[发明专利]一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法。

背景技术

世界上大型汽轮发电机护环、核电护环等都采用无磁钢，这些材料的导磁率要低，否则会产生涡流，造成能量损失，并且会增加发电机冷却系统的工作负荷。大型的核聚变装置及磁悬浮式超特快线性电机列车的轨道所用结构材料需用无磁钢。此外，如超导储能设备、磁流体发电设备、超导发电机、超导输电、电磁推进船等的结构材料也是必不可少的。随着社会和经济的发展，这些领域对无磁钢材料的需求越来越大。

无磁钢材料包括奥氏体不锈钢和奥氏体高锰钢两类。其中奥氏体不锈钢包括Fe-Cr-Ni系、Fe-Mn-Cr系和Fe-Cr-Mn-N系。奥氏体高锰钢包括Fe-Mn系、Fe-Mn-Al系和Fe-Mn-Al-Cr系。由于镍和铬资源的紧缺，为了降低成本和节约资源，采用Fe-Mn-Al系奥氏体高锰钢代替Fe-Cr-Ni系、Fe-Mn-Cr系和Fe-Cr-Mn-N系不锈钢，可以极大地降低成本，是无磁钢领域研究的重点和发展方向。

张彦生等学者在1983年的金属学报的19卷4期的A253~A261页发表的文章中介绍了Fe-Mn-Al系奥氏体高锰钢30Mn20Al3的开发研究情况，该钢的组织为奥氏体组织，室温屈服强度282 MPa，抗拉强度635 MPa，断后伸长率65.7 %，相对磁导率为1.005。该钢的成分为：C 0.28~0.32 %，Si ≤0.6 %，Mn 19~22 %，Al 2.6~3.1 %，余量为Fe。和1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢相比，该钢的室温屈服强度提高62 MPa，断后伸长率提高4 %，相对磁导率由1.05降低为1.005，该钢的生产成本为1Cr18Ni9Ti的1/3。

无磁钢使用性能除了要求力学性能指标满足要求外，还必须特定要求磁导率指标。因此，在保证不增加成本的基础上如何开发力学性能较高和相对磁导率较低的热轧带钢，是摆在科技工作者面前的一项难题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法，目的在于通过适当的合金元素设计和制备方法，在提高力学性能指标的同时降低相对磁导率。

本发明的相对磁导率低于1.002的热轧带钢化学成分按重量百分比为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 %，余量为Fe，其金相组织为晶粒尺寸20~25                                               的奥氏体，室温屈服强度大于或等于400 MPa，抗拉强度大于或等于750 MPa，断后伸长率大于或等于66 %，相对磁导率小于或等于1.002。

本发明的制备方法按以下步骤进行：

1、按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，其成分按重量百分比为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 %，余量为Fe，铸坯厚度为150~250 mm；

2、将板坯加热至1200~1220 ℃，进行粗轧，粗轧过程为3~5道次，粗轧开轧温度为1120~1170 ℃，粗轧终轧温度为980~1070 ℃，获得厚度为28~50 mm的中间坯；

3、将中间坯进行精轧，精轧过程为5~7道次，精轧开轧温度为950~1000 ℃，精轧终轧温度为860~890 ℃，精轧每道次压下量控制在15~40 %，精轧后带钢厚度为2~6 mm；

4、精轧后以10~60 ℃/s的速度冷却至450~700 ℃，卷取；

5、对钢卷进行固溶处理，温度为1000~1050 ℃，时间为30~50 min；

6、对固溶处理后的钢卷进行时效处理，温度为550~650 ℃，时间为50~70 min，得到成品钢卷。

本发明中合金元素的设计考虑了以下几点：

1、C是有利于促使形成单相奥氏体组织的元素，C也是固溶强化元素，对强化钢板是有效的。随着C含量的增加，在水淬或空冷情况下，都能得到单一的奥氏体组织。但是C含量高降低了钢的成型性和焊接性，这些性能对其使用性能来说是必不可少的，因此C含量控制在0.30 %左右；