一种高硫316L不锈钢、制备工艺及应用

技术领域

本发明属于不锈钢技术领域，尤其涉及一种高硫316L不锈钢、制备工艺及应用。

背景技术

生物制药领域对制药环境要求非常严格，需要生物制药设备无菌、无污染，因此，生物制药设备制造时的结构参数、工艺参数、控制方式等方面都需要进行严格管控。316L不锈钢由于其具有良好的综合力学性能、焊接性能和耐蚀性被作为结构材料，用于制造生物制药设备。316L不锈钢通过钨极氩弧焊(简称TIG焊)焊接成生物制药设备的压力容器、阀门、管件等。TIG焊对母材中的微量活性元素的含量及其变化比较敏感，在相同的焊接规范下，母材中微量元素如氧、硫含量的变化会使熔深变化明显，进而影响焊接质量。现有技术中公开的316L不锈钢作为母材，进行TIG焊时，存在焊接性能差，具体表现为焊接时易形成熔渣、焊缝表面有灰点、电解抛光后有麻点，影响表面光洁度和焊接质量，不能作为高标准要求的生物制药设备的结构材料，极大地限制了生物制药设备的制造。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中公开的316L不锈钢作为母材在进行TIG焊时，存在焊接性能差，不能作为高标准要求的生物制药设备的结构材料等问题，本发明的目的在于提供一种高硫316L不锈钢、制备工艺及应用，通过对不锈钢成分的调整设计，并结合制备工艺对S、O、Al、Ca等微量成分进行精确控制，使316L不锈钢具有优异的焊接性能，满足生物制药设备制造要求。

2.技术方案

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用如下技术方案：

一种高硫316L不锈钢，其特点是：按质量百分比计，高硫316L不锈钢的成分包括：C≤0.03；Si:0.4～0.6；Mn:1.3～1.5；P≤0.04；S：0.005～0.015；Cr：16.5～17.0；Ni：10.01～10.04；N≤0.03；Mo：2.0～2.2；Al≤0.008；Ca≤0.0010；O≤0.002；余量为Fe和其他不可避免的杂质元素；其中P+S≤0.055；δ-ferrite为7％～10％；通过其他合金元素成分设计，使得材料δ-ferrite理论含量处于合适水平，降低材料热轧时M裂纹发生概率，并提高材料焊接性；所述高硫316L不锈钢的Ys≥240MPa,Ts530～680MPa,El≥40％，维氏硬度≤180HV；其制备工艺包括：

在冶炼及连铸工艺中控制：S：0.005％～0.015％；Al≤80ppm；Ca≤10ppm；O≤20ppm；

AOD出钢温度1660-1685℃，T/D温度1490-1510℃，连铸线速度0.80-1.20mpm(米/分)，连铸二冷水比重0.96L/(kg*min)，优化板坯升温曲线，避免板坯裂纹缺陷；AOD冶炼温度过高时包括Ca、Si及其他金属在内的合金会加剧氧化，降低AOD冶炼温度可降低钢水中的含氧量，从而降低产品的非金属氧化物含量；

分段碱度控制提高纯净度技术，VD特别冶炼工艺导入，提高产品纯净度并调整夹杂物成分及大小，防止制钢性夹杂缺陷；VD特别冶炼工艺导入，改变不锈钢内部夹杂物的成分(尖晶石类夹杂物→Ca-Si-Mg-Al系复合性夹杂物)及大小，极大限度降低产品表面夹杂裂纹发生概率。

进一步地，所述S：0.010～0.015。

一种高硫316L不锈钢的制备工艺，其特点是制备工艺包括：在冶炼及连铸工艺中进行如下工艺参数的控制：

控制S：0.005％～0.015％；Al≤80ppm，Ca≤10ppm，O≤20ppm；

AOD出钢温度1660-1685℃，T/D温度1490-1510℃，连铸线速度0.80-1.20mpm，连铸二冷水比重0.96L/(kg*min)，优化板坯升温曲线，避免板坯裂纹缺陷；AOD冶炼温度过高时包括Ca、Si及其他金属在内的合金会加剧氧化，降低AOD冶炼温度可降低钢水中的含氧量，从而降低产品的非金属氧化物含量；

分段碱度控制提高纯净度技术，VD特别冶炼工艺导入，提高产品纯净度并调整夹杂物成分及大小，防止制钢性夹杂缺陷；VD特别冶炼工艺导入，改变不锈钢内部夹杂物的成分(尖晶石类夹杂物→Ca-Si-Mg-Al系复合性夹杂物)及大小，极大限度降低产品表面夹杂裂纹发生概率；

按质量百分比计，高硫316L不锈钢的成分包括：C≤0.03；Si:0.4～0.6；Mn:1.3～1.5；P≤0.04；S：0.005～0.015；Cr：16.5～17.0；Ni：10.01～10.04；N≤0.03；Mo：2.0～2.2，Al≤0.008，Ca≤0.0010，O≤0.002，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素，其中P+S≤0.055；δ-ferrite为7％～10％，通过其他合金元素成分设计，使得材料δ-ferrite理论含量处于合适水平，降低材料热轧时M-Sliver发生概率，并提高材料焊接性；所述高硫316L不锈钢的Ys≥240MPa,Ts530～680MPa,El≥40％，维氏硬度≤180HV。

进一步地，所述高硫316L不锈钢的制备工艺还包括热轧，所述热轧的加热炉抽出温度≤1200℃，在炉时间≥200Min,精轧采用9道次轧制工艺，各道次压下率依次为：8.9％、10％、16.5％、20％、24％、25％、27％、24％、21％。

进一步地，所述高硫316L不锈钢的制备工艺还包括冷轧，所述冷轧采用7道次压延，各道次的压下率依次为：21％、17％、15％、、13％、11％、10.5％、10％。最终不锈钢带的厚度为4～5mm。

本发明的另一个目的在于提供一种高硫316L不锈钢在制备医药设备的压力容器、阀门、管件中的应用。

316L不锈钢中活性硫元素的存在可以改变钢的可焊性，同时提高焊接效率，增加焊接熔深。因此，有效控制钢材中硫的含量，在避免其不对钢材质量产生影响的前提下，能在后续的焊接过程中起到活性作用，对钢材的生产、加工无疑具有非常重要的现实意义。

3.有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对不锈钢成分的调整设计，并结合制备工艺对S、O、Al、Ca等微量成分进行精确控制，使316L不锈钢具有优异的焊接性能，焊接时熔渣少、焊缝表面灰点少、电解抛光没有麻点，焊接质量优，满足生物制药设备制造要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

一种高硫316L不锈钢，其特点是：按质量百分比计，高硫316L不锈钢的成分包括：C≤0.03；Si:0.4～0.6；Mn:1.3～1.5；P≤0.04；S：0.005～0.015；Cr：16.5～17.0；Ni：10.01～10.04；N≤0.03；Mo：2.0～2.2；Al≤0.008；Ca≤0.0010；O≤0.002；余量为Fe和其他不可避免的杂质元素；其中P+S≤0.055；δ-ferrite为7％～10％；所述高硫316L不锈钢的Ys≥240MPa,Ts530～680MPa,El≥40％，维氏硬度≤180HV；其制备工艺包括：

在冶炼及连铸工艺中控制：S：0.005％～0.015％；Al≤80ppm；Ca≤10ppm；O≤20ppm；

AOD出钢温度1660-1685℃，T/D温度1490-1510℃，连铸线速度0.80-1.20mpm，连铸二冷水比重0.96L/(kg*min)，优化板坯升温曲线，避免板坯裂纹缺陷；AOD冶炼温度过高时包括Ca、Si及其他金属在内的合金会加剧氧化，降低AOD冶炼温度可降低钢水中的含氧量，从而降低产品的非金属氧化物含量；

分段碱度控制提高纯净度技术，VD特别冶炼工艺导入，提高产品纯净度并调整夹杂物成分及大小，防止制钢性夹杂缺陷。

热轧的加热炉抽出温度≤1200℃，在炉时间≥200Min,精轧采用9道次轧制工艺，各道次压下率依次为：8.9％、10％、16.5％、20％、24％、25％、27％、24％、21％。

冷轧采用7道次压延，各道次的压下率依次为：21％、17％、15％、、13％、11％、10.5％、10％。最终不锈钢带的厚度为4～5mm。

实施例1

高硫316L不锈钢，按质量百分比计，高硫316L不锈钢的成分包括：C≤0.03；Si:0.4～0.6；Mn:1.3～1.5；P≤0.04；S：0.005～0.015；Cr：16.5～17.0；Ni：10.01～10.04；N≤0.03；Mo：2.0～2.2；Al≤0.008；Ca≤0.0010；O≤0.002；余量为Fe和其他不可避免的杂质元素；其中P+S≤0.055；δ-ferrite为8.3％；

在冶炼及连铸工艺中控制：S：138ppm；Al≤80ppm；Ca6ppm；O≤20ppm；N143ppm；Si0.5％；

AOD出钢温度1663℃，T/D温度1505℃，连铸线速度0.83-1.00mpm，连铸二冷水比重0.96L/(kg*min)。

热轧的加热炉抽出温度≤1200℃，在炉时间≥200Min,精轧采用9道次轧制工艺，各道次压下率依次为：8.9％、10％、16.5％、20％、24％、25％、27％、24％、21％。

冷轧采用7道次压延，各道次的压下率依次为：21％、17％、15％、、13％、11％、10.5％、10％。最终不锈钢带的厚度为4～5mm。

使用实施例1制备的高硫316L不锈钢进行焊接，焊接时熔渣少、焊缝表面灰点少、电解抛光没有麻点，焊接质量优，满足生物制药设备制造要求。

实施例2

高硫316L不锈钢，按质量百分比计，高硫316L不锈钢的成分包括：C≤0.03；Si:0.4～0.6；Mn:1.3～1.5；P≤0.04；S：0.005～0.015；Cr：16.5～17.0；Ni：10.01～10.04；N≤0.03；Mo：2.0～2.2；Al≤0.008；Ca≤0.0010；O≤0.002；余量为Fe和其他不可避免的杂质元素；其中P+S≤0.055；δ-ferrite为9.1％；

在冶炼及连铸工艺中控制：S：105ppm；Al≤80ppm；Ca8ppm；O17ppm；N129ppm；Si0.473％；

AOD出钢温度1684℃，T/D温度1494℃，连铸线速度1.00-1.17mpm，连铸二冷水比重0.96L/(kg*min)。

热轧的加热炉抽出温度≤1200℃，在炉时间≥200Min,精轧采用9道次轧制工艺，各道次压下率依次为：8.9％、10％、16.5％、20％、24％、25％、27％、24％、21％。

冷轧采用7道次压延，各道次的压下率依次为：21％、17％、15％、、13％、11％、10.5％、10％。最终不锈钢带的厚度为4～5mm。

使用实施例2制备的高硫316L不锈钢进行焊接，焊接时熔渣少、焊缝表面灰点少、电解抛光没有麻点，焊接质量优，满足生物制药设备制造要求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。