一种表面免起皮的奥氏体耐热钢及其制造方法技术

一种表面免起皮的奥氏体耐热钢及其制造方法，该钢化学成分质量百分比为：C：0.03～0.08％，Si：1.5～2.5％，0＜Mn≤2.0％，Cr：19.0～21.0％，Ni：11.0～13.0％，N：0.04～0.08％，Mo：0.6～1.2％，Zr：0.001～0.01％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，且需满足：30％≤(Cr+Ni)≤34％，1.3≤(Creq/Nieq)≤1.8。本发明专利技术制造的奥氏体耐热钢表面质量良好，没有起皮缺陷，并具有优异的抗氧化性和良好的高温强度，具体性能指标如下：900℃下：氧化速率为0.1～0.5g/m

【技术实现步骤摘要】
一种表面免起皮的奥氏体耐热钢及其制造方法
本专利技术涉及一种表面免起皮的奥氏体耐热钢及其制造方法。
技术介绍
服役于高温条件下的耐热钢要具有良好的抗高温氧化性、高温强度、高温蠕变性能以及良好的表面质量。传统耐热钢有两个共同的缺陷，第一是合金元素含量多，特别是铬含量大于20％，镍含量大于20％，铬+镍含量之和大于40％，第二是合金种类特别多。这两个共同点导致工业性生产耐热钢时的成材率极低。因为合金含量高，钢水的流动性差，夹杂物不易上浮，特别是含有易氧化性元素Ti或者是稀土时导致板坯或者钢锭表面质量很差，需要大量的修磨以去除表面缺陷。另外，镍含量高使钢水凝固时处于全奥氏体凝固模式，板坯或者是钢锭表面凝固时产生大量的凝固微裂纹，后续加热过程中沿微裂纹通道氧化，导致轧制和酸洗后的表面出现严重的条鳞缺陷，也就是常说的起皮缺陷，如图1所示，此类缺陷往往导致整批材料报废。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种表面免起皮的奥氏体耐热钢及其制造方法，该奥氏体耐热钢的表面免于起皮，又具有良好的抗氧化性和高温强度，可在环境温度大于850℃的工况下应用，如可制造加热炉内胆和排气系统热端的岐管等。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种表面免起皮的奥氏体耐热钢，其化学成分质量百分比为：C：0.03～0.08％，Si：1.5～2.5％，0＜Mn≤2.0％，Cr：19.0～21.0％，Ni：11.0～13.0％，N：0.04～0.08％，Mo：0.6～1.2％，Zr：0.001～0.01％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，且上述元素同时需满足如下关系：30％≤(Cr+Ni)≤34％，1.3≤(Creq/Nieq)≤1.8，Creq＝Cr+Mo+0.7Nb，Nieq＝Ni+35C+20N+0.25Cu。进一步，所述表面免起皮的奥氏体耐热钢在900℃下：氧化速率为0.1～0.5g/m2h，屈服强度≥69MPa，抗拉强度≥88MPa。本专利技术钢的成分设计中：C：C是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高钢的强度，特别是高温强度，形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区，C含量的波动对Nieq的影响较大。增加C含量会显著提高高温强度，但过高的碳含量会导致大量碳化物的析出，使钢在长时间高温服役过程中出现脆化。因此，本专利技术控制C含量为0.03～0.08％。Si：Si是一种脱氧元素，同时也可以形成细小弥散分布的二氧化硅颗粒以阻碍金属离子的扩散，提高抗氧化性。因此，本专利技术控制Si含量为1.5～2.5％。Mn：Mn是强烈稳定奥氏体的元素，可以提高钢的强度并改善钢的热塑性。但过量的Mn会降低成型性和焊接性。因此，本专利技术控制Mn含量在2.0％以下。Cr：Cr是奥氏体不锈钢中强烈形成并稳定铁素体的元素，缩小奥氏体区。高温下通过形成一层致密的Cr2O3保护膜，阻碍金属离子的向外扩散以及氧原子的向内扩散，但过量的Cr造成不锈钢的脆性。因此，本专利技术控制Cr为19.0～21.0％。Ni：Ni是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素。随着镍含量的增加，高温下的凝固模式逐渐向全奥氏体凝固模式转变。本专利技术控制Ni含量为11.0～13.0％。N：N是强奥氏体形成元素，可以提高固溶态奥氏体不锈钢的硬度和耐蚀性，但过量的N含量会形成脆性相降低钢的热加工性。因此，本专利技术控制N含量为0.04～0.08％。Mo：Mo是铁素体形成元素，有利于提高高温强度。但Mo会促进高温下σ相的析出，导致脆性；同时因为Mo是一种贵重金属，太高的Mo含量会导致成本增加。因此，本专利技术控制Mo含量为0.6～1.2％。Zr：Zr的加入可以强化晶界，提高高温强度，但热加工性能随着Zr含量的增加而降低。因此，本专利技术控制Zr含量为0.001～0.01％。P、S：P和S均为不可避免的杂质元素，但对性能有不利的影响，应控制：P≤0.040％，S≤0.03％。本专利技术在成分配比中应满足30％≤(Cr+Ni)≤34％：通过降低主要合金元素铬、镍含量之和小于34％，以降低贵重金属含量，提高钢水的流动性，有利于冶炼过程中夹杂物的上浮，提高钢水的纯净度，进而减少连铸板坯产生微裂纹的倾向。本专利技术还需满足1.3≤(Creq/Nieq)≤1.8，Creq＝Cr+Mo+0.7Nb，Nieq＝Ni+35C+20N+0.25Cu：铬镍当量比小于1.3时，钢水的凝固模式为全奥氏体凝固模式，板坯表面容易产生微裂纹，加热过程中沿着微裂纹处氧化，导致带钢产品表面产生起皮缺陷；本专利技术铬镍当量比控制在1.3以上，可确保钢水的凝固模式为铁素体向奥氏体转变的AF凝固模式，防止产品表面起皮。若热轧过程中第二相的比例超过10％，则热塑性降低，产生边裂等质量缺陷，氧化容易沿着缺陷处渗入，导致最终产品表面产生起皮缺陷；本专利技术铬镍当量比控制在1.8以下，保证热加工过程中的第二相比例小于10％，大大提高最终产品表面质量。本专利技术所述表面免起皮的奥氏体耐热钢的制造方法，其包括如下步骤：1)冶炼、铸造将按上述成分冶炼的钢水倒入钢包内，在精炼工序微调成分，确保成分满足30％≤(Cr+Ni)≤34％，1.3≤(Creq/Nieq)≤1.8，再浇铸成连铸坯；2)加热控制加热炉内的残氧量<2％，炉温≤1290℃，出炉温度为1225～1255℃，总在炉时间＞240min。3)热轧整个热轧轧制过程中全程不除鳞；热轧后将带钢水冷至卷取温度，卷取温度650～700℃，带钢卷取后空冷；4)固溶处理、抛丸酸洗固溶处理温度1080～1120℃，抛丸力度900～1500kg/min，酸洗温度50～60℃；5)冷轧、冷轧后退火酸洗冷轧压下量＞50％；冷轧后退火酸洗，退火温度1080～1120℃，酸洗温度50～60℃。对于耐热钢的生产，步骤2)加热是关键，本专利技术将连铸坯送往加热炉内加热，并控制加热炉内残氧量<2％，出炉温度1225～1255℃，总在炉时间＞240min，既能加热均匀，又能避免过烧等质量缺陷，保证了板坯的加热质量。本专利技术中，在加热炉内板坯表面生成一层均匀氧化膜，该氧化膜在轧制过程中作为基材与轧辊的润滑剂，起保护带钢表面质量的作用。因此，整个热轧轧制过程中全程不除鳞。本专利技术耐热钢的氧化皮粘附性特别强，不易去除，因此，在步骤4)中控制抛丸力度900～1500kg/min及酸洗温度50～60℃，通过机械的抛丸去除大部分的氧化铁皮，再通过强力酸洗去除残留的氧化皮。本专利技术步骤5)为了保证最终产品的表面光洁度，控制冷轧压下量大于50％。本专利技术制造的奥氏体耐热钢表面质量良好，均没有起皮缺陷，900℃下的氧化速率为0.1～0.5g/m2h，900℃下的瞬时高温屈服强度≥69MPa，瞬时高温抗拉强度≥88MPa，具有优异的抗氧化性和良好的高温强度。本专利技术的有益效果：1.本专利技术所提供的奥氏体耐热钢的合金成分中提高Si含量来改善高温抗氧化性，添加微量的Mo和Zr来提高钢的高温强度，但本专利技术不含有Ti、Nb、稀土、W等元素，且合金元素的总量低，合金种类少，铬镍含量之和在34％以下，降低了合金元素控制的难度以及生产成本。2.本专利技术通过控制铬镍当量比，使钢水的凝固模式为铁素体向奥氏体转变的AF凝固模式，避免了板坯制备过程中产生的微裂纹和热轧过程中的边裂产生的缺陷，有效地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面免起皮的奥氏体耐热钢，其化学成分质量百分比为：C：0.03～0.08％，Si：1.5～2.5％，0＜Mn≤2.0％，Cr：19.0～21.0％，Ni：11.0～13.0％，N：0.04～0.08％，Mo：0.6～1.2％，Zr：0.001～0.01％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，且上述元素同时需满足如下关系：30％≤(Cr+Ni)≤34％，1.3≤(Creq/Nieq)≤1.8，Creq＝Cr+Mo+0.7Nb，Nieq＝Ni+35C+20N+0.25Cu。

【技术特征摘要】
1.一种表面免起皮的奥氏体耐热钢，其化学成分质量百分比为：C：0.03～0.08％，Si：1.5～2.5％，0＜Mn≤2.0％，Cr：19.0～21.0％，Ni：11.0～13.0％，N：0.04～0.08％，Mo：0.6～1.2％，Zr：0.001～0.01％，P≤0.040％，S≤0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，且上述元素同时需满足如下关系：30％≤(Cr+Ni)≤34％，1.3≤(Creq/Nieq)≤1.8，Creq＝Cr+Mo+0.7Nb，Nieq＝Ni+35C+20N+0.25Cu。2.根据权利要求1所述的表面免起皮的奥氏体耐热钢，其特征在于，所述表面免起皮的奥氏体耐热钢在900℃下：氧化速率为0.1～0.5g/m2h，屈服强度≥69MPa，抗拉强度≥88MPa。3.如权利要求1或2所述的表面免起皮的奥氏体耐热钢的制造方法，包括如下步骤：1)冶炼、铸造将按权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊霞，毕洪运，李实，魏文杰，常锷，
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