CN101538683A - 具有优良成型性的铁素体不锈钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
具有优良成型性的铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤：a)其成分质量百分比为：C≤0.015，Si≤1.0，Mn≤1.0，P≤0.050，S0.01，Al≤0.3，Cr＝15～23，N＝0.005～0.015，Ti＝0.05～0.30且Ti/(4C+3.43N)＝2～5，Nb＝0.005～0.10，余量为Fe和不可避免杂质；b)按上述成分冶炼、铸造成钢坯；c)钢坯加热，加热温度：1000～1250℃；d)热轧，终轧温度800℃以上；e)卷取，卷取温度600～800℃；f)酸洗、冷轧，钢板经酸洗后进行冷轧；g)成品退火，退火温度均≤1060℃。本发明通过对成分、方法的改进，具有生产成本低、工艺易于控制等特点，生产的钢板具有良好的成型性和耐蚀性，能够满足家电和制品等的加工需要。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢冶炼领域，特别涉及一种具有优良成型性的铁素体不锈钢及其制造方法。
背景技术
铁素体不锈钢是铬系不锈钢，其室温组织为铁素体，主要用于制造耐用装饰品、家电和厨卫制品等。与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢具有成本低(因为不加镍或加入很少的镍等)、耐蚀性好等优点，但其成型性较奥氏体差。为了提高铁素体不锈钢的成型性，通过降低钢中的碳氮含量，同时加入一些合金元素如钛和铌来固定碳氮可以大大提高钢板的成型性和耐蚀性，超纯铁素体不锈钢的适用范围相对于普通的铁素体来说更大，完全可以替代部分奥氏体不锈钢。因此，人们针对钛铌等合金化稳定的超纯铁素体不锈钢做了不少研究工作，并已经申报了一些专利。
新日铁公司中国专利申请号CN97190205.4公开了一种低铬(10.0～12.5Cr)超纯铁素体不锈钢，依靠钛铌双稳定元素与碳、氮形成化合物，防止形成Cr23C6。专利CN02804641.2、JP10121205和CN98801478.5中在加钛的基础上分别采用加钒和钼的方法。在日本专利JP2003138347中，不仅加镍而且加入较高含量的钛铌。日新制钢的专利CN200410046247.3中加入的铌量很高(0.10～0.50％)，还加入钛等其它合金。
新日铁专利的低铬超纯铁素体不锈钢由于含铬低耐蚀性较差，适用的场合有很大的局限性。在不锈钢中为了提高耐蚀性加钼是十分常见的，但钼是贵重合金元素，加钼会显著地提高钢的成本，如果不是必需的话，在钢中尽量地的少加或不加。加钒的主要目的同加钛和铌一样就是为了固定钢中的碳、氮原子，钛和铌是强碳、氮化物的形成元素，但加铌显著提高了钢的再结晶温度，钒虽然既可以和碳又可以和氮形成化合物，但不如钛和铌的效果强。加铌量如果太高，钢的再结晶温度提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良成型性的铁素体不锈钢及其制造方法，通过对成分和工艺的改进，制造出具有优良的成型性和耐蚀性的铁素体不锈钢板。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
具有优良成型性的铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：C≤0.015，Si≤1.0，Mn≤1.0，P≤0.050，S≤0.01，Al≤0.3，Cr＝15～23，N＝0.005～0.015，Ti＝0.05～0.30且Ti/(4C+3.43N)＝2～5，Nb＝0.005～0.10，余量为Fe和为不可避免的杂质。
碳：不高于0.015％。一般地，随着含碳量提高，钢的强度上升，成型性下降。碳可能与铬反应形成Cr23C6和Cr7C3，而且碳含量越高碳与铬形成铬的碳化物的可能性也越大，铬的碳化物的形成会在钢中形成贫铬区，使钢的耐蚀性大大下降。避免形成这些化合物，要尽量降低钢中的碳，同时还依赖加钛和铌等强碳化物形成元素。钛和铌的加入使碳优先和钛、铌形成化合物，避免与铬形成化合物。因此，钛和铌的加入量与钢中的碳含量有关，碳含量越高，需加入的钛和铌量也越高，但是当碳、钛和铌的含量提高时，钛和铌的碳化物形成温度也相应提高，这样形成的化合物颗粒变得粗大，不仅提高合金成本而且形成的粗大颗粒会损害钢板的成型性。
氮：氮和碳一样也是一种间隙原子具有固溶强化作用，氮也是一种有益的元素。当钢中加入强氮化物形成元素如钛和铌时很容易形成钛和铌的化合物。为了完全固定氮，通常要加入过量的钛和铌等合金元素，氮含量越高需要的钛和铌也越高。但是，一方面会提高合金成本，另一方面当氮和合金元素含量提高时，氮与钛和铌形成的化合物的温度提高，形成的颗粒也会更加粗大，因此会损害钢的延展性。
钛：它是强碳、氮化合物的形成元素，过量的钛能够完全固定碳、氮原子，有利于提高成型性和耐蚀性。根据化学当量计算，理论上要固定碳和氮所需要的钛量等于4C+3.43N，实际上通常要添加过量的钛才能完全固定碳和氮。因此，当Ti＝0.05～0.30％且Ti/(4C+3.43N)＝2～5时，完全满足了固定碳和氮的要求。如果加钛量超过这个范围时，过高的钛不仅提高了生产成本而且会损害钢板的表面质量，含钛超过0.30％的钢在生产上难度较大。
铌：铌和钛一样起着稳定碳和氮的作用，铌也会固溶于基体中。通常在加铌的超纯铁素体不锈钢中，多采用单加铌或铌、钛复合添加的方法。在复合添加铌和钛的钢中，由于加入较多的铌因此显著地提高了钢的再结晶温度。本发明中，钛和铌都是强碳、氮化合物的形成元素，但相对而言，钛的化合物析出温度更高，因此一般钢中的氮先于钛结合形成氮化钛，然后是碳和钛以及铌和氮的化合等。当钢中钛含量较高时，碳氮主要与钛化合，因此不需要加入过多的铌，另一方面也可以降低钢的再结晶温度，另外加入微量的铌有利于提高钢的成型性特别是改善钢的各向异性，而且也可以避免因加入过多的钛而带来生产上的麻烦。铌的加入范围为0.005～0.10％。
锰：锰既是脱氧元素又是固溶强化元素，在本发明钢中主要做为脱氧元素。锰含量提高会显著提高钢的强度，也会损害钢的成型性，因此其含量控制在不大于1％的范围之内。
铝：铝是一种强脱氧元素。以铝脱氧可以有效地降低钢中的氧含量，这样一方面减少了钢中的氧化物夹杂，另一方面也减少了钛与氧的反应，提高了钛合金的收得率。钢中最高加入0.3％的铝完全能够满足脱氧的要求，过多的铝在钢水浇铸过程中容易发生水口堵塞。
硅：硅是主要作为脱氧剂加入到钢中的，同时硅也是一种合金元素，起着固溶强化作用。在提高抗高温氧化性能方面硅也有明显的作用。但是，钢中硅含量高延展性变差，因此从提高铁素体不锈钢的可加工性考虑，其含量控制在不大于1％的范围之内。
磷：磷是有害元素，因此根据生产控制水平尽量地降低。
硫：硫也是一种有害元素，硫化物在钢中不仅会产生热脆而且会降低钢的耐蚀性，特别是对钢的耐蚀性危害很大。通常硫的含量控制在低于0.01％以避免硫的有害作用范围内。
铬：为了保证不锈钢的耐蚀性，铬含量控制在15～23％，铬含量过高时，一方面会明显提高成本，另一方面会损害钢的成型性。
本发明具有优良成型性的铁素体不锈钢的制造方法，包括如下步骤：
a)其成分质量百分比为：C≤0.015，Si≤1.0，Mn≤1.0，P≤0.050，S≤0.01，Al≤0.3，Cr＝15～23，N＝0.005～0.015，Ti＝0.05～0.30且Ti/(4C+3.43N)＝2～5，Nb＝0.005～0.10，余量为Fe和不可避免的杂质；
b)按上述成分冶炼、铸造成钢坯；
c)钢坯加热，加热温度：1000～1250℃；
d)热轧，终轧温度：800℃以上；
e)卷取，卷取温度：600～800℃；
f)酸洗、冷轧，钢板经酸洗后进行冷轧；
g)成品退火，退火温度≤1060℃。
又，步骤d)热轧后热轧板退火，退火温度：700～1050℃。
另外，步骤f)冷轧过程中进行中间退火，退火温度≤1060℃。
钢坯或连铸坯在1000～1250℃温度范围内加热，使铁素体组织均匀化，保证钢坯或连铸坯有足够的可延展性，另一方面钛、铌的化合物会部分溶解。
在800℃以上完成热轧终轧，较高的终轧温度会部分消除加工硬化。
热轧后退火，在700～1050℃较高的温度范围内退火，使得热轧后的组织基本上完成再结晶，完全消除加工硬化。
冷轧板最终退火的目的是为了完成轧后组织的再结晶和晶粒长大，实现再结晶织构的充分发展，以获得具有优良成型性能的钢板。退火温度为不高于1060℃。
冷轧中间退火的目的同最终退火一样，是为了完成冷轧纤维组织的再结晶和晶粒长大，并形成有利的再结晶织构。经过中间退火的钢板在经过二次冷轧和最终退火后，会形成更强的有利织构，钢板的成型性能会得到提高。
本发明采用加钛和微铌处理的方法，目的在于微铌处理后铌可以提高钢的成型性能特别是改善钢板沿对角线方向的性能，而一般来说这个方向上的性能是最差的。同时微铌处理不会造成钢的再结晶温度的显著提高。
微铌处理钢在工艺上具有与不加铌钢一样的优势，在热轧后可以省略热轧退火工艺。
本发明的有益效果
本发明通过对成分、方法的改进，具有生产成本低、工艺易于控制等特点，生产的钢板具有良好的成型性和耐蚀性，能够满足家电和制品等的加工需要。
具体实施方式
本发明实施例的化学成分和工艺分别参见表2、表3：
表2 单位：wt，％
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Al | Cr | N | Ti | Nb | Ti/(4C+3.43N) | Fe |
| 1 | 0.003 | 0.4 | 0.4 | 0.01 | 0.003 | 0.02 | 16.5 | 0.005 | 0.08 | 0.09 | 2.7 | 余量 |
| 2 | 0.005 | 0.5 | 0.3 | 0.01 | 0.010 | 0.10 | 17.1 | 0.012 | 0.20 | 0.10 | 3.3 | 余量 |
| 3 | 0.015 | 1.0 | 0.5 | 0.05 | 0.008 | 0.05 | 15.0 | 0.015 | 0.25 | 0.05 | 22 | 余量 |
| 4 | 0.010 | 0.1 | 1.0 | 0.02 | 0.005 | 0.05 | 16.5 | 0.008 | 0.20 | 0.09 | 3.0 | 余量 |
| 5 | 0.003 | 0.1 | 0.1 | 0.03 | 0.002 | 0.30 | 23.0 | 0.014 | 0.30 | 0.005 | 5.0 | 余量 |
| 6 | 0.002 | 0.3 | 0.4 | 0.01 | 0.003 | 0.05 | 16.5 | 0.005 | 0.05 | 0.10 | 2.0 | 余量 |
| 7 | 0.005 | 0.4 | 0.3 | 0.02 | 0.002 | 0.02 | 17.0 | 0.012 | 0.20 | 0.05 | 3.3 | 余量 |
| 8 | 0.010 | 0.8 | 0.8 | 0.02 | 0.003 | 0.05 | 17.0 | 0.015 | 0.25 | 0.005 | 2.7 | 余量 |
表3
| 实施例 | 加热温度℃ | 终轧温度℃ | 卷取温度℃ | 热轧退火工艺 | 冷轧压下率％ | 冷轧退火 |
| 1 | 1050 | 950 | 750 | 1050℃×1min | 75 | 最终退火：950℃×3min |
| 2 | 1250 | 980 | 750 | 未退火 | 65 | 最终退火：1020℃×2min |
| 3 | 1100 | 900 | 720 | 1000℃×2min | 5050 | 冷轧中间退火：1000℃×2min最终退火：1000℃×2min |
| 4 | 1150 | 850 | 650 | 850℃×15h | 80 | 最终退火：1050℃×2min |
| 5 | 1000 | 800 | 600 | 700℃×15h | 75 | 最终退火：950℃×3min |
| 6 | 1150 | 850 | 700 | 850℃×15h | 80 | 最终退火：1050℃×2min |
| 7 | 1150 | 900 | 700 | 850℃×15h | 80 | 最终退火：1050℃×2min |
| 8 | 1100 | 900 | 720 | 1000℃×2min | 75 | 最终退火：950℃×3min |
表4
| 实施例 | Rp0.2MPa | RmMPa | A50％ | n | r |
| 1 | 295 | 433 | 41.5 | 0.22 | 2.20 |
| 2 | 280 | 420 | 39.0 | 0.22 | 2.25 |
| 3 | 320 | 460 | 39.5 | 0.21 | 2.10 |
| 4 | 315 | 440 | 40.5 | 0.23 | 1.95 |
| 5 | 290 | 425 | 38.8 | 0.22 | 1.75 |
| 6 | 295 | 430 | 39.5 | 0.21 | 1.95 |
| 7 | 280 | 425 | 39.0 | 0.22 | 2.00 |
| 8 | 300 | 435 | 42.0 | 0.23 | 2.25 |
按上述成分和工艺参数要求加工钢板。在成品钢板上取样，拉伸试样分别沿平行于轧向、垂直于轧向和呈对角线方向取样。试样按JIS 5#加工，即标距长度为50mm。根据三个方向的拉伸性能计算其平均值，成品性能如表4。
由表4可见，实施例成品样板的延伸率均大于38％，r值大于等于1.7，具有良好的成型性，经测试其耐点蚀性能优于传统的430，能够满足家电和制品等的深冲加工要求，而且具有生产成本低、工艺易于控制等特点。
本发明钢具有优良的成型性和耐蚀性，适用于制做耐用装饰品、家电和厨卫制品等，具有生产成本低、工艺易于控制等特点。
Claims (4)
1.具有优良成型性的铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：C≤0.015，Si≤1.0，Mn≤1.0，P≤0.050，S≤0.01，Al≤0.3，Cr＝15～23，N＝0.005～0.015，Ti＝0.05～0.30且Ti/(4C+3.43N)＝2～5，Nb＝0.005～0.10，余量为Fe和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的具有优良成型性的铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤：
a)其成分质量百分比为：C≤0.015，Si≤1.0，Mn≤1.0，P≤0.050，S≤0.01，Al≤0.3，Cr＝15～23，N＝0.005～0.015，Ti＝0.05～0.30且Ti/(4C+3.43N)＝2～5，Nb＝0.005～0.10，余量为Fe和不可避免的杂质；
b)按上述成分冶炼、铸造成钢坯；
c)钢坯加热，加热温度：1000～1250℃；
d)热轧，终轧温度：800℃以上；
e)卷取，卷取温度：600～800℃；
f)酸洗、冷轧，钢板经酸洗后进行冷轧；
g)成品退火，退火温度≤1060℃。
3.如权利要求2所述的具有优良成型性的铁素体不锈钢的制造方法，其特征是，步骤d)热轧后退火，热轧板经过退火，退火温度：700～1050℃。
4.如权利要求3所述的具有优良成型性的铁素体不锈钢的制造方法，其特征是，步骤f)冷轧过程中进行中间退火，退火温度≤1060℃。
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