CN101748339A

CN101748339A - 一种高强度铁素体不锈钢带及其制造方法

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Publication number: CN101748339A
Application number: CN200810044096A
Authority: CN
Inventors: 毕洪运; 李鑫; 王宝森
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: CN101748339B

Abstract

本发明提供一种高强度铁素体不锈钢带，以重量百分比计包含以下成分：C：≤0.015％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，Cr：10.5～17.0％，P：≤0.03％，S：≤0.01％，Ni：≤0.1％，N：≤0.015％，Al：≤0.03％，O：≤0.006％，C+N：≤0.025％，Nb：10(C+N)～0.60％或Ti：8(C+N)～0.30％或Ti+0.5Nb≥10(C+N)～0.60％，Nb/Ti＝1.0～2.0，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明还提供该钢带的制造方法，包括冶炼、连铸、修磨、热轧、退火酸洗、冷轧、酸洗分卷工序。该钢带强度较高，成本较低，属于环保型材料。

Description

一种高强度铁素体不锈钢带及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种不锈钢，具体地说，本发明涉及一种高强度铁素体不锈钢。

背景技术

随着电子产业的持续发展，各种电子产品如电视、电脑等产量不断增大，人们对产品的外观要求也不断提高。大量的液晶显示器、手机外壳等采用专用框架，导致液晶显示器框专用的铁素体不锈钢的用量明显上升。目前，这种铁素体不锈钢主要用于制造电视、电脑、手机等电子产品的框架，这就要求其具有高强度和良好的耐腐蚀性。

铁素体不锈钢采用超低碳氮工艺生产，材料的抗腐蚀性能明显改善，且不使用资源稀缺而价格昂贵的金属镍，其材料成本明显低于含镍的奥氏体不锈钢(如304)等，因此，该类不锈钢近年来获得快速发展。为了降低材料成本，越来越多的显示器框架用钢都采用了400系列的铁素体不锈钢(如410等)。410铁素体不锈钢主要是通过在其常规的410L或410S等低铬钢中添加提高强度的V、Nb等合金元素，使410不锈钢的强度得到明显提高，其屈服强度和抗拉强度均比常规的410不锈钢提高约100Mpa，屈服强度也超过了常规的奥氏体不锈钢，成为显示器框架的主要用钢。

尽管经过改进的410铁素体不锈钢的强度特别是屈服强度较常规不锈钢超出100Mpa，达到300Mpa，但对于一些使用薄带产品的结构件(厚度低至0.30～0.40mm)，屈服强度为300Mpa级的不锈钢不能满足强度指标要求。为了获得更好的外观效果并节约材料，一些液晶显示器框架等结构件要求材料强度更高，厚度更薄，如屈服强度达到650Mpa以上，这样可以将原来使用的厚度为0.50～0.60mm左右的铁素体不锈钢厚度进一步降为0.30mm仍满足使用要求。

发明人经检索发现以下专利文献，它们所涉及钢的成分如表1所示。

专利文献200510073061.1公开了一种低铬(9-13％)的铁素体不锈钢，其中添加了Cu、Mo、Ni、Co、W等合金元素，且相关合金元素含量较高，如Ni为4-7％，Mo为2.5-4.5％，钴为7-13％等，不属于常规的经济型400系列铁素体不锈钢。

专利文献200610030594.6涉及一种低铬的铁素体不锈钢，添加有少量的Ni(0.3～1.0％)和Nb(最高0.60％)，经罩式炉热处理后合金屈服强度为480～520Mpa，与强度要求超过650Mpa有着明显差距，同时，该不锈钢产品涉及一种热轧不锈钢，其厚度范围主要是3.0～10.0mm。

专利文献200410043168.7公开了一种强度为700Mpa的铁素体马氏体双相不锈钢，该不锈钢添加了一定量的Ni(0.50～3.0％)、少量的Mo(0.10～2.0％)和Cu(0.10～2.0％)，其材料组织中含有20％以上的马氏体，其余部分组织为铁素体。该不锈钢是通过采用快速冷却的热处理方法，获得一定比例的马氏体，通过马氏体组织结构提高不锈钢强度，主要涉及建筑结构件、自行车汽车钢圈铁路车辆加强焊接结构件等工业用板。

由于400系(10.5～17％Cr)铁素体不锈钢采用低碳氮生产技术，大大提高了铬铁素体不锈钢的抗腐蚀能力，拓展了其应用范围。同时，在该不锈钢中添加的Nb、Ti等稳定化元素不仅可以固定不锈钢中的碳氮，还可进一步提高铬铁素体不锈钢的抗腐蚀能力。在该铬不锈钢中添加提高不锈钢强度的V等元素，可以提高不锈钢屈服强度约100Mpa，达到300～350Mpa水平，但仍不能满足更高强度薄带材料的需求。为此，对于需要更高的屈服和抗拉强度而对延伸率要求不高的部件，需要找到一种既可降低材料成本，又能达到更高强度的钢种及其加工方法，以达到节省材料降低成本的目标。

因此，本发明的目的在于提供一种高强度、低成本的铁素体不锈钢。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种高强度铁素体不锈钢带，以重量百分比计包含以下成分：C：≤0.015％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，Cr：10.5～17.0％，P：≤0.03％，S：≤0.01％，Ni：≤0.1％，N：≤0.015％，Al：≤0.03％，O：≤0.006％，C+N：≤0.025％，Nb：10(C+N)～0.60％或Ti：8(C+N)～0.30％或Ti+0.5Nb≥10(C+N)～0.60％、Nb/Ti＝1.0～2.0，其余为Fe和不可避免的杂质，所述杂质总量低于0.05wt％。

若C+N较低，需保证Nb下限不小于0.15％，Ti下限不小于0.10％，否则效果不明显。

本发明的铁素体不锈钢带的化学成分设计的理由如下：

C和N：本发明钢种属于超低碳氮的经济型铁素体不锈钢，因此在本钢中，碳和氮属于杂质元素，需要尽可能降低其含量来保证钢的耐腐蚀性能。另外，降低碳和氮的含量可降低稳定化元素特别是Ti的用量，以保证产品的表面质量、提高晶间腐蚀性能。目前的冶炼设备在保证生产能力的前提下可较容易地将碳和氮的总量控制在0.025％以下，同时碳量≤0.015％、氮量≤0.015％。

Cr：Cr是提高耐蚀性和强度的主要合金元素。Cr可提高不锈钢在氧化性酸中的耐蚀性，提高其在氯化物溶液中的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀能力。但Cr在提高钢的强度的同时会降低钢的塑性和韧性，若其含量过高，不仅增加成本，而且对焊接性不利。因此，Cr的含量范围优选10.5～17.0％。

Si：Si在钢中起到脱氧、增加强度和改善耐蚀性的作用，若其含量大于1％，则钢的加工和韧性恶化。因此，Si的含量以≤1.0％为宜。

Mn：Mn为弱奥氏体元素，可以抑制不锈钢中硫的有害作用，提高热塑性，但Mn不利于提高不锈钢的耐腐蚀性，若其含量大于1％，将降低钢的耐腐蚀性能。因此，Mn的含量以≤1.0％为宜。

Ti和Nb：Ti和Nb主要用于防止钢中的铬和碳结合形成铬碳化物引起铬浓度降低，而铬浓度降低会导致钢的耐腐蚀性降低，特别是引起晶间腐蚀。Ti还可以与钢中的硫结合形成TiC₂S化合物以，防止MnS所引起的点蚀。另外，Ti和Nb可以提高不锈钢的室温和高温强度，提高铁素体不锈钢的冷成型性及焊接性，但对钢的脆性转变温度不利。在不锈钢中，Ti和氮的亲和力大于Nb，而Nb和碳的亲和力大于Ti。Ti与氮形成的氮化物(TiN)作为夹杂物会影响钢的表面和内在质量，Nb与氮形成的氮化物(NbN)还会降低钢的热塑性。因此，综合考虑以上因素，Nb的含量范围优选10(C+N)～0.60％，Ti的含量范围优选8(C+N)～0.30％，若两者同时加入，则其含量关系为：Ti+0.5Nb≥10(C+N)～0.60％，Nb/Ti＝1.0～2.0。

Ni：Ni在铁素体不锈钢中属于控制元素，需尽可能减少其含量。因此，Ni的含量以≤0.1％为宜。

P和S：在铁素体不锈钢中，磷和硫会严重影响不锈钢的耐蚀性和加工性能，必须严格控制，因此，P含量以≤0.03％为宜，S含量以≤0.01％为宜。

Al：Al在不锈钢中形成的Al₂O₃氧化物属于硬脆结构，轧制薄带容易产生表面质量缺陷，应尽可能减低Al的含量。因此，Al含量以≤0.03％为宜。

O：不锈钢中总氧过高往往是由于其中存在较多的氧化物夹杂(Al₂O₃，MgO，CaO，SiO₂等)，应尽可能控制总氧含量。因此，O含量以≤0.006％为宜。

本发明的第二个方面提供该高强度铁素体不锈钢带的制造方法，包括冶炼、连铸、修磨、热轧、退火酸洗、冷轧、酸洗分卷工序。

优选的是，所述冶炼工序中采用电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法冶炼，其中若采用Ti单稳定或者Nb+Ti双稳定技术，则采用精炼结束喂Ti丝方式加Ti。

优选的是，所述修磨工序中将所述连铸工序中得到的连铸坯进行缓冷并带温进行表面修磨，修磨终了温度大于120℃。

优选的是，所述热轧工序中加热温度为1050～1150℃，加热时间为180～300分钟，首先进行粗轧并去表面氧化皮，粗轧压下率不低于80％，粗轧坯经过精轧、冷却和卷取获得厚度为3.0～6.0mm的热轧板卷。

优选的是，所述退火酸洗工序中退火温度为800℃～1000℃，连续退火时间为1～3分钟。

优选的是，所述冷轧工序采用一次冷轧+中间退火+二次冷轧模式。

更优的是，所述一次冷轧压下率不低于60％，中间退火温度为850～950℃，连续退火时间为1～3分钟，使冷轧组织得到充分等轴化，二次冷轧压下率为40～70％，在确保一定的轧制压下率的同时，使不锈钢带产生硬化来提高强度，且仍可保证一定的延伸率。

最终获得厚度达到0.30～1.5mm，屈服强度和抗拉强度均超过650Mpa，延伸率不低于1％，硬度Hv不超过260的铁素体不锈钢带。

本发明的有益效果：

目前用于高强度不锈钢带钢的10.5-17％Cr铁素体不锈钢的强度仅限于300～350Mpa级，尚无强度大于650Mpa、延伸率不低于1％的低铬高强度铁素体不锈钢的相关报导。本发明通过对铬铁素体不锈钢的合金设计，利用Nb、Ti中的一种或者一种以上的稳定化元素，固定材料中的C和N，提高不锈钢的耐腐蚀性能以满足材料腐蚀性能要求，同时适量的Nb，Ti还有利于在不锈钢连铸过程中获得更多的等轴晶组织，改善不锈钢板带的织构，有利于后续加工。该不锈钢通过热轧，热退，酸洗，冷轧加工，可以获得高强度的铁素体不锈钢，同时延伸率≥1％，硬度不高于Hv260，可满足液晶电视机外壳等需要高屈服强度部件的需要。本发明钢较已有的奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢不仅提高了强度，降低了材料的使用成本，而且可节约不可再生的Ni资源，属于环保型材料。因此，该产品具有良好的发展前景。

附图说明

图1表示本发明钢的制造方法流程。

具体实施方式

以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

本发明实施例所涉及钢和比较例所涉及钢的化学成分如表2所示，主要轧制工艺如表3所示，力学性能如表4所示。其中比较例用钢为目前普遍使用的加钒铁素体不锈钢。

表2本发明实施例所涉及钢和比较例所涉及钢的化学成分

表3本发明实施例所涉及钢和比较例所涉及钢的主要轧制工艺

表4本发明实施例所涉及钢和比较例所涉及钢的力学性能

从表2、3、4可以看出，本发明的铁素体不锈钢厚度达到0.30～1.5mm，延伸率不低于1％，硬度Hv不超过260，屈服强度和抗拉强度均超过650Mpa，高于目前普遍使用的加钒铁素体不锈钢，可满足高强度要求。

Claims

1.一种钢带，其特征在于，以重量百分比计包含以下成分：C：≤0.015％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，Cr：10.5～17.0％，P：≤0.03％，S：≤0.01％，Ni：≤0.1％，N：≤0.015％，Al：≤0.03％，O：≤0.006％，C+N：≤0.025％，Nb：10(C+N)～0.60％或Ti：8(C+N)～0.30％或Ti+0.5Nb≥10(C+N)～0.60％、Nb/Ti＝1.0～2.0，其余为Fe和不可避免的杂质，所述杂质总量低于0.05wt％。

2.权利要求1所述钢带的制造方法，包括冶炼、连铸、修磨、热轧、退火酸洗、冷轧、酸洗分卷工序，其特征在于，所述钢带以重量百分比计包含以下成分：C：≤0.015％，Si：≤1.0％，Mn：≤1.0％，Cr：10.5～17.0％，P：≤0.03％，S：≤0.01％，Ni：≤0.1％，N：≤0.015％，Al：≤0.03％，O：≤0.006％，C+N：≤0.025％，Nb：10(C+N)～0.60％或Ti：8(C+N)～0.30％或Ti+0.5Nb≥10(C+N)～0.60％、Nb/Ti＝1.0～2.0，其余为Fe和不可避免的杂质，所述杂质总量低于0.05wt％。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述冶炼工序中采用电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法冶炼。

4.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述修磨工序中将所述连铸工序中得到的连铸坯进行缓冷并带温进行表面修磨，修磨终了温度大于120℃。

5.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述热轧工序中加热温度为1050～1150℃，加热时间为180～300分钟，粗轧压下率不低于80％，粗轧坯经过精轧、冷却和卷取获得厚度为3.0～6.0mm的热轧板卷。

6.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述退火酸洗工序中退火温度为800℃～1000℃，连续退火时间为1～3分钟。

7.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述冷轧工序采用一次冷轧+中间退火+二次冷轧模式。

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述一次冷轧压下率不低于60％，中间退火温度为850～950℃，连续退火时间为1～3分钟，二次冷轧压下率为40～70％。