一种低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒及其制造工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒及其制造工艺，通过C、Cr、Ni、Mn、N、Cu、Mo等化学成分调整及冶炼、电渣重熔、多道次径向锻造等工艺优化，制备的奥氏体不锈钢锻棒截面直径不小于500mm，其铁素体均匀分布，总含量小于5%，晶粒度7~9级，锻棒具有兼顾优良的强韧性和耐晶间腐蚀性能及热加工性能，该锻棒材能够广泛用作核电、化工、冶金等领域装备的管道材料。装备的管道材料。

【技术实现步骤摘要】
一种低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒及其制造工艺


[0001]本专利技术属于不锈钢材料制备工艺
，具体涉及一种低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒及其制造工艺。

技术介绍

[0002]相比于其它类型不锈钢，奥氏体不锈钢具有优良的加工成形性能、良好的力学性能和耐腐蚀性能，目前已经广泛应用于家电、建筑等民用行业，也大量应用于能源、化工、海洋工程等领域。随着奥氏体不锈钢应用领域扩大，其应用的条件也越来越恶劣，从而对奥氏体不锈钢的加工性能和使用性能提出更高的要求。特别在核电站上一些关键零部件，如控制棒驱动机构密封壳和行程套管、稳压器接管、波动管等，要求奥氏体不锈钢具有较好的强韧性和耐晶间腐蚀性能。奥氏体不锈钢组织中的铁素体含量对其耐腐蚀性能和强韧性将产生关键影响，奥氏体不锈钢组织中存在铁素体组织时，可以降低晶间腐蚀倾向、降低应力腐蚀敏感性，以及提高奥氏体不锈钢的强度，然而铁素体的存在也会引起某些腐蚀倾向增加，加工时易形成裂纹。随着核电技术的发展，对核电站和核安全级设备用奥氏体不锈钢力学性能和耐晶间腐蚀性能提出更加严格的要求。因而，核电管道用奥氏体不锈钢对显微组织中铁素体的含量进行限定，多数情况下，核电管道用不锈钢要求奥氏体组织中的铁素体含量小于5％，然而，铁素体量的减少势必引起强韧性和耐晶间腐蚀性能的丧失。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种低铁素体含量的大截面奥氏体不锈钢锻棒材料及制造工艺，解决了大截面奥氏体不锈钢中铁素体含量偏高难以控制的技术难题。该方法通过合理的成分设计、熔铸工艺、锻造工艺获得大截面高性能奥氏体不锈钢锻造棒材，其直径不小于500mm。
[0004]本申请中，低铁素体含量是指铁素体含量小于5％，大截面是指所述奥氏体不锈钢锻棒截面直径不小于500mm。
[0005]第一方面，提供一种低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒，化学成分按质量百分比计包括以下成分(wt％)：C 0.02～0.045％、Si≤0.20％、Mn 4.0～6.0％、Cr 15.0～18.0％、Ni 6.0～8.0％、Co 0.3～0.6％、N 0.4～0.6％、Cu 3.0～4.0％、Mo 0.5～1.5％、Ti 0.01～0.05％、Al 0.1～0.5％、Ta0.01～0.04％、P≤0.03％、S≤0.015％，其余为Fe以及不可避免的杂质；并且所述奥氏体不锈钢锻棒截面直径不小于500mm，铁素体含量小于5％。
[0006]C：C为主要奥氏体形成元素，有利于降低铁素体的含量，提高耐腐蚀能力，然而，C含量高会降低不锈钢的抗晶间腐蚀能力，综合考虑将C含量设计为0.02～0.045％。
[0007]Si：为脱氧元素，然而会降低不锈钢的耐晶间腐蚀性能，因此Si含量控制在满足脱氧要求的前提下越低越好。本专利技术中Si含量控制为≤0.20％。
[0008]Mn：是奥氏体形成元素，具有代替Ni的作用，并且能够增加N的溶解性，同时Mn也能
够固溶提高强度。然而当含量较高时会降低不锈钢的热加工性能和耐腐蚀性能。因此，本专利技术中Mn含量控制为4.0～6.0％。
[0009]Cr：为铁素体形成元素，是提高不锈钢耐腐蚀性能的主要元素，但其含量增加，会增加铁素体含量，且易形成碳化物，导致贫Cr现象。因此，本专利技术中Cr含量控制在15.0～18.0％。
[0010]Ni：是奥氏体的形成元素，显著降低铁素体含量，也增强韧性和成形性能，然而Ni的成本较高，可以用Mn、Co、N代替，综合考虑，本专利技术中Ni含量控制为6.0～8.0％。
[0011]Co：是奥氏体的形成元素，能够作为Ni的替代物，能够降低铁素体含量，也可以增加不锈钢的强度，但其价格昂贵，为此本专利技术中Co含量为0.3～0.6％。
[0012]N：是奥氏体形成元素，能够代替Ni和C元素，为了提高强度、耐腐蚀性能和稳定奥氏体相，N元素含量需要大于0.4％，然而，当含量大于0.6％会导致材料多孔，同时也会增加碳化物析出的倾向。因此，本专利技术中N含量控制为0.4～0.6％。
[0013]Cu：为奥氏体形成元素且可用于替代部分Ni元素，同时也可以提高耐腐蚀性能和加工性能。然而，Cu在铁中溶解度有限，含量高时也会恶化热加工性能。因此，本专利技术中Cu含量为3.0～4.0％。
[0014]Mo：是铁素体形成元素，可以提高不锈钢耐点腐蚀性能，但含量增多会提高铁素体含量，以及增加形成有害金属间化合物σ的倾向，因此，本专利技术中Mo含量为0.5～1.5％。
[0015]Ti：Ti比Cr更易形成稳定的碳化物，从而减少了Cr碳化物的形成，提高Cr的溶解度，提高耐腐蚀性能，同时也增加了强度，但含量增多会降低韧性，因此本专利技术中Ti含量为0.01～0.05％。
[0016]Al：是脱氧剂，同时也是强化元素，但含量高时容易形成AlN恶化耐腐蚀性能，故本专利技术中Al含量控制为0.1～0.5％
[0017]Ta：能够形成稳定的碳化物，细化晶粒，提高强韧性，提高耐腐蚀性能，降低钢的过热敏感性，但其价格昂贵，综合考虑Ta含量为0.01～0.04。
[0018]P、S：是杂质形成元素，含量高会恶化性能，应尽量控制其低含量，本专利技术中通过熔炼技术其含量控制在P≤0.03％、S≤0.015％。
[0019]本专利技术还提供上述低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒的制造方法。由于本专利技术中铁素体含量小于5％，且尺寸较大，如果热变形工艺控制不当，极易形成铁素体含量不均匀，且在开坯过程中容易形成开裂。
[0020]鉴于此，第二方面，提供一种低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒制造工艺，包括：
[0021]第一步，冶炼钢锭、电渣重熔钢锭，钢锭的成分包括：C 0.02～0.045％、Si≤0.20％、Mn4.0～6.0％、Cr 15.0～18.0％、Ni 6.0～8.0％、Co 0.3～0.6％、N 0.4～0.6％、Cu 3.0～4.0％、Mo 0.5～1.5％、Ti 0.01～0.05％、Al 0.1～0.5％、Ta 0.01～0.04％、P≤0.03％、S≤0.015％；
[0022]第二步，对第一步所获得的电渣重熔钢锭进行锻造；包括：
[0023]步骤2.1，加热：将第一步所得的电渣重熔钢锭以3～4℃/min升温速率加热至450～500℃保温20～30min分钟，随后以2～3℃/min升温速率加热至700～750℃保温30～50min，再以1℃/min升温速率加热至900～950℃保温60～90min，最后再以0.5℃/min升温
速率加热至1100～1150℃保温90～120min；
[0024]步骤2.2，径向锻造：初次锻造温度控制在1000～1050℃，径向锻造过程中，第一道次时铸锭坯料旋转参数为4～6
°
/次，坯料进给速率为2～3m/min，锻造比为2.5～3.0；第二道次时铸锭坯料旋转参数为5～7
°
/次，坯料进给速率为1.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒，其特征在于：其成分按质量百分比计：C 0.02~0.045%、Si ≤0.20%、Mn 4.0~6.0%、Cr 15.0~18.0%、Ni 6.0~8.0%、Co 0.3~0.6%、N 0.4~0.6%、Cu 3.0~4.0%、Mo 0.5~1.5%、Ti 0.01~0.05%、Al 0.1~0.5%、Ta 0.01~0.04%、P ≤0.03%、S ≤0.015%，其余为Fe以及不可避免的杂质；并且所述奥氏体不锈钢锻棒截面直径不小于500mm，铁素体含量小于5%。2.一种低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒制造工艺，其特征是，包括：第一步，冶炼钢锭、电渣重熔钢锭，钢锭的成分包括：C 0.02~0.045%、Si ≤0.20%、Mn 4.0~6.0%、Cr 15.0~18.0%、Ni 6.0~8.0%、Co 0.3~0.6%、N 0.4~0.6%、Cu 3.0~4.0%、Mo 0.5~1.5%、Ti 0.01~0.05%、Al 0.1~0.5%、Ta 0.01~0.04%、P ≤0.03%、S ≤0.015%；第二步，对第一步所获得的电渣重熔钢锭进行锻造；包括：步骤2.1，加热：将第一步所得的电渣重熔钢锭以3~4℃/min升温速率加热至450~500℃保温20~30min分钟，随后以2~3℃/min升温速率加热至700~750℃保温30~50min，再以1℃/min升温速率加热至900~950℃保温60~90min，最后再以0.5℃/min升温速率加热至1100~1150℃保温90~120min；步骤2.2，径向锻造：初次锻造温度控制在1000~1050℃，径向锻造过程中，第一道次时铸锭坯料旋转参数为4~6
°
/次，坯料进给速率为2~3m/min，锻造比为2.5~3.0；第二道次时铸锭坯料旋转参数为5~7
°
/次，坯料进给速率为1.7~2.7m/min，锻造比为2.2~2.7；第三道次时铸锭坯料旋转参数为6~8
°
/次，坯料进给速率为1.4~2.4m/min，锻造比为1.8~2.1；通过补温保证第四次径向锻造开始温度为1050~1100℃，第四道次时坯料旋转参数为7~9
°
/次，坯料进给速率为1.2~2.2m/min，锻造比为1.4~1.8；第五道次时坯料旋转参数为8~10
°
/次，坯料进给速率为1.0~2.0m/min，锻造比为1.2~1.6；第六道次时坯料旋转参数为8~10
°
/次，坯料进给速率为1.0~2.0m/min，锻造比为1.1~1.3，得到坯料；最终锻造温度控制在900~950℃；步骤2.3，冷却：坯料进入控温冷却装置中以2~3℃/min冷却速率冷至550~590℃时保温2~3小时，随后以5~10℃/min冷却速率冷至室温，最终锻坯的直径不小于500mm；第三步， 酸洗，即得。3.根据权利要求2所述的一种低含量铁素体的大截面奥氏体不锈钢锻棒制造工艺，其特征是，第一步的冶炼钢锭，包括：按照组分进行配料，采用电弧炉进行熔炼，使用碎玻璃作为造渣材料，熔炼过程中，炉料全熔后加入硅铁脱氧剂，当钢水温度达1600~1630℃，分别在钢包的半径处进行4点喂铝丝进行脱氧，喂丝速率为0.1~0.2m/min，取样测量成分含量，并进行成分微调；AOD熔炼过程中吹氧气和氩气，氧气和氩气的体积比率在熔炼过程中逐次变化为：4:1、2:1、1:1、1:3、1:6，直至最后停止吹氧，并继续吹氩气，流量为1~3m3/h，浇注前停止吹氩气，保持5~10分钟静止，保持熔炼溶液温度1550~1580℃进行浇...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛向阳，孙文伟，周小猛，苏国权，赵秀明，王章忠，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：