CN106574339A - 等离子弧焊用铁素体系不锈钢板及其焊接方法 - Google Patents

等离子弧焊用铁素体系不锈钢板及其焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供减轻了烧穿、等离子焊接性优良的铁素体系不锈钢板。所述铁素体系不锈钢板以质量％计含有C：0.020％以下、Si：0.6％以下、Mn：0.5％以下、P：0.04％以下、S：0.010％以下、Al：0.015％以上且0.20％以下、Cr：17.0％以上且24.0％以下、Ni：小于0.6％、N：0.020％以下、Ca：0.0002％以上且0.0020％以下、O：0.0050％以下，还含有选自Ti：0.01％以上且0.45％以下、Nb：0.01％以上且0.55％以下中的一种或两种，余量由Fe和其它不可避免的杂质构成，满足(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≥8.0(式中的Ti、Nb、C和N表示各元素的含量(质量％))。

Description

等离子弧焊用铁素体系不锈钢板及其焊接方法
技术领域
本发明涉及用于等离子弧焊的铁素体系不锈钢板及其焊接方法。
背景技术
一般而言，等离子弧焊利用强力的等离子气流将母材熔融，因此，在对焊中通常进行小孔式焊接，防止驼峰形焊道等焊接缺陷。因此，与TIG焊接相比，熔深较深、焊接速度快。并且焊道宽度小，因此，具有母材的应变小的优点。小孔式焊接是指利用等离子气流使小孔(小孔)在板厚方向贯穿的同时进行焊接的方法。例如，在专利文献1中公开了用于进行等离子弧焊等熔焊的对Al、P、S和O进行了限制的含有7～14质量％Cr的马氏体系不锈钢。
关于不锈钢的小孔式焊接(以下也记为等离子小孔式焊接)，以往对以SUS304为代表的奥氏体系不锈钢进行实施。但是，奥氏体系不锈钢存在容易产生应力腐蚀裂纹的缺点，使用不易产生应力腐蚀裂纹的铁素体系不锈钢的用途也多。因此，要求也对铁素体系不锈钢进行等离子小孔式焊接。
在专利文献2中公开了使用等离子弧焊炬对板厚为3mm以下的铁素体系不锈钢进行非小孔式焊接的情况下的焊接方法。因此，该方法不是用于进行小孔式焊接的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-256281号公报
专利文献2：日本特开2012-081480号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，与SUS304相比，铁素体系不锈钢的导热良好、热容易扩散，因此，在TIG焊接等电弧焊接中需要增加线能量。但是，如果在等离子小孔式焊接中增加线能量，则有时熔融量增多而会发生烧穿。
本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于提供减轻了烧穿、等离子焊接性优良的铁素体系不锈钢板。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明将钢成分最优化，防止了烧穿。本发明人们进行了等离子弧焊的实验并详细地进行了研究，结果发现：尽可能地减少钢中的O量，并且添加容易与O结合的Al、Ca，从而使O以Al2O3、CaO的形式固定，由此能够抑制烧穿的发生。
可以认为这是因为：通过尽可能地减少钢中的O量、并且将O以Al2O3、CaO的形式固定，由此熔池的粘性升高，因此不易发生烧穿。本发明是基于上述见解而完成的，其主旨如下所述。
[1]一种等离子弧焊用铁素体系不锈钢板，以质量％计，含有C：0.020％以下、Si：0.6％以下、Mn：0.5％以下、P：0.04％以下、S：0.010％以下、Al：0.015％以上且0.20％以下、Cr：17.0％以上且24.0％以下、Ni：小于0.6％、N：0.020％以下、Ca：0.0002％以上且0.0020％以下、O：0.0050％以下，
还含有选自Ti：0.01％以上且0.45％以下、Nb：0.01％以上且0.55％以下中的一种或两种，余量由Fe和其它不可避免的杂质构成，满足(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≥8.0(式中的Ti、Nb、C和N表示各元素的含量(质量％))。
[2]如上述[1]所述的等离子弧焊用铁素体系不锈钢板，其中，以质量％计，含有选自Mo：0.01％以上且2.0％以下、Cu：0.01％以上且1.0％以下、Co：0.01％以上且0.2％以下中的一种或两种以上。
[3]如上述[1]或[2]所述的等离子弧焊用铁素体系不锈钢板，其中，以质量％计，含有V：0.01％以上且0.10％以下、Zr：0.01％以上且0.10％以下、B：0.0002％以上且0.0050％以下中的一种或两种以上。
[4]如上述[1]～[3]中任一项所述的等离子弧焊用铁素体系不锈钢板，用于小孔式焊接。
[5]一种等离子小孔式焊接方法，在等离子小孔式焊接中使用上述[1]～[3]中任一项所述的等离子弧焊用铁素体系不锈钢板。
发明效果
根据本发明，能够减轻烧穿，对于铁素体系不锈钢板而言能够实现高品质的等离子弧焊。
具体实施方式
本发明的铁素体系不锈钢板的特征在于，作为钢的组成，以质量％计，含有C：0.020％以下、Si：0.6％以下、Mn：0.5％以下、P：0.04％以下、S：0.010％以下、Al：0.015％以上且0.20％以下、Cr：17.0％以上且24.0％以下、Ni：小于0.6％、N：0.020％以下、Ca：0.0002％以上且0.0020％以下、O：0.0050％以下，还含有选自Ti：0.01％以上且0.45％以下、Nb：0.01％以上且0.55％以下中的一种或两种，余量由Fe和其它不可避免的杂质构成，满足(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≥8.0(式中的Ti、Nb、C和N表示各元素的含量(质量％))。本发明的铁素体系不锈钢板的耐腐蚀性优良。
另外，本发明的铁素体系不锈钢板可以用在等离子弧焊中。本发明的铁素体系不锈钢板能够进行高品质的等离子弧焊，因此能够用在等离子小孔式焊接中。
下面，对本发明的铁素体系不锈钢板(以下称为“本发明的钢板”)的成分限定原因进行说明。需要说明的是，只要没有特别说明，本发明的钢板中的各成分的“％”表示“质量％”。
[C：0.020％以下]
C是使钢板的加工性和韧性降低的元素，C含量大于0.020％时，其不良影响变得显著，因此，C含量限定为0.020％以下。特别是，从提高加工性和韧性的观点出发，C含量优选设定为0.017％以下。另外，C含量更优选设定为0.012％以下。
[Si：0.6％以下]
Si作为脱氧剂是必要元素。其效果通过含有0.01％以上可以得到。因此，Si含量优选设定为0.01％以上。但是，含有大于0.6％的Si时，退火时发生氧化在钢板的表面形成SiO2皮膜而使得酸洗性降低。因此，Si含量设定为0.6％以下。进一步，从提高酸洗性的观点出发，Si含量优选设定为0.30％以下。
[Mn：0.5％以下]
Mn作为脱氧剂是必要元素。其效果通过含有0.01％以上可以得到。因此，Mn含量优选设定为0.01％以上。但是，含有大于0.5％的Mn时，使得钢板的加工性降低。因此，Mn含量设定为0.5％以下。进一步，从提高加工性的观点出发，Mn含量优选设定为0.30％以下。
[P：0.04％以下]
P是使钢板的加工性和韧性降低的元素，优选尽可能少，P含量设定为0.04％以下。
[S：0.010％以下]
S是使韧性降低的元素，优选尽可能少，S含量设定为0.010％以下。从提高韧性的观点出发，优选将S含量设定为0.007％以下。
[Al：0.015％以上且0.20％以下]
Al对于作为本发明的特征的等离子焊接性的提高而言是必要的。Al含量小于0.015％时，在钢中没有以Al2O3、CaO的形式固定的O的量增多而不能抑制烧穿的发生，因此设定为0.015％以上。另外，从抑制烧穿发生的观点出发，Al含量优选设定为0.020％以上。但是，过量含有Al时，Al2O3夹杂物过度生成而产生鳞状折叠缺陷等，由此钢板的表面品质降低，因此，Al含量限定为0.20％以下。从提高表面品质的观点出发，Al含量优选设定为0.15％以下。
[Cr：17.0％以上且24.0％以下]
Cr对于提高耐腐蚀性是有效的元素成分，为了得到充分的耐腐蚀性需要为17.0％以上的含量。另外，从提高耐腐蚀性的观点出发，Cr含量优选设定为20.5％以上。另一方面，Cr使得钢板的韧性降低，特别是在Cr含量大于24.0％时韧性的降低变得显著，因此，Cr含量限定为24.0％以下。从提高韧性的观点出发，Cr含量优选设定为22.0％以下。
[Ni：小于0.6％]
Ni具有提高耐腐蚀性和韧性的效果，但原料成本高，因此，Ni含量设定为小于0.6％。从耐腐蚀性和韧性的观点出发，Ni含量优选设定为0.10％以上。另一方面，Ni含量大于0.40％时，耐腐蚀性的提高效果饱和，因此，从经济性的观点出发，Ni含量优选设定为0.40％以下。
[N：0.020％以下]
N与C同样是使钢板的加工性和韧性降低的元素，N含量大于0.020％时，其不良影响变得显著，因此，限定为0.020％以下。特别是，从提高加工性和韧性的观点出发，N含量优选设定为0.015％以下、更优选设定为0.012％以下。
[Ca：0.0002％以上且0.0020％以下]
Ca对于作为本发明的特征的等离子焊接性的提高而言是必要的，Ca含量小于0.0002％时，钢中没有以Al2O3、CaO的形式固定的O的量增多而不能抑制烧穿的发生，因此，设定为0.0002％以上、优选设定为0.0005％以上。但是，Ca含量大于0.0020％时，不仅其效果饱和，而且Ca成为夹杂物、产生鳞状折叠缺陷，由此使得钢板的表面品质降低。因此，Ca含量设定为0.0020％以下。另外，从提高表面品质的观点出发，Ca含量优选设定为0.0015％以下。
[选自Ti：0.01％以上且0.45％以下、Nb：0.01％以上且0.55％以下中的一种或两种]
本发明的钢板含有Ti和Nb中的至少一者作为必须成分。Ti和Nb形成碳氮化物，具有抑制因Cr与碳以及与氮结合而使耐腐蚀性降低的敏化现象的效果，因此，设定为满足：
(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≥8.0…(1)
(式(1)中的Ti、Nb、C和N表示各元素的含量(质量％))。但是，过量含有Ti和Nb时，不仅敏化的抑制效果饱和，而且会招致韧性的降低，因此，Ti含量设定为0.45％以下，Nb含量设定为0.55％以下。特别是，从提高韧性的观点出发，Ti含量优选设定为0.35％以下，Nb含量优选设定为0.45％以下。另外，从抑制敏化的观点出发，在满足上述(1)式的同时，在含有Ti的情况下，Ti含量设定为0.01％以上、优选设定为0.20％以上。在含有Nb的情况下，Nb含量设定为0.01％以上、优选设定为0.10％以上。进而，从抑制敏化的观点出发，上述(1)式的左边优选为12.0以上。
[O：0.0050％以下]
为了得到本发明的减轻烧穿的效果，降低钢中的O量是必须的，通过将O的含量设定为0.0050％以下，可以得到其减轻烧穿的效果。O含量设定为0.0040％以下时，其效果增大，进一步设定为0.0030％以下时，其效果进一步增大。
本发明的钢板的上述成分以外的余量为Fe和不可避免的杂质。
另外，在本发明中，Mo、Cu、Co、V、Zr和B虽然不是必须成分，但可以在下述范围内含有。
[Mo：0.01％以上且2.0％以下]
Mo对于提高耐腐蚀性而言是有效的元素，可以根据需要含有。通过Mo含量为0.01％以上，可以得到其效果。从提高耐腐蚀性的观点出发，Mo含量优选设定为0.40％以上。但是，Mo含量大于2.0％时，不仅提高耐腐蚀性的效果饱和，而且使得韧性降低，因此，Mo含量设定为2.0％以下。从提高韧性的观点出发，Mo含量优选设定为1.5％以下。
[Cu：0.01％以上且1.0％以下]
Cu对于提高耐腐蚀性而言是特别有效的元素成分，可以根据需要含有。通过Cu含量为0.01％以上，可以得到其效果。但是，Cu含量大于1.0％时，不仅其效果饱和，而且有时使韧性降低，因此，Cu含量设定为1.0％以下。从提高韧性的观点出发，Cu含量优选设定为0.60％以下。为了得到充分的耐腐蚀性改善效果，Cu含量优选设定为0.20％以上。
[Co：0.01％以上、0.2％以下]
Co是使韧性提高的元素，可以根据需要含有。该效果通过含有0.01％以上可以得到。另一方面，Co含量大于0.2％时，有时使制造性降低。因此，在本发明的钢板中含有Co的情况下，Co含量设定为0.01～0.2％的范围。
[V：0.01～0.10％]
V是通过微量含有而提高加工性的元素，可以根据需要含有。通过V含量为0.01％以上，可以得到其效果。但是，V含量大于0.10％时，提高加工性的效果饱和，因此，V含量设定为0.10％以下。
[Zr：0.01～0.10％]
Zr是通过微量含有而提高加工性的元素，可以根据需要含有。通过Zr含量为0.01％以上，可以得到其效果。但是，Zr含量大于0.10％时，提高加工性的效果饱和，因此，Zr含量设定为0.10％以下。
[B：0.0002％以上且0.0050％以下]
B对于防止低温二次加工脆化而言是有效的元素，可以根据需要含有。为了得到该效果，需要含有0.0002％以上的B。但是，B含量大于0.0050％时，有时热加工性降低。因此，含有B的情况下设定为0.0002％以上且0.0050％以下。另外，从防止低温二次加工脆化的观点出发，B含量优选设定为0.0005％以上。另外，从提高热加工性的观点出发，B含量优选设定为0.0035％以下，进一步，更优选为0.0020％以下。
[制造方法]
对于制造本发明的钢板的方法而言，除了在钢水的阶段如上所述对钢水的组成进行成分调节以外没有特别限定，可以直接应用在制造铁素体系不锈钢板中一般采用的方法。
下面对上述制造方法中的优选的制造条件进行说明。
对钢进行熔炼的炼钢工序中，优选的是通过VOD法等对利用转炉或电炉等熔化后的钢进行二次精炼从而制成含有上述必须成分和根据需要添加的成分的钢。经熔炼的钢水可以通过公知的方法制成钢原材(钢坯)，但从生产率和品质方面出发，优选利用连铸法。钢原材之后被加热至1000～1250℃，通过热轧制成期望的板厚的热轧板。如此得到的热轧板可以之后在850～1100℃的温度下实施连续退火，然后利用酸洗等进行脱氧化皮，制成热轧退火板。另外，退火后的冷却速度没有特别限制，优选在尽可能短时间内进行冷却。需要说明的是，可以根据需要在酸洗前通过喷丸除去氧化皮。
此外，可以将上述热轧退火板或热轧板经过冷轧等工序制成冷轧产品。这种情况下的冷轧可以为一次，从生产率、要求品质上的观点出发，可以为隔着中间退火的两次以上的冷轧。一次或两次以上的冷轧工序的总压下率优选为60％以上、更优选为70％以上。经冷轧的钢板优选之后在优选为850～1150℃、更优选为900～1100℃的温度下进行连续退火(最终退火)、酸洗，制成冷轧产品。在此，退火后的冷却速度也没有特别限制，优选尽可能增大。此外，可以根据用途在最终退火后实施表皮光轧等进行钢板的形状、表面粗糙度、材质调节。
作为等离子弧焊条件，对焊的情况下，优选设定为：焊接电流：50～400A、电压：10～40V、焊接速度：50～600mm/分钟、压缩喷嘴直径：1.0～5.0mm、先导气体(パイロットガス)(Ar)流量：0.1～5.0L/分钟、保护气体流量：4～40L/分钟。
实施例1
下面，对本发明的实施例进行说明。
作为实施例，通过下述方法得到成为供试材料的冷轧板。
将具有下述表1所示的化学组成的50kg钢块利用真空熔化炉熔炼，加热至1200℃后通过利用可逆轧机的热轧制成厚度为6mm的热轧板，在950～1000℃进行退火，然后通过酸洗进行脱氧化皮，制成热轧退火板(热轧酸洗板)。接着，将该热轧退火板通过冷轧使板厚为3.0mm，在880～970℃进行最终退火，然后浸渍到60℃的混酸(硝酸10质量％+氢氟酸3质量％)中进行脱氧化皮，得到冷轧板。
为了考察焊接性，对于供试材料在下述条件下进行三次30cm长度的对接等离子弧焊，通过目视考察有无烧穿。
焊接条件(焊接条件A)如下所示。
フローニアス公司制造的等离子弧焊机
焊接电流：250A
焊接速度：260mm/分钟
板与芯片间的距离：3mm
压缩喷嘴直径：3.2mm
先导气体：Ar、0.2L/分钟
保护气体：Ar、25L/分钟
焊丝：不使用
另外，还进行了依据焊接条件B的焊接，与上述焊接条件A相比，所述焊接条件B除了将焊接电流设定为270A以外其它为相同条件。
<关于评价结果>
◎：在焊接电流为270A、250A两种情况下均没有产生烧穿缺陷。
○：在焊接电流为270A的情况下有时产生烧穿缺陷，但在250A的情况下没有产生烧穿缺陷。
×：在焊接电流为270A、250A两种情况下均产生烧穿缺陷。
由表1明确可知：即使在相同条件下进行焊接，本发明例没有烧穿，另一方面比较例中发生烧穿。可知在本发明例中，特别是在No.1～5、7～16、18、19和23中，由于钢板中的O成分为0.0040％以下，因此在焊接条件A和B任一种情况下都没有烧穿，等离子焊接性优良。

Claims (5)

1.一种等离子弧焊用铁素体系不锈钢板，
以质量％计，含有：C：0.020％以下、Si：0.6％以下、Mn：0.5％以下、P：0.04％以下、S：0.010％以下、Al：0.015％以上且0.20％以下、Cr：17.0％以上且24.0％以下、Ni：小于0.6％、N：0.020％以下、Ca：0.0002％以上且0.0020％以下、O：0.0050％以下，
还含有选自Ti：0.01％以上且0.45％以下、Nb：0.01％以上且0.55％以下中的一种或两种，
余量由Fe和其它不可避免的杂质构成，
满足(Ti+Nb×48/93)/(C+N)≥8.0…(1)
式(1)中的Ti、Nb、C和N表示各元素的质量％含量。
2.如权利要求1所述的等离子弧焊用铁素体系不锈钢板，其中，以质量％计，含有选自Mo：0.01％以上且2.0％以下、Cu：0.01％以上且1.0％以下、Co：0.01％以上且0.2％以下中的一种或两种以上。
3.如权利要求1或2所述的等离子弧焊用铁素体系不锈钢板，其中，以质量％计，含有V：0.01％以上且0.10％以下、Zr：0.01％以上且0.10％以下、B：0.0002％以上且0.0050％以下中的一种或两种以上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的等离子弧焊用铁素体系不锈钢板，用于小孔式焊接。
5.一种等离子小孔式焊接方法，在等离子小孔式焊接中使用权利要求1～3中任一项所述的等离子弧焊用铁素体系不锈钢板。
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