一种具有良好抗氧化性能的含钛奥氏体不锈钢及其制造方法技术

一种具有良好抗氧化性能的含钛奥氏体不锈钢及其制造方法，该钢的化学成分质量百分比为：C：0.025～0.035％，Si：0.6～1.0％，Mn：1.2～2.0％，P≤0.035％，S≤0.030％，Cr：17.0～19.0％，Ni：9.00～12.00％，N：0.01～0.03％，Ti≤0.2％，Nb≤0.2％，Ce：0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质，且需满足：Ti+Nb≥5C或Ti+Nb≥5(C+N)。本发明专利技术在冶炼过程中喂入稀土Ce，再经连铸、板坯表面修磨、板坯加热、轧制、热处理得到钢产品，显著提高了钢产品的可制造性、表面质量和高温氧化性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含钛奥氏体不锈钢材料领域，具体涉及一种具有良好抗氧化性能的含钛奥氏体不锈钢及其制造方法。
技术介绍
含钛奥氏体不锈钢具有良好的耐晶间腐蚀性能和焊接性能，在化工、航天、压力容器等领域得到较广的应用。但含Ti奥氏体不锈钢生产有很大难度，主要存在三大难点问题：一是浸入式水口结瘤；二是结晶器“结鱼”(指结块)；三是板坯和钢板表面质量问题。具体来说，钢水连铸过程中浸入式水口结瘤严重，导致连铸生产困难，而且结晶器中常常出现“结鱼”现象导致无法连续生产。研究表明，由于上述问题的存在，致使最终产品-不锈钢工业板、薄板表面易产生条鳞、线鳞、结疤等大量缺陷。不锈钢表面存在缺陷不仅会影响产品成材率，也会影响它的正常使用。现有的含钛奥氏体不锈钢321成份中C、N含量较高，所需要的Ti含量也较高；冶炼过程中加入的Ti一部分用于微合金化，其它大部分被氧化形成Ti的夹杂物。Ti的夹杂物含量过高导致浇铸水口结瘤、表面质量差。因此，亟需对含钛奥氏体不锈钢的成分和工艺进行改进，研发一种具有良好可制造性、抗氧化性、且高表面质量的含Ti奥氏体不锈钢。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有良好抗氧化性能的含钛奥氏体不锈钢及其制造方法，以提高含钛奥氏体不锈钢的可制造性，同时提高最终钢产品的表面质量和高温使用条件下的抗氧化性能，具体保证该钢在800℃氧化100小时条件下的氧化增重＜0.05mg/cm2，有利于产品的批量生产和推广使用。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种具有良好抗氧化性能的含钛奥氏体不锈钢，其化学成分质量百分比为：C：0.025～0.035％，Si：0.6～1.0％，Mn：1.2～2.0％，P≤0.035％，S≤0.030％，Cr：17.0～19.0％，Ni：9.00～12.00％，N：0.01～0.03％，Ti≤0.2％，Nb≤0.2％，Ce：0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：Ti+Nb≥5C或Ti+Nb≥5(C+N)。进一步，本专利技术所述含钛奥氏体不锈钢在800℃氧化100小时条件下的氧化增重＜0.05mg/cm2。本专利技术钢的成分设计中：C：C在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。同时C是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高钢的强度。但在一些条件下C与钢中的铬结合形成高铬的Cr23C6型碳化物，使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降。含Ti奥氏体不锈钢正是利用Ti与C的强亲和力来固定C，减少Cr的C化物析出，提高耐晶间腐蚀性能。因此，需要5倍C含量的Ti来固定C，所以，C含量越高所需要的Ti含量也越高。从减少Ti含量同时保证一定的强度角度来考虑，本专利技术控制C含量为0.025～0.035％。Si：Si是强烈形成铁素体的元素，在奥氏体不锈钢中，随着Si含量的提高，铁素体含量将增加，但Si有助于在不锈钢表面形成富Si氧化膜，提高不锈钢的抗氧化性能。在本专利技术钢中，还可以利用Si较快的扩散和氧化能力，在氧化气氛下迅速扩散到表面和钢中添加的稀土元素共同作用提高铬氧化膜的粘附性，使氧化膜作为保护层和润滑剂，从而提高表面质量和抗氧化性能。因此，本专利技术控制Si含量为0.6～1.0％。Mn：Mn是比较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈稳定奥氏体组织的作用。研究表明，钢中Mn含量小于2％时，Mn含量的变化常对铬镍奥氏体不锈钢的组织没有明显影响。在本专利技术钢中，Mn除了可以稳定奥氏体组织外，还可以降低钢中的自由氧含量，同时是借助Mn和S形成MnS来消除钢中残余S的有害作用。因此，本专利技术控制Mn含量控制为1.2～2.0％。P和S均为不可避免的杂质元素，对性能有不利的影响，尽量按下限控制，因此控制P≤0.035％，S≤0.030％。Cr：Cr是不锈钢中最主要的合金元素，决定不锈钢的耐腐蚀性能。Cr是强烈形成并稳定铁素体的元素，缩小奥氏体区。随着钢中Cr含量的增加，奥氏体不锈钢中可能出现铁素体组织。Cr还是强碳化物形成元素，由于本专利技术钢中C含量控制较低，加之一定的Ti含量，Cr的碳化合物可以得到适当的控制。Cr对本专利技术钢的最大影响是抗氧化性和高温耐蚀性。综合考虑，本专利技术控制Cr含量为17～19％。Ni：Ni是奥氏体不锈钢中主要合金元素，强烈形成并稳定奥氏体，用于本专利技术钢中形成完全的奥氏体组织。Ni使钢具有良好的强度和塑性、韧性的配合，并具有优良的冷、热加工性能和冷成形性以及焊接性能。但Ni含量对制造成本影响较大，从抗氧化性能、奥氏体组织稳定性及经济性考虑，Ni控制在下限水平，含量范围为9.0～12.0％。N：N是强烈形成并稳定和扩大奥氏体相区的元素。形成奥氏体的能力与C相当，约为Ni的30倍。N在奥氏体不锈钢中可以代替部分Ni，增加N可以降低钢中的铁素体含量，可以使奥氏体组织更加稳定。但N也会与Ti结合形成TiN来消耗用于固定C的Ti。为避免更多的Ti加入量，提高钢的可制造性，本专利技术将N控制在0.03％以下。Ti：Ti在奥氏体不锈钢中是作为稳定化元素添加的，用于提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能。钢中的C在加热到高温时可以固溶到奥氏体基体中并可以通过快冷的方式保持到室温，形成过饱和奥氏体。但这时的奥氏体是不稳定的，在400～800℃温度区间内加热时，C便会以碳化物的形式从基体析出。由于Cr易与C结合，并且优先沿晶界沉淀，从而导致晶界贫Cr，在腐蚀介质作用下便会产生晶间腐蚀。由于Ti与C的亲和力远大于Cr，因此常常向奥氏体不锈钢中加入Ti，作为固定钢中C的稳定化元素，析出的C优先与Ti结合形成TiC，防止或减少Cr的碳化物的的形成，从防止晶间贫Cr，提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能，这正是含Ti奥氏体不锈钢存在的意义。但Ti易于氧化，在钢水浇铸过程会堵塞水口，降低了不锈钢的可制造性。根据C含量的多少，一般需5倍C含量的Ti来固定C，本专利技术控制Ti含量≤0.2％。Nb：Nb是有着和Ti一样作用的稳定化元素，它与C、N结合形成Nb的碳氮化物抑制钢中Cr的碳氮化物的形成，从而提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能。同时Nb不易氧化，不会带来因氧化物堵塞水口降低不锈钢可制造性的问题，对提高表面质量也有利，但Nb的价格要高于Ti。本专利技术从经济型、可制造性和表面质量三方面考虑，用一部份Nb来代替Ti满足Ti+Nb≥5C或Ti+Nb≥5(C+N)，Nb≤0.2％，避免晶间腐蚀发生，同时提高可制造性和表面质量。稀土(Ce)：在本专利技术钢中Ce有三方面的作用：首先在冶炼过程中利用其与氧的强结合力，来降低钢液中自由氧的浓度，避免Ti的氧化，使Ti充分发挥稳定化元素的作用，同时避免Ti的氧化物堵塞水口，提高可制造性；再者，稀土元素Ce和硅共同作用可以提高铬氧化膜的粘附性，不锈钢板坯在加热和热轧过程中形成的含稀土Ce的氧化膜可以充当保护膜和润滑剂的作用，有利于提升表面质量；另外，钢基体中一定含量的稀土Ce可以显著提高奥氏体不锈钢的抗氧化性能。但Ce易氧化、收得率低，且其氧化物也会堵塞水口，因此，本专利技术将稀土Ce含量控制为0.01～0.03％，且要与后续的关键生产工艺相结合。本专利技术所述的具有良好抗氧化性能的含钛奥氏体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤：1)冶炼、连铸按上述化学成分经电炉、AOD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有良好抗氧化性能的含钛奥氏体不锈钢，其化学成分质量百分比为：C：0.025～0.035％，Si：0.6～1.0％，Mn：1.2～2.0％，P≤0.035％，S≤0.030％，Cr：17.0～19.0％，Ni：9.00～12.00％，N：0.01～0.03％，Ti≤0.2％，Nb≤0.2％，Ce：0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：Ti+Nb≥5C或Ti+Nb≥5(C+N)。

【技术特征摘要】
1.一种具有良好抗氧化性能的含钛奥氏体不锈钢，其化学成分质量百分比为：C：0.025～0.035％，Si：0.6～1.0％，Mn：1.2～2.0％，P≤0.035％，S≤0.030％，Cr：17.0～19.0％，Ni：9.00～12.00％，N：0.01～0.03％，Ti≤0.2％，Nb≤0.2％，Ce：0.01～0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：Ti+Nb≥5C或Ti+Nb≥5(C+N)。2.根据权利要求1所述的含钛奥氏体不锈钢，其特征在于，所述含钛奥氏体不锈钢在800℃氧化100小时条件下的氧化增重＜0.05mg/cm2。3.如权利要求1或2所述的含钛奥氏体不锈钢的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：1)冶炼、连铸按权利要求1所述的化学成分经电炉、AOD炉冶炼、LF精炼炉精炼，浇铸成板坯；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王如萌，陆斌，
申请(专利权)人：宝钢不锈钢有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31