CN103276299B - 一种高表面质量的铁素体不锈钢钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种高表面质量的铁素体不锈钢钢板及其制造方法，其化学成分的重量百分比为：C≤0.03%，Si：0.20～1.0%，Mn≤1.0%，P≤0.03%，S≤0.01%，Cr：16～20%，Mo：0.75～2.0%，Nb：0.42～0.7%，N≤0.03%，Al≤0.005%，O≤0.005%，同时Nb、C、N的含量须满足：0.15%≤Nb‑20C‑7N≤0.7%，1.2C+N≤0.04%，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明经过冶炼、热轧、两轧程冷轧、光亮退火、平整后，能制造出高光泽度、高光亮度、低粗糙度的高表面质量的镜面材料，同时该材料还具备优良的耐腐蚀性能、抗冷变形起皱性能和较高的屈服强度及表面硬度，适用于高表面质量要求的汽车外装饰亮条（件）、家具装饰亮条等。

Description

一种高表面质量的铁素体不锈钢钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种铁素体不锈钢钢板，尤其涉及一种高光泽度、高光亮度、低粗糙度、耐腐蚀性、抗冷变形起皱性能优良的高表面质量的铁素体不锈钢钢板及其制造方法，其20°角的表面光泽度在1000以上，表面粗糙度在0.060μm以下，点腐蚀电位为298mv以上，经15％预拉伸后得到的表面粗糙度评价指标Pt值小于15μm。适用于高表面质量要求的汽车外装饰亮条(件)、家具装饰亮条等。

背景技术

随着国民经济的发展，汽车工业和家居装饰业也得到了蓬勃发展，汽车产销量的急剧提高，在一定程度上也刺激了汽车企业规模的扩张，从而引发了汽车品牌间的激烈竞争。外观漂亮、庄重，已经成为汽车市场竞争的一个重要的方面，因而汽车内、外装饰不锈钢的应用日益广泛，发展空间也日益扩大。

不锈钢用于汽车装饰的越来越多，车窗装饰条就是很典型的一个用途。因为汽车外装饰用钢一般不进行表面抛光处理而直接使用，因而对材料的表面光泽度、光亮度和细腻程度、成形起皱性能要求非常高。汽车装饰亮条在加工过程中有冷弯变形环节，而装饰亮条的加工过程一般不进行抛光处理，因而对材料的加工性能尤其是成形起皱性能的要求非常高，常用的铁素体不锈钢很难满足这样的要求。同时，为了保证汽车装饰亮条在长期使用过程、复杂使用环境下的美观漂亮，对装饰条材料的耐腐蚀性能的要求也非常高。由于汽车装饰亮条高标准、全方位的质量要求，能生产应用于汽车外装饰条的不锈钢产品已是一个钢铁企业制造水平的标志之一。

目前，汽车生产厂家所用的装饰条材料主要有铝合金、SUS304不锈钢、超低碳氮430不锈钢等材料的高等级BA产品，这类产品全部由国外几个厂家生产。由于SUS304高昂的价格，许多厂家在开发、研制不含贵重金属Ni的铁素体不锈钢替代SUS304使用。大多数提高铁素体不锈钢表面质量专利的途径，均是在一定铁素体不锈钢成分的基础上，改善材料的变形后的表面粗糙度。

如中国专利CN101255532和CN101671796都是高表面质量的铁素体不锈钢，它们通过成分控制、热轧、冷轧控制以获得冷加工后表面粗糙度小的材料，其设计思路是控制材料的晶粒取向达到目的，改善的是材料冷加工后的性能。

中国专利CN1363710也是基于这样的设计思路；而中国专利CN101845595A则是通过添加元素的控制得到改善材料起皱的效果，其解决的是材料变形起皱和材料脆断的工艺问题。

从上述专利的控制手段看，绝大多数都是采用控制热轧轧制温度、控制冷轧轧制道次及冷轧退火制度，从而达到改善铁素体不锈钢晶粒取向的目的。这种改善了晶粒取向的材料，在实际使用过程的变形中，能够减轻铁素体不锈钢固有的起皱问题，从而减少为消除这种表面粗糙而进行的研磨操作，它们改进的是材料在制造企业的使用性能。但是这些方法得到的材料，其表面质量依然不是很高，表面粗糙度低、光泽度低、光亮度也不高，不可能满足汽车外装饰亮条、家具装饰亮条等制造企业对材料表面质量的要求。

表1所示为现有的铁素体不锈钢化学成分及比较。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高光泽度、高光亮度、低粗糙度的高表面质量的铁素体不锈钢钢板及其制造方法，为一种高表面质量、具有优良耐腐蚀性的铁素体不锈钢的镜面BA产品，且生产方便，该材料同时也能实现改善材料的组织织构，改善材料变形后起皱等问题，具有优良的抗冷变形起皱性能，适用于高表面质量要求的汽车外装饰亮条(件)、家具装饰亮条等。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种高表面质量的铁素体不锈钢钢板，其化学成分的重量百分比为：C≤0.03％，Si：0.20～1.0％，Mn≤1.0％，P≤0.03％，S≤0.01％，Cr：16～20％，Mo：0.75～2.0％，Nb：0.42～0.7％，N≤0.03％，Al≤0.005％，O≤0.005％，同时Nb、C、N的含量还须满足：0.15％≤Nb-20C-7N≤0.7％，1.2C+N≤0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质；其20°角的表面光泽度在1000以上，表面粗糙度在0.060μm以下，点腐蚀电位为298mv以上，经15％预拉伸后得到的表面粗糙度评价指标Pt值小于15μm。

本发明的高表面质量的铁素体不锈钢钢板具有高光泽度、高光亮度、低粗糙度，同时具有优良的耐腐蚀性、抗冷变形起皱性能和较高的屈服强度、表面硬度等综合性能。

本发明的高表面质量的铁素体不锈钢钢板的制造方法，包括如下步骤：

按照上述化学成分配比冶炼，经浇注、表面修磨、加热、热轧、退火、酸洗、第一次冷轧和BA光亮退火、第二次冷轧和BA光亮退火、快冷、平整后，获得所述高表面质量的铁素体不锈钢钢板；其中，

在冶炼过程中，精炼炉炉渣碱度控制在1.5～2.5，在真空或非真空条件下，采用铝含量低于1.0％的硅铁或硅锰合金脱氧，钢水经过充分镇静后进行浇注；

在浇注步骤中，经过充分镇静的钢水在无氧化保护条件下浇注成钢锭或钢坯；

在表面修磨步骤中，将获得的钢锭或钢坯在温度大于200℃条件下进行表面修磨清理,为了保证钢锭或钢坯的表面质量，修磨角度要求45°斜磨；

在加热步骤中，加热温度为1080～1200℃；

在热轧步骤中，热轧精轧终轧温度为800～900℃，热轧后卷取，卷取温度为550～650℃，获得热轧卷。

在热轧后退火步骤中，热轧卷经850～1000℃退火、酸洗；

在第一次冷轧和BA光亮退火步骤中，热轧卷经退火、酸洗后进行第一次冷轧，该轧程的冷轧变形率要求为50％～60％，冷轧轧机轧制速度为300～600m/min,中间产品经过BA光亮退火线退火，退火温度为850～1000℃，获得退火后的冷轧卷；

在第二次冷轧和BA光亮退火步骤中，退火后的冷轧卷进行第二次冷轧，该轧程的冷轧变形率要求≥40％，冷轧轧机轧制速度为150～500m/min,最终产品再经过BA光亮退火线退火，退火温度为950～1050℃，退火时以≥30℃/S的速度进行快冷，以保证获得比6.5级更细小的金相组织，退火后的冷轧卷经过小于2％的变形率平整、包装，即可得到高光泽度、高光亮度、低粗糙度的高表面质量铁素体不锈钢钢板。

本发明的高表面质量的铁素体不锈钢钢板的化学成分设计中：

C：碳在不锈钢中是强烈稳定奥氏体且扩大奥氏体区元素，在铁素体不锈钢中的固溶度非常低，由于C原子半径相对金属Fe、Cr、Ni、Cu等原子要小很多，在金属材料中属于间隙原子，对材料的耐腐蚀性能和成形性能有害。因此，本发明与一般的铁素体不锈钢的要求一样，限定的碳含量为≤0.03％。为保证材料的耐腐蚀性能，C、N的控制还应满足1.2C+N≤0.04％的要求。

Si：硅是不锈钢冶炼过程中常用的一种脱氧元素，必须保证钢水中有一定含量的Si，钢水脱氧才能充分；另一方面硅降低材料的堆垛层错能，不利于材料的变形。因而本发明钢中将硅含量的范围确定为0.2～1.0％。

Mn：锰是奥氏体形成元素之一，同时对材料耐腐蚀性能有一定的负面作用，Mn对铁素体不锈钢的作用一般是有害的，本发明钢中将锰含量限制定为≤1.0％。

Cr：铬是不锈钢的最基本的元素，是不锈钢获得耐腐蚀性的基本元素，同时Cr也是不锈钢中的铁素体形成元素，为了保持材料的铁素体相及材料高的耐腐蚀性能，本发明钢中铬含量控制为16～20％。

Mo：钼是铁素体形成元素，在不锈钢中提高材料耐点腐蚀和应力腐蚀的能力，但过高的Mo含量可能会降低材料韧性。为了保证本发明材料在大气环境中的抗点腐蚀能力，保证材料表面持续的耐腐蚀性和高光亮程度，本发明钢中添加0.75～2.0％的Mo。

N：氮是强烈的奥氏体形成元素，同时N也属于间隙元素，不利于材料的成形性能，但是氮也是钢铁材料常用的强化元素，尤其是与Ti、Nb等元素形成的化合物的强化效果更明显，考虑到高表面亮度的材料很少用于焊接的实际情况，本发明钢中氮含量与其它超纯铁素体不锈钢相比较，氮的含量适当放宽为≤0.030％。

Nb：Nb与不锈钢中的C、N具有很强的结合力，降低了奥氏体不锈钢中的C、N间隙原子的有害作用，一方面提高了材料的耐腐蚀性能，同时由于Nb(C,N)的形成改善了材料铸造组织的结构和材料的晶粒取向，在铁素体不锈钢中得到了广泛的应用。除了Nb(C，N)的强化作用外，本发明利用金属间化合物的强化作用，使得材料在保证耐腐蚀性能的基础上，还能得到比较高的强度，最终获得高光亮、高光泽度的材料，为此材料中的Nb含量还要满足生成金属间化合物的要求，因而本发明钢中Nb含量控制为0.42～0.7％。为保证添加Nb的效果，本发明钢中Nb、C、N的含量还应满足0.7％≥Nb-20C-7N≥0.15％。另一方面，由于适量Nb元素的添加，使得本发明材料与中国专利CN101845595A一样，也解决了材料变形起皱问题。

Al：Al在不锈钢中主要以Al₂O₃夹杂物的形式存在，由于该类夹杂属于不能随金属变形的脆性夹杂，对材料的成形性能和表面质量有比较大的危害，为限制其危害作用本发明钢中控制Al≤0.005％。

P：磷在不锈钢中是有害元素，应尽可能使钢中磷含量低，但不锈钢冶炼脱磷还没有经济、有效的手段，本发明钢中控制磷的含量为≤0.03％。

S：硫在不锈钢中也是有害元素，容易在钢中生成MnS等夹杂，同时硫恶化钢的热加工性能，对材料的耐腐蚀性能也有负面作用。因而，本发明将钢中硫含量控制为≤0.01％。

O：氧在不锈钢中也是有害元素，容易在钢中生成氧化物夹杂，同时氧影响材料的机械性能和热加工性能，对材料的耐腐蚀性能也有负面作用。因而，本发明钢中O含量控制为≤0.006％。

本发明与现有技术相比具有以下特点：

本发明在17％Cr中铬铁素体不锈钢的基础上，降低C含量、添加Mo以提高材料的耐腐蚀性能，保证材料使用过程中不会由于点腐蚀、缝隙腐蚀、表面氧化造成表面光泽度和光亮度的降低，同时在冶炼过程中，炉渣碱度应当控制在1.5～2.5，在真空或非真空条件下，采用铝含量低于1.0％的硅铁或硅锰合金脱氧，避免材料的B类夹杂造成材料表面缺陷。

本发明添加适量的Nb改善材料的铸造组织结构，结合本发明材料冷轧光亮产品生产的铸造、热轧、冷轧工艺，改善了材料的晶粒取向，使得本发明钢具备了良好的成形性能，避免了使用本发明钢的过程中由于冷变形而严重降低材料的光泽度，以至于影响美观。同时，本发明添加过量的Nb，并结合合理的热轧、冷轧工艺和退火工艺，使得材料更容易地生产出高表面光亮度和光泽度的产品，达到了常规材料难以达到的高表面质量水平。另一方面，本发明的化学成分控制和生产工艺的匹配，使得本发明材料具有较高的屈服强度和表面硬度，在车辆、家具擦洗过程中也不易造成擦划伤以至影响美观。

如表1所示的其它几种高表面质量铁素体不锈钢的成分控制比较，其共同特点是解决铁素体不锈钢在钢板使用企业冷变形过程中的表面起皱现象，不是解决如何在钢厂获得高表面质量(高光泽度、高光亮度、低粗糙度)铁素体不锈钢问题。与本发明不同，按上述专利生产的铁素体不锈钢不具备高光泽度、高光亮度、低粗糙度的效果：

中国专利CN101255532通过添加Ti，改善材料的铸造组织，通过冷轧工艺的调整改善材料的抗变形起皱性能，其改善的是材料在零部件制造企业加工变形后的表面质量；中国专利CN101845595A与CN101255532采用了同样的方法、解决了同样的问题，区别只是把稳定化元素Ti换成了Nb。

中国专利CN1310771添加V，高C、N的成分控制(0.06≤(C+N)≤0.12)，如此高的C、N含量在没有添加适当的稳定化元素的情况下，材料的耐腐蚀性能将难以得到保障。

日本专利JP04160846含盖了低、中、高Cr不锈钢，几乎添加了所有可能添加的金属元素，解决薄板坯生产高表面性能和高成形性能的问题，实质解决的还是制造企业加工表面起皱问题。日本专利JP2003579633通过添加S，提高材料的表面加工性能，可方便地生产出满足高表面抛光性能的铁素体不锈钢。美国专利US19960719401与中国专利CN101255532一样通过添加Ti，仅改善材料的抗变形起皱性能。

本发明与上述现有专利相比，本发明改善材料的变形起皱性能只是本发明的附带成果，在获得其他关键综合性能的同时也能实现改善材料的组织织构，改善材料变形后起皱的问题。本发明不仅具备较好的抗变形起皱性能，更关键的是本发明通过化学成分控制、热轧轧制控制、冷轧轧制和退火工艺的控制，可在钢厂方便地生产出高表面质量(高光泽度、高光亮度)的镜面BA产品，其表面光亮程度可接近或达到抛光产品的水平，直接使用即可满足汽车外装饰亮条、家具装饰亮条等高表面质量制造企业的要求，同时这样的表面即使在恶劣环境中也不会由于点腐蚀、缝隙腐蚀、表面氧化等原因退化，即使是经过冷变形加工也能较好的保持一定的表面等级。

附图说明

图1为本发明的化学成分(实施例5)的计算相图；

其中，曲线3-FCC代表面心立方的奥氏体相，曲线5代表金属间化合物Z相。

图2为本发明实施例5材料的金相组织图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细描述。

以下各实施例的高表面质量的铁素体不锈钢钢板，其化学成分的重量百分比如表3所示。按照表3所示的化学成分的配比冶炼，经浇注、表面修磨、加热、热轧、退火、酸洗、第一次冷轧和BA光亮退火、第二次冷轧和BA光亮退火快冷、平整后，获得所述高表面质量的铁素体不锈钢钢板；其中，在冶炼过程中，炉渣碱度控制在1.5～2.5，采用铝含量低于1.0％的硅铁或硅锰合金脱氧；在浇注步骤中，在无氧化保护条件下浇注成钢锭或钢坯；在表面修磨步骤中，将获得的钢锭或钢坯在温度大于200℃条件下进行表面修磨清理,修磨角度要求45°斜磨；在加热步骤中，加热温度为1080～1200℃；在热轧步骤中，热轧精轧终轧温度为800～900℃，热轧后卷取，卷取温度为550～650℃，获得热轧卷；在热轧后退火步骤中，热轧卷经850～1000℃退火、酸洗；在第一次冷轧和BA光亮退火步骤中，冷轧变形率为50％～60％，冷轧轧制速度为300～600m/min,BA光亮退火温度为850～1000℃；在第二次冷轧和BA光亮退火步骤中，冷轧变形率≥40％，冷轧轧制速度为150～500m/min,BA光亮退火温度为950～1050℃，退火时以≥30℃/S的速度进行快冷，以保证获得比6.5级更细小的金相组织，退火后的冷轧卷经过小于2％的平整、包装；其制造的具体工艺参数如表4所示。

为了保证材料抵抗点腐蚀、缝隙腐蚀、表面氧化的性能，本发明在17％Cr中铬铁素体不锈钢的基础上，降低C含量、添加Mo以提高材料的耐腐蚀性能，同时在冶炼过程中，炉渣碱度应当控制在1.5～2.5，在真空或非真空条件下，采用铝含量低于1.0％的硅铁或硅锰合金脱氧，避免材料的B类夹杂造成材料表面缺陷。

本发明采用过量的Nb且满足0.15％≤Nb-20C-7N≤0.7％，并结合Mo、Cr元素的添加方式，使得材料在按本发明的热处理工艺下，析出金属间化合物，提高材料的强度，在更高强度的光面轧辊作用下，以一定的轧制速度，生产出高光泽度、高表面光亮度、低表面粗糙度的产品。以本材料一个代表成分(实施例5)计算的相图看(图1中曲线5所示)，在本发明提供的各退火热处理范围内尤其是热轧后退火温度范围可以析出Nb的金属间化合物，从而提高材料强度和表面硬度。

从实施例5材料的金相组织图2中可见，在铁素体基体上有明显的金属间相的弥散析出物，正是这种弥散的析出物提高了材料的强度和表面硬度，冷轧时以一定的轧制速度生产出的钢板具有高的表面光泽度、高光亮度和低粗糙度。

同时，由于Nb具备提高铁素体不锈钢再结晶温度的特性，在本发明钢中的中间退火温度较低(850～1000℃)，也是为了提高材料的强度，改善材料的表面光亮加工性能。

由于Nb的添加改善了铸造组织的结构，通过本发明热轧工艺的控制，冷轧采用大变形率的两个轧程工艺，按本发明制造方法获得的产品也具备优良的成形性能和抗冷变形起皱性能。将本发明材料的拉伸试样，经15％预拉伸后得到的表面粗糙度评价指标Pt值均小于15μm，而由同样方法测得的SUS430材料的Pt值一般在30μm以上，可见本发明材料的抗冷变形起皱性能也是优良的。

经检测各实施例获得的高表面质量的铁素体不锈钢钢板性能如表5所示(点蚀电位按GB/T 17897-1999方法测定)。

表5

一般SUS304不锈钢的点腐蚀电位大致在300mv左右，表5可见本发明材料的耐腐蚀性能已经达到了常规含镍不锈钢SUS304的水平，而成形性能指标r也保持较高的水平。常规冷轧产品的表面粗糙度大约为0.1-0.2μm，表5显示的本发明不锈钢材料的表面粗糙度小、表面细腻，20°角的光泽度检测结果也显示了本发明不锈钢材料良好的表面质量，能够满足汽车外装饰、家居装饰等使用要求。

Claims (2)

1.一种高表面质量的铁素体不锈钢钢板，其化学成分的重量百分比为：C≤0.03％，Si：0.20～1.0％，Mn≤1.0％，P≤0.03％，S≤0.01％，Cr：16～20％，Mo：0.75～2.0％，Nb：0.42～0.7％，N≤0.03％，Al≤0.005％，O≤0.005％，同时Nb、C、N的含量须满足：0.15％≤Nb-20C-7N≤0.7％，1.2C+N≤0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质；其20°角的表面光泽度在1000以上，表面粗糙度在0.060μm以下，点腐蚀电位为298mv以上，经15％预拉伸后得到的表面粗糙度评价指标Pt值小于15μm。

2.如权利要求1所述的高表面质量的铁素体不锈钢钢板的制造方法，包括如下步骤：

按照上述化学成分配比冶炼，经浇注、表面修磨、加热、热轧、退火、酸洗、第一次冷轧和BA光亮退火、第二次冷轧和BA光亮退火、快冷、平整后，获得所述高表面质量的铁素体不锈钢钢板；其中，

在冶炼过程中，精炼炉炉渣碱度控制在1.5～2.5，钢水采用铝含量低于1.0％的硅铁或硅锰合金脱氧；

在浇注步骤中，钢水在无氧化保护条件下浇注成钢锭或钢坯；

在表面修磨步骤中，将获得的钢锭或钢坯在温度大于200℃条件下进行表面修磨清理，修磨角度要求45°斜磨；

在加热步骤中，加热温度为1080～1200℃；

在热轧步骤中，热轧精轧终轧温度为800～900℃，热轧后卷取，卷取温度为550～650℃，获得热轧卷；

在热轧后退火步骤中，热轧卷经850～1000℃退火、酸洗；

在第一次冷轧和BA光亮退火步骤中，该轧程的冷轧变形率为50％～60％，冷轧轧制速度为300～600m/min，BA光亮退火温度为850～1000℃；

在第二次冷轧和BA光亮退火步骤中，该轧程的冷轧变形率≥40％，冷轧轧制速度为150～500m/min，BA光亮退火温度为950～1050℃；

在快冷步骤中，快冷的速度≥30℃/s；

快冷后的冷轧卷经过小于2％的变形率平整。