CN107034423A - 具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于炊具的不锈钢板及其制造方法，并且特别地，提供一种具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板及其制造方法。具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板包括：按重量％计，C：0.1％或更少(不含0％)、Si：0.2％至3.0％、Mn：1.0％至4.0％、Cr：19.0％至23.0％、Ni：0.3％至2.5％、N：0.18％至0.3％、Cu：0.3％至2.5％、作为其剩余组分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质，并且具有20μr至80μr的相对磁导率。另外，微结构包括：按体积％计，铁素体：30％至70％；以及作为其剩余物的奥氏体。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于炊具的不锈钢板及其制造方法，并且更特别地，涉及一种具有优异感应加热特性和耐腐蚀性的不锈钢板以及使用双辊带铸造工艺制造具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板的方法。
背景技术
通常，具有良好的可加工性和耐腐蚀性的奥氏体不锈钢包括作为基体金属的铁(Fe)以及作为主要合金成分的铬(Cr)和镍(Ni)。通常向其添加诸如钼(Mo)和铜(Cu)的其它合金元素，并且因此，已经开发各种等级的钢以用于各种用途。奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性和可加工性，但是是非磁性的。
具有优异的耐腐蚀性和可加工性的奥氏体不锈钢包括相对昂贵的原材料Ni、Mo等。作为对其的替代物，已经开发SUS 400系列不锈钢、铁素体不锈钢。400系列不锈钢具有其成形性和耐腐蚀性低于SUS 300系列不锈钢、奥氏体不锈钢的缺点，但是具有铁磁性。
其中混合奥氏体相和铁素体相的双相不锈钢具有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的所有优点，并且迄今为止已经开发各种类型的双相不锈钢，其具有介于奥氏体不锈钢的特性和铁素体不锈钢的特性之间的磁特性。
上述磁性是对感应加热有效的特性，然而，铁素体不锈钢易受腐蚀。因此，在炊具的制造中需要使用具有优异的耐腐蚀性的感应可加热材料。
上述不锈钢已经广泛用作用于各种类型的炊具的材料。随着休闲文化已经发展，考虑到在度假村和其它类型的住宿中的安全性，利用感应加热器的烹饪已经变得普遍。
因此，如上所述的被感应加热的能力已经成为炊具的特性中的主要需求。根据钢中的铁素体的含量，可能存在磁性。根据磁性的程度，感应加热可以是可能的，并且需要适合的磁性。
使用不锈钢的炊具的类型的示例可以是三层锅等。
在具有使用三种材料形成的三层结构的锅的情况中，内部部分由SUS 304不锈钢形成，外壳部分由SUS 430不锈钢形成，并且中间部分由铝(Al)形成，上述三部分粘结在一起。使用如上所述的三种材料形成炊具的原因是为了获得耐腐蚀性和感应加热特性。
如上所述，当制造三层锅的炊具时，增加粘结工艺，并且使用三种材料的工艺是复杂的，从而加工成本高。
因此，需要具有优异的耐腐蚀性、能够加热、具体地能够被感应加热的用于炊具的材料。
发明内容
技术问题
本公开的一个方面可提供一种具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板。
本公开的另一个方面可提供一种使用双辊带铸造工艺制造具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板的方法。
技术方案
根据本公开的一个方面，一种具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板可包括：按重量％计，碳(C)：0.1％或更少(不含0％)、硅(Si)：0.2％至3.0％、锰(Mn)：1.0％至4.0％、铬(Cr)：19.0％至23.0％、镍(Ni)：0.3％至2.5％、氮(N)：0.18％至0.3％、铜(Cu)：0.3％至2.5％、作为其剩余组分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质。微结构可包括：按体积％计，铁素体：30％至70％以及作为其剩余物的奥氏体。不锈钢板的相对磁导率可以是20μr至80μr。
根据本公开的另一个方面，一种具有优异耐腐蚀性并且具有20μr至80μr的相对磁导率的感应可加热不锈钢板的制造方法，其中微结构可包括按体积％计，铁素体：30％至70％；以及作为其剩余物的奥氏体，该制造方法可包括：制备钢水(molten steel)，其包括按重量％计，碳(C)：0.1％或更少(不含0％)、硅(Si)：0.2％至3.0％、锰(Mn)：1.0％至4.0％、铬(Cr)：19.0％至23.0％、镍(Ni)：0.3％至2.5％、氮(N)：0.18％至0.3％、铜(Cu)：0.3％至2.5％、作为其剩余组分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质；以及通过将钢水供应至包括在相反方向上旋转的双辊的双辊带铸造机的双辊之间的空间来制造薄板。
有益效果
根据本公开中的示例性实施例，应用单一材料以平稳地执行感应加热，从而可容易地将感应加热特性应用于炊具。在传统三层底部材料的情况中，内部部分由SUS 304不锈钢形成，外壳部分由SUS 430不锈钢形成，并且中间部分由Al等形成，上述三部分粘结在一起，并且其制造工艺非常复杂。然而，可提供解决上述问题的不锈钢板。
根据本公开中的示例性实施例，使用双辊带铸造工艺以稳定地制造具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板。
附图说明
图1是示出根据本公开中的示例性实施例的优选地用于制造不锈钢板的双辊带铸造工艺的示例的示意图。
图2A和图2B是代表性的奥氏体不锈钢的示例和代表性的铁素体不锈钢的传统示例的微结构的照片。图2A示出奥氏体不锈钢(奥氏体：FCC)，图2B示出铁素体不锈钢(铁素体：BCC)。
图3是根据本公开中的示例性实施例的发明示例1的微结构图片。
图4是示出各类型钢的相对磁导率与点蚀电位的关系的图。
图5是示出根据发明示例1的传统三层锅(传统示例)和单层锅的感应加热特性的图。
图6是示出铁素体含量与相对磁导率的关系的图。
具体实施方式
在下文中，将详细地描述本公开。
根据本公开中的示例性实施例，适当地混合铁素体微结构和奥氏体微结构以提供具有良好耐腐蚀性的感应可加热不锈钢材料。
当不锈钢材料中的铁素体的含量被控制为30％至70％时，不锈钢材料可具有适合的磁性以用作用于感应可加热炊具的材料。
此外，高氮双相不锈钢适于改善耐腐蚀性，并且在本公开中的示例性实施例中使用双辊带铸造工艺来制造以防止在固化中由氮气引起的气泡等。
根据本公开中的示例性实施例，具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板可优选地包括：按重量％计，碳(C)：0.1％或更少(不含0％)、硅(Si)：0.2％至3.0％、锰(Mn)：1.0％至4.0％、铬(Cr)：19.0％至23.0％、镍(Ni)：0.3％至2.5％、氮(N)：0.18％至0.3％、Cu：0.3％至2.5％、作为其剩余组分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质。
在下文中，将描述根据本公开中的示例性实施例的不锈钢板中包含的成分及其含量。
碳(C)：0.1％或以下(不含0％)
C，奥氏体相形成元素，是通过固溶强化有效增加材料强度的元素。然而，当过量地添加C时，C容易与用于形成碳化物的元素结合，诸如在铁素体-奥氏体相界处有效地提供耐腐蚀性的Cr，以降低晶界周围的Cr含量，从而降低耐腐蚀性。在该情况中，为了显著提高耐腐蚀性，优选的是添加0.1％或更少范围内的C。
硅(Si)：0.2％至3.0％
为了脱氧效果部分地添加Si。Si，铁素体相形成元素，是在退火热处理中集中在铁素体中的元素。因此，为了获得适当的铁素体相分率，需要添加0.2％或更多的Si。然而，当Si被添加超过3.0％时，铁素体相的硬度急剧增加，以降低伸长率。因此，可能难以获得影响延伸率的获得的奥氏体相。而且，当过量地添加Si时，在炼钢过程中渣流动性降低，Si与氧结合以形成夹杂物，并且耐腐蚀性降低。因此，优选的是将Si的含量限制在0.2％至3.0％。
氮(N)：0.18％至0.3％
N是与不锈钢中的Ni一起极大地贡献于奥氏体相的稳定性的元素，以及在退火热处理中集中在奥氏体相中的元素。因此，增加N的含量以附带地提高耐腐蚀性并且提高强度。然而，N的固溶度可根据添加的Mn的含量而改变，因此可能需要控制其含量。根据本公开中的示例性实施例，当N的含量在Mn的范围内超过0.3％时，在铸造期间由于过量的氮固溶度可生成气孔、针孔等，从而导致产品的表面缺陷。
为了获得304不锈钢水平的耐腐蚀性和材料特性，作为不同的奥氏体稳定化元素的N和Mn以等于奥氏体稳定化元素Ni的减少量的量来添加以调节铁素体相分率。仅当添加至少0.15％或更多的N时，才可获得适合的相分率。另外，为了允许将Md30的值控制为80或更小，需要N的含量为0.18％或更多。优选的是将N的含量限制在0.18％至0.30％。
锰(Mn)：1.0％至4.0％
Mn是脱氧剂和用于提高氮固溶度的元素，并且Mn，奥氏体形成元素，被待添加的相对昂贵的Ni替代。当Mn的含量被添加超过4％时，可提高氮固溶度。然而，Mn可与钢中的硫(S)结合以形成MnS并且降低耐腐蚀性，因此，在获得与304不锈钢相同水平的耐腐蚀性方面可能存在限制。
当Mn的含量小于1.0％时，即使通过调整奥氏体形成元素Ni、Cu、N等，也限制获得适合的奥氏体相分率。另外，由于添加的N的固溶度低，因此在大气压下可能不能获得充分的固溶量的氮。因此，优选的是将Mn的含量限制为1.0％至4.0％。
铬(Cr)：19.0％至23.0％
Cr，与Si一起的铁素体稳定化元素，主要用于获得不锈钢的铁素体相，并且是用于获得耐腐蚀性的必要元素。当增加Cr的含量时，耐腐蚀性被提高。然而，为了保持相分率，需要增加相对昂贵的Ni或其它奥氏体形成元素的含量。因此，为了获得等于或大于304不锈钢的耐腐蚀性水平的耐腐蚀性水平同时保持不锈钢的相分率，优选的是将Cr的含量限制为19.0％至23.0％。
镍(Ni)：0.3％至2.5％
Ni，与Mn、Cu和N一起的奥氏体稳定化元素，主要用于获得不锈钢的奥氏体相。为了降低成本，不是显著降低相对昂贵的Ni的含量，而是通常增加添加的不同的奥氏体相形成元素Mn和N的量以由于Ni的减少保持充分的相分率平衡。
然而，由于抑制在冷加工中生成的诱发塑性马氏体的形成，因此应该添加0.3％或更多的Ni以获得奥氏体相的充分的稳定性。当过量地添加Ni时，奥氏体相分率增加，因此，在获得适合的奥氏体分率中可能存在限制。具体地，由于相对昂贵的Ni，产品的制造成本增加，因此，与304不锈钢相比，在获得竞争力方面可能存在限制。因此，Ni的含量优选地被限制为0.3％至2.5％。
铜(Cu)：0.3％至2.5％
为了降低成本，优选的是显著降低Cu的含量。另外，由于在冷加工中生成的诱发塑性马氏体的形成被抑制，因此应该添加0.3％或更多的Cu以获得奥氏体相的充分的稳定性。
当Cu的含量超过2.5％时，由于热脆性而在加工产品方面可能存在限制，从而优选的是将Cu的含量限制在0.3％至2.5％。
除了上述成分之外，根据本公开中的示例性实施例的不锈钢板的剩余成分可包括铁(Fe)和其它不可避免的杂质。其它不可避免的杂质可包括例如磷(P)、硫(S)等。
根据本公开中的示例性实施例的不锈钢板可具有微结构，其包括：按体积％计，30％至70％的铁素体以及作为其剩余物的奥氏体。
铁素体是具有磁性的结构，并且因此可具有感应加热特性。当其分率小于30％时，具有磁性的铁素体的含量低，从而感应加热效率可能低。当其分率超过70％时，具有磁性的铁素体的含量高，从而感应加热效率可能过高。在该情况中，例如，当烹饪食物时，食物可能粘到烹饪容器的底部。
因此，优选的是将根据本公开中的示例性实施例的钢板的微结构的铁素体的分率限制为30％至70％。
优选的是将根据本公开中的示例性实施例的不锈钢板的相对磁导率限制为20μr至80μr。当其相对磁导率小于20μr时，相对磁导率弱而不能有效地执行感应加热。当其相对磁导率超过80μr时，相对磁导率太大，从而食物可粘到烹饪容器的底部或可被容易地烧焦。
优选的是将根据本公开中的示例性实施例的Md30[此处，Md30＝551-462x(C％+N％)-9.2xSi％-8.1xMn％-29x(Ni％+Cu％)-13.7xC r％-18.5xMo％-68xAl％]限制为80或更小。
当Md30较大时，在变形的情况中可容易地生成马氏体。
为了改善在退火和酸洗钢板的工艺中的酸洗特性，在酸洗工艺之前弯曲钢板。在该情况中，当发生严重弯曲并且Md30的值较大时，由于通过马氏体生成导致的脆性可增加带材断裂的发生概率。
因此，优选的是将Md30限制为80或更小。
根据本公开中的示例性实施例的钢板的伸长率可以是40％或更大，并且其点蚀电位可以是280mV或更高。
根据本公开中的示例性实施例的钢板可用于制造炊具。当通过感应加热器加热在室温下的500cc水时，水可在10分钟内加热至沸点。
在下文中，将描述根据本公开中的另一个示例性实施例的不锈钢板的制造方法。
为了制造根据本公开中的另一个示例性实施例的不锈钢板，制备钢水，其包括：按重量％计，C：0.1％或更少(不含0％)、Si：0.2％至3.0％、Mn：1.0％至4.0％、Cr：19.0％至23.0％、Ni：0.3％至2.5％、N：0.18％至0.3％、Cu：0.3％至2.5％、作为其剩余组分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质。
将如上所述制备的钢水供应至在相反方向上旋转的双辊带铸造机的双辊之间的空间以制造薄板。
双辊带铸造机没有特别的限制，并且可以是例如诸如图1中所示的双辊带铸造机等。
参照图1，其示出根据本公开中的示例性实施例的优选地应用于制造不锈钢板的双辊带制造工艺的示例，将详细描述根据本公开中的示例性实施例的不锈钢板的制造方法的示例。
如图1所示，将如上所述制备的钢水容纳在钢水包1中，并通过喷嘴流入中间包2中。将流入中间包2的钢水通过钢水注入喷嘴3供应至安装在铸造辊5两端的边缘挡板6之间，换言之，即铸造辊5之间，以使其凝固。在该情况中，为了防止铸造辊之间的熔融金属被氧化，弯月面防护罩7保护熔融金属表面并且将适合的气体注射到弯月面防护罩7内以适当地调节气氛。
在薄板离开其中两个辊彼此相遇的辊隙的同时，制造薄板以将其拉出。在轧机8中轧制薄板后，薄板通过冷却装置9以被冷却。然后，薄板在卷绕装置10中卷绕。在图1中，未解释的数字4表示集液槽。
在不锈钢板的制造方法中，可制造具有相对磁导率为20μr至80μr的感应可加热不锈钢板，其中微结构包括：按体积％计，30％至70％的铁素体以及作为其剩余物的奥氏体。
在下文中，将通过示例更详细地描述本公开中的示例性实施例。
(示例1)
制备具有如表1所述组成的90吨钢水以使用图1所示的双辊带铸造机来铸造，从而制造薄钢板。在该情况中，铸造宽度是1300mm，铸造厚度是4.0mm。
如上所述，紧接在铸造薄钢板之后，在高温下热轧薄钢板以连续地制造厚度为约2.5mm的热轧板。以50％至70％的压下率冷轧热轧板并且在1150℃的温度下退火。
图2A和图2B是其中通过示例示出传统奥氏体不锈钢(SUS 304不锈钢)和铁素体不锈钢(SUS 430不锈钢)的代表性示例的微结构的图片。
图3是其中表2中的发明示例1的微结构可见的图片，图4示出关于发明示例1以及SUS 304、SUS 430和SUS 201不锈钢的研究的相对磁导率和点蚀电位。
使用表2中的发明示例1的不锈钢来制造锅。在该情况中，当通过感应加热器加热室温下的500cc水时，研究加热特性并且在图5中示出其结果。
图5还示出关于传统三层锅(传统示例)的加热特性。
制造传统三层锅，其内部部分由SUS 304不锈钢形成，外壳部分由SUS 430不锈钢形成，并且中间部分由铝(Al)形成，上述三部分粘结在一起。
【表1】
[在表1中，Md30＝551-462x(C％+N％)-9.2xSi％-8.1xMn％-29x(Ni％+Cu％)-13.7xCr％-18.5xMo％-68xAl％]
【表2】
*O：带材断裂发生；X：无带材断裂发生
如表1和表2所示，在根据本公开中的示例性实施例的发明示例1至4的情况中，材料具有优异的耐腐蚀性和感应加热特性。在本公开中的示例性实施例的范围外的比较示例(1和3)的情况中，其耐腐蚀性低。在比较示例(2和3)的情况中，当执行热处理工艺时，带材断裂发生。发生带材断裂的原因是Md30大于80。在该情况中，由于在变形中容易生成马氏体，因此当执行热处理工艺时，带材断裂发生。
比较示例1是完全的铁素体结构。在该情况中，当执行热处理工艺时，不发生由于变形导致的马氏体结构。因此，确定比较示例1不受Md30的值影响。
如图2A所示，奥氏体不锈钢的微结构由奥氏体形成，并且铁素体细微地存在于其中。如图2B所示，铁素体不锈钢的微结构由铁素体形成。奥氏体是非磁性体，铁素体是铁磁体并且具有强磁性。
如图3所示，根据本公开中的示例性实施例的发明示例1具有结构特性，其中奥氏体结构和铁素体结构堆叠成复合组成，从而同时具有奥氏体和铁素体的特性。具体地，其磁性介于奥氏体不锈钢(SUS 300系列不锈钢)的磁性和铁素体不锈钢(SUS 400系列不锈钢)的磁性之间，并具有磁性以允许感应可加热特性。
如图4所示，SUS 400系列材料具有高程度的磁性，但是具有显著低的作为耐腐蚀性指标的点蚀电位特性。SUS 200系列材料具有非常低的磁性，但是点蚀电位的值显著低从而具有较差的耐腐蚀性。SUS 300系列材料具有良好的耐腐蚀性，但是不具有磁性，从而具有除感应加热特性外的特性。通常，SUS 304钢种的点蚀电位是280mV或更高，其可以是良好的耐腐蚀性的量度。
根据本公开中的示例性实施例的发明示例1具有与SUS 300系列材料的耐腐蚀性类似的耐腐蚀性，具有指示磁性的相对导磁率的中值，并且具有适合的感应加热特性。换言之，发明示例1具有良好的耐腐蚀性并且是感应可加热的。
如图5所示，形成为具有传统三层结构的传统锅(传统示例)具有与具有使用发明示例1的材料形成的单层结构的锅的加热特性类似的加热特性。
传统锅和具有使用发明示例1的材料形成的单层结构的锅允许水在10分钟内沸腾。制造具有使用三种材料形成的三层结构的锅，其中内部部分由SUS 304不锈钢形成，外壳部分由SUS 430不锈钢形成，并且中间部分由Al形成，上述三部分粘结在一起。增加粘结工艺，并且使用三种材料的工艺是复杂的，从而加工成本高。根据本公开中的示例性实施例，可方便地应用材料，从而解决上述传统问题。
(示例2)
除了改变铁素体的含量之外，在与示例1的发明示例1的条件相同的条件下制造钢板，并研究铁素体的含量和相对磁导率的变化。在图6中示出其结果。另外，还研究了关于相对导磁率的感应加热特性。
如图6所示，当铁素体的含量为30％至70％时，可获得20μr至80μr的相对磁导率。作为关于相对导磁率的感应加热特性的研究结果，当相对磁导率在20μr和80μr之间时，感应加热特性良好。当相对磁导率小于20μr时，感应加热特性较弱，从而感应加热不是高效的。当相对磁导率超过80μr时，感应加热特性过大，从而使食物粘在烹饪容器的底部或容易被烧焦。
Claims (8)
1.一种具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板，其包括：按重量％计，碳，即C：0.1％或更少，其中不含0％；硅，即Si：0.2％至3.0％；锰，即Mn：1.0％至4.0％；铬，即Cr：19.0％至23.0％；镍，即Ni：0.3％至2.5％；氮，即N：0.18％至0.3％；铜，即Cu：0.3％至2.5％；作为其剩余组分的铁，即Fe；以及其它不可避免的杂质，并且
具有20μr至80μr的相对磁导率，
其中微结构包括：按体积％计，铁素体：30％至70％；以及作为其剩余物的奥氏体。
2.根据权利要求1所述的具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板，其中所述不锈钢板的Md30是80或更小，其中Md30＝551-462x(C％+N％)-9.2xSi％-8.1xMn％-29x(Ni％+Cu％)-13.7xCr％-18.5xMo％-68xAl％。
3.根据权利要求1所述的具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板，其中所述不锈钢板的伸长率是40％或更大。
4.根据权利要求1所述的具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板，其中所述不锈钢板的点蚀电位是280mV或更高。
5.根据权利要求1所述的具有优异耐腐蚀性的感应可加热不锈钢板，其中当通过感应加热器加热在室温下的500cc水时，由所述不锈钢板形成的炊具在10分钟内将水加热至沸点。
6.一种具有优异耐腐蚀性并且具有20μr至80μr的相对磁导率的感应可加热不锈钢板的制造方法，其中微结构包括：按体积％计，铁素体：30％至70％；以及作为其剩余物的奥氏体，所述方法包括：
制备钢水，其包括：按重量％计，碳，即C：0.1％或更少，其中不含0％；硅，即Si：0.2％至3.0％；锰，即Mn：1.0％至4.0％；铬，即Cr：19.0％至23.0％；镍，即Ni：0.3％至2.5％；氮，即N：0.18％至0.3％；铜，即Cu：0.3％至2.5％；作为其剩余组分的铁，即Fe；以及其它不可避免的杂质；以及
通过将所述钢水供应至包括在相反方向上旋转的双辊的双辊带铸造机的所述双辊之间的空间来制造薄板。
7.根据权利要求6所述的具有优异耐腐蚀性并且具有20μr至80μr的相对磁导率的感应可加热不锈钢板的制造方法，其中所述不锈钢板的Md30是80或更小，其中Md30＝551-462x(C％+N％)-9.2xSi％-8.1xMn％-29x(Ni％+Cu％)-13.7xCr％-18.5xMo％-68xAl％。
8.根据权利要求6所述的具有优异耐腐蚀性并且具有20μr至80μr的相对磁导率的感应可加热不锈钢板的制造方法，其中所述不锈钢板的点蚀电位是280mV或更高。
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