CN102021480B - 低铬铁素体不锈钢的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低铬铁素体不锈钢及其制造方法。所述低铬铁素体不锈钢的成分质量百分比含量为：C：0.005-0.015、N：0.005-0.015、Si：0.50-1.20、Mn≤1.00、P≤0.035、S≤0.010、Cr：10-15、V：0.05-0.20、Ti≤0.10、Al≤0.005、O≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。所述铁素体不锈钢具有较高的屈服强度、抗拉强度，而且具有一定的塑性、良好的耐腐蚀性能，因而能够用于制造电视、电脑、手机等电子产品的框架等行业。
Description
技术领域
本发明属不锈钢制造领域，涉及一种高强度低铬铁素体不锈钢及其制造方法。
背景技术
铁素体不锈钢不含镍或仅含少量镍，是一种节镍不锈钢。除具有不锈性和耐-般腐蚀性能外，其耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等局部腐蚀性能优良。此外，铁素体不锈钢的强度高，冷加工硬化倾向较低，导热系数为奥氏体不锈钢的130％-150％，线膨胀系数仅为Cr-Ni奥氏体不锈钢的60％-70％，具有良好的综合性能。因此，在家电工业、汽车工业、房屋建筑、石化和环保等领域有着广泛的应用和广阔的发展前景。
铁素体不锈钢根据铬含量不同大致分为低铬(Cr的质量百分含量为11％-15％)，中铬(Cr的质量百分含量为16％-20％)，高铬(Cr的质量百分含量为21％-30％)三类。低铬铁素体不锈钢节约铬资源，成本较低，生产加工难度相对中高系列又有所降低，因此在很多领域得到了广泛的应用(如液晶显示框产品等)。
目前，国内外已就铁素体不锈钢及其制造方法提出了多项专利申请。如CN1363710公开了一种具有良好加工性能的铁素体不锈钢板及其制造方法，其钢种含有较高含量的C和N，虽然提高了钢的强度，但同时也使钢的韧性和焊接性能下降。又如CN1507500公开了一种形状凝固性良好的铁素体不锈钢板及其制造方法，其中，为了改善钢板形状凝固性，该钢种中添加了Mo和Cu，并对C含量作出了严格的限制，从而使得制造成本过高。另外，JP2001003143公开的钢种对N含量进行限制，以改善加工性和表面，然而其Si含量控制较低，降低了钢的强度，另外，该钢种中还加入了B，也使其热加工性能下降。
由此可见，现有技术中的铁素体不锈钢还不能完全满足目前使用和制造的要求，需要开发一种强度高、焊接性能良好、成本经济的铁素体不锈 钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁素体不锈钢，具有较高的屈服强度、抗拉强度，而且具有一定的塑性、良好的耐腐蚀性能，可以用于电视、电脑、手机等电子产品的框架制造行业。
为实现上述目的，本发明所提供的铁素体不锈钢，其成分质量百分比含量为：C 0.005-0.015、N 0.005-0.015、Si 0.50-1.20、Mn≤1.00、P≤0.035、S≤0.010、Cr 10-15、V 0.05-0.20、Ti 0.04-0.10、Al≤0.005、O≤0.005，其余为Fe和不可避免的杂质。
此外，本发明还提供了上述铁素体不锈钢的一种制造方法，包括冶炼、连铸、热轧、第一次退火、表面处理、冷轧、第二次退火、平整、成卷，其中，冶炼依次包括电炉冶炼、AOD冶炼(即氩氧脱碳炉冶炼)和SS-VOD冶炼(即真空脱碳炉冶炼)；所述热轧包括加热、轧制、卷取；所述表面处理依次包括喷砂处理和酸洗。
优选地，所述热轧的加热温度为1050-1100℃，加热时间为170-220min。
优选地，所述轧制的温度为800-950℃。
进一步优选地，所述轧制的温度为850-900℃。
优选地，所述卷取的温度为550-750℃。
优选地，所述第一次退火的温度为750-900℃，保温时间为1-2min/mm。
优选地，所述第二次退火的温度为750-900℃，保温时间为0.5-1.5min/mm。
优选地，所述冷轧的总压下率为65-85％。
下面将进一步说明本发明。
本发明在低铬铁素体不锈钢基础上，通过控制C、N含量、调整适量的Si量、添加微量的V、Ti等合金元素、控制钢中的Al和总氧含量等措施，通过采取合理的生产工艺制造出具有较高强度和较好耐腐蚀性能的铁素体不锈钢。
以下将本发明合金成分的设计进行说明：
Cr：Cr是不锈钢中最重要的合金元素，随着Cr含量的增加，不锈钢在 氧化性酸介质中耐蚀性、在Cl-溶液中耐应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀能力均显著提高。添加过多的Cr会增加材料成本，过低的Cr会影响材料的强度和腐蚀性能。综合考虑设计Cr的质量百分含量在10～15％。
V：V是一种重要的微合金化元素，在合金钢中得到了较多应用。通常添加合金元素V可以提高材料的强度，其主要强化机制有V的固溶强化与V(C，N)析出物的析出强化，从而使产品在具有高的强度的同时具有较好的韧性。本发明中，控制钢中V的质量百分含量为0.05-0.20％，有效地提高了铁素体不锈钢的强度。
Si：Si是较强的铁素体形成元素，一般铁素体不锈钢冶炼过程中采用Si作为脱氧剂，本钢种中Si可以减小高温下奥氏体相区的比例，使轧制和退火更易于进行，同时利用Si的强化效果提高材料强度，利于后续加工。在本发明中，控制钢中Si的质量百分含量在0.50-1.20％之间，从而提高铁素体不锈钢的强度。
Ti：Ti与碳氮具有很强的化合作用，通过形成稳定的钛碳氮化合物，防止由于形成铬碳化合物而引起的Cr浓度降低而导致的耐蚀性的下降。Ti和N的亲和力较强，TiN在钢液中析出可作为异质形核核心促进晶粒细化、提高等轴晶比例，从而改善最终产品的成型性能。然而，若大量使用Ti将大大提高生产成本，因此控制其质量百分含量为0.04-0.10％，不仅能够提高铁素体不锈钢的耐腐蚀性能，又节省成本。
Mn：Mn在铁素体不锈钢中主要作为脱氧元素，一般控制在较低的水平。Mn和S具有较强的亲和作用，易形成硫化锰夹杂，恶化材料性能。因此，本发明的钢中，控制Mn的质量百分含量不超过1.00％。
Al：铁素体不锈钢中的Al具有抗高温氧化、硫化的作用。Al也是常用的脱氧元素，在不采用Al脱氧的铁素体不锈钢中Al主要为残余元素，一般控制在较低的水平，本发明中控制钢中的Al的质量百分含量不超过0.005％。
C：通常认为C在铁素体不锈钢中为有害元素，主要是由于C容易和Cr反应，在晶界上析出Cr23C6，使合金变脆，而且晶界因贫Cr而引起严重的晶界腐蚀。因此，为改善铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀性能和韧性，必须通过冶炼降低C含量或采用强碳氮化合物形成元素加以固定。但一定的碳氮含量有利于保证材料的强度，同时有利于提高铸坯的等轴晶比例。因此，在本 发明的钢种中，控制C的质量百分含量为0.005-0.015％。
N：N作为间隙元素，在铁素体中的溶解度也很低，在合金Cr含量较高时，容易生成Cr2N而降低铁素体不锈钢的耐腐蚀性能和韧性，因此，必须通过冶炼尽量去除。本发明中，控制其在钢中的质量百分比含量为0.005-0.015％。
O：O在钢中为有害元素，应尽量降低其含量。O对不锈钢最终成品品质具有深远的影响，它会影响钢种的整个冶炼、浇注、轧制等生产过程和后续加工使用性能，影响成品的加工性、焊接性、耐腐蚀性及其疲劳、断裂行为等。因此，控制其在钢中的质量百分含量不超过0.005％。
P、S：P、S在钢中为杂质元素，降低钢的高温塑性，在铁素体不锈钢热加工过程中，易和其他因素同时作用而导致边裂等缺陷。此外，S还会降低铁素体不锈钢的耐点蚀性能。因此，应尽量降低其含量。本发明中，控制P的质量百分含量不超过0.035％；S的质量百分含量不超过0.010％。
采用上述成分设计和工艺控制方法制造的铁素体不锈钢，不含Ni、Mo等贵重合金元素，具有较高的屈服强度、抗拉强度，而且具有一定的塑性、良好的耐腐蚀性能，能够代替常规的奥氏体不锈钢，用于制造电视、电脑、手机等电子产品的框架等行业。
具体实施方式
按照本发明钢种的化学成分要求制造铁素体不锈钢。依次采用电炉冶炼、AOD冶炼和SS-VOD冶炼，热轧的加热温度为1050-1100℃，加热170-220min，轧制的温度为850-900℃。第一次退火的温度为750-900℃，保温时间为1-2min/mm。第二次退火的温度为750-900℃，保温时间为0.5-1.5min/mm。冷轧的总压下率为65-85％。在550-750℃卷取。
具体成分如下：
实施例的化学成分(wt/％)见表1。实施例1-11主要比较了不同C、N、Si、Cr、V、Ti含量的影响。其中，通过实施例1、2、6可以比较出Ti的影响，通过实施例2、3、7、8、9可以比较出Si的影响，通过实施例3、4、8可以比较出N的影响，通过实施例4、5、8可以比较出C的影响，通过实施例6、7、10可以比较出Cr的影响，通过实施例2、9、10、11可以比较出V的影响。比 较例1-3选择常规低铬铁素体不锈钢作为比较，尤其在C、N、Cr、Ti等元素含量上与各实施例进行比较。
表1实施例化学成分(wt/％)
实施例780℃冷轧退火后力学性能见表2。从表中可见，各实施例的屈服强度为300-380MPa，抗拉强度为430-500MPa，延伸率为30％以上。比较例1-3为常规低铬铁素体不锈钢，其典型屈服强度为230-270MPa，抗拉强度为400-440MPa。和比较例相比，实施例具有更高的强度。
表2实施例780℃冷轧退火后的力学性能
表3为实施例1、10与比较例1、2点蚀电位的对比，可以看出，实施例1、10的点蚀电位均高于比较例1和2。总体上，实施例的点蚀电位都在0.1V左右，说明实施例与比较例耐点蚀性能相当。
表3实施例点蚀电位
Claims (6)
1.一种低铬铁素体不锈钢的制造方法，所述钢的成分质量百分比含量为：
C 0.005-0.015
N 0.005-0.015
Si 0.50-1.20
Mn ≤1.00
P ≤0.035
S ≤0.010
Cr 10-15
V 0.05-0.20
Ti 0.04-0.10
Al ＜0.005
O ≤0.01
余量为Fe和不可避免的杂质；
所述方法包括如下步骤：
冶炼、连铸、热轧、第一次退火、表面处理、冷轧、第二次退火、平整、成卷，其中，所述冶炼依次包括电炉冶炼、氩氧脱碳炉冶炼和真空脱碳炉冶炼；所述热轧包括加热、轧制、卷取；所述表面处理依次包括喷砂处理和酸洗；所述第一次退火的温度为750-900℃，保温时间为1-2min/mm；所述第二次退火的温度为750-900℃，保温时间为0.5-1.5min/mm。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述热轧的加热温度为1050-1100℃，加热时间为170-220min。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述轧制的温度为800-950℃。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述轧制的温度为850-900℃。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述卷取的温度为550-750℃。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述冷轧的总压下率为65-85％。
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