一種高錳高鋁含釩無磁鋼板及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發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】
[0002] 近年來，隨著變壓器、選礦采礦、船舶制造等行業的發展，越來越多的低磁鋼、無磁 鋼被廣泛應用。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元素的特點在于：以Mn、N元素來代替Ni元素以穩定鋼 中的奧氏體相，從而達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含 有一定量的鎳元素。
[0004] 目前使用的MnCr、MnAl系無磁鋼的化學元素的成分特點在于：碳含量普遍較高， 錳含量控制為16~20wt%，相應控制Al, V和N元素的含量。但是碳含量過高會使得材料 焊接性能變差，鉻含量過高不僅會導致焊接性能變差，還會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 含量的高強度高塑性鋼鐵材料的制備方法"的中國專利文獻涉及了一種高錳高鋁含量的鋼 鐵材料，其化學元素的質量百分含量（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。
[0007] 另外，公開號為CN101376915A，公開日為2009年3月4日，名稱為"高鋁無磁鋼的 冶煉方法"的中國專利文獻公開了一種高鋁無磁鋼的冶煉方法，其包括預處理鐵水、復吹轉 爐冶煉、VD精煉、LF爐精煉與連鑄，其主要步驟的特征是：1)復吹轉爐冶煉：A將預處理鐵 水裝入復吹轉爐；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行，然后提起氧槍，底吹氬氣攪拌5~Smin出鋼；E出鋼時，往 鋼包內加入鋁或其它合金；II)VD爐精煉工序A進站前扒渣；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；結束時，先將鋼包底吹氬氣關閉， 待鋼面平靜后破空；III) LF爐工序：A進站調渣，加鋁粉，喂CASI線；B出站成分按成品目 標控制。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是提供一種高錳高鋁含釩無磁鋼板，其在保證力學性能的前提下， 具有較低的磁導率，較高的電阻率，此外其電磁性能穩定，在磁場中的渦流損耗極小。
[0009] 為了實現上述目的，本發明提出了一種高錳高鋁含釩無磁鋼板，其化學元素質量 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。
[0012] 本技術方案中所述的不可避免的雜質主要是S、P和Si元素。
[0013] 本發明所述的高錳高鋁含釩無磁鋼板中的各化學元素的設計原理為：
[0014] C :碳不僅是保證材料強度的元素之一，也是穩定奧氏體的元素之一。當鋼材中的 錳含量較高的情況下，碳元素含量的增加會使得材料熱軋后的硬度增加，焊接性能降低，從 而導致材料不易加工。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， 不僅會降低材料塑性，使得連鑄坯料易于邊裂和角裂，甚至產生縱向裂紋，還會劣化材料的 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度和組織的穩定性，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定溫度 區間變大，以穩定奧氏體相組織，從而確保材料在較高磁場強度下仍具有較低的相對磁導 率。另外，相較于其他穩定奧氏體的元素，例如Ni或Mo,錳的價格較低，其可以大幅度降低 生產成本。同時，較高的錳含量，使得熱加工過程中的奧氏體晶粒發生孿晶轉變，起到細化 晶粒的作用，以大幅度提高材料的強度和塑性。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，并提高材料的力學性能。因而，在本發明的技術方案中需要將錳 含量設定為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 變。在本發明的技術方案中，將鋁元素的含量設計為1. 50~2. 50wt%。
[0017] V :釩是強碳化物的形成元素，其在材料中具有強化作用。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，產生彌散強化相以提高鋼材的強度性能。在鋼材 中添加一定量的釩也能夠起到進一步細化鋼材晶粒的作用。所以，將本發明的技術方案中 的釩元素的含量控制為0. 04~0. 10wt%。
[0018] N :氮也是穩定奧氏體相元素，且其加入成本較低。不過，由于氮元素是較強的錳、 鋁化合物的形成元素，氮含量的增加會導致鋁的彌散析出，從而會明顯削弱了鋁在鋼材中 的作用。在本發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，與現有的鋼材相比較，在成分設計方面，本發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，在本技術方案添加了釩元素，其與碳結合形成釩的碳化物細小顆粒， 并彌散分布在晶內，以起到強化效果，從而保證了材料具備一定的強度。另外，該高錳高鋁 含釩無磁鋼板具有較高的錳含量，并相應控制氮元素的添加量。
[0020] 相應地，本發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+鋼包精煉爐進行冶煉；
[0022] (2)連鑄；
[0023] (3)加熱；
[0024] (4)軋制。
[0025] 在本發明中，通過電弧爐+鋼包精煉方式進行冶煉，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原料進行烘烤，既 降低了成本投入，又簡化了步驟流程。
[0026] 采用模鑄工藝需要逐個對鋼錠切頭去尾，生產成材率低，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，生產周期長。因此在本發明所述的技術方案中， 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，連鑄工藝可以實現2~3爐連續澆鑄，無需逐個對鋼錠進行切頭去尾處理，其總體成材 率高，并且縮短了生產所需的時間，提高了生產制造效率。
[0027] 進一步地，在本發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 電解錳在電弧爐內逐步熔化，另一方面可以增加電解錳的冶煉時間，以便于脫氣處理，從而 避免鋼材產生氣泡缺陷。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，微調成分和微調溫度的作用。
[0030] 需要說明的是，在鋼包精煉階段可以采用底吹氬氣攪拌，攪拌時間> lOmin，Mn合 金則可以采用低碳Mn-Fe合金。
[0031] 進一步地，在本發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，調包溫度是根據鋼的液相線溫度和煉鋼工位到連鑄平臺過程中 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，連鑄坯將會出現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生結疤，夾渣及夾雜等缺陷，并且容 易在澆鑄過程中造成水口堵塞，從而導致澆鑄過程的中