一种双相不锈钢薄带及其近终成形制备方法技术

一种双相不锈钢薄带及其近终成形制备方法，属于钢铁合金材料技术领域。双相不锈钢薄带，成分按照质量百分比为：C：0.0001～0.03％；Cr：18～22％；Mn：5～7％；N：0.3～0.45％；Ni：0.0001～0.1％；余量为铁和其他不可避免的杂质。制备方法为：(1)在氮气下熔炼；(2)钢水随着结晶辊的转动导出形成铸带，水冷至室温；(3)热轧1～2道次，水冷至室温；(4)将热轧不锈钢薄带酸洗；(5)将不锈钢薄带进行冷轧；(6)固溶退火得成品。本发明专利技术值得的双相不锈钢薄带，具有优良的腐蚀性能；初始铸态组织得到细化，有利于后续加工中获得良好的性能；本发明专利技术的制备方法，抑制元素的偏析，有利于合金元素在经过后续轧制、固溶退火后更加均匀的分布；成本低，生产流程简单易操作。

【技术实现步骤摘要】
一种双相不锈钢薄带及其近终成形制备方法
本专利技术属于钢铁合金材料
，特别涉及一种双相不锈钢薄带及其近终成形制备方法。
技术介绍
双相不锈钢在使用状态下的显微组织由各占约50％的铁素体和奥氏体相组成，因此兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点。大力开发节约型双相不锈钢，替代304甚至316L等奥氏体不锈钢以达到节约资源与降低成本的目的。与传统双相不锈钢相比，“以Mn+N代Ni”的双相不锈钢因N含量较高，在浇铸成铸锭时容易产生气孔缺陷，影响成材率，造成资源的极大浪费。与常规双相不锈钢相比，节约型双相不锈钢因C、N含量更高且Mo元素含量更低，高温奥氏体固溶的间隙原子含量升高而具有更高的硬度，而高温铁素体中合金元素含量降低使高温硬度降低，因而热变形过程中两相的变形协调性更差，热变形过程中更易发生开裂，严重阻碍了大规模工业化生产。氮和镍同为强烈奥氏体形成及稳定元素，且氮的镍当量是镍的30倍，对于“以Mn、N代Ni”同时又保证奥氏体含量及稳定性是至关重要的。氮不仅能代替镍以降低成本，而且可以减小金属间相析出的敏感性，在不锈钢的间隙固溶强化及提高耐点蚀和缝隙腐蚀方面有极大优势。因此，适当提高双相不锈钢中的氮含量是实现其经济节约型和保证高性能的重要手段。双辊薄带连铸装置以两个反向旋转的冷却辊为结晶器，用液态金属直接生产薄带材；具有铸-轧结合的坯料生产特点，是真正的短流程、近终成形加工工艺，金属组织致密，消除了缩孔和疏松；在成形过程中避开了合金热塑性差的材料缺陷，通过凝固过程中的亚快速冷却(冷却速度可以达到104℃/s)控制显微组织，有助于组织细化和抑制成分偏析，为后续轧制提供合格的薄带坯，简化热轧工序，缩短生产流程，降低能源消耗，减小轧制难度，可以快速达到极薄规格，减少甚至消除边裂缺陷。经检索，专利CN103060717A公开了一种节铬型具有相变增塑效应的双相不锈钢及其制备方法，该双相不锈钢的成分及质量百分比：0＜C≤0.06％，S≤0.008％，P≤0.01％，Cr：13.0～17.5％，Mn：5～17％，Ni：0.1～3.0％，AlorSi：0.5～2.5％，B：0.001～0.01％，稀土Ce或Y：0.005～0.20，余量为铁，该工艺采用传统常规的制备方法，即合金熔炼→浇铸成铸锭→热锻→轧制。缺点为：在浇铸过程中，未能固溶的N容易在铸锭中造成气孔缺陷，影响成材率；在热锻及轧制过程中易造成边裂，影响板材的使用；合金成分中含有稀土元素，在提高性能的同时也增加了部分成本。专利CN103987867A公开了一种节约型双相不锈钢及其制备方法，采用薄带连铸的方法，减小出现气孔缺陷的几率，在随后的轧制过程中也易降低出现边裂的风险，其成分为：以重量计，0.04％或更少的C；0.2～3.0％或更少的Si；2～4％的Mn；19～23％的Cr；0.3～2.5％的Ni；0.2～0.3％的N；0.5～2.5％的Cu；余量为铁和其他不可避免的杂质。该双相不锈钢中仍然有相当含量的Ni等贵重元素，N含量也在0.3％以下，虽然延伸率达到55％以上，但强度均在850MPa以下，未能充分发挥锰氮合金化在提高性能和降低成本方面的重要优势。
技术实现思路
针对现有合金成分设计以及冶炼浇铸方面存在的问题，本专利技术提供一种GPa级高性能节约型双相不锈钢薄带及其近终成形制备方法，该方法是一种利用双辊薄带连铸技术制备具有TRIP效应的高强塑积节约型双相不锈钢薄带的方法。本专利技术双相不锈钢薄带，成分按照质量百分比为：C：0.0001～0.03％；Cr：18～22％；Mn：5～7％；N：0.3～0.45％；Ni：0.0001～0.1％；余量为铁和其他不可避免的杂质。本专利技术双相不锈钢薄带中几乎不含Ni，通过锰氮合金化，将N含量提高到0.3％以上，保证奥氏体相的比例及其稳定性。本专利技术双相不锈钢薄带的近终成形制备方法，先获得无边裂、板型良好的1.8～2.5mm的薄带，再经后续的热轧，酸洗，冷轧过程，得到板厚约为0.45～0.55mm的表面质量良好、无边裂的冷轧薄板，通过优化的固溶退火工艺，可以进一步均匀组织，且获得适宜的奥氏体含量及适当的奥氏体稳定性，使其在塑性变形过程中发生TRIP效应，提高综合力学性能，得到极高的强塑积，具体包括以下步骤：步骤1，熔炼：在氮气的气氛下，熔炼炉的压力为1.0～1.1atm，按双相不锈钢薄带的成分配比，先熔炼电解铬、电解锰和纯铁，待熔化后再加入Fe(CrN)合金，熔炼得到钢水浇铸到中间包；步骤2，薄带连铸：中间包中的钢水流入熔池，钢水随着结晶辊的转动导出形成铸带，结晶辊的转速为20～40m/min；铸带出辊以后迅速水冷至室温，得到的铸带宽度为100～150mm，厚度为1.8～2.5mm；步骤3，热轧：将铸带热轧1～2道次，开轧温度为1000～1100℃，热轧总压下量在25～40％，终轧温度为900～1000℃，热轧后水冷至室温，得到厚度为1.3～1.8mm的热轧不锈钢薄带；步骤4，酸洗：将热轧不锈钢薄带酸洗；步骤5，冷轧：将酸洗后的热轧不锈钢薄带，进行冷轧，冷轧总压下量60～70％，得到厚度为0.45～0.55mm的冷轧不锈钢薄带；步骤6，固溶退火：将冷轧不锈钢薄带，在900～1100℃保温200～450s，水冷至室温，得到双相不锈钢薄带。其中：步骤1中，熔炼时在氮气的气氛下进行，加压抑制锰和氮的挥发，提高锰和氮的收得率；电解铬、电解锰和纯铁的熔炼温度为1460～1510℃；钢水由中间包流入熔池的过程，熔池内钢水固化时，超出氮的饱和溶解度的气体随结晶辊的转动而排放到外部，不会因气体的析出而在凝固组织中形成气孔，消除了传统工艺中高氮含量易造成的气孔和缩孔缺陷。步骤2中，熔池为结晶辊和侧封板形成的空腔；钢带出辊以后迅速水冷以细化晶粒和抑制脆性相析出；步骤3中，水冷以抑制可能出现的脆性相析出；步骤4中，酸洗过程为将热轧不锈钢薄带经硝酸、氢氟酸混酸酸洗，清除表面氧化层，提高表面质量，为冷轧提供合格原料；酸洗中酸的质量比为：浓度65～68％HNO3∶浓度40～42％HF∶H2O＝4∶1∶25。步骤5得到的冷轧不锈钢薄带，表面质量良好，无边裂；步骤6制得的双相不锈钢薄带的奥氏体的体积含量为45～65％，两相比例通过控制固溶温度来实现。本专利技术制备的的双相不锈钢薄带固溶处理温度为900～1100℃，室温时拉伸断裂强度800～1100MPa，屈服强度500～600MPa，断后延伸率45％～65％。与现有技术相比，本专利技术有益效果为：(1)本专利技术的双相不锈钢薄带，含有较高的氮含量(≥0.3％)，由于氮在铁素体相中的溶解度很低，根据经验，当氮含量超过0.2％时在双相不锈钢的铸坯中就极易出现气孔和缩孔缺陷，采用双辊薄带连铸技术可以很好地解决该类缺陷，提高成材率。一方面，在薄带连铸过程中，亚快速凝固能够保证快速通过铁素体单相区，进入双相区由于奥氏体相固溶氮的能力较强，能够保证氮的快速吸收；另一方面，超出氮的饱和溶解度极限的部分可以通过结晶辊排放到外部，消除气孔和缩孔缺陷。(2)通过“以Mn、N代Ni”降低成本，将双相不锈钢中的氮含量提高至0.3％以上，既能达到节约Ni资源的目的，又能保证双相不锈钢中奥氏体相的含量和稳定性，获得极为优异的综合力学性能，同时因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双相不锈钢薄带，其特征在于，成分按照质量百分比为：C：0.0001～0.03％；Cr：18～22％；Mn:5～7％；N：0.3～0.45％；Ni：0.0001～0.1％；余量为铁和其他不可避免的杂质，薄带的厚度为0.45～0.55mm。

【技术特征摘要】
1.一种双相不锈钢薄带的近终成形制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，熔炼：在氮气的气氛下，熔炼炉的压力为1.0～1.1atm，按双相不锈钢薄带的成分配比，先熔炼电解铬、电解锰和纯铁，待熔化后再加入Fe(CrN)合金，熔炼得到钢水浇铸到中间包；步骤2，薄带连铸：中间包中的钢水流入熔池，钢水随着结晶辊的转动导出形成铸带，结晶辊的转速为20～40m/min；铸带出辊以后迅速水冷至室温，得到的铸带宽度为100～150mm，厚度为1.8～2.5mm；步骤3，热轧：将铸带热轧1～2道次，开轧温度为1000～1100℃，热轧总压下量在25～40％，终轧温度为900～1000℃，热轧后水冷至室温，得到厚度为1.3～1.8mm的热轧不锈钢薄带；步骤4，酸洗：将热轧不锈钢薄带酸洗；步骤5，冷轧：将酸洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振宇，赵岩，高飞，郝燕森，刘鑫，李成刚，曹光明，王国栋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21