CN114945689A - 用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢及其制造方法 - Google Patents

用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

公开了高强度铁素体不锈钢STS430及其制造方法，所述高强度铁素体不锈钢STS430具有350MPa或更大的屈服强度并且可以应用于车辆或普通软管的夹紧装置。根据本发明的一个实施方案，用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢按重量％计包含：0.04％至0.1％的C、0.2％至0.6％的Si、0.01％至1.5％的Mn、14.0％至18.0％的Cr、0.005％至0.2％的Al、0.005％至0.2％的V、0.02％至0.1％的N，以及余量中的Fe和不可避免的杂质，满足式(1)和(2)，并且具有至少2.5×106个/mm2的平均直径为0.5μm或更小的析出物。(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％(2)0.09％≤C+N≤0.12％。

Description

用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及高强度铁素体不锈钢及其制造方法，更具体地，涉及具有350MPa或更大的屈服强度并且可以应用于汽车或一般软管的夹紧装置的高强度铁素体不锈钢及其制造方法。
背景技术
铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢相比由于具有低的价格、低的热膨胀系数、良好的表面光泽度、良好的可成型性和良好的抗氧化性而被广泛用于耐热设备、水槽台面、外部材料、家用电器、电子部件等。铁素体不锈钢的冷轧薄板通过热轧过程、除去热轧卷材的表面氧化皮并消除材料的内应力的退火酸洗过程、冷轧过程和退火过程来制造。
图1示出了用于汽车或一般软管的夹紧装置。夹紧装置需要高强度，因为其用于固定塑料软管或管道，并且还需要优异的延性，因为在弯曲期间不应存在裂纹。此外，由于不仅在汽车的内部而且在汽车的外部使用，因此需要耐腐蚀性，因此近来对用于夹紧装置的不锈钢的需求正在增加。
通常制造的通用铁素体例如410UF由于具有12％的Cr含量而具有差的耐腐蚀性和低的延伸率，因此其可能无法用于夹紧装置。因此，尝试使用具有相对高的Cr含量的16％Cr430系列(一般的430、430LX)，但是由于低的拉伸强度而难以满足市场需求。为了满足包括510MPa或更大的拉伸强度(TS)、350MPa或更大的屈服强度(YS)、以及在基于轧制方向的0°、45°和90°全部三个方向上20％或更大的延伸率(El)的市场需求，需要进行组分体系的开发和制造过程的优化。
对于由STS430例示的铁素体不锈钢的主要品质问题，存在许多与成型期间的起皱、桔皮和面内各向异性的改善相关的现有专利技术。然而，几乎不存在关于优化制造技术和检查满足高强度的组分体系使得其可以应用于汽车或一般软管的夹紧装置的研究。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供这样的STS430铁素体不锈钢及其制造方法：所述STS430铁素体不锈钢能够通过控制组分体系中的Si、Al、V、C、N等的含量，以及通过省略热轧退火并进行光整冷轧控制析出物的尺寸和量来实现高强度例如350MPa或更大的屈服强度。
技术方案
本发明的一个方面提供了制造用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢的方法，所述方法包括：通过在1,000℃至1,200下再加热来对板坯进行热轧，所述板坯按重量计包含：0.04％至0.1％的C、0.2％至0.6％的Si、0.01％至1.5％的Mn、14.0％至18.0％的Cr、0.005％至0.2％的Al、0.005％至0.2％的V、0.02％至0.1％的N，以及剩余部分中的Fe和不可避免的杂质，并且满足以下表达式(1)和(2)；在700℃或更高下对经热轧的钢板进行卷取；在不进行退火的情况下以60％或更大的压下率对经卷取的热轧钢板进行冷轧；在550℃至950℃下对经冷轧的钢板进行退火持续10分钟或更短；以及以2％至8％的压下率对经冷轧退火的钢板进行光整冷轧。
(1) 0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2) 0.09％≤C+N≤0.12％
其中，Si、Al、V、C和N是指各元素的含量(重量％)。
根据本发明的一个实施方案，经冷轧退火的钢板可以包含至少2.5×106个/mm2的平均直径为0.5μm或更小的(Cr,Fe)-碳氮化物析出物。
根据本发明的一个实施方案，板坯还可以包含选自以下中的任一者或更多者：0.001％至0.5％的Ni、0.05％或更少的P、和0.005％或更少的S。
根据本发明的一个实施方案，经冷轧退火的钢板可以具有320MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度和20％或更大的延伸率。
根据本发明的一个实施方案，经冷轧退火的钢板经过进行光整冷轧可以具有350MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度和20％或更大的延伸率。
本发明的另一个方面提供了用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢，所述用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢按重量计包含：0.04％至0.1％的C、0.2％至0.6％的Si、0.01％至1.5％的Mn、14.0％至18.0％的Cr、0.005％至0.2％的Al、0.005％至0.2％的V、0.02％至0.1％的N，以及剩余部分中的Fe和不可避免的杂质，满足以下表达式(1)和(2)并且具有350MPa或更大的屈服强度。
(1) 0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2) 0.09％≤C+N≤0.12％
根据本发明的一个实施方案，高强度铁素体不锈钢还可以包含选自以下中的任一者或更多者：0.001％至0.5％的Ni、0.05％或更少的P、和0.005％或更少的S。
根据本发明的一个实施方案，可以分布有至少2.5×106个/mm2的平均直径为0.5μm或更小的(Cr,Fe)-碳氮化物析出物。
根据本发明的一个实施方案，高强度铁素体不锈钢可以具有510MPa或更大的拉伸强度和20％或更大的延伸率。
有益效果
根据本发明的一个实施方案的高强度铁素体不锈钢可以通过满足350MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度和20％或更大的延伸率而用于汽车等的夹紧装置。
附图说明
图1是示出一般夹紧装置的形状的图像。
图2是示出在本发明的光整冷轧之前屈服强度(YS)随表达式(1)的值的图。
图3是示出在本发明的光整冷轧之前拉伸强度(TS)随表达式(2)的值的图。
图4示出了使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)拍摄的根据本发明的发明例和比较例的析出物的照片。
具体实施方式
根据本发明的一个实施方案的制造用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢的方法包括：通过在1,000℃至1,200℃下再加热来对板坯进行热轧，所述板坯按重量计包含：0.04％至0.1％的C、0.2％至0.6％的Si、0.01％至1.5％的Mn、14.0％至18.0％的Cr、0.005％至0.2％的Al、0.005％至0.2％的V、0.02％至0.1％的N，以及剩余部分中的Fe和不可避免的杂质，并且满足以下表达式(1)和(2)；在700℃或更高下对经热轧的钢板进行卷取；在不进行退火的情况下以60％或更大的压下率对经卷取的热轧钢板进行冷轧；在550℃至950℃下对经冷轧的钢板进行退火持续10分钟或更短；以及以2％至8％的压下率对经冷轧退火的钢板进行光整冷轧。
(1) 0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2) 0.09％≤C+N≤0.12％
其中，Si、Al、V、C和N是指各元素的含量(重量％)。
发明实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方案。本文中呈现的示例性实施方案是为了向本领域技术人员充分地传达本发明的精神和范围而提供。本发明可以以多种形式实施而不限于本文中呈现的实施方案。在附图中，为了使本发明清楚，与描述无关的部分可以省略，并且为了理解本发明，组件的尺寸可以被放大。
根据本发明的一个实施方案的用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢按重量计包含：0.04％至0.1％的C、0.2％至0.6％的Si、0.01％至1.5％的Mn、14.0％至18.0％的Cr、0.005％至0.2％的Al、0.005％至0.2％的V、0.02％至0.1％的N，以及剩余部分中的Fe和不可避免的杂质。
在下文中，将描述限制本发明的合金元素含量的数值的原因。在下文中，除非另有说明，否则单位为重量％。
C的含量为0.04％至0.1％。
在钢中，C是铁素体不锈钢中不可避免地包含的杂质，并且用于通过作为(Cr,Fe)23C6和(Cr,Fe)7C3碳化物析出来提高强度，因此C以0.04％或更大的量包含在内。然而，当C过量地包含在基材中时，延伸率降低从而实质上降低产品的可加工性，因此将C含量限制为0.1％或更小。
Si的含量为0.2％至0.6％。
Si是钢中不可避免地包含的杂质，但是是在炼钢期间作为脱氧剂而添加的元素，并且是铁素体稳定元素。当钢中包含大量的Si时，其引起材料的硬化从而降低延性，因此Si含量通常控制为0.4％或更小。然而，为了制造用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢，需要最佳地使用Si。因此，在本发明中，将Si含量控制为0.2％至0.6％以通过固溶强化效应来提高拉伸强度和屈服强度，并且为了保持延伸率将Si含量限制为0.6％或更小。
Mn的含量为0.01％至1.5％。
Mn是钢中不可避免地包含的杂质。然而，由于Mn是奥氏体稳定元素，因此其用于抑制起脊和起皱。然而，当包含大量的Mn时，在焊接期间生成基于锰的烟，并且烟引起MnS相析出从而降低延伸率，因此将Mn含量限制为0.01％至1.5％。
Cr的含量为14.0％至18.0％。
Cr是用于提高钢的耐腐蚀性而添加的合金元素，并且其临界含量为12％。然而，包含C和N的铁素体不锈钢可能经历晶间腐蚀，因此，考虑到晶间腐蚀的可能性和制造成本的增加，将Cr含量限制为14.0％至18.0％。
Al的含量为0.005％至0.2％。
Al是强脱氧剂并且用于降低钢水中的氧的含量。在本发明中，Al以0.005％或更大的量添加。然而，当Al含量过多时，由于非金属夹杂物的增加而发生冷轧钢带的套筒缺陷，并且可焊性也劣化，因此将Al含量限制为0.2％或更小，更优选地0.1％或更小。
V的含量为0.005％至0.2％。
V用于通过固定C和N来形成碳氮化物，并且是对抑制碳氮化物的生长并使之细化有效的元素。在本发明中，V以0.005％或更大，更优选地0.03％或更大的量添加。然而，当V含量过多时，制造成本快速增加，因此将V含量限制为0.2％或更小，更优选地0.1％或更小。
N的含量为0.02％至0.1％。
在钢中，N作为与C等效的杂质元素存在，并且用于通过在制造过程中作为Cr2N氮化物析出来提高强度。N以0.02％或更大的量添加。然而，N的大量添加不仅损害可加工性，而且引起冷轧产品中的拉伸应变，因此将N含量限制为0.1％或更小。
此外，根据本发明的一个实施方案，高强度铁素体不锈钢还可以包含选自以下中的任一者或更多者：0.001％至0.5％的Ni、0.05％或更少的P、和0.005％或更少的S。
Ni的含量为0.001％至0.5％。与Cu和Mn类似，Ni为奥氏体稳定元素，具有通过增加奥氏体分数来抑制起脊和起皱的作用，并且用于通过添加少量Ni来改善耐腐蚀性。然而，当添加大量的Ni时，引起了可加工性的劣化和制造成本的增加，因此将Ni含量限制在上述范围。
P的含量为0.05％或更小。P是钢中不可避免地包含的杂质，并且在酸洗期间引起晶间腐蚀或损害热加工性，因此将P含量调节在上述范围内。
S的含量为0.005％或更小。S是钢中不可避免地包含的杂质，并且在晶界处偏析从而损害热加工性，因此将S含量限制在上述范围。
除了上述合金元素之外，不锈钢还包含剩余部分中的Fe和其他不可避免的杂质。
此外，不锈钢满足以下表达式(1)和(2)以及上述组分体系组成。
(1) 0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2) 0.09％≤C+N≤0.12％
在本发明中，为了实现高强度，通过由为替代元素的Si、Al和V的含量的增加产生的固溶强化效应来增加屈服强度(YS)，因此可以表现出320MPa或更大。当Si+Al+V值小于0.35％时，难以实现期望的屈服强度，而当Si+Al+V值超过0.6％时，延伸率降低。此外，如在以下将描述的制造方法中，可以使已经退火的冷轧钢板经受光整冷轧以实现350MPa或更大的屈服强度。当光整冷轧之前的屈服强度低于320MPa时，在光整冷轧期间需要高压下率，这导致延伸率的降低，因此该情况不是优选的。因此，重要的是在光整冷轧之前通过满足表达式(1)来确保320MPa或更大的屈服强度。
通过经由增加C+N含量来增加(Fe,Cr)碳氮化物析出物的量，并且通过经由由省略热轧退火引起的析出物细化作用来增加加工硬化的量，可以实现510MPa或更大的拉伸强度(TS)。当C+N值小于0.09％时，难以实现期望的拉伸强度，而当C+N值超过0.12％时，延伸率降低。
根据上述合金元素控制，本发明的显微组织可以包含至少2.5×106个/mm2的平均直径为0.5μm或更小的(Fe,Cr)-碳氮化物析出物。随着C+N含量的增加，(Fe,Cr)-碳氮化物析出物可以为(Cr,Fe)23C6和(Cr,Fe)7C3碳化物或Cr2N氮化物。通过析出大量的平均直径为0.5μm或更小的细小析出物，可以增加拉伸期间加工硬化的量。
然而，为了析出(Fe,Cr)-碳氮化物，除了合金元素控制之外，还需要省略热轧退火。
在用于连接软管的夹紧装置的情况下，当软管具有小直径时，使用厚度为1mm或更小的夹紧装置，并且需要320MPa或更大的屈服强度(YS)，而当软管具有大直径时，使用厚度为1mm或更大的夹紧装置，并且需要350MPa或更大的屈服强度(YS)。通过控制上述合金元素和碳氮化物析出物，可以确保320MPa或更大的屈服强度(YS)，但难以确保350MPa或更大的屈服强度(YS)。因此，为了实现350MPa或更大的屈服强度，需要改进制造方法。
根据本发明的一个实施方案的制造用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢的方法包括：通过在1,000℃至1,200℃下再加热来对板坯进行热轧，所述板坯按重量计包含：0.04％至0.1％的C、0.2％至0.6％的Si、0.01％至1.5％的Mn、14.0％至18.0％的Cr、0.005％至0.2％的Al、0.005％至0.2％的V、0.02％至0.1％的N，以及剩余部分中的Fe和不可避免的杂质，并且满足表达式(1)和(2)；在700℃或更高下对经热轧的钢板进行卷取；在不进行退火的情况下以60％或更大的压下率对经卷取的热轧钢板进行冷轧；在550℃至950℃下对经冷轧的钢板进行退火持续10分钟或更短；以及以2％至8％的压下率对经冷轧退火的钢板进行光整冷轧。
热轧的终轧温度优选为800℃或更高。在将热轧卷材通过在800℃或更高的终轧温度下进行轧制，并在700℃或更高下进行卷取的状态下形成细小析出物，并且通过省略后续的热轧退火来防止析出物的粗化。
通常，用于夹紧装置的铁素体不锈钢在热轧之后经受分批退火(分批退火炉(BAF))作为热轧退火，但本发明的特征在于省略了热轧退火。当进行分批退火(BAF)时，热轧卷材中析出的细小析出物变粗并且其总数量减少，从而使得难以确保高强度。
经冷轧退火的钢板可以经受2％至8％的压下率下的光整冷轧以确保350MPa或更大的屈服强度。当压下率超过8％时，延伸率降低。
在下文中，将参照示例性实施方案进一步详细地描述本发明。
实施例
使具有其中如下表1所示控制C、N、Si、Al和V的组分体系的铁素体不锈钢经受实验室真空熔融以制备板坯。将板坯在1,000℃至1,200℃下再加热，然后使用粗轧机和连续精轧机在800℃或更高的终轧温度下进行轧制以制造经热轧的板。
[表1]
Figure BDA0003745780350000081
使经热轧的板经受冷轧和退火，然后使一些钢种经受光整冷轧以制造最终的冷轧板。
下表2示出了具有表1中示出的合金组分的钢的分别定义为Si+Al+V和C+N的表达式(1)和(2)的值，并且还示出了冷轧退火材料的热轧退火条件和析出物的数量。此外，示出了通过在室温下并且在冷轧退火材料的板表面上以20mm/分钟的十字头速度沿从轧制方向开始的0°方向进行拉伸试验而获得的屈服强度(YS)、拉伸强度(TS)和延伸率(EL)。
[表2]
Figure BDA0003745780350000091
发明例1和2
钢种A和B通过控制铁素体不锈钢的C、N、Si、Al和V通过真空熔融来获得，并且将每个钢在1,000℃至1,200℃下再加热，然后使用粗轧机和连续精轧机在800℃或更高的终轧温度下进行轧制以制造经热轧的板，然后使经热轧的板在不进行热轧退火的情况下经受酸洗、冷轧、冷轧退火和光整冷轧。
可以确定钢种A和B满足Si+Al+V≥0.35％并且通过进行光整冷轧满足屈服强度(YS)≥350MPa。此外，可以确定钢种A和B满足C+N≥0.09％并因此满足拉伸强度(TS)≥510MPa。
比较例1至3
可以确定钢种C至E满足本发明的表达式(1)，例如C+N值为0.09％或更大，但Si+Al+V值为0.35％或更小，并因此表现出300MPa的屈服强度(YS)，在进行光整冷轧之前屈服强度(YS)低至320MPa。
比较例4和5
可以确定钢种F和G表现出0.35％或更小的Si+Al+V值和0.09％或更小的C+N值，并因此即使进行了光整冷轧，屈服强度(YS)和拉伸强度(TS)二者也不满足本发明的期望水平。
比较例6和7
可以确定钢种H满足0.35％或更大的Si+Al+V值和0.09％或更大的C+N值，但通过进行热轧分批退火(BAF)，无法满足屈服强度(YS)≥320MPa和拉伸强度(TS)≥510MPa。
此外，可以确定钢种I不满足0.35或更大的Si+Al+V值和0.09％或更大的C+N值，并且通过进行热轧分批退火(BAF)表现出280MPa或更小的低屈服强度(YS)，并且还表现出490MPa或更小的低拉伸强度(TS)，因此无法满足本发明的期望强度水平。
图2是示出在本发明的光整冷轧之前屈服强度(YS)随表达式(1)的值的图，图3是示出在本发明的光整冷轧之前拉伸强度(TS)随表达式(2)的值的图。
参照图2和图3，在本发明中为了实现高强度，将作为替代元素总和的定义为Si+Al+V的表达式(1)的值控制为0.35％或更大以通过基材的固溶强化效应来提高屈服强度，因此可以实现320MPa或更大的屈服强度。此外，可以通过进行光整冷轧确保350MPa或更大的期望屈服强度。此外，将定义为C+N的表达式(2)的值控制为0.09％或更大以增加(Fe,Cr)-碳氮化物析出物的量，并且省略热轧退火过程以提供析出物细化效果并因此增加加工硬化的量，因此可以实现510MPa或更大的拉伸强度。
图4示出了使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)拍摄的根据本发明的发明例和比较例的析出物的照片。未退火列示出了发明例1的钢种A的照片，以及BAF列示出了比较例7的钢种I的照片。
可以确定，在发明例1的钢种A的情况下，形成了平均直径为0.5μm或更小的大量析出物，而在比较例7的钢种I的情况下，形成了平均直径为0.5μm至2.0μm的析出物。即，可以看出当满足控制合金组分和省略热轧退火二者时，可以实现本发明的目的。
如上所述，已经描述了本发明的示例性实施方案，但本发明不限于此，并且本领域技术人员应理解，可以在不脱离所附权利要求的概念和范围的情况下对本发明的示例性实施方案做出各种改变和修改。
工业适用性
根据本发明的铁素体不锈钢能够确保350MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度、以及20％或更大的延伸率，并因此可以应用于汽车或一般软管的夹紧装置。

Claims (9)

1.一种制造用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢的方法，所述方法包括：
通过在1,000℃至1,200℃下再加热来对板坯进行热轧，所述板坯按重量计包含：0.04％至0.1％的C、0.2％至0.6％的Si、0.01％至1.5％的Mn、14.0％至18.0％的Cr、0.005％至0.2％的Al、0.005％至0.2％的V、0.02％至0.1％的N，以及剩余部分中的Fe和不可避免的杂质，并且满足以下表达式(1)和(2)；
在700℃或更高下对经热轧的钢板进行卷取；
在不进行退火的情况下以60％或更大的压下率对经卷取的热轧钢板进行冷轧；
在550℃至950℃下对经冷轧的钢板进行退火持续10分钟或更短；以及
以2％至8％的压下率对经冷轧退火的钢板进行光整冷轧，
(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2)0.09％≤C+N≤0.12％
其中，Si、Al、V、C和N是指各元素的含量(重量％)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述经冷轧退火的钢板包含至少2.5×106个/mm2的平均直径为0.5μm或更小的(Cr，Fe)-碳氮化物析出物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述板坯还包含选自以下中的任一者或更多者：0.001％至0.5％的Ni、0.05％或更少的P、和0.005％或更少的S。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述经冷轧退火的钢板具有320MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度和20％或更大的延伸率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述经冷轧退火的钢板经过进行光整冷轧具有350MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度和20％或更大的延伸率。
6.一种用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢，按重量计包含：0.04％至0.1％的C、0.2％至0.6％的Si、0.01％至1.5％的Mn、14.0％至18.0％的Cr、0.005％至0.2％的Al、0.005％至0.2％的V、0.02％至0.1％的N，以及剩余部分中的Fe和不可避免的杂质，满足以下表达式(1)和(2)，并且具有350MPa或更大的屈服强度，
(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2)0.09％≤C+N≤0.12％
其中，Si、Al、V、C和N是指各元素的含量(重量％)。
7.根据权利要求6所述的高强度铁素体不锈钢，还包含选自以下中的任一者或更多者：0.001％至0.5％的Ni、0.05％或更少的P、和0.005％或更少的S。
8.根据权利要求6所述的高强度铁素体不锈钢，所述高强度铁素体不锈钢包含(Cr，Fe)-碳氮化物析出物，其中分布有至少2.5×106个/mm2的平均直径为0.5μm或更小的(Cr，Fe)-碳氮化物析出物。
9.根据权利要求6所述的高强度铁素体不锈钢，所述高强度铁素体不锈钢具有510MPa或更大的拉伸强度和20％或更大的延伸率。
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