[发明专利]高强度含钒高锰无磁钢及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种适用于变压器、发电机、核电等工程所需的高强度含钒高锰无磁钢及其生产方法。

背景技术

无磁钢指的是在磁场中不产生磁感应的钢，其组织主要为奥氏体，磁导率μ≤1.29×10^-6H/m。无磁钢的用途非常广泛，在自动控制系统、精密仪表、电讯和电机中，以及许多军事领域中都需要采用无磁钢。随着社会的进步和经济的发展，对高性能无磁钢的需求日益增加。目前广泛使用的无磁钢主要为20Mn23AlV系列，其磁导率相对较低，但屈服强度较低，与Q235钢强度级别相同，往往需要通过提高钢板厚度来满足使用要求，一方面增加了生产难度，同时加大了钢材用量，有悖当前“高强减薄”主流用钢趋势。

在本发明申请之前，申请号为201110329175.3的中国专利公布了“一种低相对磁导率的热轧带钢及其制备方法”，该热轧带钢的成分按重量百分比为：C：0.25～0.35％，Si：0.5～0.6％，Mn：25～26％，Al：3.8～4.2％，V：0.06～0.1％，P：0.02～0.03％，S：0.02～0.03％，其余为Fe；该钢的金相组织为晶粒尺寸为20μm的奥氏体。其制备方法为：按设定成分冶炼钢水并铸成铸坯，加热后进行粗轧获得中间坯，精轧后带钢厚度为2～14mm，冷却后的钢卷经固溶处理和实效处理后获得成品热轧带钢。该钢的综合性能较优，其室温屈服强度≥400MPa，抗拉强度≥750MPa，断后伸长率≥66％，相对磁导率≤1.002；但是该项专利技术的不足在于化学成分中添加了约为3.8～4.2％Al含量，较高的Al含量在生产过程中易产生氧化，表面质量差，易形成裂纹，降低钢材成材率，增加生产成本，且需水韧处理，生产过程复杂。申请号为201210222982.X的中国专利公布了“一种含铌高锰无磁钢及其制备方法”，其成分按质量百分比计为：Mn：10～15％、C：0.8～1.2％、Si：0.3～0.5％、P<0.008％、S<0.005％、Nb：0.01～0.02％，其余为Fe；该含铌高锰无磁钢制备步骤为：冶炼、锻造、热轧和水韧处理，热轧板在加热炉中1000℃保温15min后，水淬，得到900～1100MPa的抗拉强度以及50～60％的延伸率，洛氏硬度15～22HRC，磁导率小于1.0002。该钢的抗拉强度较高，但是其不足在于钢中C含量过高，生产过程中易产生网状碳化物，易脆，且需水韧处理，生产过程复杂。申请号为201110054633.7的中国专利公布了“一种钻具用无磁钢及其制备方法”，其化学成分按重量百分比含有C:0.30～0.40％，Si≤0.8％，Mn:7.0～9.0％，P≤0.06％，S≤0.01％，Cr:3.0～4.0％，Ni:8.0～10.0％，V:1.0～1.5％，其余为铁，该钢通过采用固溶时效热处理强化工艺的制备方法。该项专利技术的不足在于化学成分中添加了较高含量的Ni，大大增加了生产成本。

因此急需开发高强度、综合性能优良的无磁钢，以满足社会发展的需求。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术的不足，提供一种低成本、易于生产的高强度含钒高锰无磁钢及其生产方法，该钢的屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥700MPa，延伸率A≥40％，相对磁导率μ≤1.05。

为实现上述目的，本发明所设计的高强度含钒高锰无磁钢，其化学成份按重量百分数计为：C：0.15～0.25％，Si：0.2～0.4％，Mn：18～20％，P≤0.015％，S≤0.010％，V：0.5～1.0％，其余为Fe及不可避免的夹杂。

优选地，其化学成份按重量百分数计为C：0.15～0.22％，Si：0.26～0.34％，Mn：18.3～19.5％，P≤0.015％，S≤0.010％，V：0.70～0.85％，其余为Fe及不可避免的夹杂。

本发明的高强度含钒高锰无磁钢的生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括电炉冶炼、钢包炉精炼、真空处理、底浇模铸、铸坯加热、轧制、回火处理、空冷的步骤，其特殊之处在于：

所述铸坯加热温度为1200～1250℃，保温2h；

所述真空处理是通过真空系统循环进一步去除杂质和气体；

所述轧制时，开轧温度≥1100℃，终轧温度≥900℃，轧后缓冷至室温。

优选地，所述回火处理时，钢板在500～600℃保温1h。

本发明的高强度含钒高锰无磁钢中各元素含量控制的机理及作用和生产过程中工艺参数设置原理如下：