[发明专利]一种低铬高纯铁素体不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于不锈钢生产制造领域，尤其涉及一种低铬高纯铁素体不锈钢及其制造方法。

背景技术

铁素体不锈钢，特别是C、N含量较低的低Cr系高纯或超纯铁素体不锈钢越来越多地受到青睐，这是因为它与传统的C、N含量较高的铁素体不锈钢相比，耐腐蚀性能和加工成形性能都有很大程度的提高，在许多应用场合其综合性能不亚于含镍的奥氏体不锈钢。在这一类铁素体不锈钢中，较为典型的牌号是SUH409L铁素体不锈钢，可用于制作较高温度环境条件下(750℃以下)使用的汽车排气系统等部件，但其抗高温氧化性能则嫌不足，造成部件使用寿命短。目前提高钢的抗高温氧化性，延长产品使用寿命的方法，通常采用提高铬和添加贵重金属，使用高铬含铝、钼、钛、镍、铌、钒等合金的耐热不锈钢。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是提供一种含有稀土的低铬高纯铁素体不锈钢及其制造方法，从而生产出的不锈钢产品具备良好的抗高温氧化性能。

本发明的技术方案为，一种低铬高纯铁素体不锈钢，其化学成分的重量百分配比为：C≤0.02、N≤0.02、Si≤0.50、Mn≤0.50、P≤0.03、S≤0.02、Cr 10.5-11.75、Ti≤0.30、Nb≤0.40、O≤0.015、稀土0.01～0.20，余量Fe及不可避免的杂质。

碳和氮，铁素体中碳和氮，除了能使钢强化外，铁素体不锈钢的所有缺点，例如，脆性转变温度高，缺口敏感性大，焊后耐蚀性下降等都与钢中的碳、氮有关，碳和氮之所以没有办法完全避免是因为大气中含有很高的氮，且炼钢用原材料铬、废钢等中也含有碳，在冶炼过程中虽然能够去除部分和大部分去除碳和氮，但若要完全去除则是非常困难的，且钢中碳、氮越低，铁素体不锈钢起皱现象越严重。综合考虑，控制(C+N)≤0.04％。

硅、锰等是不锈钢中不可缺少的合金元素，可作为脱氧元素，为了提高不锈钢液的纯净度，提高冷轧板带的表面质量，本发明中，保持Si≤0.50％，Mn≤0.50％。

铬是使铁素体不锈钢具有铁素体组织并具有良好耐腐蚀性的合金元素。铁素体不锈钢在氧化性介质中，铬能使不锈钢的表面上迅速生成氧化铬(Cr₂O₃)的钝化膜。铁素体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得是由于在介质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。铬对铁素体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性。主要表现在铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能；铬还提高钢耐局部腐蚀，比如晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀以及某些条件下应力腐蚀的性能。本发明属于低铬级别高纯铁素体不锈钢，铬保持在10.5-11.75％。

钛和铌均为铁素体形成元素，适量的钛和铌可使不锈钢中铬的碳、氮化物转而形成钛、铌的的碳、氮化物并细化铁素体不锈钢的晶粒，提高铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀性能。综合考虑钛、铌合金元素的影响，本保持Ti≤0.30％，Nb≤0.40％。

除了碳、氮外，含稀土铁素体不锈钢中氧含量，不仅对韧性有影响，且使钢的脆性转变温度升高。更重要的是为了有效发挥稀土元素的作用，氧含量严格要求控制在O≤0.015％。

微量稀土元素不仅能净化钢液，而且能细化钢的凝固组织，改变夹杂物的性质、形态和分布，从而提高钢的各项性能。稀土是表面活性元素，富集于晶界，可提高晶界的洁净度；稀土又是局域弱化的强抑制剂，可改善钢的延塑性、韧性和腐蚀性能等。本发明中将稀土元素控制在0.01-0.20％的范围，以添加微量的稀土元素获得具有良好抗高温氧化性能的低碳氮高纯铁素体不锈钢，可根据使用要求适量选择稀土含量。

优选地，所述Ti、Nb、C和N的含量满足如下关系：％Ti+％Nb＞10(％C+％N)。

所述的一种高纯铁素体不锈钢的制造方法，包含如下步骤：

1、冶炼和浇铸

可在真空感应炉、电弧炉+炉外精炼，转炉+炉外精炼中任一种冶炼工艺进行冶炼。在冶炼中严格控制加入稀土合金前钢液的全氧含量，要求全氧含量≤150ppm，过高的全氧含量将会导致加入的稀土合金的严重氧化，对产品的纯净度和抗皱性产生不利影响；并在出钢浇铸前加入稀土合金，即稀土合金加入后立即浇铸，严格控制稀土合金加入后和浇钢之间的时间为≤50秒，即稀土合金加入钢液中的加入和搅拌时间，要求控制在≤50秒，过长的间隔时间将会导致稀土合金的氧化。

浇铸温度控制在1540±20℃。浇铸温度过高，难以实现等轴晶比例的控制，浇铸温度过低，容易导致钢液提前凝固而不能浇铸。