 和5.3150g/m2·h，铸轧薄带的腐蚀速率降低18.60%。
Claims (1)
1.一种逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带的铸轧制备方法，其特征在于按以下步骤进行：选用按重量百分比为Sn 0.1~0.8，C ≤0.01，N0.01，Nb 0~0.4，Ti 0~0.4，Cr 14.4~18.0，Si ≤0.75，Mn ≤1，余量为Fe和不可避免的杂质，其中P≤0.035%，S≤0.03%，O≤0.005%的铁素体不锈钢为基本原料，将原料加热至100～300℃，放入中频真空感应炉中，在0.1～20Pa的高真空环境下进行熔炼，得到钢水；将熔炼好的钢水在1550～1640℃的浇注温度下利用双辊薄带铸轧设备进行铸轧，其中铸轧速度为2～80m/min，轧辊辊缝设为0.0～2.2mm，得到1.0～3.2mm厚的逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢带坯；将逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢带坯经酸洗后在室温～700℃条件下进行轧制，轧制压下量为40%～75%，轧制压后的厚度为0.4～1.5mm，再将其加热至820～1100℃，保温2～300min后空冷至室温，得到逆偏析锡的含锡铁素体不锈钢薄带。
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