專利名稱：一種低相對磁導(dǎo)率的熱軋帶鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低相對磁導(dǎo)率的熱軋帶鋼及其制備方法。
背景技術(shù)：
世界上大型汽輪發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)、核電護(hù)環(huán)等都采用無磁鋼，這些材料的導(dǎo)磁率要低， 否則會產(chǎn)生渦流，造成能量損失，并且會增加發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)的工作負(fù)荷。大型的核聚變裝置及磁懸浮式超特快線性電機(jī)列車的軌道所用結(jié)構(gòu)材料需用無磁鋼。此外，如超導(dǎo)儲能設(shè)備、磁流體發(fā)電設(shè)備、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)輸電、電磁推進(jìn)船等的結(jié)構(gòu)材料也是必不可少的。隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這些領(lǐng)域?qū)o磁鋼材料的需求越來越大。無磁鋼材料包括奧氏體不銹鋼和奧氏體高錳鋼兩類。其中奧氏體不銹鋼包括 Fe-Cr-Ni系、Fe-Mn-Cr系和Fe-Cr-Mn-N系。奧氏體高錳鋼包括Fe-Mn系、Fe-Mn-Al系和 ^-Μη-Al-Cr系。由于鎳和鉻資源的緊缺，為了降低成本和節(jié)約資源，采用!^-Mn-Al系奧氏體高錳鋼代替!^e-Cr-Ni系、Fe-Mn-Cr系和!^e-Cr-Mn-N系不銹鋼，可以極大地降低成本，是無磁鋼領(lǐng)域研究的重點和發(fā)展方向。張彥生等學(xué)者在1983年的金屬學(xué)報的19卷4期的A253、261頁發(fā)表的文章中介紹了 ^-Μη-Al系奧氏體高錳鋼30Mn20A13的開發(fā)研究情況，該鋼的組織為奧氏體組織，室溫屈服強度觀2 MPa，抗拉強度635 MPa，斷后伸長率65. 7 %，相對磁導(dǎo)率為1. 005。該鋼的成分為C 0.28 0.32 %, Si 彡 0. 6 %，Mn 19 22 %，Α1 2. 6 3. 1 %，余量為 Fe。和 lCrl8Ni9Ti 奧氏體不銹鋼相比，該鋼的室溫屈服強度提高62 MPa，斷后伸長率提高4 %，相對磁導(dǎo)率由 1. 05降低為1. 005，該鋼的生產(chǎn)成本為lCrl8Ni9Ti的1/3。無磁鋼使用性能除了要求力學(xué)性能指標(biāo)滿足要求外，還必須特定要求磁導(dǎo)率指標(biāo)。因此，在保證不增加成本的基礎(chǔ)上如何開發(fā)力學(xué)性能較高和相對磁導(dǎo)率較低的熱軋帶鋼，是擺在科技工作者面前的一項難題。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種低相對磁導(dǎo)率的熱軋帶鋼及其制備方法，目的在于通過適當(dāng)?shù)暮辖鹪卦O(shè)計和制備方法，在提高力學(xué)性能指標(biāo)的同時降低相對磁導(dǎo)率。本發(fā)明的相對磁導(dǎo)率低于1. 002的熱軋帶鋼化學(xué)成分按重量百分比為 C 0. 25 0. 35 %，Si 0. 5 0. 6 %，Mn 25 27 %，Al 3. 8 4. 2 %，V 0. 06 0. 1 %， P 0. 02 0. 03 %，S 0. 02 0. 03 %，余量為Fe，其金相組織為晶粒尺寸20 25
的奧氏體，室溫屈服強度大于或等于400 MPa，抗拉強度大于或等于750 MPa，斷后伸長率大于或等于66 %，相對磁導(dǎo)率小于或等于1.002。本發(fā)明的制備方法按以下步驟進(jìn)行
1、按設(shè)定成分冶煉鋼水并鑄成鑄坯，其成分按重量百分比為C 0.25、.35 %，Si0. 5 0. 6 %，Mn 25 27 %，Al 3. 8 4. 2 %，V 0. 06 0. 1 %，P 0. 02 0. 03 %，S 0. 02 0. 03 %，余量為Fe，鑄坯厚度為150 250 mm ；
2、將板坯加熱至120(T1220°C，進(jìn)行粗軋，粗軋過程為；Γ5道次，粗軋開軋溫度為 1120^1170 °C，粗軋終軋溫度為980 1070 °C，獲得厚度為觀 50 mm的中間坯；
3、將中間坯進(jìn)行精軋，精軋過程為5 7道次，精軋開軋溫度為95(T1000°C，精軋終軋溫度為860 890 °C，精軋每道次壓下量控制在15、0 %，精軋后帶鋼厚度為2 6 mm；
4、精軋后以10 60°C/s的速度冷卻至450 700 °C，卷取；
5、對鋼卷進(jìn)行固溶處理，溫度為100(Tl050°C，時間為3(T50 min ；
6、對固溶處理后的鋼卷進(jìn)行時效處理，溫度為55(T650°C，時間為5(T70 min，得到成品鋼卷。本發(fā)明中合金元素的設(shè)計考慮了以下幾點
1、C是有利于促使形成單相奧氏體組織的元素，C也是固溶強化元素，對強化鋼板是有效的。隨著C含量的增加，在水淬或空冷情況下，都能得到單一的奧氏體組織。但是C含量高降低了鋼的成型性和焊接性，這些性能對其使用性能來說是必不可少的，因此C含量控制在0. 30 %左右；
2、Mn是擴(kuò)大奧氏體區(qū)和強烈地使奧氏體穩(wěn)定的元素，Mn在鋼中大部分固溶于奧氏體中，形成置換式固溶體，使基體得到強化，而且隨著Mn含量的增加，γ — ε及γ — ε^α'馬氏體轉(zhuǎn)變溫度降低，同時也縮小(Fe1Mn)3C^F出的溫度范圍，增加奧氏體的高溫穩(wěn)定性；但是由于Mn原子半徑和鐵原子半徑差別不大，Mn的強化作用較小，所以Mn的含量控制在沈
%左右；
3、Α1能增加奧氏體的層錯能，Al能強烈抑制Fe-Mn中F—e — 馬氏體相變，穩(wěn)定奧氏體，降低冷形變硬化，提高耐蝕性，它是改進(jìn)!^e-Mn奧氏體鋼的關(guān)鍵元素。Al的上限取決于是否出現(xiàn)高溫δ鐵素體，其下限取決于能否避免低溫γ — ε馬氏體轉(zhuǎn)變，所以Al的含量控制在4. 0 %左右；
4、Si在鋼中主要作用是脫氧，殘存的硅固溶于奧氏體中，由于其原子半徑要比奧氏體相小得多，所以其固溶強化作用明顯。硅在鋼中是非碳化物形成元素，硅能降低碳在奧氏體中的溶解度而促進(jìn)高錳鋼中碳化物析出，隨著鋼中硅含量的增加，碳化物析出數(shù)量增加，對奧氏體組織穩(wěn)定性不利，盡量控制Si含量不大于0. 6 %的較低水平；
5、V是強烈形成碳化物的元素，鋼中形成的尺寸7(T100 VC、VN和V(CN)細(xì)小彌散的析出物抑制奧氏體晶粒長大，同時細(xì)小彌散的VC、VN和V(CN)析出物有利于奧氏體的形核；熱軋后通過固溶和時效處理，奧氏體晶粒尺寸為2(T25 m。通過共格畸變和彌散強化作用提高了熱軋帶鋼的奧氏體強度，同時降低了熱軋帶鋼的磁導(dǎo)率。當(dāng)V含量低于0.06wt %時，W、VN和V(CN)的析出量少，強度的提高和磁導(dǎo)率降低的效果不明顯，當(dāng)V含量高于 0. Iwt %時，由于析出的VC、VN和V(CN)較多，易于聚集和長大，不利于抑制奧氏體晶粒長
大和形核，鋼的強度的提高和磁導(dǎo)率降低的效果仍不明顯，所以控制V含量在0.06 0. Iwt%。本發(fā)明與已有技術(shù)相比較，具有顯著的優(yōu)點和積極效果
1、本發(fā)明的相對磁導(dǎo)率低于1. 002的熱軋帶鋼提供了一種奧氏體組織狀態(tài)，奧氏體組織的晶粒尺寸是2(Γ25 β概。在奧氏體基體上彌散分布有VC、VN和V(CN)等微細(xì)粒子，這些彌散分布的粒子可產(chǎn)生析出強化、阻礙晶粒粗化和提高奧氏體形核率的作用；
2、本發(fā)明的相對磁導(dǎo)率低于1.002的熱軋帶鋼可達(dá)如下力學(xué)性能和磁導(dǎo)率性能屈服強度400 450 MPa，抗拉強度750 800 MPa，斷后伸長率66 75 %，相對磁導(dǎo)率< 1. 002，廣泛應(yīng)用于超導(dǎo)儲能設(shè)備、磁流體發(fā)電設(shè)備、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)輸電等領(lǐng)域；
3、本發(fā)明的相對磁導(dǎo)率低于1.002的熱軋帶鋼由于不含有Ni、Cr等元素，生產(chǎn)工藝簡單，降低生產(chǎn)成本，有較大的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明實施例1的熱軋帶鋼的金相組織圖2為本發(fā)明實施例1的熱軋帶鋼固溶處理后的金相組織圖； 圖3為本發(fā)明實施例1的熱軋帶鋼固溶處理和時效處理后的金相組織圖； 圖4為本發(fā)明實施例1的熱軋帶鋼固溶處理和時效處理后的析出相的TEM形貌和能譜分析圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及

對本發(fā)明作詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述的實施例
下述實施例中磁導(dǎo)率是采用Lake Shore的7400系列VSM振動樣品磁強計測試的。實施例1
(1)選配熱軋帶鋼的化學(xué)組成成分，重量百分比是C0.31 %, Si 0. 55 %, Mn 26 %，Al 3. 9 %，V 0. 08 %，P 0. 025 %，S 0. 025 %，余量為Fe，在200噸轉(zhuǎn)爐上煉好鋼，并連鑄成200 mmX1300 mmX 10020 mm的連鑄坯，將連鑄坯加熱到1210 °C，在2050 mm熱連軋機(jī)上軋制， 粗軋開軋溫度控制為1150 °C，粗軋終軋溫度控制為1030 °C，粗軋4道次，中間坯厚為36 mm，此后對中間坯進(jìn)行精軋，精軋開軋溫度控制為980 °C，精軋終軋溫度控制為880 °C，精軋7道次，熱軋帶鋼厚度為3. 0 mm，精軋機(jī)架間采用水冷；
(2)軋制后坯料進(jìn)行冷卻和卷取，冷卻速度為200C /s，卷取溫度為600 0C ；
(3)鋼卷進(jìn)行固溶處理，固溶處理的溫度為1025°C，時間為40 min ；
(4)固溶處理后的鋼卷進(jìn)行時效處理，時效處理的溫度為600°C，時間為60 min ； 最終獲取的熱軋帶鋼產(chǎn)品厚度為3.0 mm，力學(xué)性能檢測結(jié)果為屈服強度420 MPa，抗
拉強度780 MPa,斷后伸長率68%，相對磁導(dǎo)率1. 0015，其金相組織分析見附圖1，附圖2，附圖3，附圖4。實施例2
(1)選配熱軋帶鋼的化學(xué)組成成分，重量百分比是C 0. 25 %，Si 0.5 %，Mn 25 %，Al 3.8 %，V 0. 06 %，P 0. 02 %，S 0. 02 %，余量為Fe，在200噸轉(zhuǎn)爐上煉好鋼，并連鑄成180 mmX1300 mmX 10020 mm的連鑄坯，將連鑄坯加熱到1200 °C，在1580 mm熱連軋機(jī)上軋制， 粗軋開軋溫度控制為1120 °C，粗軋終軋溫度控制為980 °C，粗軋3道次，中間坯厚為30 mm，此后對中間坯進(jìn)行精軋，精軋開軋溫度控制為950 °C，精軋終軋溫度控制為860 °C，精軋7道次，熱軋帶鋼厚度為2. 8 mm，精軋機(jī)架間采用水冷；(2)軋制后坯料進(jìn)行冷卻和卷取，冷卻速度為10V /s，卷取溫度為700 V ；
(3)鋼卷進(jìn)行固溶處理，固溶處理的溫度為1000°C，時間為50 min ；
(4)固溶處理后的鋼卷進(jìn)行時效處理，時效處理的溫度為550°C，時間為70 min； 最終獲取的熱軋帶鋼產(chǎn)品厚度為2.8 mm，力學(xué)性能檢測結(jié)果為屈服強度410 MPa，抗
拉強度750 MPa,斷后伸長率67%，相對磁導(dǎo)率1. 0018。
實施例3
(1)選配熱軋帶鋼的化學(xué)組成成分，重量百分比是C0. 35 %，Si 0.6 %，Mn 27 %，Al 4.1 %，V 0.1 %，P 0. 03 %，S 0. 03 %，余量為Fe，在200噸轉(zhuǎn)爐上煉好鋼，并連鑄成250 mmX1300 mmX 10020 mm的連鑄坯，將連鑄坯加熱到1220 °C，在2050 mm熱連軋機(jī)上軋制， 粗軋開軋溫度控制為1170 °C，粗軋終軋溫度控制為1070 °C，粗軋4道次，中間坯厚為42 mm，此后對中間坯進(jìn)行精軋，精軋開軋溫度控制為1000 °C，精軋終軋溫度控制為890。C， 精軋7道次，熱軋帶鋼厚度為3. 2 mm，精軋機(jī)架間采用水冷；
(2)軋制后坯料進(jìn)行冷卻和卷取，冷卻速度為250C /s，卷取溫度為600 0C ；
(3)鋼卷進(jìn)行固溶處理，固溶處理的溫度為1050°C，時間為30 min ；
(4)固溶處理后的鋼卷進(jìn)行時效處理，時效處理的溫度為650°C，時間為50 min ； 最終獲取的熱軋帶鋼產(chǎn)品厚度為3. 2mm，力學(xué)性能檢測結(jié)果為屈服強度425 MPa，抗
拉強度770 MPa,斷后伸長率66%，相對磁導(dǎo)率1. 0016。
權(quán)利要求
1.一種低相對磁導(dǎo)率的熱軋帶鋼，其特征在于該熱軋帶鋼的成分按重量百分比為 C 0. 25 0. 35 %，Si 0. 5 0. 6 %，Mn 25 27 %，Al 3. 8 4. 2 %，V 0. 06 0. 1 %，P 0. 02、. 03 %，S 0. 02、. 03 %，余量為Fe，其金相組織是晶粒尺寸為2(Γ25 辦《的奧氏體，室溫屈服強度大于400 MPa，抗拉強度大于750 MPa，斷后伸長率大于66 %， 相對磁導(dǎo)率小于或等于1. 002。
2.權(quán)利要求1所述的一種低相對磁導(dǎo)率的熱軋帶鋼的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行(1)按設(shè)定成分冶煉鋼水并鑄成鑄坯，其成分按重量百分比為C0.25、. 35 %，Si 0. 5 0. 6 %，Mn 25 27 %，Al 3. 8 4. 2 %，V 0. 06 0. 1 %，P 0. 02 0. 03 %，S 0. 02 0. 03 %，余量為狗，鑄坯厚度為15(T250 mm ；將板坯加熱至120(Tl20(TC，進(jìn)行粗軋，粗軋過程為3飛道次，粗軋開軋溫度為1120 1170 °C，粗軋終軋溫度為980 1070 °C，獲得厚度為觀 50 mm的中間坯；將中間坯進(jìn)行精軋，精軋過程為5 7道次，精軋開軋溫度為95(T1000 °C，精軋終軋溫度為860 890 °C，精軋每道次壓下量控制在15、0 %，精軋后帶鋼厚度為2 6 mm；(2)精軋后以10 60V /s的速度冷卻至450 700 °C，卷取；(3)對鋼卷進(jìn)行固溶處理，溫度為100(Tl050°C，時間為3(T50 min ；(4)對固溶處理后的鋼卷進(jìn)行時效處理，溫度為55(T650°C，時間為5(T70min，得到成品熱軋帶鋼。
全文摘要
一種低相對磁導(dǎo)率的熱軋帶鋼及其制備方法，屬于冶金材料技術(shù)領(lǐng)域，該熱軋帶鋼的成分按重量百分比為C0.25~0.35%，Si0.5~0.6%，Mn25~27%，Al3.8~4.2%，V0.06~0.1%，P0.02~0.03%，S0.02~0.03%，余量為Fe；該熱軋帶鋼的金相組織為晶粒尺寸為20~25μm的奧氏體，室溫屈服強度大于或等于400MPa，抗拉強度大于或等于750MPa，斷后伸長率大于或等于66%，相對磁導(dǎo)率小于或等于1.002。制備方法為按設(shè)定成分冶煉鋼水并鑄成鑄坯，加熱后進(jìn)行粗軋獲得中間坯；進(jìn)行精軋，精軋后帶鋼厚度為2~14mm；冷卻后的鋼卷經(jīng)過固溶處理和時效處理后獲得成品熱軋帶鋼。本發(fā)明熱軋帶鋼具有良好力學(xué)性能和無磁性能，且生產(chǎn)成本較低。
文檔編號C22C38/12GK102409227SQ20111032917
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者徐新芳, 李苗, 李長生, 馬彪 申請人:東北大學(xué)