CN101768702B - 高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢及制造方法 - Google Patents
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Abstract
高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：C≤0.015wt％，0.20wt％≤Si≤0.50wt％、0.20wt％≤Mn≤0.70wt％，Cr：16.0～18.0wt％，P≤0.03wt％，S≤0.002wt％，Ni≤0.3wt％，N≤0.015wt％，C+N≤0.025wt％，Al≤0.06wt％，Cu≤0.2wt％，Zr：0.1～0.3wt％，其余为Fe和不可避免杂质；还添加Nb和Ti中的一种或一种以上作为稳定化元素，添加总量如下：Nb单稳定：0.10wt％≤0.5Nb≤0.20wt％；Ti单稳定：0.20wt％≤8X(C+N)≤Ti≤wt0.30％；Nb，Ti双稳定：10X(C+N)≤0.5Nb+Ti≤15(C+N)；Nb/Ti＝1.0～1.8；Nb+Ti≤0.40wt％。本发明钢采用Ti，Nb单稳定和Ti+Nb双稳定不同稳定方式，根据不同稳定方式，添加不同含量稳定元素。
Description
技术领域
本发明涉及汽车用不锈钢及其制造方法，特别涉及一种高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢及制造方法。
背景技术
随着国民经济发展，汽车工业近年来得到了飞速的发展。越来越严格的环保要求和不断降低车身重量和材料成本的需要，使得汽车排气系统用材料越来越受到汽车生产厂商的重视。铁素体不锈钢具有的省镍、抗腐蚀性优良及低的热膨胀系数、高的强度等物理和力学性能等综合成本和性能的优势，使铁素体不锈钢取代了奥氏体不锈钢成为汽车排气系统的首选材料，得到了广泛的应用。
从20世纪80年代起，铁素体不锈钢作为制造汽车排气系统的材料在日本和欧美的汽车厂家得到广泛推广使用。近年来，随着汽车工业竞争的日益激烈，汽车厂家不仅重视材料成本，同时材料使用寿命等也受到广泛重视，不断提高的零部件使用寿命承诺，使汽车排气系统用不锈钢的耐腐蚀性能要求得到进一步提升。而含硫较高的汽车用油经过燃烧之后，很容易产生pH值(5.0～6.0)相对比较低的冷凝液，该冷凝液对汽车排气系统的冷端耐腐蚀性能提出更高要求。汽车排气系统主要由岐管、前管、柔性管、转换器、中管、消声器和尾管等组成，其中，中管、消声器和尾管等低温段对材料的要求主要考虑材料的成型性和耐冷凝液腐蚀性能。
目前，作为低温段使用的铁素体不锈钢主要可以分为两类，一类是低铬的11Cr不锈钢，属于经济型钢。另一类主要是中高铬的17Cr不锈钢。目前国产汽车使用该类不锈钢主要采用进口产品，钢种设计主要针对材料的抗点腐蚀和中性偏碱性冷凝液腐蚀，主要设计思路是17Cr不锈钢添加稳定化元素Nb、Ti、Zr等的一种或者几种，同时也添加耐腐蚀合金元素如Mo，Cu等，进一步提高不锈钢的耐腐蚀性能。添加Mo主要考虑提高耐氯离子点腐蚀，添加铜还可以进一步耐硫酸根离子腐蚀并提高材料的 高温塑性等性能。为保证铁素体不锈钢具备良好的力学性能和耐腐蚀性能，通过添加适量的稳定化元素Ti，Nb或Zr中的一种或者几种同时添加，固定基体中的N和C，减少基体中N和C向晶界迁移并在晶界处与铬结合形成化合物而导致基体贫铬，耐腐蚀性能降低，同时稳定化元素在连铸过程中还有利于提高连铸坯的等轴晶比例。
目前，一些要求比较高的轿车，汽车尾气系统使用寿命要求进一步提高，从原来的2年或6万公里进一步提高到5年或10万公里，使用的11Cr及添加稳定化元素的铁素体不锈钢及一般的17Cr铁素体不锈钢难以满足酸性环境腐蚀性能要求。17Cr铁素体不锈钢添加稳定化元素并添加贵重金属Mo及Cu的合金，虽然耐蚀性满足要求，但增加成本明显。
表1已有主要专利的合金设计(wt％)
| 序 号 | 专利号 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Nb | Mo | Cu | Al | N | B(Ti， V) | 其它 | Fe/ 不可 避免 杂质 |
| 1 | US54 89345 | ≤ 0.02 | ≤1.0 | ≤ 1.0 | ≤ 0.04 | ≤ 0.005 | 18 /25 | 0.1- 1.0 | 1.0 /3.0 | 0.1- 1.0 | ≤ 0.0 2 | ≤ 0.0 2 | B≤ 0.01 | C+N ≤ 0.03 | 平 衡 |
| 2 | US47 26853 | ≤0.9 | ≤ 1.0 | ≤ 0.045 | ≤ 0.02 | 15 /19 | ≤ 1.0 | ＜0. 4 | Ti≤ 0.1 Zr： 0.1- 0.4 | C+N ≤ 0.06 | 平 衡 | ||||
| 3 | JP200 51463 45A | ≤ 0.015 | ≤1.0 | ≤ 1.0 | ≤ 0.05 | ≤ 0.003 | 12 /23 | 0.0 5-.0 5 | ≤ 1.5 0 | ≤ 0.8 0 | ≤ 0.1 | 0.0 15 | 0.05 -0.5 Ti | B 0.00 3 | 平 衡 |
| 4 | JP200 20208 45 | ≤ 0.015 | 0.1 -0.6 | 0.01- 0.6 | ≤ 0.03 | ≤ 0.002 5 | 16 /21 | 0.3- 0.8 5 | 0.7 5-2. 0 | 0.4 - 1.0 | 0.0 1-0. 5 | ≤ 0.0 1 | 0.35 -0.1 5Ti | C+N ≤ 0.02 | 平 衡 |
| 5 | JP088 168 | ≤ 0.02 | ≤0.6 | 0.6 -2.0 | ≤ 0.04 | ≤ 0.006 | 17- 22 | 0.6- 1.5 | 1.0- 3.0 | 0.1- 0.3 | 0.0 05- 0.0 5 | ≤ 0.0 2 | 0.01 -0.5 V | C+N ≤ 0.03 | 平 衡 |
| 6 | JP428 0947A | ≤0.02 | ≤1.0 | ≤1.0 | ≤ 0.03 | ≤ 0.005 | 17 /21 | 0.7- 1.2 | ≤ 0.02 | 平 衡 | |||||
| 7 | KR20 06015 078-A | 0.01-0. 03 | 0.30- 0.50 | 17.5 -18. 5 | 0.45 -0.6 | 1.4 - -1.8 | 0.01 -0.0 3 | 0.15- 0.25 Ti | /0.00 05B； ≤ 0.000 5Ca | 高 温 抗 氧 化 | |||||
| 8 | JP806 0243 | ≤ 0.015 | ≤0.5 | ≤0.5 | ≤ 0.002 | 16/2 0 | 0.2- 0.6 | 0.3- 2.0 | ≤ 0.8 | ≤ 0.02 | ≤0.8 Cu | 浓 缩 液 腐 蚀 | |||
| 9 | 20051 00637 95 | ≤0.02 | 0.02- 0.15 | 0.05 -0.20 | ≤ 0.04 | ≤ 0.01 | 15-1 8 | 0.40 -0.8 0 | 1.5- 2.0 | 0.00 5-0. 10 | ≤ 0.02 | Ti：3 (C+ N) -0.25 | C+N ≤ 0.03 | B ：0.0 003- 0.00 50 |
从表1中可以看出，应用于汽车尾气排放系统的不锈钢包括了从低铬(10-13)、中铬(15-23)的合金设计，设计思路主要是通过添加不同合金元素如Mo、Cu中的一种或几种并采用稳定化元素Ti、Nb、Zr中的一种或者复合添加来固定铁素体基体中的有害元素，提高耐腐蚀性能及确保不锈钢具有设计要求的其他加工性能。从上述公开的专利中可以看出，一些低铬含量的专利，属于经济型不锈钢，耐蚀性不能满足高标准要求。只有专利成分设计中包含了中铬(16-21)的合金设计才能满足要求。
从目前市场上提供的铬铁素体不锈钢产品来看，为了确保材料的抗腐蚀性能，主要合金元素Cr成分在16.0-19.0之间，稳定化元素多采用了Nb，Ti双稳定，部分采用单稳定，同时添加合金元素Mo，Cu，Al等提高腐蚀及高温性能。具体分析如下：
美国专利US 5489345(1#)采用Nb和B稳定并有Mo，且铬比较高(18-25％)，美国专利US 4726853(2#)是中Cr，采用Zr稳定并添加Mo。日本专利JP2005146345A(3#)，采用Nb、Ti双稳定并有 Mo、Cu等，以保证提高抗氧化性能要求。日本专利JP2002020845(4#)采用Nb、Ti并添加Mo、Cu。日本专利JP6088168(5#)采用Nb单稳定并加Mo。日本专利JP4280947A(6#)，采用高含量的Nb单稳定，比较容易导致大的FeNb相析出。韩国专利KR2006015078-A(7#)，采用中Nb及Ti双稳定并加入较高的Mo，较高的Nb会导致材料硬度较高，难以大变形成型。日本专利JP8060243(8#)采用Nb稳定并添加Mo和Cu。中国专利200510063795(9#)采用中铬但也添加更高的Nb和Mo，主要考虑使用在高温部位，提高高温强度和高温疲劳性能。
409Ti稳定铁素体不锈钢自上世纪80年代开始得到广泛应用，一般汽车排气冷凝液pH值在8～9左右，使用寿命为2年和6万公里可以满足使用要求。随着汽车排放要求的严格化，致使排气温度不断提高，对材料要求也更高，特别是汽油中如果含有的硫含量相对较高，生产的尾气中含有的SO2溶于冷凝液中将形成酸性氧化物(H2SO3)，导致冷凝液程酸性，一般pH值可以达到5-6左右，加重了汽车排气系统中低温端部件如消音器、中管和尾管的腐蚀。一般低铬(11Cr)不锈钢不能满足使用要求，不能达到寿命保证期限。已有中铬的不锈钢一般含有Mo、Cu等可以提高腐蚀性能，但是提高性能同时增加了材料生产成本和管理成本。因此，有必要开发一种在400℃以下，既有高成型性又提高抗酸性冷凝液腐蚀能力，材料成本又相对低的不锈钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢及制造方法，其具有高成形性耐酸性冷凝液腐蚀，可以保证材料耐蚀性、焊接性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
本发明钢采用低碳氮设计路线，如C≤0.015％，N≤0.015％，C+N≤0.025％，合金Cr控制在16～18，属于中铬水平，不仅提高材料的抗整体腐蚀和抗中温氧化能力，同时，通过添加稳定化元素Nb，Ti，并结合控制材料组织晶粒度(晶粒度控制在6-8级)可以充分保证材料的成形性。通过控制Nb，Ti含量及比例关系，提高晶间腐蚀性能和抗酸性冷凝液腐蚀性能。在Nb，Ti稳定同时，如果添加Zr也可以提高高温稳定性并固定氧的不良影响。合理的添加可以改善材料的成型性能和腐蚀性能。上述成分设计利用现有常规装备很容易获得热轧板卷，不仅可以满足汽车排气系统中低温段用钢要求，同时材料r值也有明显提高，有利于改善材料常温下成型性能。
具体地，本发明高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：C≤0.015wt％，0.20wt％≤Si≤0.50wt％、0.20wt％≤Mn≤0.70wt％，Cr：16.0～18.0wt％，P≤0.03wt％，S≤0.002wt％，Ni≤0.3wt％，N≤0.015wt％，C+N≤0.025wt％，Al≤0.06wt％，Cu≤0.2wt％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0.05wt％；
其中：还添加Nb和Ti中的一种或一种以上作为稳定化元素，添加总量如下：
Nb单稳定：0.10wt％≤0.5Nb≤0.20wt％
Ti单稳定：0.20wt％≤Ti≤0.30wt％，且8×(C+N)≤Ti≤0.30wt％；Nb，Ti双稳定：
10×(C+N)≤0.5Nb+Ti≤15(C+N)；Nb/Ti＝1.0～1.8；Nb+Ti≤0.40wt％。
进一步，考虑高温下使用(温度大于600℃)，还可以添加Zr：0.10～0.30wt％，以质量百分比计。
在本发明中，
C和N：本发明钢种属于超低碳氮的铁素体不锈钢，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。目前冶炼设备在保证生产能力的情况下能够比较容易满足将碳和氮控制在总量小于0.025％，同时达到C≤0.015wt％、N≤0.015wt％的要求。降低碳和氮总量主要是尽可能降低稳定化元素用量，特别是减少Ti的使用，保证产品的表面质量和提高晶间腐蚀性能。
Cr：是提高耐蚀性和强度的主要合金元素。Cr提高不锈钢在氧化性酸中耐蚀性，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。Cr提高钢的强度，但过高但降低钢的塑性，对成型和焊接性不利。过低，不含有Mo时，不利于提高其腐蚀性能，选择范围16.0～18.0％。
Si和Mn：本发明中添加适当的金属硅和锰，金属硅在冶炼中可以起到脱氧作用，有利于稳定化元素Ti的加入和提高收得率，一般硅含量控制大于0.20％，过高的金属硅又不利于材料常温成型性能，控制在0.50％以内不会影响使用。锰有与硅类似脱氧作用，过高不利于耐保证腐蚀性，一般低于0.70％较好。同时控制一定Mn/Si比，一般0.8-1.4之间比较好，主要有利于提高材料的酸洗效果。
Ti和Nb：Ti和Nb主要用于防止钢中铬和碳结合形成铬碳化物而引起的铬浓度降低导致耐腐蚀性降低，特别是引起晶间腐蚀；Ti还可以与钢中硫结合形成TiC2S化合物以防止MnS所引起的点蚀。Nb，Ti可以提高不锈钢的室温和高温强度，提高铁素体不锈钢的抗疲劳和冷成型性及焊接性，但过多对钢的脆性转变温度不利。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。在没有其他金属元素时，Ti，Nb单稳定时，含量大于0.20％时效果明显，一般Ti不超过0.30％，过多对表面质量有不良影响，Nb含量大于0.40％时易导致形成粗大的Fe2Nb，不利于材料成型性能。综合考虑到所加C，N含量，选择其中的一种或者两种作为稳定化添加元素，选择范围：
Nb单稳定：0.10％≤0.5Nb≤0.20％
Ti单稳定：0.20wt％≤Ti≤0.30wt％，且8×(C+N)≤Ti≤0.30wt％；
Nb，Ti双稳定：
10×(C+N)≤0.5Nb+Ti≤15(C+N)；Nb/Ti＝1.0-1.8；Nb+Ti≤0.40％
Zr：可以和钢种游离的O结合，从而提高成型性和韧性，过低效果不明显，过高会增加成本，并恶化加工性能，适合的范围为：0.10～0.30％。
Mo：Mo可以提高耐氯离子腐蚀性能，提高还原性介质中腐蚀性能，但加入Mo，显著提高了材料成本，通过稳定化元素及其它元素作用，在保证耐腐蚀性前提下，可以省略Mo。
Cu：Cu主要来于不锈钢废钢中。虽然加入铜可以改善高温成型性，但加入铜也增加材料成本，同时也导致废钢管理成本增加，在满足使用性能要求下，一般尽可能不添加Cu，残余Cu存在时，不超过0.2％。
Ni：Ni在铁素体不锈钢中属于控制元素，尽可能减少因废钢添加带来的Ni的含量，Ni量一般不超过0.3％。
Al：Al作为不锈钢炼钢脱氧剂使用会导致钢种会加入Al。过高会导致Al氧化物形成造成韧性降低并影响产品表面质量。合理的范围是Al≤0.06wt％。
P和S：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，一般希望控制在P≤0.03wt％，S≤0.002wt％。
本发明钢采用Ti，Nb单稳定和Ti+Nb双稳定不同稳定方式，根据不同稳定方式，添加不同含量稳定元素。本发明采用的低碳氮成分设计C≤0.015％，N≤0.015％，C+N≤0.025％，同时，考虑到较宽范围的碳和氮含量，稳定化元素铌单独添加应不低于0.20％，且保证不低于16倍的C含量，可以保证材料耐蚀性，但也不要超过0.40％，否则就容易形成粗大Fe2Nb，且增加成本。考虑到焊接件的焊接效果，材料中单独加入Ti，其含量在保证不低于8倍的(C+N)含量同时，也保证不低于0.20％的，主要考虑焊接等使用性能，但也不要超过0.30％，否则也不利于保证材料表面质量，最终会影响到成品的加工效率和腐蚀性能。Nb和Ti共同添加时Nb/Ti值为1.0～1.8为好，同时，还要保证0.5Nb+Ti≥10(C+N)，保证发挥稳定化元素稳定作用，提高腐蚀性能，但Nb+Ti也不要超过0.40％，否则会增加成本和影响成形性。该成分设计可以在已有的生产线中更容易实现冶炼。
本发明高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢的制造方法，包括如下步骤：
1)按上述成分加料(Ti除外)，通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢，并在VOD结束后进行喂钛丝处理加Ti，获得满足成分要求的钢液；连铸，连铸过程拉速0.9～1.1m/min、加强电磁搅拌，电流1000～1600安培，钢液经过连铸获得连铸坯，且连铸坯中等轴晶比例不低于50％；
2)热轧，粗轧，温度区间1050～850℃，轧制压下率不低于80％；精轧，温度区间980～850℃，600～700℃卷取获得热轧板卷；
3)热轧板卷经过连退退火，退火温度850～950℃，酸洗后进行冷轧加工；
4)冷轧，轧制压下率不低于60～80％；
5)冷轧板轧后经过冷轧退火，温度区间900～1050℃，使冷轧不锈钢可以充分再结晶，晶粒度等级达到6-8级，并保证一定的表面粗糙度，0.10≤Ra≤0.50单位，μm。
另外，钢板的延伸率不低于33％，r值不低于1.35。
通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢并在VOD结束后进行喂钛丝处理加Ti，综合成分满足设计要求后就可以获得满足成分要求的钢液。通过控制连铸过程拉速，0.9～1.1m/min、加强电磁搅拌，电流1000～1600安培等工艺使钢液经过连铸获得连铸坯且连铸坯中等轴晶比例不低于50％，连铸坯进行表面修磨，修磨后带温送加热炉加热并保温一定时间进行热轧。
热轧首先去表面氧化皮并进行粗轧，轧制压下率不低于80％，粗轧坯经过精轧、卷取获得热轧板卷。热轧板卷经过连续退火，酸洗后进行冷轧加工。冷轧加工要确保一定的轧制压下率，60～80％，有利于获得好的综合力学性能。冷轧板轧后需要经过冷轧退火，使冷轧不锈钢可以充分再结晶，晶粒度等级达到6-8级，并保证一定的表面粗糙度(0.10≤Ra≤0.50单位，μm)，这样既可以保证深冲加工性能又有利于提高全面腐蚀性能，获得综合性能满足要求的冷轧不锈钢产品。
本发明的有益效果：
目前中高铬不锈钢中基本上是通过Ti和Nb单稳定或双稳定并添加Mo，Al，Cu等的一种或几种合金来提高材料性能，主要综合考虑高温氧化和疲劳及腐蚀性能。对于汽车排气系统中的中低温端，主要考虑材料的抗冷凝液腐蚀特别是考虑到因含有SO2导致的冷凝液呈酸性(pH值在5-6之间)的条件下，利用相对经济的中铬不锈钢来保证耐冷凝液腐蚀性能的钢种没有报导。
本发明钢种为中铬的铁素体不锈钢中添加稳定化元素Nb和Ti，利用稳定化元素作用可以有效改善不锈钢的抗酸性冷凝液腐蚀性能。Ti不仅可以稳定不锈钢中的N和C，而且对焊接有利；Nb除了可以稳定不锈钢中的N和C，提高耐腐蚀性，同时对提高成形性有利。因为无论是Ti和Nb单稳定还是双稳定，适量的稳定化元素与材料中存在的一定量C，N 可以形成质点颗粒，有利于连铸过程中获得更多的等轴晶组织(大于50％)，改善材料织构，提高成型性能。Ti和Nb的双稳定不仅提高耐腐蚀性能，提高连铸坯的表面质量，同时双稳定中Nb能抑制TiN过度长大，也改善了材料的综合性能。经过对本发明钢种成品进行的力学和腐蚀性能检验，各项性能均达到要求。利用本发明成分生产的用于汽车尾气排放系统用铁素体不锈钢获得满意结果。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
按照表3成分加料(Ti除外)，通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢并在VOD结束后进行喂钛丝处理加Ti，综合成分满足设计要求后就可以获得满足成分要求的钢液。通过控制连铸过程拉速，0.9～1.1m/min、加强电磁搅拌，电流1000～1600安培等工艺使钢液经过连铸获得连铸坯且连铸坯中等轴晶比例不低于50％，连铸坯进行表面修磨，修磨后带温送加热炉加热并保温一定时间进行热轧。热轧首先去表面氧化皮并进行粗轧，温度区间1050～850℃，轧制压下率不低于80％，粗轧坯经过精轧，温度区间980～850℃和600～700℃间卷取获得热轧板卷。热轧板卷经过连续退火，退火温度在850～950℃之间，酸洗后进行冷轧加工。冷轧加工要确保一定的轧制压下率，60～80％，有利于获得好的综合力学性能。冷轧板轧后需要经过冷轧退火，温度区间900～1050℃，使冷轧不锈钢可以充分再结晶，晶粒度等级达到6-8级，并保证一定的表面粗糙度(0.10≤Ra≤0.50单位，μm)，这样既可以保证深冲加工性能又有利于提高全面腐蚀性能，获得综合性能满足要求的冷轧不锈钢产品。
表3中，1-9为本发明钢种，10-12为对比钢种，目前汽车中普遍使用的铁素体不锈钢尾气系统用钢。
表3本发明钢和现有同类铁素体不锈钢的化学成分，wt％
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Nb | Ti | N | Al | Mo/Zr | Cu | |
| 1 | 0.007 | 0.35 | 0.39 | 0.017 | 0.001 | 16.5 | 0.23 | 0.15 | 0.012 | 0.009 | 0.11 | |
| 2 | 0.012 | 0.23 | 0.25 | 0.023 | 0.002 | 16.7 | 0.19 | 0.17 | 0.009 | 0.034 | 0.16 |
| 3 | 0.015 | 0.45 | 0.63 | 0.025 | 0.002 | 16.3 | 0.25 | 0.15 | 0.010 | 0.007 | 0.12 | |
| 4 | 0.010 | 0.48 | 0.41 | 0.020 | 17.8 | 0.18 | 0.14 | 0.008 | 0.011 | 0.18 | ||
| 5 | 0.013 | 0.38 | 0.57 | 0.019 | 17.4 | 0.32 | 0.011 | 0.023 | 0.08 | |||
| 6 | 0.009 | 0.29 | 0.44 | 0.025 | 16.6 | 0.27 | 0.009 | 0.041 | 0.10 | |||
| 7 | 0.011 | 0.42 | 0.50 | 0.019 | 16.3 | 0.24 | 0.012 | 0.053 | 0.20 | |||
| 8 | 0.008 | 0.34 | 0.45 | 0.021 | 17.6 | 0.23 | 0.009 | 0.010 | Zr：0.14 | 0.12 | ||
| 9 | 0.006 | 0.31 | 0.41 | 0.020 | 16.3 | 0.19 | 0.011 | 0.006 | Zr：0.26 | 0.19 | ||
| 10 | 0.008 | 0.24 | 0.39 | 0.017 | 0.002 | 18.0 | 0.24 | 0.20 | 0.010 | 0.02 | Mo：0.45 | 0.58 |
| 11 | 0.009 | 0.42 | 0.48 | 0.023 | 0.001 | 15.3 | 0.45 | 0.008 | 0.01 | 1.10 | ||
| 12 | 0.011 | 0.21 | 0.36 | 0.020 | 0.002 | 16.8 | 0.43 | 0.009 | 0.02 | Mo：1.2 | 0.39 |
表4为本发明用钢和对比用钢的力学性能和冷凝液腐蚀性能比较。其中，力学性能检测屈服强度、抗拉强度、延伸率、硬度和r值(成型性)。腐蚀性能测定耐冷凝液腐蚀性能，酸性冷凝液腐蚀液成分见表5，调整SO3 2-浓度，并通过氨水控制冷凝液pH值范围为5.0-6.0之间。试样加热到400℃保温5小时备用。将试样浸泡在80℃恒温的冷凝液中，维持24小时，待冷凝液完全蒸发后，清洗试样和烧杯，重复进行10个周期，测量试样失重(g/m)和最大腐蚀深度(mm)，比较不同合金的耐腐蚀性能。
表4本发明实施例钢和对比用钢的力学性能和腐蚀性能比较
| Re (MPa) | Rm (MPa) | A(％) | 硬度 (Hv) | R值 | 腐蚀速 率g/m2 | 点蚀速率 (μm/hr) | |
| 1 | 248 | 462 | 34.0 | 137 | 1.46 | 14.22 | 0.36 |
| 2 | 237 | 473 | 36.0 | 138 | 1.41 | 15.25 | 0.35 |
| 3 | 243 | 457 | 35.0 | 134 | 1.50 | 15.25 | 0.31 |
| 4 | 235 | 468 | 33.5 | 133 | 1.43 | 14.18 | 0.29 |
| 5 | 256 | 471 | 36.0 | 139 | 1.40 | 15.23 | 0.35 |
| 6 | 248 | 469 | 34.2 | 141 | 1.39 | 15.24 | 0.34 |
| 7 | 232 | 455 | 33.4 | 140 | 1.40 | 15.72 | 0.36 |
| 8 | 241 | 466 | 34.1 | 145 | 1.42 | 14.96 | 0.32 |
| 9 | 253 | 460 | 34.2 | 147 | 1.43 | 14.81 | 0.33 |
| 10 | 239 | 411 | 34.5 | 136 | 1.26 | 14.20 | 0.32 |
| 11 | 234 | 416 | 35.5 | 132 | 1.33 | 15.65 | 0.37 |
| 12 | 246 | 421 | 34.0 | 137 | 1.29 | 15.43 | 0.31 |
表5试验用冷凝液成分(单位：10-4％)
从表4的结果可以看出，本发明的铁素体不锈钢具有同对比钢种相当的强度、硬度和成型性及耐腐蚀性能。通过控制制造工艺特别是通过提高连铸坯等轴晶比例(本发明钢种等轴晶比例60％，对比钢种等轴晶比例35％)和冷轧板晶粒度等，使得发明钢种的r值还普遍优于对比钢种，有利于提高材料成型加工性能。适当含量的稳定化元素不仅可以更好地固定碳、氮，抑制晶界中析出Cr的碳化物，保证抗腐蚀性能。同时也可以降低因为稳定化元素过多产生的Fe2Nb，TiN等，影响材料的成型性能。另外，本发明钢种由于按照C+N量的一定比例添加稳定化元素，在满足稳定化作用后，还可以降低成本。
本发明钢种和制造方法生产汽车尾气系统用铁素体不锈钢具有良好的加工成型性能，抗酸性冷凝液腐蚀性能有明显效果，可以提高汽车尾气系统的使用寿命，汽车厂采用抗腐蚀性能和加工性能满足要求，有很好的应用前景。
Claims (4)
1.高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢，其成分质量百分比为：C≤0.015wt％，0.20wt％≤Si≤0.50wt％、0.20wt％≤Mn≤0.70wt％，Cr：16.0～18.0wt％，P≤0.03wt％，S≤0.002wt％，Ni≤0.3wt％，N≤0.015wt％，C+N≤0.025wt％，Al≤0.06wt％，Cu≤0.2wt％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0.05wt％；
其中：还添加Nb和Ti中一种以上作为稳定化元素，添加总量如下：
Nb单稳定：0.10wt％≤0.5Nb≤0.20wt％
Ti单稳定：0.20wt％≤Ti≤0.30wt％，且8×(C+N)≤Ti≤0.30wt％；
Nb，Ti双稳定：
10×(C+N)≤0.5Nb+Ti≤15(C+N)；Nb/Ti＝1.0～1.8；Nb+Ti≤0.40wt％。
2.如权利要求1所述的高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢，其特征是，还添加Zr：0.10～0.30wt％，以质量百分比计。
3.如权利要求1或2所述的高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢的制造方法，包括如下步骤：
1)按上述成分加料，Ti除外；通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢，并在VOD结束后进行喂钛丝处理加Ti，获得满足成分要求的钢液；连铸，连铸过程拉速0.9～1.1m/min、加强电磁搅拌，电流1000～1600安培，钢液经过连铸获得连铸坯，且连铸坯中等轴晶比例不低于50％；
2)热轧，粗轧，温度区间1050～850℃，轧制压下率不低于80％；精轧，温度区间980～850℃，600～700℃卷取获得热轧板卷；
3)热轧板卷经过连续退火，退火温度850～950℃，酸洗后进行冷轧加工；
4)冷轧，轧制压下率不低于60～80％，获得冷轧板；
5)冷轧板轧后经过冷轧退火，温度区间900～1050℃，使冷轧不锈钢充分再结晶，晶粒度等级达到6-8级，并保证表面粗糙度0.10≤Ra≤0.50，单位μm。
4.如权利要求3所述的高成形性耐酸性腐蚀汽车用中铬铁素体不锈钢的制造方法，其特征是，钢板的延伸率不低于33％，r值不低于1.35。
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