一种无磁316L不锈钢及其生产方法及步骤

　　本发明属于不锈钢生产技术领域，尤其涉及一种无磁不锈钢及其生产方法。

　　背景技术：

　　众所周知，磁性是电子设备用不锈钢件中经常遇到的一类问题，摄像头部件、导航仪及手机结构件等均希望使用无磁性的材料。虽然304(cr-ni)，316l(cr-ni-mo)奥氏体不锈钢常规上归属于无磁性钢，但是因为成分差异或加工的影响，往往残留或产生一定的磁性。而一般奥氏体不锈钢受成分限制，奥氏体稳定元素含量不足，常温下钢中一般含有5～10％左右的δ铁素体，因而略带有磁性。同样因为奥氏体不够稳定，其在冷加工过程中伴随部分奥氏体组织转变为形变马氏体组织，由于δ铁素体与马氏体都属于强磁性组织，304、316l不锈钢因此在加工及其使用过程中呈现不同的磁性。

　　衡量不锈钢磁性的技术参数是相对导磁率(μr)，是特殊介质的磁导率和真空磁导率(μ0)的比值，仪器仪表及标准件的无磁要求为μr≤1.01或更低。特别是精密件以及加工要求较高的标准件在计算机数字控制机床(cnc)加工时，如带有磁性将严重影响其加工性能。如计算机数字控制机床(cnc)加工时易引起加工刀片细小的金属屑聚集，影响刀片的使用寿命且产品加工时易吸附加工产生的金属粉末，且不易除去，严重影响产品品质与精度。

　　现有技术中，310钢种虽然也能够达到无磁效果,但由于多数电子产品属于智能穿戴类产品，长期处于人体汗液、体液等高氯离子腐蚀环境中，其耐蚀性不足，限制了其在某些方面的应用，目前的研究一直致力于开发高耐蚀，无磁性的奥氏体不锈钢。

　　高锰无磁钢由于耐蚀性较差，注定其只能应用于一些对耐蚀性要求不高的场合，形成与无磁不锈钢在工业应用上互补的局面。而进入2l世纪以来，ni、cr含量已不再是制约我国无磁不锈钢发展的主要因素，从人力成本的不断增加和现代化设备全寿命周期综合成本和可维护性的角度来看，开发高cr-ni-mo无磁不锈钢对于精密仪表和高端大型装备零部件的制造显得尤为迫切，其使用成本也会随着使用寿命的显著延长而大幅降低，因此，对电子设备、精密机械等行业材料产品质量提升，产业升级有重要作用。

　　中国专利申请，申请号201310039502.0，申请日2013.02.01，授权公告日2014.12.03，授权公告号cn103060523b，公开了“一种无磁不锈钢的冶炼方法”，但其侧重于品质方面裂纹的改善，而且仅适用于0cr16ni14和0cr18ni12无磁钢生产，产品中不含mo元素。钢种中添加了大量的奥氏体形成元素ni，在冷加工中，奥氏体元素ni对扩大奥氏体相区，防止马氏体形成有积极作用，另一方面，mo虽然是铁素体元素，但mo的提高，对cl-离子的腐蚀有巨大作用，虽然mo的增加使不锈钢的冷加工磁导率上升趋势，但通过大量的奥氏体元素平衡相，在提高冷加工性能同时大幅降低点腐蚀的趋势。

　　中国专利申请，申请号201610722915.2，申请日2016.08.25，申请公布日2016.12.21，申请公布号cn106244944a，公开了“一种无磁不锈钢盘条及其生产方法”，其产品同样不含有mo元素，无法解决人体汗液等cl离子腐蚀问题，而且其奥氏体元素含量偏低，在冷加工变形过程中，会有马氏体生成，导致磁通量上升，无法满足电子设备用材要求。

　　技术实现要素：

　　针对现有技术无磁不锈钢由于合金含量偏低，不含mo元素等原因，不能兼顾无磁性、加工性和耐蚀性要求，本发明为兼顾以上性能要求，满足电子产品需要，调整316l不锈钢产品成分，同时对炼钢中的有害元素s、p进行控制，进行超低脱硫脱碳技术开发，确保炼钢成分。同时钢液在高温时氧化性强，需要在抑制cr氧化的同时，实施纯净钢冶炼工艺，达到控制夹杂物的目标。

　　根据以上描述的现有奥氏体不锈钢316l不足之处，本发明提供一种无磁不锈钢，经过压延或其他方式加工后，不需要进行退火消磁工艺，即可得到无磁(相对磁导率＜1.01ur)的无磁不锈钢，该无磁不锈钢可应用于对不锈钢磁性要求较高的电子产品结构件、不锈钢边框等领域。

　　不锈钢的磁性与材料的成分与组织相关，组分为全奥氏体组织即表现为无磁，当组分为铁素体或马氏体时表现出磁性，《特殊钢钢丝》文中post和eberly提出，对于300系列不锈钢在常温下获得全奥氏体组织的最低含ni量为：

　　ni理论值＝(cr+1.5mo-20)2/12-mn/2-35c+15

　　上式中ni、cr、mo、mn、c均为元素的质量百分含量，如cr含量为16.5％，计cr＝16.5。对于含氮和铜的不锈钢，criffiths和wrught等人又提出了最小ni含量的修正公式：

　　ni理论值＝(cr+1.5mo-20)2/12-mn/2-35c-cu-27n+15

　　对于不锈钢组分的磁性，可根据δ值(ni实际值-ni理论值)来衡量判断钢中奥氏体的稳定性：

　　δ＝ni实际值-ni理论值δ＞0常温下为全奥氏体组织，无磁性；

　　δ＝ni实际值-ni理论值δ＜0常温下有δ铁素体组织，呈弱磁性；

　　上式中δ＜0时，负值越大，磁性越强。

　　本发明基于以上机理，考虑到材料的经济型、加工性、无磁性的设计目的，经过多次实验室试验，最终确定了合理的成分配比与加工工艺，通过生产得到较常规316l不锈钢耐蚀性、加工性及无磁性能更加优异的无磁不锈钢。

　　本发明的无磁316l不锈钢及其生产的无磁不锈钢板带，其特点是，化学成分按重量百分比为：c：0.01～0.03；si≤1.0；mn≤2.0；p≤0.045；s≤0.002；cr：16.5～17.50；ni：13.5～14.0；mo：2.5～2.7；n≤0.11；b：0.001～0.003；余量为fe和其他不可避免的杂质元素；md30为-170℃～-200℃；δ铁素体＜0.5％。

　　优选的，一种无磁316l不锈钢，其化学成分按重量百分比为：c：0.01～0.03；si：0.3～0.6；mn≤2.0；p≤0.045；s≤0.002；cr：17.0～17.50；ni：13.5～14.0；mo：2.5～2.7；n：0.05～0.08；b：0.001～0.003；余量为fe和其他不可避免的杂质元素；md30为-170℃～-200℃；δ铁素体＜0.5％。

　　优选的，上述成分p按重量百分比为≤0.035。

　　具体地，本发明所采用的各种元素的作用以及优选的成分组成为：

　　c:是固溶强化原理上对增加不锈钢的强度有利的元素，而且也是奥氏体稳定元素，但是c过量会导致对耐蚀性有利的cr元素等在铁素体-奥氏体相界面上形成碳化物，降低晶粒周围的cr元素等的含量，降低不锈钢的耐蚀性,优选为＜0.03％。

　　n:在不锈钢中，与ni一样，n也是对奥氏体相稳定化贡献较大的元素之一，而且n含量的增加还可以附带着提高耐蚀性及强度，但是n含量过高，会降低不锈钢的加工性，n含量过低则需要相应降低cr以确保相平衡，而且在稳定相平衡以及保证强度方面也有不利的影响，优选为0.05～0.08％。

　　cr:是确保不锈钢的耐蚀性所必需的元素，增加cr含量能够提高不锈钢耐蚀性，但是cr含量过多会导致在不锈钢中形成过多的铁素体，无法保证不锈钢具有足够的拉伸延伸率，因此，cr含量一般在16.5～18.0％的范围内较为合适，优选为17.0～17.5％。

　　ni：与mn、n一样都属于奥氏体相稳定化元素，ni含量不足会降低不锈钢的耐蚀性和加工性，由于电子产品结构件后期需要大量的机械加工，因此ni含量一般在13.5％～14.5％的范围内较为合适，优选为13.5～14.0％。

　　md30是指加工量在30％时生成加工诱发50％马氏体的温度，md30的值越低，在冷加工变形过程中诱变马氏体越不容易产生，冷作硬化程度小，越有利于稳定产品磁性；一般认为ni含量对诱变马氏体转变点的影响是很明显的，ni含量高，马氏体转变点降低，材料在冷变形过程中硬化程度小。但是本发明提供的奥氏体不锈钢具有极低的md30值，控制在-170～-200的范围之内，不仅能够保证奥氏体不锈钢具有良好的加工性能，同时还可以改善其强度。

　　δ铁素体虽然是高温铁素体，但在一般不锈钢中，仍然有少量δ铁素体保留到常温状态产品中，一般奥氏体不锈钢中，5-10％左右的δ铁素体存在，有利于降低应力腐蚀开裂倾向。但由于δ铁素体与马氏体都属于强磁性相，所以在无磁不锈钢中应作为有害相加以控制，优选＜0.5％。

　　本发明还针对上述无磁316l不锈钢的组分提供一种无磁316l不锈钢的生产方法，其特点是按照如下步骤进行：

　　步骤一钢坯的冶炼：经过电炉(eaf)+氩氧脱碳精炼(aod)+精炼炉(lt)冶炼，通过连铸机连铸为板坯；

　　步骤二板坯加热：在步进梁式加热炉加热，加热温度按以下要求控制：预热段920℃；加热段：1070～1100℃，均热段：1200～1260℃；板坯加热240分钟，达到温度后出坯进行热轧；

　　步骤三板坯的轧制：在不锈钢粗轧机上，进行5～7道次粗轧后，板带进入炉卷轧机精轧，轧制为4.0mm热轧黑卷，经层流冷却后卷取放置在冷却场空冷至常温状态；

　　步骤四黑卷退火酸洗：将不锈钢黑卷通入连续式退火酸洗炉中进行固溶热处理，热处理结束的产品在酸洗线上进行酸洗，酸洗后的不锈钢黑卷变为热轧白卷；

　　步骤五热轧白卷根据最终产品厚度及材质硬度需要，进行5％～50％调制压延，然后进行清洗除油，即得到硬度200～400hv不同硬度带材，经切割，车削等后期加工，即得到电子设备用无磁316l不锈钢产品。

　　与现有技术相比，本发明有益效果是针对现有技术无磁不锈钢由于合金含量偏低，不含mo元素等原因，不能兼顾无磁性、加工性和耐蚀性要求，本发明兼顾以上性能要求，满足电子产品需要，调整316l不锈钢产品成分，同时对炼钢中的有害元素s、p进行控制，进行超低脱硫脱碳，确保炼钢成分；同时钢液在高温时氧化性强，需要在抑制cr氧化的同时，实施纯净钢冶炼工艺，达到控制夹杂物的目标；经过压延或其他方式加工后，不需要进行退火消磁工艺，即可得到无磁(相对磁导率＜1.01ur)的无磁不锈钢，无磁316l不锈钢主要应用于对不锈钢磁性要求较高的电子产品结构件、不锈钢边框等领域。

　　具体实施方式

　　下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

　　实施例一

　　步骤一钢坯的冶炼：

　　经过电炉(eaf)+氩氧脱碳精炼(aod)+精炼炉(lt)冶炼，通过连铸机连铸为板坯，不锈钢板坯的化学成分质量百分比为：c：0.016；si：0.47；mn：1.28；p：0.02；s：0.0012；cr：17.45；ni：13.7；mo：2.62；n：0.047；b：0.0022；md30为-183℃；δ铁素体:0.1％；余量为fe和不可避免的杂质元素；

　　步骤二板坯加热：

　　在步进梁式加热炉加热，加热温度按以下要求控制：预热段920℃；加热段：1070～1100℃，均热段：1200～1260℃；板坯加热240分钟，达到温度后出坯进行热轧。

　　步骤三板坯的轧制：

　　在不锈钢粗轧机轧机上，进行5～7道次粗轧后，板带进入炉卷轧机精轧，轧制为5.0mm热轧黑卷，经层流冷却后卷取放置在冷却场空冷至常温状态。

　　步骤四黑卷退火酸洗：将不锈钢黑卷，通入连续式退火酸洗炉中进行固溶热处理，热处理结束的产品在酸洗线上进行酸洗，酸洗后的不锈钢黑卷变为热轧白卷，后期根据产品需要，可进行切削，锻压的加工，即得到本专利的电子设备用无磁316l产品。

　　对热轧白卷及冷锻压后产品相对磁通量检测，相对磁导率，定义为符号μr，是特殊介质的磁导率和真空磁导率μ0的比值，最终测得本专利热轧白卷磁导率μr＝1.003，冷锻压后成品相对磁通量μr＝1.003，产品磁性无变化，满足无磁不锈钢标准。

　　实施例二

　　步骤一钢坯的冶炼：

　　经过电炉(eaf)+氩氧脱碳精炼(aod)+精炼炉(lt)冶炼，通过连铸机连铸为板坯，不锈钢板坯的化学成分质量百分比为：c：0.014；si：0.43；mn：1.28；p：0.023；s：0.0017；cr：17.28；ni：14.00；mo：2.58；n：0.073；b：0.0029；md30为-176℃；δ铁素体-2.4％；余量为fe和不可避免的杂质元素；

　　步骤二板坯加热：

　　在步进梁式加热炉加热，加热温度按以下要求控制：预热段920℃；加热段：1070～1100℃，均热段：1200～1260℃；板坯加热240分钟，达到温度后出坯进行热轧；

　　步骤三板坯的轧制：

　　在不锈钢粗轧机上，进行5～7道次粗轧后，板带进入炉卷轧机精轧，轧制为4.0mm热轧黑卷，经层流冷却后卷取放置在冷却场空冷至常温状态；

　　步骤四黑卷退火酸洗：将不锈钢黑卷通入连续式退火酸洗炉中进行固溶热处理，热处理结束的产品在酸洗线上进行酸洗，酸洗后的不锈钢黑卷变为热轧白卷；

　　步骤五热轧白卷根据最终产品厚度及材质硬度需要，进行5％～50％调制压延，然后进行清洗除油，即得到硬度200～400hv不同硬度带材，经切割，车削等后期加工，即得到本专利的电子设备用无磁316l产品。

　　对热轧白卷及最终产品相对磁通量检测，测得热轧白卷磁导率μr＝1.002，冷锻压后成品相对磁通量μr＝1.002，产品磁性无变化，满足无磁不锈钢标准。

　　本发明电子设备用无磁316l产品，在材料的成分设计中增加了奥氏体元素含量，且根据使用环境分析结果，添加了一定量的mo元素，实现了冷变形无马氏体相变发生的同时实现了耐腐蚀提高的目的。

　　以国内某品牌手机不锈钢边框为例，其产品采用一般304产品经成型，抛光工艺后应用于手机边框结构中，产品在使用一段时间后，发生多起边部腐蚀事件，经相关技术分析，最终确认为手机在使用过程中，长期与人体汗液等高cl-离子等酸性物质接触，加上304不锈钢抗cl-离子腐蚀性较弱造成边框生锈。

　　根据不锈钢耐氯化物浓度对照表，304不锈钢在50℃环境下仅为150ppm，316l也只能达到250ppm，本案通过提高抗氯离子合金元素mo，n含量，大幅提高材料抗氯离子腐蚀能力可达300ppm以上，成功的解决了电子产品长期与人体接触导致的生锈问题。

　　其次，不锈钢在普通状态下磁性是很低的。但是，经过压延，锻打等加工工艺后，由于马氏体相的转变，产生磁性，后续处理工艺很难达到消磁的目的。目前5g手机在逐步推广，高频率5g信号极易受到磁性干扰，而且磁性也会影响到摄像头自动对焦及分辨率，故本发明成功的解决了电子产品升级所遇到的这一系列难题。

　　本发明加工变形量与磁性对比表：

　　由上表可以看出，本发明无磁316l材料在加工过程基本无磁性变化，成功的解决了不锈钢加工导致磁导率上升的又一难题。

　　本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变。

　　技术特征：

　　技术总结

　　本发明公开了一种无磁316L不锈钢及其生产方法，其化学成分按重量百分比为：C?0.01～0.03；Si≤1.0；Mn≤2.0；P≤0.045；S≤0.002；Cr?16.5～17.50；Ni?13.5～14.0；Mo：2.5～2.7；N≤0.11；B?0.001～0.003；余量为Fe和其他不可避免的杂质元素；Md30为?170℃～?200℃；δ铁素体＜0.5％；经钢坯的冶炼、板坯加热、板坯的轧制、黑卷退火酸洗、调制压延和清洗除油工艺。本发明优点是兼顾无磁性、加工性和耐蚀性要求，控制有害元素S、P，抑制Cr氧化、控制夹杂物；不需退火消磁，得无磁的无磁不锈钢，用于电子产品结构件、不锈钢边框。

　　技术研发人员：王云明

　　受保护的技术使用者：张家港浦项不锈钢有限公司

　　技术研发日：2018.11.27

　　技术公布日：2019.02.19