一种含钛高强度高韧性无磁钢及其制造方法技术

一种含钛高强度高韧性无磁钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C 0.20～0.30％，Si≤0.4％，Mn 20～25％，A11.0～3.0％，Ti 0.015～0.045％，P≤0.01％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免杂质。本发明专利技术采用低速加热和长时间保温工艺，轧制过程采用热机械轧制方法，获得细化奥氏体晶粒为基体组织，从而有利于钢板的强度和塑性的提高。本发明专利技术无磁钢板的屈服强度为400～440MPa，抗拉强度为650～690MPa、断后延伸率为35～45％，夏氏冲击功Akv(‑196℃)≥120J，在16kA/m的磁场强度下其相对磁导率能达到1.005或者更低。

【技术实现步骤摘要】
一种含钛高强度高韧性无磁钢及其制造方法
本专利技术涉及无磁钢，具体涉及一种含钛高强度高韧性无磁钢及其制造方法。
技术介绍
近年来，随着变压器、选矿采矿、特殊船舶等行业的发展，越来越多的无磁钢被广泛的应用。无磁钢室温下基体组织为奥氏体，因为奥氏体具有顺磁性，在磁场中磁化作用很弱，即产生所谓的“无磁”现象，故形象的称之为无磁钢。通常无磁钢主要分为无磁高锰钢(Fe-Mn系和Fe-Mn-Al系)和无磁不锈钢(CrNiMo系、CrNiMnN系及CrMnN系)。对于奥氏体不锈钢，其化学成分的特征在于以Ni元素作为稳定钢中奥氏体相的主要合金元素，从而达到无磁或者低磁的效果。因此，这种无磁钢对于Ni元素的需求量很大。这就导致了奥氏体不锈钢一类的无磁钢价格昂贵并且可能不具有足够的强度。目前使用的MnCr系和MnAl系无磁钢的化学成分特点在于钢中的碳锰含量普遍较高，这就导致材料的焊接性能较差。需要适当的降低钢中的碳锰含量以保证此类无磁钢的焊接性能。由于高锰无磁钢以奥氏体为基体，在未添加其他合金元素的情况下通常强度较低，不能满足使用需求。因此，在无磁钢成分设计时，在钢中适当的添加微量的微合金元素Ti，充分利用Ti的细晶强化或析出强化的效果，再辅以控制轧制技术。这样能最大限度的提高无磁钢的强度，同时不会显著影响无磁钢的焊接和机械加工性能。以“无磁钢”为关键词进行了联机检索，检索得到最相关专利。目前，无磁钢主要成分有Mn-Ni-Nb-Mo-V-Ti和Mn-Ni-Cr-Nb-Mo-V-Ti不锈钢体系以及C-Mn-Al的高锰钢体系两种。如中国专利公开号CN104894471A公布了“一种高锰高铝含钒无磁钢板及其制造方法”，该热轧钢的成分为百分比：C：0.14～0.20％，Mn：21.50～25.00％，Al：1.50～2.50％，V：0.04～0.10％，N＜0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。其基体组织为奥氏体，综合力学性能较优，但该钢的屈服强度仅为280～300MPa，难以满足如今对于结构用无磁钢高强度的需求。中国专利公开号“CN102409227A”公布的“一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法”，该钢的成分百分比为：C：0.25～0.35％，Si：0.5～0.6％，Mn：25～26％，Al：3.8～4.2％，V：0.06～0.10％，P：0.02～0.03％，S：0.02～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质。该钢的基体组织为奥氏体，屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥750MPa，断后伸长率≥66％，相对磁导率≤1.002，具有较优的综合性能。但由于钢中的Al元素含量过高，导致在加热轧制过程中，表面极易发生氧化，形成热轧裂纹，降低了钢材的成材率，且后续需要进行水韧化处理，生产过程复杂且增加了成产成本。中国专利公开号“CN102747273A”公开了“一种含铌高锰无磁钢及其制备方法”，该钢的化学成分百分比为：C：0.8～1.2％，Mn：10～15％，Si：0.3～0.5％，P＜0.008％，S＜0.005％，Nb：0.01～0.02％，其余为Fe和不可避免的杂质。该钢经过热轧后，热轧板在1000℃保温15min后进行水淬，得到抗拉强度900～1000MPa，延伸率为50～60％，洛氏硬度15～22HRC，相对磁导率小于1.0002的高强度无磁钢。但该钢的不足之处在于钢中的C含量过高，生产过程中易产生网状碳化物，易脆，需要再次进行水韧化处理，生产过程同样复杂，且生产成本也高。因此，急需开发一种具有较高强度和高韧性，生产工艺简单，成本低廉的无磁结构钢，以满足如今对于无磁钢材料高强度的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含钛高强度高韧性无磁钢及其制造方法，其屈服强度为400～440MPa，抗拉强度为650～690MPa，延伸率为35～45％，冲击功在-196℃可达到120J以上，在16kA/m的磁场强度下其相对磁导率能达到1.005或者更低。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种含钛高强度高韧性无磁钢，其成分重量百分比为：C0.20～0.30％，Si≤0.4％，Mn20～25％，A11.0～3.0％，Ti0.015～0.045％，P≤0.01％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免杂质。又，本专利技术所述无磁钢组织为细小的奥氏体晶粒，其晶粒大小为9～15μm。所述无磁钢的屈服强度400～440MPa，抗拉强度650～690MPa，延伸率35～45％，冲击功在-196℃达到120J以上，在16kA/m的磁场强度下其相对磁导率能达到1.005或者更低。在本专利技术钢的成分设计中：碳C：能够保证材料强度的同时还能够稳定奥氏体。因为本钢室温基体组织为奥氏体，而在奥氏体钢中析出强化的作用较小，主要依靠固溶元素的固溶强化作用。当钢中的碳元素含量过高时会导致钢的强硬度增加，焊接性能下降，导致材料的加工性能下降。碳含量过低又会导致材料没有足够的强度。综合考虑碳含量对于材料强度、组织稳定性、焊接性、加工性能等因素，本专利技术中碳的含量控制在0.20～0.30％。锰Mn：锰是高锰无磁钢中稳定奥氏体的主要元素，较高的锰含量能够保证材料基体组织为稳定的奥氏体组织，从而确保材料在较高的磁场强度下仍具有较低的相对磁导率。此外，相比于其他稳定奥氏体的元素(如Ni)，锰的价格更低，能够有效的降低企业生产成本。当钢中的锰含量少时，由于奥氏体的稳定性较差，在后续冷却或者冷加工过程中可能形成马氏体组织，恶化钢板的无磁性能；而当钢中的锰含量过高时又会因为在加热过程中极易氧化，而导致钢板表面质量差。因此，本专利技术合理的选择锰含量的范围在20～25％。铝Al：铝能够有效的防止钢中碳化物的形成，有利于奥氏体中碳的固溶，对改善钢板无磁性能大有益处。此外，铝能显著提高钢的层错能，抑制冷却和变形过程马氏体的形成，有利于保证奥氏体的稳定性。同时，由于锰在加热过程中极易氧化，在钢中加入适量的铝，能够在表面形成致密的Al2O3氧化膜，有效的防止钢板表面的过度氧化，对钢板表面质量有一定的改善作用。但若钢中的铝含量过高，会导致钢在冶炼和浇注的难度增大，制造成本上升，形成过度的氧化物恶化钢板质量。因此，本专利技术选用的合适的铝含量范围在1.0～3.0％。硅Si：硅有固溶强化的作用，能够提高钢的耐蚀性能和高温抗氧化性能；但含量过高会导致钢表面脱碳严重，降低焊接性能。因此，本专利技术选择的硅含量≤0.40％。钛Ti：钛是强碳化物形成元素，在钢中能够形成TiN，作为奥氏体形核的质点，起到细化奥氏体晶粒的作用。本专利技术中添加微量的Ti主要起到细化奥氏体晶粒的作用，同时，Ti的碳氮化物析出能够起到一定的析出强化的效果，进一步的提高实验钢的强度。因此，本专利技术选择的Ti的添加范围在0.015～0.045％。本专利技术的含钛高强度高韧性无磁钢的制造方法，包括如下步骤：1)冶炼、铸造按上述成分冶炼、铸造成钢锭或连铸坯；2)加热钢锭或铸坯加热，加热速度≤70℃/h，加热温度1130℃～1180℃；3)轧制钢锭经开坯后进行轧制；连铸坯直接进行轧制，轧制采用两阶段轧制：第一阶段轧制，开轧温度1050～1100℃，在轧制至成品钢板厚度的3～4倍板厚时在辊道上待温至820～900℃；第二阶段轧制，开轧温度820～900℃，道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含钛高强度高韧性无磁钢，其成分重量百分比为：C 0.20～0.30％，Si≤0.4％，Mn 20～25％，A1 1.0～3.0％，Ti 0.015～0.045％，P≤0.01％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.一种含钛高强度高韧性无磁钢，其成分重量百分比为：C0.20～0.30％，Si≤0.4％，Mn20～25％，A11.0～3.0％，Ti0.015～0.045％，P≤0.01％，S≤0.01％，其余为Fe及不可避免杂质。2.如权利要求1所述的含钛高强度高韧性无磁钢，其特征是，所述无磁钢组织为细小的奥氏体晶粒，其晶粒大小为9～15μm。3.如权利要求1或2所述的含钛高强度高韧性无磁钢，其特征是，所述无磁钢的屈服强度400～440MPa，抗拉强度650～690MPa，延伸率35～45％，冲击功在-196℃达到120J以上，在16kA/m的磁场强度下其相对磁导率能达到1.005或者更低。4.如权利要求1所述的含钛高强度高韧性无磁钢的制造方法，其特征是，包括如下步骤：1)冶炼、铸造按权利要求1所述成分冶炼、铸造成钢锭或连铸坯；2)加热钢锭或铸坯加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：张君，姚连登，赵小婷，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31