CN104603311B - 铁素体系不锈钢 - Google Patents
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Abstract
本发明提供同时满足表面品质、耐腐蚀性、加工性的铁素体系不锈钢。上述铁素体系不锈钢的特征在于,成分组成以质量%计含有C:0.020%以下、Si:0.15%以上且Ti×N×100%以上且0.50%以下、Mn:0.05~0.40%、P:0.026~0.040%、S:0.006%以下、Al:0.01~0.15%、Cr:16.0~19.0%、Ni:0.05~0.50%、Ti:10×(C+N)%~0.35%、Nb:0.03%以下、N:0.015%以下、Ca:0.0003~0.0025%、B:0.0001~0.0020%,剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁素体系不锈钢,其表面品质、耐腐蚀性和加工性优异,适合作为建筑物的内装和外装用部件和家电部件的素材。
背景技术
铁素体系不锈钢与含有大量高价的Ni的奥氏体系不锈钢相比更低廉,因此广泛用于汽车排气系统用部件、建筑物的内装和外装用部件、厨房设备、洗衣机和微波炉等家电部件用的部件等。另外,主要含有Ti的铁素体系不锈钢加工性好,与主要含有Nb的铁素体系不锈钢相比更低廉,因此其用途正在不断扩大。
关于含有Ti的铁素体系不锈钢,例如,在专利文献1中公开了控制Ti和Mg的量以改善铸造组织,从而得到成型性和抗皱性(ridging resistance)优异的不锈钢板的技术。在专利文献2中公开了控制氧化物系夹杂物的组成以减少铸痂状的表面缺陷(scab likesurface defect),控制Ni、Cu或Co的量以提高耐腐蚀性的技术。公开了利用该技术能够得到钢板的表面性状良好且耐腐蚀性、成型加工性优异的不锈钢。如此,与奥氏体系不锈钢相比存在问题的铁素体系不锈钢的特性也在不断得到改善,已有其用途逐渐扩大的趋势。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2001-294991号公报
专利文献2:日本特开2000-1758号公报
发明内容
然而,对于含有Ti的铁素体系不锈钢而言,因Ti系析出物,主要是因硬质且粗大析出的TiN导致在钢板表面容易产生条纹状瑕疵(linear scratch)和白色的条纹图案(whitesreak),在产品的外观上经常出现问题。但是,现有技术并未克服这样的表面品质的问题。
鉴于上述实际情况,本发明的目的在于提供一种含有Ti的铁素体系不锈钢,其钢板表面品质优异,无法由现有技术实现,且耐腐蚀性、加工性也优异。
本发明人等为了解决上述的课题,对含有Ti的铁素体系不锈钢中的Ti系析出物的形态与钢板表面的条纹状的瑕疵、图案的关系进行了分析,并且对成分组成与Ti系析出物的析出形态的关系进行了详细研究。同时还研究了成分组成对耐腐蚀性、加工性造成的影响。
其结果,发现如果在限定Ti和N的添加量的基础上,相对于Ti和N的添加量以规定的范围添加Si,则TiN的结晶温度变高,铸造时TiN在钢坯中微细地分散存在。确认了由此冷轧钢板表面的条纹状的瑕疵、图案也减少。另外,发现同时通过将Ti、C和N以及S、Nb和Ca等控制在规定的范围内能够确保高的耐腐蚀性、加工性。
本发明是基于以上的发现而完成的,其要点如下。
[1]一种铁素体系不锈钢,其特征在于,成分组成以质量%计含有C:0.020%以下、Si:0.15%以上且Ti×N×100%以上且0.50%以下、Mn:0.05~0.40%、P:0.026~0.040%、S:0.006%以下、Al:0.01~0.15%、Cr:16.0~19.0%、Ni:0.05~0.50%、Ti:10×(C+N)%~0.35%、Nb:0.03%以下、N:0.015%以下、Ca:0.0003~0.0025%、B:0.0001~0.0020%,剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
[2]根据[1]所述的铁素体系不锈钢,其特征在于,成分组成以质量%计进一步含有C:0.003%~0.012%、Al:0.02~0.08%、Cr:17.0~18.5%、N:0.010%以下、B:0.0001~0.0010%。
[3]根据[1]或[2]所述的铁素体系不锈钢,其特征在于,成分组成以质量%计进一步含有Si:0.15%以上且Ti×N×100%以上且0.36%以下。
[4]根据[1]~[3]中任1项所述的铁素体系不锈钢,其特征在于,成分组成以质量%计进一步含有选自Cu:0.01~0.14%、Mo:0.01~0.14%、V:0.01~0.20%中的一种以上。
[5]根据[4]所述的铁素体系不锈钢,其特征在于,成分组成以质量%计进一步含有V:0.01~0.10%。
根据本发明,除了汽车排气系统部件等主要要求加工性、耐腐蚀性的用途之外,还能够广泛用作建筑物的内装或外装用的部件、厨房设备、洗衣机和微波炉等家电部件用的部件中的重视外观的部件。另外,通过控制成分组成,能使成为钢板表面产生的条纹状瑕疵、图案的主要原因的TiN在钢中微细地分散,因此不需要以往的为了除去在钢板的表层局部存在的TiN而实施的热轧板的研磨等操作。
具体实施方式
以下对本发明的各构成要素的限定理由进行说明。
1.成分组成
首先,对规定本发明的钢的成分组成的理由进行说明。应予说明,成分%全部表示质量%。
C:0.020%以下
由于C使耐腐蚀性下降,所以设为0.020%以下。优选为0.012%以下。另一方面,为了确保强度,优选含有0.001%以上的C。因此,C优选为0.001~0.020%的范围。更优选为0.003~0.012%的范围。进一步优选为0.005~0.012%的范围。
Si:0.15%以上且Ti×N×100%以上且0.50%以下
应予说明,上述式中的Ti、N表示各元素的含量(质量%)。
Si具有使TiN微细化和分散化的功能,对减少由TiN引起的钢板的表面瑕疵有效。为了得到该效果,需含有0.15%以上且Ti×N×100%以上。但是,Si使热轧板的酸洗所带来的去氧化皮性下降。特别是如果含有超过0.50%,则热轧板的酸洗所带来的去氧化皮性明显变差,阻碍制造。因此,Si量设为0.15%以上且Ti×N×100%以上且0.50%以下的范围。优选为0.15%以上且Ti×N×100%以上且0.36%以下的范围。进一步优选为0.15%以上且Ti×N×100%以上且0.30%以下的范围。
Mn:0.05~0.40%
Mn作为脱氧元素是有效的,含有0.05%以上。但是,如果含有超过0.40%,则Mn促进成为腐蚀的起点的MnS的析出,使耐腐蚀性下降。因此,Mn量设为0.05~0.40%的范围。优选为0.10~0.30%的范围。
P:0.026~0.040%
P与Fe和Ti生成微细的析出物FeTiP,成为延性下降的原因。因此,P量设为0.040%以下。优选P量较低,但为了减少P制造成本显著增加,所以设为0.026%以上。因此,P量设为0.026~0.040%的范围。
S:0.006%以下
S与Ca等形成硫化物使耐腐蚀性劣化,因此S量设为0.006%以下。应予说明,含有0.0015%以上的Ca时,S量优选为0.004%以下。含有0.0020%以上的Ca时,S量优选为0.002%以下。
Al:0.01~0.15%
Al作为脱氧元素是有效的。并且,对抑制含有Ti的钢中成为问题的炼钢时的铸造喷嘴的闭塞也是有效的。因此,Al量设为含有0.01%以上。优选含有0.02%以上。但是,如果含有Al超过0.15%,则以Al2O3为主体的氧化物作为核形成粗大的TiN。因此,Al量设为0.01~0.15%的范围。另外,如果Al的含量增加则焊接部的渗透深度(depth of penetration)减少,焊接部的加工性下降,所以Al量优选设为0.08%以下。因此,优选的Al量的范围是0.02~0.08%。
Cr:16.0~19.0%
Cr对改善耐腐蚀性有效,为了得到良好的耐腐蚀性,需含有16.0%以上。但是,如果含有Cr超过19.0%则加工性下降。因此,Cr量设为16.0~19.0%的范围。优选为17.0~18.5%的范围。
Ni:0.05~0.50%
Ni是对提高耐腐蚀性有效的元素,为了得到该效果,需含有0.05%以上。但是,如果含有Ni超过0.50%,则钢硬化,延性下降。另外,Ni是高价元素。因此,Ni量设为0.05~0.50%的范围。优选为0.20~0.50%的范围。
Ti:10×(C+N)%~0.35%
应予说明,C、N表示各元素的含量(质量%)。
Ti将C、N固定成碳氮化物,是对提高耐腐蚀性、加工性有效的元素,需含有10×(C+N)%以上。但是,如果含有Ti超过0.35%则使加工性下降,因此Ti量设为10×(C+N)%~0.35%的范围。优选为0.20~0.30%的范围。
Nb:0.03%以下
如果过量添加Nb则重结晶温度上升,需要使退火温度为高温。另外,由于Nb的过量添加,导致钢板的强度增加,加工性下降。因此,Nb量设为0.03%以下。优选为0.01%以下。
N:0.015%以下
N与C同样是使耐腐蚀性下降的元素。并且,N与Ti形成TiN,成为钢板表面的条纹状的瑕疵、图案的原因。因此,N量设为0.015%以下。优选为0.012%以下。进一步优选为0.010%以下。但将N量减少至低于0.004%需要延长精炼时间,导致制造成本上升和生产率下降,因而不优选。因此,N量更优选为0.005~0.012%。
Ca:0.0003~0.0025%
Ca对控制氧化物的组成、防止炼钢时的铸造喷嘴的闭塞是有效的。因此,Ca设为含有0.0003%以上。但是,如果含有Ca超过0.0025%,则形成硫化物成为生锈的起点,使耐腐蚀性下降。因此,Ca量设为0.0003~0.0025%的范围。优选为0.0005~0.0020%的范围。
B:0.0001~0.0020%
B对防止热加工性提高、二次加工脆化(secondary cold-work embrittlement)有效。因此,B设为含有0.0001%以上。但是,如果含有B超过0.0020%,则热加工性下降。因此,B量设为0.0001~0.0020%的范围。优选为0.0002~0.0010%的范围。更优选为0.0002~0.0005%的范围。
以上是本发明的基本化学成分,剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成,从提高耐腐蚀性的观点考虑,可以进一步含有选自Cu、Mo、V中的1种以上。
选自Cu:0.01~0.14%、Mo:0.01~0.14%中的一种以上
Cu、Mo对提高耐腐蚀性有效,Cu、Mo的含量分别设为0.01%以上。但是,如果含有Cu、Mo分别超过0.14%则加工性下降。因此,含有Cu时,Cu量优选设为0.01~0.14%的范围。含有Mo时,Mo量优选设为0.01~0.14%的范围。更优选Cu、Mo均为0.02~0.10%的范围。
V:0.01~0.20%
V与C、N结合而抑制敏化提高耐腐蚀性。该效果需添加0.01%以上才能得到。但是,如果含有V超过0.20%则加工性下降,因此含有V时,优选设为0.01~0.20%的范围。更优选为0.01~0.10%的范围。进一步优选为0.01~0.06%的范围。
2.制造条件
接下来对本发明的钢的优选的制造方法进行说明。
首先,通过利用转炉、电炉等和强力搅拌·真空吹氧脱碳处理(strong stirringvacuum Oxygen Decarburization)(SS-VOD)、氩·氧脱碳处理(Argon OxygenDecarburization)(AOD)的2次精炼(secondary refining)对上述的优选成分组成的钢进行熔炼,利用连续铸造法或者铸锭法制成钢素材(钢坯)。接下来,加热至1050~1200℃进行热轧,制成热轧钢板。接下来,进行800~1020℃的连续退火和酸洗或者分批退火(boxannealing、batch annealing)和酸洗之后,实施冷轧、820~990℃的最终退火,制成冷轧钢板。
从TiN的微细化和分散化的观点考虑,铸造时的浇铸温度优选为比钢液的凝固温度高30~60℃的温度。
对于冷轧时的压下率而言,为了确保充分的加工性,尤其是确保拉伸试验中的伸长率为30%以上,优选以50%以上的压下率进行轧制。并且,确保拉伸试验中的伸长率为32%以上时,优选压下率设为60%以上。另外,冷轧可以进行1次或者中间包括退火的2次以上。
应予说明,最终退火后,可以在能够确保加工性的范围内以伸长率2.0%以下、优选1.0%以下的范围,实施表皮光轧、张力矫直。
实施例1
以下基于实施例对本发明进行说明。
将浇铸温度设为凝固温度+50℃,浇铸表1-1、表1-2所示的成分组成的铁素体系不锈钢,制成30kg钢锭。接下来,在1100℃的温度下加热后,进行热轧,制成板厚4.0mm的热轧钢板。接下来,在950℃下实施退火和酸洗,进行冷轧使板厚成为1.0mm。接下来,进行930℃的最终退火和酸洗,将各钢锭制成宽度20cm×长度40cm的冷轧钢板各5片。
对得到的冷轧钢板观察表面和背面有无条纹状的瑕疵或者图案,将长度30mm以上的条纹状的瑕疵或者图案为0个的情况评价为◎AA(合格,非常良好),将1~3个的情况评价为○A(合格,良好),将4个以上的情况评价为×C(不合格)。
耐腐蚀性的评价如下:制作用#600砂纸(emery paper)对冷轧钢板的表面进行研磨而得的60mm×80mm的试验片各2片,进行基于JIS(Japanese Industrial Standards)Z2371(2000)的盐水喷雾试验(salt spray test)(SST)来评价。盐水喷雾试验是在35℃下喷雾5质量%NaCl溶液进行4小时后,使用光学显微镜数出0.5mmφ以上的生锈点(rustpoint),以各2片的合计数计进行评价。将生锈点为0个的情况评价为◎AA(合格,非常良好),将1~4个的情况评价为○A(合格,良好),将5个以上的情况评价为×C(不合格)。
加工性是制作与轧制方向平行的JIS13号B试验片各3个,进行基于JIS Z 2241(2011)的拉伸试验,以伸长率的平均值进行评价。将伸长率的平均值为35%以上评价为◎AA(非常良好),将32%以上评价为○A(良好),将30%以上评价为△B(合格),将低于30%评价为×C(不合格)。
将以上得到的评价结果一并示于表1-2。
可知作为本发明钢的No.1~No.7和No.17~No.19的表面品质、耐腐蚀性和加工性均为合格等级以上,良好。
另一方面,Si为0.06%的比规定范围低的No.9、Si含量比Ti×N×100%低的No.10、No.14、No.16、No.24的表面品质不合格。并且,Al含量为0.16%的比规定范围高的No.13和Si含量为0.51%的比规定范围高的No.23的表面品质也不合格。
另外,由于Ti含量的下限Ti≥10×(C+N)%,Ti/(C+N)≥10,所以Ti/(C+N)低于10的No.8、Ca含量为0.0037%的比规定范围高的No.11和S含量为0.010%或0.008%的比规定范围高的No.12和No.20的耐腐蚀性不合格。
此外,Nb含量为0.05%的比规定范围高的No.21、Ti含量为0.39%或0.38%的比规定范围高的No.15和No.22的加工性不合格。
产业上的可利用性
根据本发明,除了汽车排气系统部件等主要要求加工性、耐腐蚀性的用途之外,还能够广泛用作建筑物的内装或外装用的部件、厨房设备、洗衣机和微波炉等家电部件用的部件中的重视外观的部件。
Claims (4)
1.一种铁素体系不锈钢,其特征在于,成分组成以质量%计含有C:0.020%以下、Si:0.15%以上且Ti×N×105%以上且0.36%以下、Mn:0.05~0.40%、P:0.026~0.040%、S:0.006%以下、Al:0.01~0.15%、Cr:16.0~19.0%、Ni:0.05~0.50%、Ti:10×(C+N)%~0.35%、Nb:0.03%以下、N:0.015%以下、Ca:0.0003~0.0025%、B:0.0001~0.0020%,剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1所述的铁素体系不锈钢,其特征在于,以质量%计,C含量为0.003%~0.012%、Al含量为0.02~0.08%、Cr含量为17.0~18.5%、N含量为0.010%以下、B含量为0.0001~0.0010%。
3.根据权利要求1或2所述的铁素体系不锈钢,其特征在于,成分组成进一步以质量%计含有选自Cu:0.01~0.14%、Mo:0.01~0.14%、V:0.01~0.20%中的一种以上。
4.根据权利要求3所述的铁素体系不锈钢,其特征在于,以质量%计,V含量为0.01~0.10%。
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