一種高錳高鋁含釩無磁鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼板及其制造方法，尤其涉及一種無磁鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著變壓器、選礦采礦、船舶制造等行業(yè)的發(fā)展，越來越多的低磁鋼、無磁 鋼被廣泛應(yīng)用。通常將無磁鋼劃分為兩類：以CrNiMo (N)系、CrNiMnN系和CrMnN系為主 的奧氏體不銹鋼，以及以MnCr系和MnAl系為主的奧氏體高合金鋼。
[0003] 其中，奧氏體不銹鋼的化學(xué)元素的特點(diǎn)在于：以Mn、N元素來代替Ni元素以穩(wěn)定鋼 中的奧氏體相，從而達(dá)到材料無磁或低磁的效果。然而，奧氏體不銹鋼中的部分鋼種仍會(huì)含 有一定量的鎳元素。
[0004] 目前使用的MnCr、MnAl系無磁鋼的化學(xué)元素的成分特點(diǎn)在于：碳含量普遍較高， 錳含量控制為16~20wt%，相應(yīng)控制Al, V和N元素的含量。但是碳含量過高會(huì)使得材料 焊接性能變差，鉻含量過高不僅會(huì)導(dǎo)致焊接性能變差，還會(huì)使得材料的硬度變差，從而增加 鋼材料的冷加工難度。
[0005][0006] 此外，公開號(hào)為CN101445864A，公開日為2009年6月3日，名稱為"一種高錳高鋁 含量的高強(qiáng)度高塑性鋼鐵材料的制備方法"的中國專利文獻(xiàn)涉及了一種高錳高鋁含量的鋼 鐵材料，其化學(xué)元素的質(zhì)量百分含量（wt%)為：C:0. 6~1. 2%，Mn: 18~33%，Al :8~13%， S〈0. 008%，P〈0. 02%，余量為Fe或不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 另外，公開號(hào)為CN101376915A，公開日為2009年3月4日，名稱為"高鋁無磁鋼的 冶煉方法"的中國專利文獻(xiàn)公開了一種高鋁無磁鋼的冶煉方法，其包括預(yù)處理鐵水、復(fù)吹轉(zhuǎn) 爐冶煉、VD精煉、LF爐精煉與連鑄，其主要步驟的特征是：1)復(fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉：A將預(yù)處理鐵 水裝入復(fù)吹轉(zhuǎn)爐；B底吹全程供氬；C金屬錳和鋁鐵分三批用料槽或高位料倉加入；D金屬 錳和鋁鐵加入方法分三步進(jìn)行，然后提起氧槍，底吹氬氣攪拌5~Smin出鋼；E出鋼時(shí)，往 鋼包內(nèi)加入鋁或其它合金；II)VD爐精煉工序A進(jìn)站前扒渣；B到站條件：溫度彡1550°C，渣 厚彡50mm，凈空> 1250mm ;C抽真空3min后開底吹氬氣；結(jié)束時(shí)，先將鋼包底吹氬氣關(guān)閉， 待鋼面平靜后破空；III) LF爐工序：A進(jìn)站調(diào)渣，加鋁粉，喂CASI線；B出站成分按成品目 標(biāo)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種高錳高鋁含釩無磁鋼板，其在保證力學(xué)性能的前提下， 具有較低的磁導(dǎo)率，較高的電阻率，此外其電磁性能穩(wěn)定，在磁場(chǎng)中的渦流損耗極小。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種高錳高鋁含釩無磁鋼板，其化學(xué)元素質(zhì)量 百分配比為：
[0010] C 0.14-0.20%； Mn 21.50 ~25,00%; Al 1.50 ~2.50%; V 0.04 ~0.10%, N <0.05%：
[0011] 余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0012] 本技術(shù)方案中所述的不可避免的雜質(zhì)主要是S、P和Si元素。
[0013] 本發(fā)明所述的高錳高鋁含釩無磁鋼板中的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理為：
[0014] C :碳不僅是保證材料強(qiáng)度的元素之一，也是穩(wěn)定奧氏體的元素之一。當(dāng)鋼材中的 錳含量較高的情況下，碳元素含量的增加會(huì)使得材料熱軋后的硬度增加，焊接性能降低，從 而導(dǎo)致材料不易加工。此外，在連鑄凝固過程中，碳含量過高也容易在材料中生成滲碳體， 不僅會(huì)降低材料塑性，使得連鑄坯料易于邊裂和角裂，甚至產(chǎn)生縱向裂紋，還會(huì)劣化材料的 熱塑性能。一方面一定含量的碳元素可以保證材料具有足夠強(qiáng)度和組織的穩(wěn)定性，另一方 面較低含量的碳元素則可以改善材料的焊接性能和冷加工性能，因此，將本發(fā)明中的碳含 量合理控制為〇· 14~(λ 20wt%。
[0015] Mn:錳是主要的奧氏體形成元素，較高的錳含量使得材料中的奧氏體相穩(wěn)定溫度 區(qū)間變大，以穩(wěn)定奧氏體相組織，從而確保材料在較高磁場(chǎng)強(qiáng)度下仍具有較低的相對(duì)磁導(dǎo) 率。另外，相較于其他穩(wěn)定奧氏體的元素，例如Ni或Mo,錳的價(jià)格較低，其可以大幅度降低 生產(chǎn)成本。同時(shí)，較高的錳含量，使得熱加工過程中的奧氏體晶粒發(fā)生孿晶轉(zhuǎn)變，起到細(xì)化 晶粒的作用，以大幅度提高材料的強(qiáng)度和塑性。此外，在材料中大量添加錳元素，可以降低 材料的密度，輕量化材料，并提高材料的力學(xué)性能。因而，在本發(fā)明的技術(shù)方案中需要將錳 含量設(shè)定為21. 50~25. OOwt%
[0016] Al :雖然鋁并不是奧氏體形成元素，但是可以起到穩(wěn)定材料中的奧氏體相的作用。 尤其是在冷加工過程中或是低溫服役條件下，鋁的加入能夠防止奧氏體相向馬氏體相轉(zhuǎn) 變。在本發(fā)明的技術(shù)方案中，將鋁元素的含量設(shè)計(jì)為1. 50~2. 50wt%。
[0017] V :釩是強(qiáng)碳化物的形成元素，其在材料中具有強(qiáng)化作用。在一定工藝條件下，釩元 素在鋼材中形成M2C型和MC型的碳化物，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化相以提高鋼材的強(qiáng)度性能。在鋼材 中添加一定量的釩也能夠起到進(jìn)一步細(xì)化鋼材晶粒的作用。所以，將本發(fā)明的技術(shù)方案中 的釩元素的含量控制為0. 04~0. 10wt%。
[0018] N :氮也是穩(wěn)定奧氏體相元素，且其加入成本較低。不過，由于氮元素是較強(qiáng)的錳、 鋁化合物的形成元素，氮含量的增加會(huì)導(dǎo)致鋁的彌散析出，從而會(huì)明顯削弱了鋁在鋼材中 的作用。在本發(fā)明的高錳高鋁含釩無磁鋼板中的氮元素需要控制在少量的范圍，其含量控 制為 < 0· 05wt%。
[0019] 綜上所述，與現(xiàn)有的鋼材相比較，在成分設(shè)計(jì)方面，本發(fā)明所述的高錳高鋁含釩無 磁鋼板，不含鉻元素和稀土元素，碳、鋁含量較低，其中，降低了碳元素的含量和不含有鉻元 素是為了防止鋼液在凝固時(shí)金屬碳化物在晶間析出，以提高材料的塑性和焊接性能，并改 善冷加工性能。同時(shí)，在本技術(shù)方案添加了釩元素，其與碳結(jié)合形成釩的碳化物細(xì)小顆粒， 并彌散分布在晶內(nèi)，以起到強(qiáng)化效果，從而保證了材料具備一定的強(qiáng)度。另外，該高錳高鋁 含釩無磁鋼板具有較高的錳含量，并相應(yīng)控制氮元素的添加量。
[0020] 相應(yīng)地，本發(fā)明的另一目的在于提供上述高錳高鋁含釩無磁鋼板的制造方法，其 包括下列步驟：
[0021] (1)采用電弧爐+鋼包精煉爐進(jìn)行冶煉；
[0022] (2)連鑄；
[0023] (3)加熱；
[0024] (4)軋制。
[0025] 在本發(fā)明中，通過電弧爐+鋼包精煉方式進(jìn)行冶煉，這樣可以大量使用低成本的 原料，避免直接采用金屬錳作為錳元素的添加原料，從而無需在冶煉前對(duì)原料進(jìn)行烘烤，既 降低了成本投入，又簡(jiǎn)化了步驟流程。
[0026] 采用模鑄工藝需要逐個(gè)對(duì)鋼錠切頭去尾，生產(chǎn)成材率低，在后序的熱軋過程中還 需要中間開坯，開坯后還要再次精整修磨，生產(chǎn)周期長。因此在本發(fā)明所述的技術(shù)方案中， 采用連鑄工藝將坯料制成連鑄坯，最終連鑄坯直接一次加熱熱軋成型。因此，相較于模鑄工 藝，連鑄工藝可以實(shí)現(xiàn)2~3爐連續(xù)澆鑄，無需逐個(gè)對(duì)鋼錠進(jìn)行切頭去尾處理，其總體成材 率高，并且縮短了生產(chǎn)所需的時(shí)間，提高了生產(chǎn)制造效率。
[0027] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的高錳高鋁含釩無磁鋼板的制造方法中，在上述步驟（1) 中，在電弧爐階段加入電解錳，使Mn元素含量為15~19% ;然后在鋼包精煉爐冶煉階段加 入Mn合金，使Mn元素含量為21. 50~25. 00%。
[0028] 不同于在精煉爐階段中加入電解錳，在電弧爐階段加入電解錳，一方面可以使得 電解錳在電弧爐內(nèi)逐步熔化，另一方面可以增加電解錳的冶煉時(shí)間，以便于脫氣處理，從而 避免鋼材產(chǎn)生氣泡缺陷。另外，需要控制在電弧爐階段中電解錳的添加量，使得電弧爐中的 錳元素含量為15~19wt%，以避免在精煉爐冶煉階段時(shí)合金添加比例增大。
[0029] 向精煉爐中加入Mn合金，并使得錳元素的含量為21. 50~25. OOwt%，其中，精煉爐 主要起到均勻成分，微調(diào)成分和微調(diào)溫度的作用。
[0030] 需要說明的是，在鋼包精煉階段可以采用底吹氬氣攪拌，攪拌時(shí)間> lOmin，Mn合 金則可以采用低碳Mn-Fe合金。
[0031] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的高錳高鋁含釩無磁鋼板的制造方法的步驟（2)中，中間 包溫度控制為1445~1460°C。
[0032] 在連鑄過程中，調(diào)包溫度是根據(jù)鋼的液相線溫度和煉鋼工位到連鑄平臺(tái)過程中 的溫降程度來決定的，需要將中間包的溫度控制為1445~1460°C。若中間包溫度高于 1460°C，連鑄坯將會(huì)出現(xiàn)柱狀晶特別粗大的情況，造成柱狀晶間偏析，縱向裂紋及中心偏析 等缺陷；若中間包溫低于1445°C，連鑄坯表面則容易產(chǎn)生結(jié)疤，夾渣及夾雜等缺陷，并且容 易在澆鑄過程中造成水口堵塞，從而導(dǎo)致澆鑄過程的中