CN110199049B - 具有优异的强度和耐酸腐蚀性的铁素体不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了具有优异的强度和耐酸性的基于铁素体的不锈钢及其制造方法。根据本发明的一个实施方案的基于铁素体的不锈钢包含：根据重量％，0.1％至0.2％的碳(C)、0.005％至0.05％的氮(N)、0.01％至0.5％的锰(Mn)、12.0％至19.0％的铬(Cr)、0.01％至0.5％的镍(Ni)、0.3％至1.5％的铜(Cu)、以及剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，其中每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目为50个/100μm2至200个/100μm2。

Description

具有优异的强度和耐酸腐蚀性的铁素体不锈钢及其制造方法
技术领域
本公开涉及铁素体不锈钢及其制造方法，并且更特别地，涉及具有优异的强度和耐酸腐蚀性的铁素体不锈钢及其制造方法。
背景技术
不锈钢中的铁素体不锈钢广泛用于建筑材料、厨房容器、家用电器、车辆排气系统部件等。
近来，铁素体不锈钢已经应用于汽车电池单元。汽车制造商要求比常规铁素体不锈钢更高的强度和耐腐蚀性以确保长期的电池性能，并且要求更低成本的材料以降低电池的价格。
增加铁素体不锈钢的强度以满足汽车制造商要求的方法包括加工硬化、固溶强化、析出硬化等。然而，由于没有相变的铁素体不锈钢的特性，存在加工硬化期间可加工性显著降低的问题。此外，难以利用在固溶强化方面优异的Mo和Nb，因为它们是昂贵的组分。
通常，将作为损害铁素体不锈钢的可加工性的组分的碳(C)限于0.02重量％或更低。然而，当添加大量的C时，铁素体不锈钢的强度可以由于碳化物的析出而改善，并且由于最近加工技术的发展，当确保一定程度的延性时，可以确保强度和可加工性二者。
然而，即使在添加大量的C时，在其中在高温下进行热轧，压下率低，并且卷取温度高的情况下，碳化物也不是精细地而是粗大地在变形组织中析出。因此，存在难以使晶粒细化以及难以确保期望强度的问题。
(专利文献0001)日本专利申请公开第2006-183081号
发明内容
技术问题
本公开的实施方案旨在通过控制铁素体不锈钢的合金组分以控制铁素体不锈钢的析出物和晶粒来提供具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢。
此外，本公开的实施方案旨在提供通过控制热轧期间的板坯再加热温度、压下率和卷取温度以控制析出物和晶粒来制造具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢的方法。
技术方案
根据本公开的一个实施方案的具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢包含：按重量％计，0.1％至0.2％的碳(C)、0.005％至0.05％的氮(N)、0.01％至0.5％的锰(Mn)、12.0％至19.0％的铬(Cr)、0.01％至0.5％的镍(Ni)、0.3％至1.5％的铜(Cu)、剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，其中每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目为50个/100μm2至200个/100μm2。
此外，根据本公开的一个实施方案，平均晶粒直径可以为10μm或更小。
此外，根据本公开的一个实施方案，拉伸强度可以为520MPa或更大。
此外，根据本公开的一个实施方案，延伸率可以为20％或更大。
此外，根据本公开的一个实施方案，在5％硫酸环境中的临界电流密度Icrit可以为10mA或更小。
根据本公开的一个实施方案的制造具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢的方法包括对铁素体不锈钢板坯进行热轧和冷轧，所述铁素体不锈钢板坯包含：按重量％计，0.1％至0.2％的碳(C)、0.005％至0.05％的氮(N)、0.01％至0.5％的锰(Mn)、12.0％至19.0％的铬(Cr)、0.01％至0.5％的镍(Ni)、0.3％至1.5％的铜(Cu)、剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，其中热轧期间的式(1)的值满足1000或更小。
式(1)为15*RHT/R4+CT，
其中RHT(℃)表示板坯再加热温度，R4(％)表示粗轧的R4机座的压下率，CT(℃)表示卷取温度。
此外，根据本公开的一个实施方案，式(1)的值可以满足800至1000。
此外，根据本公开的一个实施方案，RHT可以低于1250℃，R4可以高于40％，以及CT可以低于650℃。
此外，根据本公开的一个实施方案，冷轧板的每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目可以为50个/100μm2至200个/100μm2，并且冷轧板的平均晶粒直径可以为10μm或更小。
有益效果
根据本公开的实施方案，通过控制合金组分和热轧条件以控制析出物和晶粒可以改善铁素体不锈钢的强度和耐酸性。
附图说明
图1是用于说明铁素体不锈钢的热轧条件与冷轧钢板的碳化物的数目之间的关系的图。
图2是通过透射电子显微镜(TEM)拍摄的示出了根据本公开的一个实施方案的铁素体不锈钢冷轧钢板中的析出物分布的照片。
图3是通过TEM拍摄的示出了根据本公开的比较例的铁素体不锈钢冷轧钢板中的析出物分布的照片。
图4是用于说明由铁素体不锈钢制成的冷轧钢板的碳化物的数目与拉伸强度之间的关系的图。
具体实施方式
根据本公开的实施方案的具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢包含：按重量％计，0.1％至0.2％的碳(C)、0.005％至0.05％的氮(N)、0.01％至0.5％的锰(Mn)、12.0％至19.0％的铬(Cr)、0.01％至0.5％的镍(Ni)、0.3％至1.5％的铜(Cu)、剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，其中每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目为50个/100μm2至200个/100μm2。
发明实施方式
在下文中，将参照附图对本公开的实施方案进行详细描述。提供以下实施方案以将本公开的技术构思充分地传递给本领域普通技术人员。然而，本公开不限于这些实施方案，并且可以以其他形式实施。在附图中，可能未示出与描述无关的部分以使本公开清楚，并且为了容易理解，还或多或少夸大地示出了组件的宽度、长度、厚度等。在整个该说明书中，相似的数字指代相似的要素。
根据本公开的一个实施方案，具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢可以包含：按重量％计，0.1％至0.2％的碳(C)、0.005％至0.05％的氮(N)、0.01％至0.5％的锰(Mn)、12.0％至19.0％的铬(Cr)、0.01％至0.50％的镍(Ni)、0.3％至1.5％的铜(Cu)、剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质。
碳(C)：0.1％至0.2％
碳(C)的量可以为按重量％计0.1％至0.2％。当碳(C)的量小于0.1％时，热轧期间生成的奥氏体的量可能减少使得铁素体带组织残留而不被破坏，并且晶粒的尺寸增大。因此，最终冷轧产品的拉伸强度可能降低至小于500MPa。此外，当碳(C)的量超过0.2％时，材料的碳化物可能过度增加而使最终产品的延伸率劣化，并且碳化物可能脱落而使表面品质和耐腐蚀性劣化。
氮(N)：0.005％至0.05％
氮(N)的量可以为按重量％计0.005％至0.05％。当氮(N)的量小于0.005％时，精制时间可能增加并且耐火材料的寿命周期可能减小，导致制造成本增加。此外，由于铸造时的过冷度低，板坯的等轴晶组织比率可能降低。同时，当氮(N)的量超过0.05％时，很可能在板坯铸造期间由于氮而产生针孔，最终冷轧产品中每单位面积的Cr2N析出物的数目可能增加，并因此在Cr2N析出物周围形成的Cr贫化区在最终冷轧产品的表面上形成大量凹点，导致差的表面品质。
锰(Mn)：0.01％至0.5％
锰(Mn)的量可以为按重量％计0.01％至0.5％。当锰(Mn)的量小于0.01％时，精制成本可能增加，并且当锰(Mn)的量超过0.5％时，延伸率和耐腐蚀性可能降低。
铬(Cr)：12.0％至19.0％
铬(Cr)的量可以为按重量％计12.0％至19.0％。当铬(Cr)的量小于12.0％时，耐腐蚀性可能劣化，而当铬(Cr)的量超过19.0％时，延伸率可能降低，并且可能产生热轧粘结缺陷(sticking defect)。
镍(Ni)：0.01％至0.50％
镍(Ni)的量可以为按重量％计0.01％至0.50％。当镍(Ni)的量小于0.01％时，精制成本可能增加，而当镍(Ni)的量超过0.5％时，材料的杂质可能增加，这使延伸率降低。
铜(Cu)：0.3％至1.5％
铜(Cu)的量可以为按重量％计0.3％至1.5％。当铜(Cu)的量小于0.3％时，在5％硫酸环境中的临界电流密度Icrit可能超过10mA，使得可能无法确保足够的耐酸性。当铜(Cu)的量超过1.5％时，材料成本可能显著增加，此外，最终产品的可热加工性和延伸率可能降低。
为了获得铁素体不锈钢的最终冷轧产品的期望拉伸强度，必须确保大量的精细碳化物，并且需要晶粒的精制。
根据本公开的一个实施方案，在具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢中，每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目可以为50个/100μm2。
例如，碳化物可以为基于M23C6型碳化物的金属析出物。
为了增加每单位面积的碳化物的数目，可能需要在热轧过程期间在热轧材料中充分地形成变形组织。当未充分形成变形组织时，难以增加碳化物的量，原因是碳化物析出位点不足。
为了在热轧材料中充分形成变形组织，可能需要在热轧过程期间控制板坯再加热温度、粗轧压下率和热轧卷材卷取温度，并且稍后将对其细节进行描述。
即，通过控制热轧过程条件，每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目可以达到50个/100μm2或更多。通过确保大量的精细碳化物，可以确保拉伸强度为520MPa或更大。当不满足上述过程条件时，由于粗碳化物的生成而无法获得足够量的碳化物。
例如，当直径为100nm或更大的碳化物的数目小于50个/100μm2时，由于小量的碳化物而可能出现粗化，这使拉伸强度降低。
例如，铁素体不锈钢的平均晶粒直径可以为10μm或更小。
例如，根据本公开的一个实施方案的铁素体不锈钢的拉伸强度可以为520MPa或更大。
例如，根据本公开的一个实施方案的铁素体不锈钢的延伸率可以为20％或更大。
例如，根据本公开的一个实施方案的铁素体不锈钢在5％硫酸环境中的临界电流密度Icrit可以为10mA或更小。
根据本公开的一个实施方案，用于制造根据本公开的一个实施方案的铁素体不锈钢的制造铁素体不锈钢的方法可以包括对铁素体不锈钢板坯进行热轧和冷轧，所述铁素体不锈钢板坯包含：按重量％计，0.1％至0.2％的碳(C)、0.005％至0.05％的氮(N)、0.01％至0.5％的锰(Mn)、12.0％至19.0％的铬(Cr)、0.01％至0.5％的镍(Ni)、0.3％至1.5％的铜(Cu)、剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，其中热轧期间的式(1)的值满足1,000或更小：
15*RHT/R4+CT式(1)
其中RHT(℃)表示板坯再加热温度，R4(％)表示粗轧的R4机座的压下率，CT(℃)表示卷取温度。
铁素体不锈钢板坯可以通过包含上述组分的钢水的连铸来生产。此后，可以对板坯进行热轧，并且可以通过热轧生产厚度为2mm至10mm的热轧卷材。
例如，板坯再加热温度(RHT)可以低于1250℃，粗轧的R4机座的压下率可以为40％或更大，以及卷取温度(CT)可以低于650℃。在这种情况下，可以设定热轧条件使得式(1)的值满足1000或更小。
图1是用于说明铁素体不锈钢的热轧条件与冷轧钢板的碳化物的数目之间的关系的图。
参照图1，可以看出，当式(1)的值为1000或更小时，直径为100nm或更大的碳化物的数目为50个/100μm2或更多。
当不满足式(1)的热轧条件时，尽管碳含量足够，但是在热轧材料中无法充分形成变形组织，使得无法充分形成碳化物析出位点。
特别地，当卷取温度高达650℃或更高时，出现析出物的粗化，并且可能无法获得期望数目的碳化物。结果，晶粒变粗，并且可能无法获得最终产品的期望的拉伸强度。
例如，式(1)的值可以满足800至1000。
当式(1)的值小于800时，热轧期间的温度可能太低，导致差的板形状。
使热轧板经受退火过程，并且在退火过程中，通过在700℃至900℃下的退火使碳化物充分析出。例如，退火热处理可以通过BAF退火过程进行。退火热处理之后，通过冷轧生产厚度小于2mm的冷轧板，并且可以通过在800℃至900℃的温度下的热处理来进行最终热处理。
例如，在冷轧板中，每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目可以为50个/100μm2或更多，并且平均晶粒直径可以为10μm或更小。
在下文中，将通过实施方案对本公开进行更详细地描述。
实施方案
通过连铸来生产满足表1的组分的发明钢1至4和比较钢1至9的板坯，并根据表2的热轧条件进行再加热，然后通过热轧生产5mmt的热轧卷材。然后，在BAF退火过程中在900℃下进行退火热处理。此后，通过冷轧制备厚度为1mmt的冷轧钢板，在900℃下进行热处理，并通过表面短球处理(surface short ball treatment)以及用硫酸和过氧化氢酸洗来生产最终产品。
[表1]
C N Mn Cr Ni Cu
发明钢1 0.103 0.014 0.13 14.3 0.11 0.67
发明钢2 0.171 0.016 0.11 17.2 0.09 0.45
发明钢3 0.122 0.006 0.24 16.7 0.13 1.21
发明钢4 0.125 0.008 0.19 16.5 0.12 1.05
比较钢1 0.133 0.012 0.23 17.5 0.15 1.79
比较钢2 0.147 0.015 0.24 16.9 0.17 0.14
比较钢3 0.227 0.022 0.15 17.1 0.21 0.84
比较钢4 0.232 0.017 0.14 17.6 0.11 0.66
比较钢5 0.042 0.046 0.21 16.2 0.11 0.12
比较钢6 0.051 0.042 0.15 15.2 0.13 0.23
比较钢7 0.047 0.041 0.17 16.9 0.14 0.77
比较钢8 0.062 0.015 0.16 17.3 0.13 0.81
比较钢9 0.085 0.015 0.25 18.1 0.15 0.67
[表2]
Figure BDA0002140341920000081
对于最终的冷轧钢板，对每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目、平均晶粒直径、拉伸强度、延伸率和在5％硫酸环境中的临界电流密度进行测量并且在下表3中示出。
制作最终冷轧板的TEM复制品，并测量每单位面积(100μm2)的碳化物析出物的数目。
[表3]
Figure BDA0002140341920000091
图2是通过透射电子显微镜(TEM)拍摄的示出了根据本公开的一个实施方案的铁素体不锈钢冷轧钢板中的析出物分布的照片。图3是通过TEM拍摄的示出了根据本公开的比较例的铁素体不锈钢冷轧钢板中的析出物分布的照片。
图2是示出了根据实施方案2的冷轧钢板的照片，图3是示出了根据比较例2的冷轧钢板的照片。
参照图2和3，如在比较例1至4中，根据涉及热轧时的板坯再加热温度、R4压下率和卷取温度的关系式15*RHT/R4+CT的值超过1000，使得热轧材料没有形成足够的变形组织，并因此尽管碳含量足够，碳化物析出位点也不足。
此外，如在比较例2中，当卷取温度高时，出现析出物的粗化，使得可能无法获得期望数目的碳化物。
如在比较例5中，当铜含量过量时，最终产品的延伸率变为18.8％，这意味着延伸率劣化。如在比较例6中，当铜含量小时，临界电流密度Icrit为14.5mA，使得可能无法确保足够的耐酸性。
如在比较例7和8中，当碳含量过量时，碳化物的数目增加，并且延伸率降低。如在比较例9至13中，当碳含量小时，确认晶粒尺寸增大并且拉伸强度降低至小于500MPa。
图4是用于说明由铁素体不锈钢制成的冷轧钢板的碳化物的数目与拉伸强度之间的关系的图。
图4是示出了根据实施方案和比较例的冷轧钢板的碳化物的数目与拉伸强度的图。参照图4，确认随着碳化物的数目增加，拉伸强度趋于相应地增加。
虽然已经参照示例性实施方案对本公开进行了具体描述，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
工业实用性
根据本公开的实施方案的具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢及其制造方法可以应用于建筑材料、厨房容器、家用电器、车辆排气系统部件、汽车电池单元等。

Claims (9)

1.一种具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢，其组成为：按重量％计，0.1％至0.2％的碳(C)、0.005％至0.05％的氮(N)、0.01％至0.5％的锰(Mn)、12.0％至19.0％的铬(Cr)、0.01％至0.5％的镍(Ni)、0.3％至1.5％的铜(Cu)、剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，其中每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目为50个/100μm2至200个/100μm2。
2.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢，其中平均晶粒直径为10μm或更小。
3.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢，其中拉伸强度为520MPa或更大。
4.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢，其中延伸率为20％或更大。
5.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢，其中在5％硫酸环境中的临界电流密度Icrit为10mA或更小。
6.一种制造具有优异的强度和耐酸性的铁素体不锈钢的方法，包括对铁素体不锈钢板坯进行热轧和冷轧，所述铁素体不锈钢板坯的组成为：按重量％计，0.1％至0.2％的碳(C)、0.005％至0.05％的氮(N)、0.01％至0.5％的锰(Mn)、12.0％至19.0％的铬(Cr)、0.01％至0.5％的镍(Ni)、0.3％至1.5％的铜(Cu)、剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，
其中热轧期间的式(1)的值满足1000或更小，式(1)为15*RHT/R4+CT，其中RHT表示板坯再加热温度，以℃计，R4表示粗轧的R4机座的压下率，以％计，以及CT表示卷取温度，以℃计，以及CT低于650℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述式(1)的值满足800至1000。
8.根据权利要求6所述的方法，其中RHT低于1250℃，R4高于40％。
9.根据权利要求6所述的方法，其中冷轧板的每单位面积的直径为100nm或更大的碳化物的数目为50个/100μm2至200个/100μm2，并且所述冷轧板的平均晶粒直径为10μm或更小。
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