CN114829662B

CN114829662B - 高磁导率的铁素体基不锈钢

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Publication number: CN114829662B
Application number: CN202080086981.XA
Authority: CN
Inventors: 朴志彦; 姜亨求; 金冏勋
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2023-10-10
Anticipated expiration: 2040-07-08
Also published as: CN114829662A; JP7422225B2; JP2023503079A; US20220403488A1; KR102279909B1; KR20210060789A; WO2021101007A1

Abstract

本说明书公开了高磁导率的铁素体基不锈钢。根据所公开的高磁导率的铁素体基不锈钢的一个实例，高磁导率的铁素体基不锈钢包含0.0005重量％至0.02重量％的C、0.005重量％至0.02重量％的N、0.2重量％至2.0重量％的Si、10.0重量％至25.0重量％的Cr、和0.05重量％至0.5重量％的Nb，以及剩余部分中的Fe和不可避免的杂质，其中Nb/(C+N)值满足5至20，以及<001>//RD织构分数为5％或更大。

Description

高磁导率的铁素体基不锈钢

技术领域

本公开内容涉及高磁导率的铁素体基不锈钢，并且更特别地，涉及能够保护各种电子设备中的元件免受电磁波的高磁导率的铁素体基不锈钢。

背景技术

在各种电子设备中使用用于各种目的的元件，并且由于周围环境的电磁干扰，这些元件可能发生故障或者可能难以精确控制这些元件。为防止电子设备由于电磁干扰而发生故障，需要通过能够阻挡磁场的材料包围重要的元件。

已经开发了能够阻挡磁场的各种材料。然而，为了即使在存在电磁干扰的各种环境下操作各种电子设备而不发生故障，近来对能够阻挡磁场以及耐腐蚀性优异的材料的需求增加。

作为具有优异的磁性特性和耐腐蚀性的材料的代表性实例，可以使用铁素体基不锈钢。然而，常规的铁素体基不锈钢的磁导率不足以阻挡磁场。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，提供了能够保护各种电子设备中的元件免受电磁波影响的高磁导率的铁素体基不锈钢。

技术方案

根据本公开内容的一个方面，高磁导率的铁素体基不锈钢以重量百分比(重量％)计包含0.0005％至0.02％的C、0.005％至0.02％的N、0.2％至2.0％的Si、10.0％至25.0％的Cr、0.05％至0.5％的Nb、以及剩余部分中的Fe和其他不可避免的杂质，其中Nb/(C+N)值满足5至20的范围，以及<001>//RD织构分数为5％或更大。

在根据本公开内容的高磁导率的铁素体基不锈钢中，Nb/(C+N)值可以满足5至15的范围。

在根据本公开内容的高磁导率的铁素体基不锈钢中，晶粒的平均粒径可以为50μm至200μm。

在根据本公开内容的高磁导率的铁素体基不锈钢中，当以50Hz的频率施加10000A/m的磁场时，磁导率可以为1200或更大。

在根据本公开内容的高磁导率的铁素体基不锈钢中，屈服强度可以为280MPa或更大。

有益效果

根据本公开内容，可以提供具有优异的耐腐蚀性和高磁导率的铁素体基不锈钢。

根据本公开内容，通过经由控制钢的合金元素的组成和加工条件来调节晶粒的平均粒径和织构，可以提供具有高磁导率的铁素体基不锈钢。

附图说明

图1示出了根据比较例2和发明例8的最终经冷轧经退火的材料的织构的取向分布函数(Orientation Distribution Function，ODF)。图1a是根据比较例2的ODF，以及图1b是根据发明例8的ODF。

具体实施方式

根据本公开内容的一个实施方案的高磁导率的铁素体基不锈钢以重量百分比(重量％)计包含0.0005％至0.02％的C、0.005％至0.02％的N、0.2％至2.0％的Si、10.0％至25.0％的Cr、0.05％至0.5％的Nb、以及剩余部分中的Fe和其他不可避免的杂质，其中Nb/(C+N)值满足5至20的范围，以及<001>//RD织构分数为5％或更大。

发明实施方式

在下文中，现在将描述本公开内容的优选实施方案。然而，本公开内容可以以许多不同的形式实施并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案使得本公开内容将是全面且完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达本公开内容的范围。

本文使用的术语仅用于描述特定的实施方案。因此，除非其在上下文中具有明显不同的含义，否则以单数使用的表达涵盖复数的表达。此外，应理解的是，诸如“包括”或“具有”的术语旨在表明存在说明书中所公开的特征、步骤、功能、组成要素或其组合，并不旨在排除可能存在或可能添加一个或更多个其他特征、步骤、功能、组成要素或其组合的可能性。

同时，除非另有定义，否则本文使用的所有术语具有与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。因此，除非本文中明确如此定义，否则不应以理想化或过度形式的含义来解释这些术语。如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式旨在也包括复数形式。

此外，在整个说明书中使用的术语“约”、“基本上”等意指当提出自然制造和物质可允许误差时，这样的可允许误差对应于一个值或类似于该值，并且这样的值旨在为了清楚地理解本发明或防止无意识的侵权者非法地使用本发明的公开内容。

此外，如本文所用，术语“<001>//RD织构”是指具有平行于<001>轴的轧制方向的晶体取向的织构。

根据本公开内容的一个实施方案的具有优异的磁性特性的铁素体基不锈钢可以以重量百分比计(重量％)包含0.0005％至0.02％的C、0.005％至0.02％的N、0.2％至2.0％的Si、10.0％至25.0％的Cr、0.05％至0.5％的Nb、以及剩余部分中的Fe和其他不可避免的杂质。

在下文中，将描述对本公开内容的实施方案中的合金元素含量进行数值限制的原因。在下文中，除非另有说明，否则单位为重量％。

碳(C)：0.0005重量％至0.02重量％

因为碳(C)是不可避免地包含在钢中的杂质元素，所以优选将C含量控制得尽可能低。然而，当C含量低于0.0005重量％时，由于太低的C含量而可能使精炼成本增加，并因此在本公开内容中可以将C含量控制为0.0005重量％或更大。然而，过量的C含量增加了杂质从而使延伸率劣化，降低了加工硬化指数(n值)，并且增加了延性脆性转变温度(DBTT)，从而导致冲击特性的劣化。因此，在本公开内容中将C含量的上限设定为0.02重量％。考虑到可加工性和机械特性，可以优选地将C含量的上限设定为0.01重量％。

氮(N)：0.005重量％至0.002重量％

当N含量小于0.005重量％时，TiN的结晶量减少，从而降低了钢坯的等轴晶体比率，并因此在本公开内容中氮可以以0.005重量％或更大的量添加。然而，过量的N增加材料中的杂质，从而使延伸率劣化，并且增加延性脆性转变温度(DBTT)，从而导致冲击特性的劣化。因此，在本公开内容中将N含量的上限设定为0.02重量％。考虑到可加工性和机械特性，可以优选地将N含量的上限设定为0.015重量％。

硅(Si)：0.2重量％至2.0重量％

硅(Si)是为了提高钢的强度而添加的元素。为了获得期望的强度，在本公开内容中硅可以以0.2重量％或更大的量添加。然而，过量的硅使延伸率劣化，降低加工硬化指数(n值)，增加基于Si的夹杂物，从而导致可加工性的劣化。因此，在本公开内容将Si含量的上限设定为2.0重量％。考虑到可加工性，可以优选地将Si含量的上限设定为1.0重量％。

铬(Cr)：10.0重量％至25.0重量％

铬(Cr)是为了获得不锈钢的耐腐蚀性而添加的最重要的元素。在本公开内容中铬可以以10.0重量％或更大的量添加以获得耐腐蚀性。为了获得耐腐蚀性，铬可以优选地以15.0重量％的量添加。然而，过量的铬使伸长率劣化并在热轧期间导致粘着缺陷，并因此将Cr含量的上限设定为25.0重量％。考虑到可加工性和机械特性，可以优选地将Cr含量的上限设定为20.0重量％。

铌(Nb)：0.05重量％至0.5重量％

铌(Nb)是形成固溶体以提高钢的强度并优先与使耐腐蚀性劣化的碳(C)和氮(N)结合以形成稳定的基于Nb的析出物从而改善耐腐蚀性的元素。此外，当添加铌时其形成基于Nb的析出物，从而防止晶粒过度粗大化，并促进具有有利于磁化的取向的<001>//RD织构的生长，从而增加<001>//RD织构分数。因此，当添加铌时，其具有改善磁性特性的效果。在本公开内容中，为了提高强度、改善耐腐蚀性以及增强磁性特性的目的，铌可以以0.05重量％或更大的量添加。

然而，当Nb含量过多时，与碳和氮结合的铌形成过量的基于Nb的析出物，并因此可能无法充分地提高晶粒的平均直径。在未充分提高晶粒的直径的情况下，磁化被晶界抑制，从而不能获得期望的磁导率。此外，当Nb含量过多时，在钢中未与C和N结合的溶质Nb的量增加，从而不能获得足够分数的有利于磁化的<001>//RD织构。考虑到这一点，在本公开内容中将Nb含量的上限设定为0.5重量％。为了获得高磁导率的目的，可以优选地将Nb含量的上限设定为0.25重量％。

本公开内容的组成的剩余组分为铁(Fe)。然而，组成可能包含从原材料或周围环境中不可避免地并入的不期望的杂质，并因此无法排除另外的合金组分的添加。杂质在本公开内容中没有具体提及，因为它们对于制造领域的任何技术人员是已知的。

根据本公开内容的高磁导率的铁素体基不锈钢具有高磁导率和优异的耐腐蚀性。为了获得高磁导率和优异的耐腐蚀性，重要的是控制由铌、碳和氮的组合形成的基于Nb的析出物的量。因此，本发明人得出由Nb含量与(C+N)含量的比率表示的Nb/(C+N)参数，并基于该参数调节基于Nb的析出物的量。在这方面，Nb、C和N各自表示各合金元素的重量％。

根据本公开内容的一个实施方案，Nb/(C+N)值可以为5至20。当Nb/(C+N)值小于5时，铌无法充分地除去使耐腐蚀性劣化的碳和氮，从而使耐腐蚀性劣化。另外，由于基于Nb的析出物形成不足而形成太粗大的晶粒，并因此屈服强度降低，并且无法足够地获得<001>//RD织构分数，从而使磁导率劣化。

相反地，当Nb/(C+N)值超过20时，在钢中未与C和N结合的溶质Nb的量增加，从而不能获得足够分数的有利于磁化的<001>//RD织构，并且由于晶粒的平均直径不足而无法获得期望的磁导率。此外，为了获得高磁导率和优异的耐腐蚀性，Nb/(C+N)值可以优选地为5至15，更优选地为8至15。

<001>//RD织构是具有平行于<001>轴的轧制方向的晶体取向的织构。本公开内容通过将有利于磁化的<001>//RD织构的分数控制在一定水平或更大而提供了具有改善的磁性特性的高磁导率的铁素体基不锈钢。

根据本公开内容的一个实施方案的高磁导率的铁素体基不锈钢的<001>//RD织构分数可以为5％或更大。当<001>//RD织构分数小于5％时，通过以50Hz的频率施加10000A/m的磁场无法获得本公开内容中旨在获得的1200或更大的高磁导率。

根据本公开内容的高磁导率的铁素体基不锈钢的晶粒的平均粒径可以为50μm至200μm。当晶粒的平均粒径小于50μm时，磁化被晶界抑制，从而不能获得期望的磁导率。当晶粒的平均粒径大于200μm时，屈服强度可能降低。

晶粒的平均粒径可以通过合金元素的组成或者诸如钢坯的再加热温度、冷轧期间的压下率、退火热处理期间的温度、加热速率和时间的加工条件来控制。然而，应当注意，这些条件是为了清楚地理解控制晶粒的平均粒径的方法的实例，而不旨在限制本公开内容的范围。晶粒的平均粒径可以通过控制合金元素的组成或加工条件以各种方式进行调节。

满足本公开内容提出的合金元素的组成、<001>//RD织构分数和晶粒的平均粒径范围的根据本公开内容的高磁导率的铁素体基不锈钢具有优异的耐腐蚀性、高磁导率和高屈服强度。

当以50Hz的频率施加10000A/m的磁场时，根据本公开内容的一个实施方案的高磁导率的铁素体基不锈钢的磁导率可以为1200或更大。

根据本公开内容的一个实施方案的高磁导率的铁素体基不锈钢的屈服强度可以为280MPa或更大。

在下文中，将通过实施例更详细地描述本公开内容。然而，需要注意的是，以下实施例仅旨在更详细地说明本公开内容而不旨在限制本公开内容的范围。这是因为本公开内容的范围由权利要求中所描述的事项以及能够由此合理推断的事项来确定。

实施例

铸造具有下表1中所示的以下化学组成的钢以获得钢坯，并将钢坯在1,100℃至1,300℃的温度下再加热。对经再加热的钢坯进行热轧、冷轧和退火以获得最终经冷轧的产品。

通过代入合金元素Nb、C和N的含量(重量％)获得表1的Nb/(C+N)值。

表1

(*为在由本公开内容限定的范围之外。)

表2示出了各实施例的钢种、晶粒的平均粒径(μm)、<001>//RD织构分数(％)、磁导率、屈服强度(MPa)值。

使用电子背散射衍射(EBSD)检测器测量表2中所示的晶粒的平均粒径和<001>//RD织构分数。通过以50Hz的频率施加10000A/m的磁场来测量厚度为0.5mm的各钢种的磁导率。对于屈服强度，通过在室温下在垂直于轧制方向的方向上根据JIS13B标准对样品进行拉伸测试来测量0.2％条件屈服强度。

表2

(*为在由本公开内容限定的范围之外。)

在下文中，将基于表1和2以及附图对发明例和比较例进行比较评估。

由于发明例1至3满足由本公开内容限定的合金元素的组成范围、晶粒的平均粒径范围和<001>//RD织构分数范围，因此在以50Hz的频率施加10000A/m的磁场的情况下，获得了1200或更大的磁导率以及280MPa或更大的屈服强度。

在比较例1和2中，Nb含量超过了本公开内容中限定的0.5重量％的上限。因此，形成了过量的基于Nb的析出物，并且晶粒的平均粒径小于50μm。特别地，在比较例2中，不仅Nb含量过多，而且Nb/(C+N)值也超过了本公开内容中限定的20的上限。根据比较例2，由于相对于(C+N)含量的高Nb含量，有利于磁化的<001>//RD织构的分数为1.1％，这是不足的。因为比较例1的晶粒的平均粒径在本公开内容中限定的范围之外，并且比较例2的晶粒的平均粒径和<001>//RD织构分数在本公开内容中限定的范围之外，因此不可能获得本公开内容中旨在获得的磁导率。

在比较例3中，Si含量小于本公开内容中限定的0.2重量％的下限。因此，不可能获得本公开内容中旨在获得的屈服强度。在比较例4中，Si含量超过了由本公开内容限定的2.0重量％的上限。比较例4的钢种由于因过量的Si含量所降低的低可加工性而在冷轧期间断裂。

在比较例5中，Nb含量小于本公开内容中限定的0.05重量％的下限，并且Nb/(C+N)值小于本公开内容中限定的5的下限。因此，基于Nb的析出物形成不足，并因此晶粒过度粗大化，导致屈服强度降低，并且不足的<001>//RD织构分数导致磁导率的劣化。

在比较例6中，虽然使用与发明例1和2的钢种F相同的钢种F，但晶粒的平均粒径小于本公开内容中限定的50μm的下限。因此，磁化被晶界抑制，不能获得本公开内容中旨在获得的磁导率。

在比较例7中，虽然使用与发明例3的钢种G相同的钢种G，但晶粒的平均粒径小于本公开内容中限定的50μm的下限。因此，磁化被晶界抑制，不能获得本公开内容中旨在获得的磁导率。

在比较例8中，虽然使用与发明例3的钢种G相同的钢种G，但晶粒的平均粒径大于本公开内容中限定的200μm的上限。因此，无法获得本公开内容中旨在获得的屈服强度。

在下文中，将参照附图评估各实施例。

图1示出了根据比较例2和发明例8的最终经冷轧经退火的材料的织构的取向分布函数(ODF)。图1a是根据比较例2的ODF，以及图1b是根据发明例8的ODF。图1a和1b中用虚线标记的圆表示<001>//RD织构。在图1a与1b之间进行比较时，可以目视确定发明例8的<001>//RD织构分数显著高于比较例2的<001>//RD织构分数。

基于上述结果，可以确定当如本公开内容中所限定在合金元素中将Nb/(C+N)控制在5至20的范围内，将<001>//RD织构分数控制为5％或更大，并且将晶粒的平均粒径控制在50μm至200μm的范围内时，在以50Hz的频率施加10000A/m的磁场的情况下，可以获得具有1200或更大的磁导率和280MPa或更大的屈服强度的高磁导率的铁素体基不锈钢。

尽管已经参照示例性实施方案特别地描述了本公开内容，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变和修改。

工业适用性

根据本公开内容的铁素体基不锈钢可以应用于用以保护各种电子设备中的元件免受电磁波的材料。

Claims

1.一种高磁导率的铁素体基不锈钢，以重量百分比(重量％)计包含0.0005％至0.02％的C、0.005％至0.02％的N、0.2％至2.0％的Si、10.0％至25.0％的Cr、0.05％至0.5％的Nb、以及剩余部分中的Fe和其他不可避免的杂质，

其中Nb/(C+N)值满足5至15的范围，

其中晶粒的平均粒径为50μm至200μm，以及

<001>//RD织构分数为5％或更大。

2.根据权利要求1所述的高磁导率的铁素体基不锈钢，其中当以50Hz的频率施加10000A/m的磁场时，磁导率为1200或更大。

3.根据权利要求1所述的高磁导率的铁素体基不锈钢，其中屈服强度为280MPa或更大。