專利名稱：：一種高鉻鐵素體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種不銹鋼，特別涉及一種鐵素體不銹鋼。
背景技術(shù)：
：隨著金屬Ni價格的飆升，奧氏體不銹鋼的價格也隨之不斷攀升，開發(fā)成本低且具有優(yōu)良耐蝕性和冷成型性的鐵素體不銹鋼成為目前不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)的重要課題。鐵素體不銹鋼不含Ni或僅含少量Ni，價格低廉，除具有不銹性和耐一般腐蝕性能外，其耐氯化物應(yīng)力腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕等局部腐蝕性能優(yōu)良，在家電工業(yè)、汽車工業(yè)、房屋建筑、石化和環(huán)保等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和廣闊的發(fā)展前景。傳統(tǒng)的鐵素體不銹鋼具有脆性轉(zhuǎn)變溫度高、缺口敏感性大、焊后耐蝕性下降、冷加工過程中易產(chǎn)生皺褶等缺點，限制了其進一步擴大應(yīng)用。采用現(xiàn)代先進的不銹鋼冶煉技術(shù)，可使典型的雜質(zhì)元素C、N含量大幅度地降低，所生產(chǎn)的低C、N(C+N《0.04%)鐵素體不銹鋼同傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼相比，性能上的某些不足之處已經(jīng)得到了很大程度的克服和相當(dāng)圓滿的解決，顯示了優(yōu)良耐腐蝕性、成型性和焊接性等。除超低(C+N)化外，還可采用Ti和Nb進行穩(wěn)定化，并根據(jù)使用的腐蝕環(huán)境加入不同的Cr，同時按需要加入Mo和Cu來提高鐵素體不銹鋼的耐蝕性。但是，添加Mo將顯著增加鋼的制造成本。鋼的成型性大體上可用Lankford指數(shù)r值來表示，r值越高，則表示成型性越好。提高鐵素體不銹鋼r值的方法與IF鋼類似。為了能在最終制品中獲得發(fā)達的{111}〈112〉取向，冷軋之前應(yīng)降低鋼中固溶的C、N含量；在采用精煉技術(shù)盡可能減少C、N含量的同時，加入Nb、Ti進行穩(wěn)定化處理，并在鑄錠或連鑄板坯中獲得較高的等軸晶比例。在表l列出的專利中，有的專利采用了Nb、Ti穩(wěn)定化元素，或單一穩(wěn)定化或雙穩(wěn)定化，有的甚至添加貴重合金元素Mo。專利US5512239和JP03-002330除采用Nb、Ti雙穩(wěn)定化外，還添加了Mo;專利US4374683添加了0.12%Cu，并采用Nb單一穩(wěn)定化；專利JP10017999采用了Nb、Ti雙穩(wěn)定化；但沒有添加Cu;專利JP1986051012則采用Nb單一穩(wěn)定化，并添加了Cu。表l有關(guān)高耐腐蝕性鐵素體不銹鋼專利的化學(xué)成分比較/wt呢<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過提供一種高鉻鐵素體不銹鋼及其制造方法，改善連鑄水口結(jié)瘤情況和連鑄坯表面質(zhì)量，降低連鑄坯修磨強度，提高金屬收得率，減輕冶煉強度和冶煉成本，使生產(chǎn)出的鐵素體不銹鋼具有較強的耐腐蝕性能、較高的塑性和良好的深拉深性能。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種高鉻鐵素體不銹鋼，包含如下重量百分配比的化學(xué)元素C《0.015，N《0.020，Si《l.0，Mn《l.0，P《0.035，S《0.010，Cr:2025，Cu:0.300,50，Ti+Nb《0.5，且滿足(Ti/48+Nb/93)/(C/12+N/14)〉1.5，殘余元素為Fe。Cr的作用Cr是不銹鋼中最重要的合金元素，隨著Cr含量的增加，不銹鋼在氧化性酸介質(zhì)中耐蝕性、在Cl-溶液中耐應(yīng)力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕能力均顯著提高。為保證所開發(fā)鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性能與奧氏體不銹鋼SUS304相當(dāng)，鋼中Cr含量至少要高于SUS304中的Cr含量。另外，在高Cr鐵素體不銹鋼(Cr>25%)中，易形成ci，、o、x等金屬間化合物，不僅降低鋼的耐腐蝕性，而且降低鋼的韌性、塑性、冷成形性和焊接性，故Cr含量不宜過高。本發(fā)明中鐵素體不銹鋼的Cr含量限制在2025。/。之間。CU的作用CU可以提高不銹鋼的塑性和耐腐蝕性，顯著提高鐵素體不銹鋼的冷成型性能。過多的Cu容易在退火時以e-Cu析出，導(dǎo)致冷加工性能和耐腐蝕性能的下降。因此，Cu含量限制在0.30.5。/。之間。Nb、Ti的作用Nb、Ti與C、N具有很強的化合作用，通過形成穩(wěn)定的(TiNb)(CN)化合物，防止由于形成Cr的C化合物而引起的Cr濃度降低而導(dǎo)致的耐蝕性的下降。一般地，固定鋼中C、N原子所需的最少含量應(yīng)滿足(Ti/48+Nb/93)/(C/12+N/14)〉1.5。Nb和Ti作為鋼中的穩(wěn)定化元素，作用有所差異。Ti穩(wěn)定化的作用是，通過在連鑄坯凝固過程中析出TiN第二相顆粒，一方面由于固定住了鋼中的N，減小Cr2N的析出傾向，從而提高了鋼的塑性、韌性以及耐腐蝕性能，另一方面TiN作為形核質(zhì)點增加了連鑄坯中等軸晶的比例，從而改善成型性，其余的Ti或以TiC顆粒存在或固溶于鋼中。Nb、Ti和N的親和力大于Nb，而Nb與C的親和力大于Ti，所形成的TiN和NbCN的析出溫度不同，TiN在鋼液中析出可作為異質(zhì)形核核心促進晶粒細化、提高等軸晶比例，從而改善最終產(chǎn)品的成型性能。TiN阻止焊接時的晶粒長大，從而改善力學(xué)性能；超過化學(xué)配比外的剩余的Ti可進一步固定焊縫中的游離N，從而改善焊縫的耐晶間腐蝕性能和力學(xué)性能。Nb固定鋼中的C，避免了M23C6在晶界上的析出，從而顯著提高耐晶間腐蝕性能；超過化學(xué)配比外的剩余的Nb可提高鈍化膜中Cr的含量，在一定程度上改善鋼的耐腐蝕性能。鐵素體不銹鋼中添加過多的Nb和Ti會降低母材和焊接接頭的韌性和加工性能，因而規(guī)定Nb+Ti《0.5%。本發(fā)明采用Nb、Ti雙穩(wěn)定化后，C+N只需控制在小于0.035。/。，即可保證耐腐蝕性能達到與奧氏體不銹鋼SUS304相當(dāng)?shù)乃?，而無需將C+N降至小于0.015%，從而減輕了冶煉強度和冶煉成本。C的作用C在鐵素體不銹鋼中為有害元素。由于合金中Cr含量很高，且鐵素體中C的溶解度比奧氏體中低得多，因而容易在晶界上析出M23C6。如在高于80(TC以上析出，多以顆粒狀在晶界形成，對脆性影響不大如在600700t:時，則多在晶界上以網(wǎng)狀析出，使合金變脆。M23C6在晶界上以網(wǎng)狀的析出速度很快，不僅使合金變脆，且因晶界貧Cr而引起嚴重的晶界腐蝕。因此，為改善鐵素體不銹鋼的耐晶間腐蝕性能和韌性，必須通過冶煉降低C含量或采用強C、N化合物形成元素加以固定。N的作用N作為間隙元素，在鐵素體中的溶解度也很低，在合金Cr含量較高時，容易生成Cr2N而降低鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性能和韌性，因此，必須通過冶煉盡量去除。Si的作用Si在不銹鋼中可用作脫氧劑、還原劑，能有效地提高不銹鋼的高溫抗氧化性能，但過多的Si會導(dǎo)致鋼的塑性下降。規(guī)定Si《l.(B。Mn的作用Mn為擴大奧氏體區(qū)元素，在鐵素體不銹鋼中過量的Mn會導(dǎo)致雙相組織而使加工性能變差。規(guī)定Mn《1.0呢。P、S的作用P、S在鋼中為雜質(zhì)元素，降低鋼的高溫塑性，在鐵素體不銹鋼熱加工過程中，易和其他因素一起作用而導(dǎo)致邊裂等缺陷。此外，S還會降低鐵素體不銹鋼的耐點蝕性能。因此，應(yīng)盡量降低其含量。一種高絡(luò)鐵素體不銹鋼的制造方法，包含以下步驟(1)按照下列化學(xué)元素重量百分配比冶煉鋼水C《0.015，歸.020，Si《1.0，Mn《1.0，P《0.035，S《0.010，Cr:2025，Cu:0.300.50，Ti+Nb《0.5，且滿足(Ti/48+Nb/93)/(C/12+N/14)〉1.5，殘余元素為Fe。(2)將冶煉后的鋼水連鑄或模鑄，模鑄后初軋成鋼坯；連鑄過程中，進行電磁攪拌，通過在凝固末端的電磁攪拌，再配合TiN作為異質(zhì)形核質(zhì)點，使等軸區(qū)比例增大至50%以上，以改善成型性。為使最終產(chǎn)品獲得充分再結(jié)晶的組織，必須細化鑄態(tài)下的顯微組織，利用TiN可促進異質(zhì)核心的生成，阻斷柱狀晶的發(fā)展，因而能達到凝固組織微細化的目的。(3)軋制連鑄坯或鋼坯加熱至1050110(TC，保溫后進行軋制，鋼板終軋溫度80095(TC，軋后分段冷卻至巻取溫度550750。C;連鑄坯或鋼坯在1050110CTC的溫度下加熱，可獲得均勻的、無明顯粗化長大的單相鐵素體組織。加熱溫度超過晶粒粗化溫度時，鋼中的NbCN等第二相將發(fā)生溶解，晶界釘扎作用的消失導(dǎo)致晶粒顯著長大。由于隨后熱加工過程中不存在相轉(zhuǎn)變，粗大的組織不能得到有效的細化，將影響鋼的最終性能。因此，加熱溫度不得超過晶粒粗化溫度。鋼坯在粗軋前除鱗，在熱軋、冷卻、巻取過程中，應(yīng)避免Ti和Nb以C、N化合物的形式析出，而做到這一點，必須控制加熱溫度低于110(TC，避免加熱時TiCN、NbCN發(fā)生溶解，即軋制過程應(yīng)在鋼中不存在間隙原子的情形下來進行，以獲得有利的再結(jié)晶織構(gòu)。降低終軋溫度和巻取溫度有利于在隨后的酸洗退火中獲得充分再結(jié)晶的和含有較低{100}〈011〉織構(gòu)組分的鐵素體晶粒，從而提高成型性。(4)連續(xù)退火溫度850950。C，保溫時間11.5min/誦；鋼板在連續(xù)退火機組上進行退火，升溫和降溫曲線與其他鐵素體不銹鋼相同。應(yīng)避免熱軋退火時抑制再結(jié)晶的彌散第二相的析出，而這可通過在鑄坯冷卻過程中析出Ti、Nb的C、N化物并聚合長大、控制加熱溫度使之不產(chǎn)生溶解來實現(xiàn)。(5)去除氧化皮。(6)冷軋冷軋壓下量60%75%。(7)再結(jié)晶連續(xù)退火溫度80095(TC，保溫時間l1.5min/mm;連續(xù)退火時，采用的退火溫度為900950。C，保溫時間l1.5min/腿。較高的退火溫度可以提高鋼的塑性和塑性應(yīng)變比r值。(8)平整，平整可在拉矯機或平整機上進行，它不僅能消除鋼板的屈服現(xiàn)象，還可改善鋼板的表面質(zhì)量。優(yōu)選地，所述步驟(3)中，鋼板加熱后保溫時間為170220min。優(yōu)選地，所述步驟(3)中，鋼板的終軋溫度為85(TC。優(yōu)選地，所述步驟(3)中，軋后鋼板的冷卻速度》15tVs。優(yōu)選地，所述步驟(5)中，采用酸洗或者噴砂的方法去除氧化皮。用酸洗方法去除氧化皮時，采用稀鹽酸、稀硫酸進行酸洗，可以清除鋼板表面的氧化鐵皮，保證鋼板表面質(zhì)量。優(yōu)選地，所述步驟(6)中，冷軋壓下量為75%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果1.通過Nb和Ti雙穩(wěn)定化代替Ti單一穩(wěn)定化，顯著改善了連鑄水口結(jié)瘤情況和連鑄坯表面質(zhì)量，降低了連鑄坯修磨強度，提高了金屬收得率；同時也減輕了冶煉強度和冶煉成本。2.通過控制熱軋工藝和冷軋退火工藝來控制Nb、Ti第二相粒子的數(shù)量和尺寸等途徑，使高鉻鐵素體不銹鋼兼有良好的耐腐蝕性能和冷加工性能。3.通過提高鐵素體不銹鋼中的Cr含量，改善了鋼的耐腐蝕性能。4.在力學(xué)性能和成型性方面，由于采用了低溫加熱、低溫軋制、低溫巻取和合理的冷軋退火制度，本發(fā)明鋼具有比日本專利JP10017999高得多的r值(大于1.45)，(JP10017999專利中采用較高的巻取溫度，r值僅為1.0左右)。5.本發(fā)明鋼中不含Ni、Mo等貴重合金元素，具有良好的耐腐蝕性能，同時具有良好的塑性和成型性，適用于家電、制品、建筑等行業(yè)，市場競爭力強，具有良好的發(fā)展前景。圖1為本發(fā)明實施例B鋼在90(TC退火后金相組織。圖2為本發(fā)明實施例B鋼在950。C退火后金相組織。圖3為本發(fā)明對比例#3鋼在90(TC退火后金相組織。圖4為本發(fā)明對比例#3鋼在95(TC退火后金相組織。圖5為本發(fā)明對比例D鋼再結(jié)晶連續(xù)退火后棒狀TiC析出相電鏡照片。圖6為本發(fā)明對比例D鋼再結(jié)晶連續(xù)退火后球狀TiC析出相電鏡照片。圖7為實施例A連續(xù)退火后(Nb。.83Ti。.17)(N。.77C。.。5)析出相的電鏡照片。圖8為實施例B連續(xù)退火后(Nb。.83Ti(u7)(化.77(:().。5)析出相的電鏡照片。圖9為實施例A連續(xù)退火后(Nb。.83Ti。.17)(NQ.77C。.J析出相的選區(qū)衍射圖譜。圖10為實施例和對比例的極化曲線圖。圖11為實施例鋼E與對比鋼SUS304循環(huán)腐蝕結(jié)果對比示意圖。具體實施例方式比較例#3、C、D鋼與實施例A、B、E、F、G的化學(xué)成分(wt/%)見表2。其中ft3和C、D鋼作為比較例采用了Ti單一穩(wěn)定化，實施例A、B、E、F和G鋼采用Nb、Ti雙穩(wěn)定化。表2對比例及實施例的化學(xué)成分(wt/%)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實施例A、B、E、F、G和比較例tt3、C、D不同開軋溫度、終軋溫度、巻取溫度、熱軋退火溫度和冷軋退火溫度等對發(fā)明鋼力學(xué)性能的影響如表3所示。由表3可以看出，降低終軋溫度、巻取溫度、提高退火溫度可降低鋼的屈服強度和抗拉強度，提高延伸率和r值；當(dāng)采用較高的退火溫度如90(TC以上溫度時，可得到很高的延伸率和r值。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>實施例B同比較例#3的冷軋退火后的金相組織和析出相的透射電鏡照片分別見圖l、圖2、圖3和圖4。由圖1到圖4可以看出，在90(TC以上溫度退火時，發(fā)生了充分的再結(jié)晶，晶粒大小較均勻一致。由圖5和圖6可以看出，在Ti單一穩(wěn)定化的鋼中，析出相為TiN、棒狀和球狀的TiC。圖7、圖8分別為實施例A、B連續(xù)退火后其中的(NW83Ti(,.i7)(N。.77C。.。5)析出相的透射電鏡照片，圖9為實施例A連續(xù)退火后(Nb。.83Ti。.n)(N。.77C。.。5)析出相的選區(qū)衍射圖譜，由此可見，在Nb、Ti雙穩(wěn)定化鋼中，除粗大的TiN析出相外，還存在大量的NbCN顆粒。實施例A、B和對比例C、D、#3、JFE443CT、SUS304的極化曲線以及點蝕擊穿電位與化學(xué)成分關(guān)系分別見圖10和表4。表4點蝕電位Ep(V)與化學(xué)成分的關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表4中不同的試樣編號代表不同的熱履歷，第一個數(shù)字或字母表示鋼級，3-1、3-2和3-4表示對比例ft3鋼經(jīng)過不同終軋溫度950。C、900°C、800。C軋制的試樣，而隨后的冷軋和連續(xù)退火工藝則完全相同。Al、A12、Bl、B12、Cl、C12、D1和D12中第一個字母表示實施例A、B和對比例C、D，數(shù)字"1"和"12"表示巻取溫度同為650°C，但熱軋退火工藝不同，前者表示罩式爐退火，后者表示連續(xù)退火，而隨后的冷軋連續(xù)退火工藝相同。由圖10和表4可以看出，點蝕擊穿電位的大小按JFE443CT，SUS304,D，C，A，B，#3順序依次增加，這說明實施例的耐點腐蝕能力優(yōu)于JFE443CT實物；從化學(xué)成分看，#3鋼與JFE443CT和D成分鋼相比，其他合金元素含量幾乎相同，但前者的C+N含量較低(123卯m)，點蝕電位最高，這說明降低鐵素體不銹鋼中的C+N含量有利于改善其耐點蝕能力。當(dāng)A和B成分鋼采用Nb+Ti復(fù)合穩(wěn)定化，即用0.10-0.20%Nb替代部分Ti時，即使C+N含量高達236ppm和246卯m，其點蝕電位也高于SUS304以及C+N含量低但僅采用Ti單一穩(wěn)定化的JFE443CT和D成分鋼，且Nb含量越高，點蝕電位越高，這說明Nb可以提高鐵素體不銹鋼的點蝕電位，Nb、Ti雙穩(wěn)定化鐵素體不銹鋼的耐點蝕性能優(yōu)于Ti單一穩(wěn)定化的鐵素體不銹鋼。圖11為實施例鋼E與對比鋼SUS304循環(huán)腐蝕結(jié)果。試驗試樣為貼OO拋光表面，每個試驗周期如下噴鹽(5%NaCl，35°C，2小時)一干(60°C，4小時)一濕(40°C，2小時)，共試驗30個周期?？梢钥闯觯琒US304在30個周期試驗后，局部存在銹蝕斑，表明已經(jīng)發(fā)生腐蝕，而所發(fā)明鋼，基本上還未發(fā)生腐蝕。因此，本發(fā)明鋼的耐腐蝕性能略優(yōu)于SUS304。權(quán)利要求1.一種高鉻鐵素體不銹鋼，其特征在于包含如下重量百分配比的化學(xué)元素C≤0.015，N≤0.020，Si≤1.0，Mn≤1.0，P≤0.035，S≤0.010，Cr20～25，Cu0.30～0.50，Ti+Nb≤0.5，且滿足(Ti/48+Nb/93)/(C/12+N/14)>1.5，殘余元素為Fe。2.—種如權(quán)利要求1所述的高鉻鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于包含以下步驟(1)按照下列化學(xué)元素重量百分配比冶煉鋼水C《0.015，N《0.020，S:Kl.O，Mn《1.0，P《0.035，S《0.010，Cr:2025，Cu:0.300.50，Ti+Nb《0.5，且滿足(Ti/48+Nb/93)/(C/12+N/14)〉1.5，殘余元素為Fe;(2)連鑄或模鑄，模鑄后初軋成鋼坯；(3)軋制連鑄坯或鋼坯加熱至1050110(TC，保溫后進行軋制，鋼板終軋溫度80(TC95(TC，軋后分段冷卻至巻取溫度550750°C;(4)連續(xù)退火溫度850950。C，保溫時間11.5min/mm;(5)去除氧化皮；(6)冷軋冷軋壓下量60%75%;(7)再結(jié)晶連續(xù)退火溫度800950。C，保溫時間11.5min/腿;(8)平整。3.如權(quán)利要求2所述的高鉻鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(3)中，鋼板加熱后保溫時間為170200min。4.如權(quán)利要求2所述的高鉻鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(3)中，鋼板的終軋溫度為85(TC。5.如權(quán)利要求2所述的高鉻鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(3)中，軋后鋼板的冷卻速度》15tVs。6.如權(quán)利要求2所述的高鉻鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(5)中，采用酸洗或者噴砂的方法去除氧化皮。7.如權(quán)利要求2所述的高鉻鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(6)中，冷軋壓下量為75%。全文摘要本發(fā)明公開了一種高鉻鐵素體不銹鋼及其制造方法，其主要特征為包含如下重量百分配比的化學(xué)元素C≤0.015，N≤0.020，Si≤1.0，Mn≤1.0，P≤0.035，S≤0.010，Cr20～25，Cu0.30～0.50，Ti+Nb≤0.5，且滿足(Ti/48+Nb/93)/(C/12+N/14)＞1.5，殘余元素為Fe。其制造方法包括如下步驟1)連鑄或模鑄，模鑄后初軋成鋼坯；2)軋制鋼板終軋溫度800～950℃，軋后分段冷卻；3)連續(xù)退火850～950℃；4)去除氧化皮；5)冷軋；6)再結(jié)晶連續(xù)退火。本發(fā)明生產(chǎn)的鐵素體不銹鋼具有較強的耐腐蝕性能、較高的塑性和良好的深拉深性能。文檔編號C22C38/20GK101381842SQ20071004570公開日2009年3月11日申請日期2007年9月7日優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日發(fā)明者董文卜,立馬申請人:寶山鋼鐵股份有限公司