一种低成本高强度耐磨不锈钢及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种低成本高强度的耐磨不锈钢材料及其生产方法，该不锈钢所含成分质量百分比为：C:0.02‑0.10，Si:0.2‑0.8，Mn:1.6‑2.5，Cr:11‑12，Ni:0.6‑1.0，Al:0.8‑1.2，其余为Fe和不可避免的杂质。该不锈钢材料经炼钢、连铸、热轧及退火、冷轧及退火、平整、卷取等工序制备得到，通过增加铝含量，控制碳含量和锰含量，降低铬、镍等贵金属的含量，降低了成本，提高了不锈钢的强度和耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高强度耐磨不锈钢及其生产方法
本专利技术属于新材料
，具体涉及一种低成本高强度的耐磨不锈钢材料及其生产方法。
技术介绍
铁素体不锈钢由于仅含少量镍或不含镍，在镍资源越来越紧张的今天，正逐步替代奥氏体不锈钢，在汽车、家电等领域获得广泛应用，成为一种资源节约型的绿色环保不锈钢材料。12％Cr铁素体不锈钢是一种经济型不锈钢，与中高铬铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢等钢种相比成本较低。铁素体不锈钢具有热膨胀系数小、导热性较好、耐Cl-腐蚀性强以及优良的机械性能等特点，被广泛的应用在车辆、建筑和化工等领域。Cr含量为11～12％，在低铬铁素体不锈钢中是最低的具有较高的强度和良好的耐腐蚀性能的合金钢，此类钢种可用于中等腐蚀条件同时伴有磨损存在的情况，已广泛地用作铁路运输、化工以及采掘等领域。但在苛刻的使用环境中，低铬铁素体不锈钢的强度和耐磨性还难以满足需求，也就无法降低使用成本。
技术实现思路
针对现有技术的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种低成本高强度的耐磨不锈钢材料，通过增加铝含量，以及对其他元素的调整，进一步提高了现有低铬不锈钢的强度和耐磨性。本专利技术的具体技术方案如下：一种低成本高强度耐磨不锈钢材料，其特征在于：按重量百分比计，其化学成分包括：C:0.02-0.10，Si:0.2-0.8，Mn:1.6-2.5，Cr:11-12，Ni:0.6-1.0，Al:0.8-1.2，其余为Fe和不可避免杂质。优选的，所述低成本高强度耐磨不锈钢材料的成分为：按重量百分比计C:0.05，Si:0.4，Mn:1.8，Cr:11.2，Ni:0.8，Al:1.0，其余为Fe和不可避免杂质。本专利技术还提供一种低成本高强度耐磨不锈钢材料的生产方法，其特征在于：(1)炼钢：按上述合金成分冶炼得到合格钢水；(2)连铸：通过控制拉速，加强电磁搅拌，使钢水经结晶器连铸获得连铸坯，使连铸坯中等轴晶的比例不低于40％；(3)热轧及退火：将连铸坯加热到1050-1200℃，然后在850-1100℃下进行轧制，冷却、卷取得热轧板卷，然后在800-900℃下进行第一次退火，退火时间为3-8min；(4)冷轧及退火：冷轧的总压下率为60-80％，第二次退火温度为800-900℃，退火时间为1-3min，最后经平整卷取得到冷轧不锈钢板卷。进一步，所述步骤(1)中的炼钢过程将氧含量脱至50ppm以下。本专利技术中，成分组成的平衡非常重要，通过这样的成分组成的组合，能够得到强度和耐磨性能优异的铁素体系不锈钢。上述成分组成之一有所偏离时，也难以达到所需的强度和耐磨性。接下来，对本专利技术的铁素体系不锈钢的成分组成进行说明。C是提高钢强度的有效元素，但如果含有C含量较高，C在铁素体中的溶解度很低，容易和Cr反应，在晶界上析出Cr23C6，使合金变脆，而且晶界因贫Cr而引起严重的晶界腐蚀，则韧性和成型性降低显著。如果铁素体不锈钢中的碳含量过高，还会造成脆性转变温度升高，裂纹缺口敏感性及晶间腐蚀敏感性大及焊后耐蚀性下降等。但一定的碳含量有利于保证钢铁材料的强度，同时有利于提高铸坯的等轴晶比例。本专利技术综合考虑了铁素体不锈钢的性能、工艺可行性和成本等方面因素，将碳含量控制在0.02-0.10％。Si是较强的铁素体形成元素，一般铁素体不锈钢冶炼过程中采用Si作为脱氧剂，本钢种中Si可以减小高温下奥氏体相区的比例，使轧制和退火更易于进行，同时利用Si的固溶强化效果提高材料强度，利于后续加工。在本专利技术中，控制钢中Si的质量百分含量在0.2-0.8％之间，从而提高铁素体不锈钢的强度。Mn是提高钢的强度的元素，并且还具有作为脱氧剂的作用。另外，Mn可以抑制由于含有Si而容易发生的氧化皮剥离。但是，Mn含量过高时，不仅氧化增量显著增加，而且容易在高温下生成γ相，耐热性降低。在本专利技术中，将钢中的Mn含量控制在1.6-2.5％。Cr是铁素体形成元素，主要作用就是提高不锈钢的耐蚀性和抗氧化性。Cr作为不锈钢耐腐蚀性、耐氧化性的重要元素，当含量低于10.0％时，得不到充分的耐氧化性；但铬含量过高时，一方面会增加成本，另一方面可加工性会变差。另一方面，Cr是在室温下将钢固溶强化、从而发生硬质化、低延性化的元素。本专利技术中，综合考虑不锈钢的性能与成本，将钢中的Cr含量控制在11-12％。Ni不仅提高钢的韧性、还提高耐氧化性的元素。另一方面，Ni也是一种昂贵的元素，并且是一种稳定奥氏体相的元素。当Ni含量超过1.0％时，在高温下生成γ相，反而使耐氧化性降低。本申请将Ni含量设定为0.6-1.0％的范围。Al是一种强脱氧元素，可有效降低钢中氧含量。另外，适量的Al能固溶于钢的基体中，除起固溶强化作用外，还能与Cr一起在钢的表面形成Al2O3和Cr2O3，能显著挺高铁素体不锈钢的耐腐蚀性能、抗氧化性能和加工成型性能。本专利技术针对现有铁素体不锈钢在原料成本方面的不足，以铝代替铬，强化并稳定铁素体，因此本专利技术设定的Al元素的含量范围为0.8-1.2％。Al是容易与O结合而形成氧化物的元素，钢中O含量多时，Al相应程度地形成氧化物，Al氧化物的形成量越多，则钢中的Al固溶量越少，固溶强化降低。此外，与钢中O结合而形成的Al氧化物容易成为龟裂的起点，因此使高温疲劳特性劣化。因此，在本专利技术增加铝含量的基础上，需要将钢中O量抑制为最低限度。本申请在减少铬用量，提高铝含量的情况下，铝元素除了对基体有一定的固溶强化效果外，同时在保证铁素体不锈钢具有较高碳含量和锰含量的情况下，锰和铝还可以与碳形成硬质中间相，弥散分布于基体中，提高不锈钢材料的硬度和耐磨性。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出的一种强度高、耐磨性好的不锈钢材料，其热膨胀系数小，成本低廉，降低镍和铬等贵金属元素的含量，增加铝含量，控制碳、锰含量，提高了不锈钢的强度和耐磨性。通过对主要成分碳、硅、锰、铬、镍、铝的精确控制，使其相互配合，产生协同作用，进而使不锈钢材料的强度、耐磨性和延伸率均得了一定程度的提高，扩大其应用领域和范围。具体实施方式为了更好地说明本专利技术，便于理解本专利技术的技术方案，下面对本专利技术进一步详细说明。但下述的实施例仅是本专利技术的简单例子，并不代表或限制本专利技术的权利保护范围，本专利技术保护范围以权利要求书为准。本专利技术所述的一种低成本高强度耐磨不锈钢材料，其合金成分范围按重量百分比计包括：C:0.02-0.10，Si:0.2-0.8，Mn:1.6-2.5，Cr:11-12，Ni:0.6-1.0，Al:0.8-1.2，其余为Fe和不可避免杂质。其生产方法主要包括如下步骤：(1)炼钢：按上述合金成分冶炼得到合格钢水，炼钢过程将氧含量脱至50ppm以下；(2)连铸：通过控制拉速，加强电磁搅拌，使钢水经结晶器连铸获得连铸坯，使连铸坯中等轴晶的比例不低于40％；(3)热轧及退火：将连铸坯加热到1050-1200℃，然后在850-1000℃下进行轧制，冷却、卷取得热轧板卷，然后在800-900℃下进行第一次退火，退火时间为3-8min；(4)冷轧及退火：冷轧的总压下率为60-80％，第二次退火温度为800-900℃，退火时间为1-3min，最后经平整卷取得到冷轧不锈钢板卷。本专利技术的一些实施例不锈钢的化学成分参见表1，制备方法的主要控制参数参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低成本高强度耐磨不锈钢材料，其特征在于：按重量百分比计，其化学成分包括：C:0.02‑0.10，Si:0.2‑0.8，Mn:1.6‑2.5，Cr:11‑12，Ni:0.6‑1.0，Al:0.8‑1.2，其余为Fe和不可避免杂质。

【技术特征摘要】
1.一种低成本高强度耐磨不锈钢材料，其特征在于：按重量百分比计，其化学成分包括：C:0.02-0.10，Si:0.2-0.8，Mn:1.6-2.5，Cr:11-12，Ni:0.6-1.0，Al:0.8-1.2，其余为Fe和不可避免杂质。2.根据权利要求1所述的低成本高强度耐磨不锈钢材料，其特征在于：按重量百分比计成分为：C:0.05，Si:0.4，Mn:1.8，Cr:11.2，Ni:0.8，Al:1.0，其余为Fe和不可避免杂质。3.一种根据权利要求1-2任一项所述的低成本高强度耐磨不锈钢材料的生产方法，其特征在于：(1)炼钢：按上述合金成分冶炼得到合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华英，刘光明，姬亚锋，胡啸，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西,14