一种制备高硼不锈钢板的短流程方法与流程

本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种制备高硼不锈钢板的短流程方法。

背景技术：

自然硼有B-11和B-10两种同位素，其中B-10具有良好的热中子吸收作用；鉴于此，含硼不锈钢被广泛应用于乏燃料的贮藏和运输容器用金属材料的制备，能够有效保证核燃料深度处于次临界安全阀度，确保乏燃料存贮、运输的安全性，有效保障相关作业人员的安全。

住友金属工业公司在SUS304钢的基础上，分别添加0.6%和l.0%的B元素，制备出NAR-304BNI和NAR-304BN3两种不锈钢的热轧带钢，之后采用埋弧焊接方法生产圆形焊管，后经冷拔方法制成方形焊管，就可满足核燃料贮存要求；不锈钢中的硼含量越高，热中子吸收性能越好，但是随着硼含量的增加，钢中会析出大量的含有硼化物的共晶组织，共晶组织的增多将急剧恶化钢的力学性能和耐蚀性能，严重恶化高硼不锈钢的热加工及后续加工的性能。

使用传统热轧工艺制备高硼不锈钢难度大，热轧变形过程极易发生边裂，而且也难以获得细小弥散的硼化物组织，钢中硼化物分布不均，对其后续加工以及其热中子屏蔽性能均存在较大的影响。

粉末冶金法是目前制备高硼不锈钢的主要方法，其工艺主要是使用氩气保护气雾法制取不锈钢粉末后进行烧结成型，之后再进行热/冷加工等后续制备的工艺流程；但是，目前的粉末冶金法一般采用热等静压处理工艺进行烧结，这将使得整个工艺流程的周期较长，制备成本较为高昂。

技术实现要素：

针对现有高硼钢板制备技术存在的上述问题，本发明提供了一种制备高硼不锈钢板的短流程方法，目的是解决高硼不锈钢传统生产流程工艺复杂、制造工序多、难度大、生产周期长、热轧过程边裂严重、环境负荷大等问题，同时可获得细小、弥散的硼化物组织，有利于获得优良的室温拉伸性能及中子屏蔽性能。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

1、冶炼钢水，其成分按质量百分比为：Cr: 18.0~20.0%，Ni 12.0~15.0%，Mn 1.0~2.0%，B 2.0~2.5%，Si 0.5~1.0%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

2、钢水经中间包流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的空腔内形成熔池，钢水经过两个结晶辊之间的辊缝凝固并导出，形成铸带；

3、将铸带空冷至1000~1100℃，经热轧机进行压下率为15~40%的一道次热轧，得到厚度为1.0~3.5mm的热轧板在600~700℃时进行卷取；

4、将热轧板进行固溶处理，固溶处理的温度为1050~1100℃，保护气氛为氩气，保温时间为15~60min，冷却方式为水淬，获得高硼不锈钢板，其抗拉强度为650~850MPa，室温延伸率为12~15%。。

上述方法中，热轧板的宽度为200~1800mm。

上述方法中，热轧时的速率为0.1~2m/s。

与现有技术相比，本发明工艺生产流程紧凑、制造工序少、生产周期短，能够显著降低生产成本、能耗及污染物排放，有效提高了成材率和生产效率。另外，钢水在双辊连铸凝固过程形成较为细小的硼化物组织，通过控制连铸后的热轧温度、热轧压下量，得到的高硼不锈钢热轧板外形平整、无边裂。经固溶处理后，最终得到高硼不锈钢成品板，其硼化物尺寸细小，分布弥散，粒径小于1um的硼化物占总面积的60%以上，抗拉强度为650~850Mpa，室温拉伸延伸率为12~15%，综合力学性能优异。

在本发明中，为了使高硼不锈钢铸带的硼化物进一步破碎，使其分布更为均匀弥散，同时为了保证热轧过程不发生边裂，一道次热轧的压下量应控制在15~40%，轧制速率0.1~2m/s，轧制温度应控制在1000~1100℃；为了保证高硼不锈钢的顺利卷取，卷取温度控制在600~700℃；为了消除高硼不锈钢基体奥氏体组织内的残余应力，同时为了保证高硼不锈钢室温组织更加均匀、稳定，将卷取后的高硼不锈钢进行固溶处理，固溶处理温度为1050~1100℃，保温时间为15~60min，冷却方式为水淬；为了防止高硼不锈钢在固溶处理过程中过度氧化，固溶处理过程的保护气氛为氩气。

附图说明

图1为本发明的制备高硼不锈钢板的短流程方法中的热轧板制备方法的流程示意图；图中，1、钢包，2、中间包，3、双辊薄带连铸机结晶辊，4、熔池，5、铸带，6、热轧机，7、冷却系统，8、卷取机，9、热轧板卷；

图2为本发明实施例1的高硼不锈钢板的外观照片图；

图3为本发明对比例1的高硼不锈钢板的外观照片图；

图4为本发明实施例2的高硼不锈钢板的显微组织图；

图5为本发明对比例2的高硼不锈钢板的显微组织图。

具体实施方式

本发明的工艺过程如图1所示。

本发明实施例中观测显微组织采用的设备为JEOL JXA-8530F型电子探针。

本发明实施例中获得的高硼不锈钢成品板，其硼化物分布弥散，粒径小于1um的硼化物占总面积的62~66%。

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

冶炼钢水，其成分按质量百分比为：Cr 18.0%，Ni 15.0%，Mn 1.5%，B 2.0%，Si 0.8%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

钢水经中间包流入由双辊连铸机的两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的空腔内形成熔池，钢水经过两个结晶辊之间的辊缝凝固并导出，形成铸带；

将铸带空冷至1100℃，经热轧机进行压下率为40%的一道次热轧，热轧时的速率为2m/s，得到厚度为1.0mm的热轧板在700℃时进行卷取；热轧板的宽度为1800mm，外观如图2所示，高硼不锈钢热轧板无边裂；

将热轧板进行固溶处理，固溶处理的温度为1050℃，保护气氛为氩气，保温时间为60min，冷却方式为水淬，获得高硼不锈钢板，其抗拉强度为820MPa，室温延伸率为12%，其硼化物分布弥散，粒径小于1um的硼化物占总面积的66%。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

（1）钢水成分按质量百分比为Cr 19.0%，Ni 14.0%，Mn 1.0%，B 2.5%，Si 0.6%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

（2）铸带空冷至1050℃，经热轧机进行压下率为30%的一道次热轧，热轧时的速率为1m/s，得到厚度为1.5mm的热轧板在650℃时进行卷取；热轧板的宽度为200mm；

（3）固溶处理的温度为1080℃，保温时间为30min，高硼不锈钢板的抗拉强度为690MPa，室温延伸率为15%，其硼化物分布弥散，粒径小于1um的硼化物占总面积的64%，外观如图4所示。

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

（1）钢水成分按质量百分比为Cr 19.5%，Ni 13.0%，Mn 1.3%，B 2.2%，Si 1.0%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

（2）铸带空冷至1050℃，经热轧机进行压下率为20%的一道次热轧，热轧时的速率为0.5m/s，得到厚度为2.5mm的热轧板在650℃时进行卷取；热轧板的宽度为500mm；

（3）固溶处理的温度为1100℃，保温时间为15min，高硼不锈钢板的抗拉强度为800MPa，室温延伸率为14%，其硼化物分布弥散，粒径小于1um的硼化物占总面积的63%。

实施例4

方法同实施例1，不同点在于：

（1）钢水成分按质量百分比为Cr 20.0%，Ni 12.0%，Mn 2.0%，B 2.4%，Si 0.5%，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

（2）铸带空冷至1000℃，经热轧机进行压下率为15%的一道次热轧，热轧时的速率为0.1m/s，得到厚度为3.5mm的热轧板在600℃时进行卷取；热轧板的宽度为1000mm；

（3）固溶处理的温度为1080℃，保温时间为30min，高硼不锈钢板的抗拉强度为700MPa，室温延伸率为13%，其硼化物分布弥散，粒径小于1um的硼化物占总面积的62%。

对比例1

方法同实施例1，不同点在于：

铸带空冷至1085℃，热轧机进行压下量为46.2%的一道次热轧，热轧速率为0.12m/s，然后在685℃时进行卷取，得到厚度为0.99mm，宽度为210mm的高硼不锈钢热轧板卷，外观如图3所示，由于压下量过大，高硼不锈钢热轧板发生明显边裂。

对比例2

方法同实施例2，不同点在于：

铸带空冷至1050℃，经热轧机6进行压下量为14.2%的一道次热轧，热轧速率为0.12m/s，然后在690℃时进行卷取，得到厚度为1.56mm，宽度为210mm的高硼不锈钢热轧板卷，高硼不锈钢热轧板外形平整、无边裂；对卷取后的高硼不锈钢进行固溶处理，固溶处理的温度为1100℃，保温30min，最终得到的高硼不锈钢成品板，由于其热轧压下量较小，外观如图5所示，其硼化物未能充分破碎，粒径小于1um的硼化物仅占总量的39.3%，一部分硼化物仍呈条状，其室温延伸率仅为3.0%。