CN104619874B - 成型加工性优异的铁素体系不锈钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供满足深拉深性和抗皱性的成型加工性优异的铁素体系不锈钢板。该铁素体系不锈钢板以质量％计，含有C：0.010～0.070％、Si：1.00％以下、Mn：1.00％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Al：0.150％以下、Cr：14.00～20.00％、Ni：1.00％以下、N：0.010～0.060％，进而，含有V：0.005～0.100％、B：0.0001～0.0050％且满足V/B≥10，余量由Fe和不可避免的杂质构成。

Description

成型加工性优异的铁素体系不锈钢板
技术领域
本发明涉及适合于建筑物的厨房器具、家庭用品、电气化产品、汽车部件等用途的铁素体系不锈钢板，特别涉及满足深拉深性和抗皱性(ridging resistance)的成型加工性优异的铁素体系不锈钢板。应予说明，本发明中的钢板包括钢带、钢板、箔材。
背景技术
铁素体系不锈钢作为耐腐蚀性优异的材料而被广泛用于以家庭用品、汽车部件为代表的各种产业领域。该铁素体系不锈钢比含有大量Ni的奥氏体系不锈钢低廉。但是，通常加工性差，例如在实施成型加工时，容易产生被称为起皱的表面缺陷，不适合实施深拉深加工等强加工的用途。另外，铁素体系不锈钢还存在塑性应变比(r值)的面内各向异性(Δr)也大而在深拉深加工时容易引起不均匀的变形的问题。因此，为了进一步扩大铁素体系不锈钢板的应用范围，要求提高作为深拉深性的指标的r值，降低塑性应变比的面内各向异性(Δr)，进而改善抗皱性。
针对这样的要求，例如专利文献1中公开了一种加工性优异的铁素体系不锈钢，其含有C：0.03～0.08％、Si：0.4％以下、Mn：0.5％以下、P：0.03％以下、S：0.008以下、Ni：0.3％以下、Cr：15～20％、Al：N×2～0.2％以下、N：0.01％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。专利文献2中公开了一种加压成型性优异的耐热铁素体系不锈钢，其含有Cr：11.0～20.0％、Si：1.5％以下、Mn：1.5％以下、C％+N％：0.02～0.06％、Zr：0.2～0.6％，并且Zr％＝10(C％+N％)±0.15％，余量实质上由Fe构成。另外，专利文献3中公开了一种成型性优异的铁素体系不锈钢板，其特征在于，以mass％计，含有C：0.02～0.06％、Si：1.0％以下、Mn：1.0％以下、P：0.05％以下、S：0.01％以下、Al：0.005％以下、Ti：0.005％以下、Cr：11～30％以下、Ni：0.7％以下，并且以与C含量的关系计满足0.06≤(C+N)≤0.12和1≤N/C的方式含有N，进而以与N含量的关系计满足1.5×10-3≤(V×N)≤1.5×10-2的方式含有V，余量由Fe和不可避免的杂质构成。此外，专利文献4中公开了一种耐腐蚀性优异的铁素体系不锈钢，其以重量％计，含有C：0.02％以下、Si：1.0％以下、Mn：2.0％以下、Cr：11～35％、Ni：0.5％、N：0.03％以下、V：0.5～5.0％，余量由铁和附带的杂质构成。
专利文献
专利文献1：日本特开昭52-24913号公报
专利文献2：日本特开昭54-112319号公报
专利文献3：专利第3584881号公报
专利文献4：日本特开昭59-193250号公报
发明内容
然而，专利文献1中记载的技术中，由于以低N为前提，所以存在无法避免制钢工序中成本增高的问题。
另外，专利文献2中记载的技术中，由于添加大量的Zr，所以钢中的夹杂物量增加，存在无法避免由此引起的表面缺陷的产生的问题。
另外，专利文献3中记载的技术中，作为成型性的指标，以提高伸长率、r值和改善抗皱性为目的。然而，对于降低面内各向异性(Δr)完全没有考虑，在成型加工性方面存在问题。
另外，专利文献4中记载的技术中，通过添加V，从而耐腐蚀性、特别是耐应力腐蚀破裂性显著提高。然而，对于成型加工性完全没有考虑，在成型加工性方面存在问题。
这样，上述现有技术中，均未能解决如下问题：在进行严格的深拉深加工时，发生起皱而导致研磨负荷的增大，或者容易引起不均匀的变形。
本发明鉴于上述情况，目的是提供一种满足深拉深性和抗皱性的成型加工性优异的铁素体系不锈钢板。
本发明人等为了实现上述课题，进行了各种研究，结果发现，通过使V/B为10以上且使V、B的含量为最佳范围来控制钢中的碳化物、氮化物等析出物，能够使结晶粒径微细化，实现深拉深性的改善，并且抑制起皱，得到成型加工性优异的铁素体系不锈钢板，进一步通过使V/B为20以上，即使在实际操作中最终退火温度改变的情况下，也能够抑制钢板表面的敏锐化(sensitization)，从而完成了本发明。本发明的主旨如下。
(1)一种铁素体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计，含有C：0.010～0.070％、Si：1.00％以下、Mn：1.00％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Al：0.150％以下、Cr：14.00～20.00％、Ni：1.00％以下、N：0.010～0.060％，进而，含有V：0.005～0.100％、B：0.0001～0.0050％且满足V/B≥10，余量由Fe和不可避免的杂质构成。
(2)如(1)所述的铁素体系不锈钢板，其特征在于，Si：0.05～0.28％，Mn：0.05～0.92％。
(3)如(1)或(2)所述的铁素体系不锈钢板，其特征在于，满足V/B≥20地含有V和B。
应予说明，在本发明中，成型加工性优异的铁素体系不锈钢板是指满足30％以上的伸长率(El)、1.3以上的r值、0.3以下的Δr的铁素体系不锈钢板。
根据本发明，能够得到满足深拉深性和抗皱性的成型加工性优异的铁素体系不锈钢板。
附图说明
图1是表示冷轧退火板的机械性质与V/B的关系的图，图1(a)是表示伸长率(El)与V/B的关系的图，图1(b)是表示r值与V/B的关系的图，图1(c)是表示Δr与V/B的关系的图，图1(d)是表示起皱高度与V/B的关系的图。
图2是表示用于确保冷轧退火板的敏锐化特性的V、B的含量的关系的图。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式进行详细说明。应予说明，表示成分的量的％在没有特别说明时是指质量％。
首先，说明本发明的铁素体系不锈钢板的成分限定理由。
C：0.010～0.070％
C在钢中固溶而有助于热轧中的奥氏体相稳定化，并且与Cr键合而作为Cr碳化物或Cr碳氮化物在晶粒内、晶粒边界等析出。但是，如果C低于0.010％，则得不到由V(C，N)、VC、V4C3之类的碳氮化物、碳化物的微细析出带来的晶粒的微细化效果。另外，热轧中的奥氏体相分率降低，因此，在作为制品板的冷轧钢板中，起皱的产生变得显著，成型加工性劣化。另一方面，如果C高于0.070％，则Cr碳化物量或Cr碳氮化物量过度增加，钢板硬化，成型加工性降低，而且成为生锈起点的脱Cr层(Cr depletion layer)、粗大的析出物、夹杂物增加。因此，使C为0.010％～0.070％。更优选为0.020～0.040％。
Si：1.00％以下
Si作为钢的脱酸剂是有用的元素。为了得到该效果，优选0.05％以上。但是，如果超过1.00％，则延性降低而成型加工性降低。因此，Si为1.00％以下。更优选为0.05～0.50％以下。如果使Si为0.28％以下，则酸洗性变得良好，所以在需要酸洗性时为0.05％～0.28％。
Mn：1.00％以下
Mn与钢中存在的S键合而形成MnS，降低耐腐蚀性。因此，使Mn为1.00％以下。更优选为0.80％以下。另一方面，由于超出需要地低Mn化时精炼成本增加，所以优选0.05％以上。应予说明，特别是从要求高的耐腐蚀性的情况和精炼成本的观点出发，更优选为0.05～0.60％。如果使Mn为0.92％以下，则酸洗性变得良好，因此需要酸洗性时为0.05％～0.92％。
P：0.040％以下
P是对耐腐蚀性有害的元素，因此优选尽可能减少。另外，如果超过0.040％，则因固溶强化而导致加工性降低。因此，P为0.040％以下。更优选为0.030％以下。
S：0.010％以下
S在钢中形成硫化物。含Mn时与Mn键合而形成MnS。MnS因热轧等而伸展，在铁素体晶界等作为析出物(夹杂物)存在。这样的硫化物系析出物(夹杂物)使伸长率降低，特别是严重影响弯曲加工时的龟裂产生，因此S优选尽可能减少，在0.010％以内可允许。应予说明，优选为0.005％以下。
Cr：14.00～20.00％
Cr是将钢固溶强化，并且有助于提高耐腐蚀性的元素，是作为不锈钢板必需的元素。但是，如果Cr低于14.00％，则作为不锈钢的耐腐蚀性不充分。另一方面，如果Cr超过20.00％，则韧性降低，而且钢过度硬化而伸长率也显著降低。因此，Cr为14.00～20.00％。进而，从耐腐蚀性和制造性的观点出发，优选为16.00～18.00％。
Al：0.150％以下
Al作为钢的脱酸剂是有用的元素。为了得到该效果，优选0.001％以上。但是，过度的添加会因Al系夹杂物的增加而成为导致表面缺陷的原因，所以为0.150％以下。更优选为0.100％以下。进一步优选为0.010％以下。
Ni：1.00％以下
Ni具有减少缝隙腐蚀的效果。为了得到该效果，优选0.05％以上。但是，是昂贵的元素，并且即使含有量超过1.00％，这些效果也饱和，反而使热加工性降低。因此，Ni为1.00％以下。更优选为0.05～0.40％。
N：0.010～0.060％
N与C同样地在钢中固溶而有助于热轧中的奥氏体相的稳定化，并且与Cr键合而作为Cr氮化物或Cr碳氮化物在晶粒内、晶粒边界等析出。此外，与本发明中重要的V键合而形成氮化物、碳氮化物，使最终产品的晶粒微细化而有助于提高r值。如果N低于0.010％，则热轧中的奥氏体相比例降低，因此作为最终产品的冷轧钢板中起皱的产生变得显著，成型加工性劣化。另一方面，如果含有量超过0.060％，则Cr氮化物量或Cr碳氮化物量过度增加，钢板硬化，伸长率降低。因此，N为0.010～0.060％。更优选为0.020～0.050％。
V：0.005～0.100％、B：0.0001～0.0050％且V/B≥10以上
V和B是本发明中极其重要的元素。V与N键合形成VN、V(C，N)之类的氮化物、碳氮化物，具有抑制热轧退火板的晶粒粗大化的效果。另外，B具有通过在铁素体晶界稠化，延迟晶界移动(grain boundary migration)来辅助晶粒生长抑制的效果。通过这些V与B的复合效果，热轧退火板的晶粒微细化。其结果是，冷轧退火后的{111}再结晶晶粒的优先成核位点(preferential nucleation sites of the recrystallized grains)即晶界的面积增加，{111}方位的再结晶晶粒增加，由此认为r值提高。另外，认为V量与B量的比例对铁素体结晶粒径和铁素体晶界面积造成影响，因此，为了最大限度地发挥出r值提高效果，本发明人等对V和B的含量的最佳化进行了研究。
将如下的钢进行熔炼，将钢坯加热至1170℃后，进行最终温度为830℃的热轧，制成热轧板，所述钢作为成分组成而含有C：0.04％、Si：0.40％、Mn：0.80％、P：0.030％、S：0.004％、Al：0.002％、Cr：16.20％、Ni：0.10％、N：0.060％，使V量、B量改变而添加了V和B。对这些热轧板在860℃实施8hr的热轧板退火后，进行酸洗，接着实施总压下率为86％的冷轧，制成冷轧板。接着，对这些冷轧板在大气中以820℃实施30sec的最终退火后进行酸洗，制成板厚0.7mm的冷轧退火板。对所得冷轧退火板求出伸长率、r值、Δr、起皱高度(ridgingheight)。图1中示出了V/B与冷轧退火板的机械性质(伸长率、r值、Δr、起皱高度)的关系。由图1可知，通过满足V量为0.005％以上，B量为0.0001％以上且V/B≥10，从而El、r值、Δr、起皱高度均得到满足。
在本发明中，V为0.005～0.1％，B为0.0001～0.0050％且V/B≥10。如果分别超过0.1％、0.0050％地过量添加V和B，则不仅抑制退火中的晶粒的微细化和生长的效果、改善成型加工性的效果饱和，反而材质固化，延性降低，成型加工性劣化。应予说明，从确保高延性的方面考虑，更优选V为0.005～0.03％以下，B为0.0001～0.0020％。另外，如果V/B比小于10，则B与N键合而作为氮化物析出，由此B在晶界稠化而抑制晶粒生长的效果减小，因此认为r值的提高变得不充分。
在实际操作中，最终退火温度未必恒定，无法避免加热时间、到达温度的改变。如果将未添加固定C、N的Ti、Nb等稳定化元素的铁素体系不锈钢板在高温下进行退火，则有时在冷却过程中发生敏锐化，在之后的酸洗时晶界被侵蚀，从而表面品质劣化。因此，在宽的温度范围内不发生敏锐化的事项在实际操作中得到稳定品质的方面变得极为重要。
因此本发明人等研究了敏锐化特性与V/B的关系。将如下的钢进行熔炼，将钢坯加热至1170℃后，进行最终温度为830℃的热轧，制成热轧板，所述钢作为成分组成而含有C：0.04％、Si：0.40％、Mn：0.80％、P：0.030％、S：0.004％、Al：0.002％、Cr：16.20％、Ni：0.10％、N：0.060％，改变V量、B量地添加了V和B。对这些热轧板在860℃实施8hr的热轧板退火后，进行酸洗，接着实施总压下率为86％的冷轧，制成冷轧板。接着，对这些冷轧板在大气中以900℃实施30sec的最终退火后进行酸洗，制成板厚0.7mm的冷轧退火酸洗板。使用扫描式电子显微镜，对所得冷轧退火酸洗板的表面观察500μm×500μm的区域的晶界，调查有无晶界侵蚀(intergranular corrosion)，评价表面品质。将所得结果示于图2。未发生侵蚀时评价为○，发生侵蚀时评价为×。
由图2可知，通过以添加量满足V/B≥20的方式添加V和B，即使利用900℃的退火，也能够抑制晶界的敏锐化。认为这是由于通过使V固定钢中的C、N，即使在最终退火温度达到900℃的高温时，也可抑制最终退火后的冷却中产生的晶粒边界处的Cr碳氮化物的析出。另一方面，如果V/B小于20，则B与N键合而作为氮化物析出，由此V的碳氮化物的析出量减少，结果Cr碳氮化物的析出量增加而晶界的敏锐化加剧。应予说明，从确保高延性的方面考虑，更优选V为0.005～0.03％，B为0.0001～0.0020％。
上述化学成分以外的余量为Fe和不可避免的杂质。应予说明，作为不可避免的杂质，例如可允许Nb：0.05％以下、Ti：0.05％以下、Co：0.5％以下、W：0.01％以下、Zr：0.01％以下、Ta：0.01％以下、Mg：0.0050％以下、Ca：0.0020％以下等。
接下来，对本发明的铁素体系不锈钢的制造方法进行说明。用通常公知的转炉或电炉熔炼上述组成的钢液，用真空脱气(RH)、VOD(真空吹氧脱碳：Vacuum OxygenDecarburization)、AOD(氩氧脱碳：Argon Oxygen Decarburization)等进一步精炼后，优选采用连续铸造法铸造，制成轧制坯料(板坯等)。接着，将轧制坯料加热并热轧，由此制成热轧板。热轧的板坯加热温度优选为1050℃～1250℃的温度范围，另外，从制造性的观点出发，热轧的最终温度优选为800～900℃。出于改善后续工序中的加工性的目的，热轧板可根据需要而进行热轧板退火。进行热轧板退火时，优选在700℃～900℃进行2小时以上的箱式退火(box annealing、batch annealing)或者在900～1100℃的温度范围进行短时间的连续退火。应予说明，热轧板可以进行脱氧化皮处理而直接制成产品，另外也可以制成冷轧用坯料。对冷轧用坯料的热轧板实施冷轧压下率为30％以上的冷轧，制成冷轧板。冷轧压下率优选为50～95％。另外，为了对冷轧板进一步赋予加工性，可以进行600℃以上、优选700～900℃的最终退火。另外，也可以将冷轧-退火反复进行2次。此外，要求光泽性(glossiness)时也可以实施表皮光轧等。冷轧板的终轧处理可进行Japanese industrial Standard(JIS)G4305中规定的2D、2B、BA以及各种研磨。
实施例1
采用基于转炉和VOD的2次精炼对表1所示的组成的钢液进行熔炼，利用连续铸造法制成板坯。将这些板坯加热至1170℃后，进行最终温度为830℃的热轧，制成热轧板。对这些热轧板在860℃实施8hr的热轧板退火后，进行酸洗，接着实施总压下率为86％的冷轧，制成冷轧板。接着，以1.3的空气比使焦炉气燃烧，在该燃烧气氛中对钢No.1～18和钢No.24～32的冷轧板以820℃实施30sec的最终退火。其后进行酸洗，制成板厚为0.7mm的冷轧退火酸洗板。应予说明，酸洗是在温度80℃、20质量％的Na2SO4中进行3次5A/dm2×10秒的电解后，在温度60度的5质量％的硝酸中进行2次10A/dm2×5秒的电解。各试样可通过酸洗而完全除去氧化被膜。
表1
对所得冷轧退火酸洗板求出伸长率、r值、Δr，评价成型加工性。另外，求出起皱高度，评价抗皱性。
另外，以1.3的空气比使焦炉气燃烧，在该燃烧气氛中对钢No.19～23和33～36的冷轧板在900℃实施30sec的最终退火后，在与上述相同的条件下进行酸洗，制成板厚0.7mm的冷轧退火酸洗板。各试样可通过酸洗而完全除去氧化被膜。对所得冷轧退火酸洗板进行成型加工性和抗皱性的评价。伸长率、r值、Δr、起皱高度的测定方法如下。
(1)伸长率
从冷轧退火酸洗板的各方向[轧制方向(L方向)、轧制直角方向(C方向)和与轧制方向成45°的方向(D方向)]采集JIS13号B试验片。使用这些拉伸试验片实施拉伸试验，测定各方向的伸长率。使用各方向伸长率值由下式求出伸长率的平均值。将El为30％以上评价为合格。
E1＝(ElL+2×ElD+ElC)/4
这里，ElL、ElD、ElC分别表示L方向、D方向、C方向的伸长率。
(2)r值
从冷轧退火酸洗板的各方向[轧制方向(L方向)、轧制直角方向(C方向)和与轧制方向成45°的方向(D方向)]采集JIS13号B试验片。根据对这些试验片施加15％的单轴拉伸预应变时的宽度应变(width strain)与板厚应变(thickness strain)的比测定各方向的r值(兰克福特值(Lankford Value))，由下式求出r值、Δr。将r值为1.3以上、Δr为0.3以下评价为合格。
r＝(rL+2×rD+rC)/4
Δr＝(rL-2×rD+rC)/2
这里，rL、rD、rC分别表示L方向、D方向、C方向的r值。
(3)起皱高度
从冷轧退火酸洗板的轧制方向采集JIS5号拉伸试验片。以#600对这些试验片的片面进行精研磨，对这些试验片施加20％的单轴拉伸的预应变(prestrain ofuniaxialstretching)后，使用粗度计测定试验片中央部的表面的起伏高度。该起伏高度(height of the waviness)是因发生起皱而产生的凹凸。根据起伏的高度，按A：5μm以下、B：大于5μm且为10μm以下，C：大于10μm且为20μm以下，D：大于20μm这4个阶段评价抗皱性。起伏的高度越低，则成型加工后越美观。将起伏的高度为5.0μm以下的A评价作为合格。
将所得结果示于表2。
表2
[表2]
任一发明例均是伸长率为30％以上、r值为1.3以上、Δr为0.3以下、起伏的高度为5.0μm以下的A评价，具有良好的成型加工性和抗皱性。与此相对，比较例中，不满足伸长率、r值、Δr、起皱高度中的任一项。
实施例2
对具有良好的成型性和抗皱性的实施例1的发明例No.5～11和No.19～36，评价酸洗能力比实施例1的酸洗法弱而生产率高的硝盐酸(硝酸与盐酸的混合酸：mixed acid ofnitric acid and hydrochloric acid)电解法(electrolytic method)中的酸洗性。对实施例1中制成的钢No.5～11和19～36的板厚0.7mm冷轧板在弱还原性气氛(H2：5vol％，N2：95vol％，露点(dew point)-40度)的条件下以820℃进行30sec的退火，得到冷轧退火板。将该冷轧退火板在温度50℃、由10质量％硝酸和1.0质量％盐酸构成的溶液中进行电解，目视观察有无氧化被膜残留，进行酸洗性的评价。
将通过以10A/dm2×2秒进行2次的电解就完全除去了氧化被膜的情况评价为◎(优)，将通过以10A/dm2×2秒进行2次的电解无法完全除去氧化被膜而进行2次10A/dm2×4秒的电解时可完全除去氧化被膜的情况评价为○(良好)，将即使进行2次10A/dm2×4秒的电解也无法完全除去氧化被膜的情况评价为×(不良)。◎(优)和○(良好)为合格。
将结果示于表3。
表3
[表3]
Si为0.28％以下且Mn为0.92％以下的钢No.5～10、19～26和30～34不仅成型加工性和抗皱性良好，而且酸洗性特别优异。不仅可采用一般的酸洗法，还可采用高生产率的硝盐酸电解法进行生产。
实施例3
对实施例1的钢No.19～23和33～36进行考虑了最终退火温度的范围在实际操作中发生改变的情况的敏锐化评价。
敏锐化评价方法是将实施例1中制成的板厚0.7mm的冷轧板在900℃退火30sec，按与实施例1相同的条件在Na2SO4电解后进行硝酸酸洗。使用扫描式电子显微镜对冷轧退火酸洗板的表面观察500μm×500μm的区域的晶界，调查有无晶界侵蚀，评价表面品质。晶界未产生侵蚀时评价为无敏锐化，产生侵蚀时评价为有敏锐化。将结果示于表4。
表4
[表4]
钢No. 敏锐化评价 备注
19 有敏锐化 发明例
20 有敏锐化 发明例
21 无敏锐化 发明例
22 无敏锐化 发明例
23 无敏锐化 发明例
33 无敏锐化 发明例
34 无敏锐化 发明例
35 无敏锐化 发明例
36 无敏锐化 发明例
由表4的结果可知，V/B为20以上的钢No.21～23和33～36不仅成型加工性和抗皱性良好，而且未观察到晶界侵蚀的产生，耐敏锐化特性也良好。
产业上的可利用性
根据本发明，通过优化成分组成，特别是优化V、B含量，能够制造满足深拉深性和抗皱性且成型加工性优异的铁素体系不锈钢板，在产业上起到显著的效果。此外，通过使V、B的含量为最佳范围，能够稳定地生产耐敏锐化特性提高，不仅成型加工性优异，而且表面品质也优异的铁素体系不锈钢板。

Claims (3)

1.一种铁素体系不锈钢板，其特征在于，以质量％计，含有C：0.010～0.040％、Si：0.05～0.28％、Mn：1.00％以下、P：0.040％以下、S：0.010％以下、Al：0.150％以下、Cr：14.00～18.00％、Ni：1.00％以下、N：0.010～0.060％，进而，含有V：0.005％～0.029％、B：0.0001～0.0050％且满足V/B≥10，余量由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板，其特征在于，以质量％计，Mn：0.05～0.92％。
3.根据权利要求1或2所述的铁素体系不锈钢板，其特征在于，满足V/B≥20地含有V和B。
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