200系列奥氏体不锈钢冷轧钢带的研制

200系列奥氏体不锈钢冷轧钢带的研制

刘春来  李雄飞  张国儒

摘要：0-1Cr17Mn6Ni5N是以锰、氮代镍奥氏体不锈钢，简称201。该品种在经济欠发达的发展中国家及镍资源比较短缺的地区有极好的推广前景。

1、前言

0-17CrMn6Ni5N是200系列不锈钢代表品种之一，简称为201，是以锰、氮代镍奥氏体不锈钢。它在很多方面都相当于Cr-Ni系不锈钢中的304，并且在有些方面还优于304型不锈钢。

200系列奥氏体不锈钢自20世纪50年代问世以来发展缓慢，没有达到预期结果。近年来，在发展中国家开发步伐很快。印度在掌握美国生产200系列不锈钢生产工艺的基础上，发展以锰、氮代镍不锈钢，并形成批量生产规模，已达到年产近60万T。201、202不锈钢多用于生产中板、薄板和薄带。这种不锈钢用来制作厨房用具、器皿、洗涤机滚筒、汽车构件和火车车厢等。

0-1Cr17Mn6Ni5N属节镍型奥氏体不锈钢。由于其制造成本低，售价便宜，在世界上引起了经济欠发达地区和国家的重视。再者它含镍量较低，对于镍资源短缺的国家具有良好的推广前景。

根据我国国情及市场要求，1999年太钢进行了201冷轧钢带的开发工作。立题后全力投入开发，经过共同努力，实现了当年立项，当年开发成功，当年形成批量生产的好成绩。确定了合理可行的试制工艺和正确的工艺参数，性能完全满足技术协议要求，各项技术经济指标达到较好水平。首批完成700多T供货合同，用户使用满意。

2、试制过程

2.1 技术条件

1）牌号及化学成分

钢种牌号0Cr17Mn6Ni5N化学成分见表1。

2）力学性能

0Cr17Mn6Ni5N力学性能见表2。

3）交货状态

冷轧后固溶酸洗。

4）其余项目

按GB3280-92规定执行。

2.2 工艺路线的确定

201具有奥氏体不锈钢的特点，而锰和氮的加入又使它具备自身的特点。氮是强烈形成和稳定奥氏体元素，固溶强化作用很强；锰是较弱的奥氏体形成元素，但具有强烈稳定奥氏体的作用，提高氮的溶解度。它们复合加入后有利于形成奥氏体，可节省镍，改善热塑性。根据其成分控制要求和加工特点，结合太钢现有设备条件，确定如下工艺路线：

EF电炉化钢→AOD炉精炼→连铸成坯→铸坯修磨→热连轧带钢轧制→冷轧成材。

表1  0Cr17Mn6Ni5N化学成分/%

表2  0Cr17Mn6Ni5N力学能力

2.3 各工序要求及参数选择

2.3.1 冶炼

表3是1Cr17Mn6Ni5N的化学成分。

表3  1Cr17Mn6Ni5N化学成分/%

注：碳含量不必控制太低，氮含量不要太高，既要保证氮的溶解，又要保证多余的氮脱除。

2.3.2 连铸

在1280立式连铸机上采用高频率小振幅、低过热度实行保护浇注，防止钢水二次氧化。

2.3.3 修磨

板坯采用砂轮进行表面修磨，去净表面可见的缺陷，保证修磨质量。修磨率控制在4.0%左右。

2.3.4 热带轧制

表面合格的板坯在热连轧机组上轧成热带。加热温度取上限1260±10℃，保温时间不小于3.5h，控制轧制节奏，均匀出钢。粗轧机组按0-5-1道次轧制，精轧机连轧出带钢厚度3.5-4.0mm，控制终轧温度和卷取温度。

2.3.5 冷轧成材

根据合同要求热轧钢带按以下工艺路线进行冷轧成材：热线退火酸洗→冷轧→退火酸洗（包括中间软化退火和成品退火）→平整→剪切检查包装。

根据合同成品规格要求选择轧程和压下程序，需要两个轧程的钢带中间要退火一次。

工艺参数：热带退火温度为1050-1100℃，机组速度为5-6m/min，要洗净供干卷齐。冷带退火温度在1100℃以上，机组速度根据厚度进行适当调整。冷轧每个轧程变形率控制在70%以下。压下量按逐渐减少分配，成品道次在10%左右。平整时要保证压力大于300T，变形率控制在0.4%以上。

3、试制结果及分析

根据合同的要求先后冶炼了57炉0Cr17Mn6Ni5N，成材近800T，规格分别为0.6、0.8、1.2mm*1000mm*C，经用户应用于试验后全部满足要求。

3.1 成分控制水平

57炉化学成分见表4。化学成分虽然全部满足技术条件要求，但稳定性较差。个别炉次氮含量偏高，由于氮脱作不充分连铸坯出现表面气泡。

表4  57炉化学成分/%

3.2 成品性能

成品逐卷取样进行力学性能检验，全部满足要求，一次性能合格率为100%，见表5。

表5  57炉力学性能

金相组织：晶粒度8级，全奥氏体；夹杂物MS为0.5级，MO为0.5级。

3.3 耐腐蚀性能

按国际要求进行了201与304不锈钢耐腐蚀性能对比试验。结果表明201钢中由于氮的加入抑制并延缓了碳化物析出，从而使其耐晶间腐蚀性能明显优于304钢，尤其是敏化状态。

201钢在醋酸等有机酸介质中耐腐蚀性能比304钢要好，而在硝酸中耐蚀性能却明显比304钢差。

对于两种钢耐点蚀性能用化学方法和电化学方法进行了测试，结果存在矛盾，有待于进一步研究。

4、关键工艺技术探讨

4.1 氮合金化

氮作为合金元素间隙固溶于奥氏体中，在不降低塑性和韧性的情况下，提高奥氏体不锈钢强度，改善奥氏体不锈钢耐点蚀和晶间腐蚀性能。氮的加入还可以代替部分镍降低成本。

冶炼含氮不锈钢时多采用氮化铬合金化。AOD炉的出现为氮合金化提供了新的途径，AOD炉具有灵活的配气制度，良好的冶金热力学和动力学条件，可以利用吹入氮气的力度变化抑制钢中氮含量。

AOD炉冶炼含氮不锈钢时，根据温度及氮的溶解度变化确定在冶炼Ⅰ、Ⅱ期吹炼氧气和氮气的比例，控制精炼期的吹氩时间，保证氮的溶解和脱除两个过程顺利进行，从而控制钢中氮含量。

太钢已经成功地冶炼了50多炉0Cr17Mn6Ni5N，其氮含量控制在0.1024-0.2282%，已初步掌握了氮的溶解和脱除规律。

4.2 加工性能

4.2.1 热加工

201不锈钢由于以氮代镍，氮间隙到奥氏体中使钢的热加工性能有所变化，所以在加热时应当控制升温速度，加热温度取上限，保证足够的保温时间。在轧制过程中，粗轧时压下量逐道次增加，精轧时压下量逐道次减少，末架压下率控制在10%左右，按要求保证轧制节奏、减少温降，避免设备超负荷。

4.2.2 冷加工

锰和氮的加入使钢的强度得到提高，硬化率较大，这给冷轧带来一定的困难。在安排冷轧时每个轧程的压下率不易过大，最好控制在70%以内，这样既保证设备安全又保证带材的板形。中间退火及成品退火注意工艺参数的选择及控制，否则达不到热处理目的，尤其是成品退火直接影响钢带的综合性能。

5、结论

1）依据太钢现有设备条件试制的201不锈钢冷轧钢带经用户应用于试验后，各项指标均满足要求，达到了预期的目的。

2）实践证明提出的201不锈钢冷带生产工艺是成功的，技术措施是可行的，主要工艺参数是正确和合理的。

3）在AOD炉冶炼含氮不锈钢采用控制各期吹氮强度，实现氮合金化的工艺是可行的，既简便易行又降低成本。

4）201不锈钢具有许多优点，建议结合我国国情大力开发此类经济型不锈钢，以满足人们不断增长的需求。