CN101942609A - 一种具有低韧脆转变温度的铁素体不锈钢 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有低韧脆转变温度的铁素体不锈钢，属于金属材料领域。该具有低韧脆转变温度的铁素体不锈钢，其特征是：其化学成分的重量百分比为：C：不大于0.015；Si：不大于0.5；Mn：不大于1.0；Cr：15～18；P：不大于0.03；S：不大于0.003；Ni：不大于1；Ti：4×(C+N)～0.2；Nb：0.05～0.20；N：不大于0.015；Cu：0.3-0.8；C+N：不大于0.025；其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0.05％wt。本发明具有组分设计合理、韧脆转变温度低、易加工、质量稳定、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有低韧脆转变温度的铁素体不锈钢，属于金属材料领域。
背景技术
铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢相比，具有很多优点，比如：成本低、热膨胀系数低、良好的抗高温氧化性能和耐应力腐蚀性能。因此，铁素体不锈钢被广泛的应用到汽车排气系统、家用电器、建筑和装饰中。但是，铁素体不锈钢的与奥氏体不锈钢相比，其韧脆转变温度比较高。铁素体不锈钢高的韧脆转变温度，限制了其在低温环境下的使用，同时，也给铁素体不锈钢的生产带来比较大的困难，比如：不锈钢的钢坯必须热修磨，修磨温度低于200℃时坯子中容易产生裂纹，如果坯子产生了裂纹，在随后的热轧过程中容易出现断带现象。
通过专利检索，共检索到相关发明专利9项，见下表：(wt％)
上述专利主要从考虑铁素体不锈钢的耐腐蚀性、耐高温性和成型性等方面，对铁素体不锈钢的韧脆转变温度关注的比较少。大部分合金设计通过添加不同合金元素如Mo、Cu及采用稳定化元素Ti或者Nb来固定铁素体基体中的有害元素，确保不锈钢具有设计要求的性能。从上述公开的9份专利中可以看出，在合金成分设计中没有考虑对韧脆转变温度的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种组分设计合理、韧脆转变温度低、易加工、质量稳定、成本低的具有低韧脆转变温度的铁素体不锈钢。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是该具有低韧脆转变温度的铁素体不锈钢，其特征是：其化学成分的重量百分比为：
C：不大于0.015
Si：不大于0.5
Mn：不大于1.0
Cr：15～18
P：不大于0.03
S：不大于0.003
Ni：不大于1
Ti：4×(C+N)～0.2
Nb：0.05～0.20
N：不大于0.015
Cu：0.3-0.8
C+N：不大于0.025
其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0.05％wt。
作为优选，本发明所述的化学成分的重量百分比为：
C：0.005～0.015
Si：0.1～0.5
Mn：不大于1.0
Cr：15～18
P：不大于0.03
S：不大于0.003
Ni：不大于1
Ti：4×(C+N)～0.2
Nb：0.05～0.20
N：0.005～0.015
Cu：0.3-0.8
C+N：不大于0.025
其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0.05％wt。
C是钢中所含有的不可避免的杂质，但其使加工性、耐蚀性变差，因而最好尽可能少。加入固定元素Nb和Ti可以消除C的有害影响，但会增加合金的成本，所以C含量上限设定为0.015％。另外，当C含量低于0.005％时，精炼方面的成本也会大大增加，因而下限可以设定为0.005％或以上。
N也是钢中含有的不可避免的杂质，和C一样，但其使加工性、焊接性变差，因而最好尽可能少用，将其上限设定为0.010％。另外，当N含量低于0.005％时，精炼方面的成本也会大大增加，因而下限可以设定为0.005％或以上。
Cr是提高耐蚀性的主要合金元素。Cr是形成有保护性的Cr2O3膜而使耐腐蚀性提高的元素，因此Cr量最低必须为15％以维持耐腐蚀性。另外Cr含量超过18％时加工性会下降，因而将其上限设定为18％。
Si是炼钢脱氧必要的元素，也有一定的强化作用，当含量低于0.1％时，难于获得充分的脱氧效果；含量超过0.5％时，钢的韧性降低，可焊性差。
Mn是提高强度和韧性的有效元素。Mn可以抑制不锈钢中硫的有害作用，提高热塑性。但Mn对提高不锈钢耐腐蚀性不利。大于1％，将降低腐蚀性能。
Ti主要为了固定钢中的氮元素，阻止钢坯在加热、轧制、焊接过程中晶粒的长大，改善材料的低温韧性。Ti低于4(C+N)，固氮效果差，超过0.2％时，形成尺寸比较大的TiN，并且钢浇铸时容易结瘤。
Nb可以有效的固定钢中的C元素，并且具有细化晶粒的作用，可以改善钢的强度和韧性，但过多的铌会促使Fe2Nb相的析出，因此Nb的上限为0.20％。
Cu作为合金元素，有利于获得良好的低温韧性和耐蚀性。但当Cu超过0.8％时，会大量的析出，所以Cu的上限为0.8％。
Ni在本发明专利的主要目的时阻止钢坯在加热或热轧时产生裂纹的倾向，考虑经济性，将Ni含量控制在1％。
P和S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％。
影响合金韧脆转变温度的因素主要有两个：一是合金元素的影响，C固溶于铁基体中，可以增加不锈钢的强度，但随C的增加，会大大增加韧脆转变温度。Si作为脱氧剂加入钢，少量的Si对韧脆转变的影响不大，但过多的Si也会增加韧脆转变温度。Cr对韧脆转变温度的影响，也表现出提高韧脆转变温度。Ni可以使脆性断面减小，降低韧脆转变温度；二是晶粒大小的影响，减小晶粒尺寸可以降低韧脆转变温度。在钢中加入适量的Ti和Nb合金元素可以起到细化晶粒，降低韧脆转变温度的影响。
本发明同已有的技术相比，具有以下优点和特点：
本发明成分设计主要通过降低Si含量，增加Cu和Ni来保证钢具有比较低的韧脆转变温度，该成分设计可以较现有专利更容易加工，可以大大提高不锈钢的加工效率。本发明的产品同时还具有良好的成型性、良好的抗高温氧化性能和耐应力腐蚀性能的优点。
本发明成分设计巧妙合理，降低了铁素体不锈钢的韧脆转变温度，能够更好的满足汽车排气系统、家用电器、建筑和装饰等耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀场合的需要。同时，还能满足北方冬季低温环境下的使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例：
上表中的P含量均为0.02wt％。
下表为本发明专利用钢和对比用钢的力学性能和韧脆转变温度比较。其中，力学性能检测屈服强度、抗拉强度、延伸率、硬度。韧脆转变温度试样的尺寸为5×10×55mm，V型缺口。从下表可以看出，本发明钢种的力学性能与对比钢种的差别不大，但本发明钢中的韧脆转变温度显著降低。
| 实施例1 | 231 | 422 | 37.0 | 127 | -40℃ |
| 实施例2 | 233 | 427 | 38.5 | 128 | -40℃ |
| 实施例3 | 235 | 427 | 37.0 | 130 | -40℃ |
| 实施例4 | 237 | 430 | 37.5 | 134 | -40℃ |
| 比较例1 | 237 | 438 | 32.5 | 143 | -20℃ |
| 比较例2 | 252 | 454 | 31.5 | 150 | 0℃ |
| 比较例3 | 250 | 450 | 33.0 | 151 | 0℃ |
| C | Si | Mn | Cr | P | S | Ni | Ti | Nb | N | Cu | C+N | Fe | |
| 实施例5 | 0.007 | 0.12 | 0.75 | 15 | 0.01 | 0.001 | 0.4 | 0.1 | 0.06 | 0.007 | 0.78 | 0.012 | 平衡 |
| 实施例6 | 0.011 | 0.25 | 0.3 | 16.8 | 0.02 | 0.002 | 0.5 | 0.09 | 0.1 | 0.012 | 0.66 | 0.023 | 平衡 |
| 实施例7 | 0.015 | 0.36 | 0.2 | 17.8 | 0.02 | 0.001 | 0.8 | 0.08 | 0.05 | 0.005 | 0.32 | 0.02 | 平衡 |
| 实施例8 | 0.01 | 0.45 | 0.7 | 15.6 | 0.03 | 0.003 | 0.35 | 0.15 | 0.08 | 0.015 | 0.8 | 0.025 | 平衡 |
| 实施例9 | 0.008 | 0.5 | 0.2 | 18 | 0.01 | 0.002 | 0.3 | 0.07 | 0.18 | 0.009 | 0.38 | 0.017 | 平衡 |
| 实施例10 | 0.006 | 0.28 | 1.0 | 16.4 | 0.02 | 0.001 | 0.75 | 0.09 | 0.2 | 0.008 | 0.43 | 0.014 | 平衡 |
| 实施例11 | 0.014 | 0.32 | 0.5 | 17.1 | 0.02 | 0.001 | 0.7 | 0.13 | 0.09 | 0.006 | 0.3 | 0.02 | 平衡 |
| 实施例12 | 0.007 | 0.21 | 0.4 | 17.6 | 0.01 | 0.002 | 0.85 | 0.19 | 0.14 | 0.014 | 0.72 | 0.021 | 平衡 |
| 实施例13 | 0.013 | 0.48 | 0.45 | 16.5 | 0.02 | 0.001 | 0.95 | 0.14 | 0.16 | 0.006 | 0.58 | 0.019 | 平衡 |
| 实施例14 | 0.014 | 0.42 | 0.3 | 15.8 | 0.01 | 0.002 | 0.65 | 0.2 | 0.17 | 0.013 | 0.62 | 0.025 | 平衡 |
实施例5-14的参数如下：
| 编号 | Re(MPa) | Rm(MPa) | A(％) | 硬度(Hv) | 韧脆转变温度 |
| 实施例5 | 240 | 445 | 36.0 | 144 | -40℃ |
| 实施例6 | 238 | 441 | 37.0 | 140 | -40℃ |
| 实施例7 | 231 | 428 | 38.0 | 131 | -40℃ |
| 实施例8 | 250 | 452 | 35.0 | 152 | -40℃ |
| 实施例9 | 230 | 428 | 37.5 | 128 | -40℃ |
| 实施例10 | 245 | 450 | 36.5 | 138 | -40℃ |
| 实施例11 | 232 | 430 | 37.5 | 130 | -40℃ |
| 实施例12 | 228 | 425 | 38.0 | 127 | -40℃ |
| 实施例13 | 235 | 445 | 36.0 | 135 | -40℃ |
| 实施例14 | 241 | 446 | 36.5 | 145 | -40℃ |
生产过程：将本专利钢通过电炉炼钢、AOD、VOD脱碳三步法炼钢。通过控制拉速、电磁搅拌等工艺参数使钢液经过连铸获得连铸坯，连铸坯要进行缓冷并进行表面修磨，修磨后带温送加热炉加热并保温一定时间进行热轧。热轧首先进行粗轧并去表面氧化皮，粗轧坯经过精轧、冷却和卷取获得热轧板卷。热轧板卷经过退火酸洗后进行冷轧加工。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，获得综合性能满足要求的冷轧不锈钢产品。
工业生产时可以按照炼钢→连铸→修磨→热轧→退火酸洗→冷轧→退火酸洗→分卷的工艺流程进行生产，可以得到厚度为0.5～2.0mm的冷轧不锈钢板。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其配方、工艺所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种具有低韧脆转变温度的铁素体不锈钢，其特征是：其化学成分的重量百分比为：
C：不大于0.015
Si：不大于0.5
Mn：不大于1.0
Cr：15～18
P：不大于0.03
S：不大于0.003
Ni：不大于1
Ti：4×(C+N)～0.2
Nb：0.05～0.20
N：不大于0.015
Cu：0.3-0.8
C+N：不大于0.025
其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0.05％wt。
2.根据权利要求1所述的具有低韧脆转变温度的铁素体不锈钢，其特征是：所述的化学成分的重量百分比为：
C：0.005～0.015
Si：0.1～0.5
Mn：不大于1.0
Cr：15～18
P：不大于0.03
S：不大于0.003
Ni：不大于1
Ti：4×(C+N)～0.2
Nb：0.05～0.20
N：0.005～0.015
Cu：0.3-0.8
C+N：不大于0.025
其余为Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0.05％wt。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07150244A (ja) * | 1993-11-25 | 1995-06-13 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 冷間加工用フェライトステンレス鋼の製造方法 |
| CN1572895A (zh) * | 2003-06-04 | 2005-02-02 | 日新制钢株式会社 | 具有优良成形性的铁素体不锈钢板及其生产方法 |
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2010
- 2010-08-09 CN CN 201010250720 patent/CN101942609A/zh active Pending
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