CN115821153A

CN115821153A - 一种温度传感器外壳用不锈钢及其制造方法

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Publication number: CN115821153A
Application number: CN202210733248.3A
Authority: CN
Inventors: 贾楠
Original assignee: Zhejiang Jisen Metal Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Jisen Metal Technology Co ltd
Priority date: 2022-06-27
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2023-03-21

Abstract

本发明公开了一种温度传感器外壳用不锈钢，其成分组成以质量％计含有，C：＜0.03％、Si：≤0.60％、Mn：1.3‑1.5％、S：≤0.005、P：≤0.025、Cr：17.5～18.0％、Ni：12.5～13.0％、Cu：0.30～0.50％、N：＜0.03％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；所述温度传感器外壳用不锈钢的化学成分满足：点蚀指数PREN≥18；Creq/Nieq＝(Cr+1.5Mo+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.3Cu+0.4Mn)≤1.3；Md30/50＝551‑462(C+N)‑9.2Si‑8.1Mn‑13.7Cr‑29(Ni+Cu)‑18.5Mo≤‑100。本发明的温度传感器外壳用不锈钢具有良好的防锈性能；奥氏体相具有高稳定性；易于成形，屈服强度≤260MPa，延伸率≥60％，具有耐蚀、低强度、高延伸率、无磁的特性。适用于温度传感器外壳制造，也可以用于电子、医疗、通讯设备等要求耐腐蚀、深拉伸和无磁的领域。

Description

一种温度传感器外壳用不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及温度传感器外壳用不锈钢及其制备技术领域，具体涉及一种温度传感器外壳用不锈钢及其制造方法。

背景技术

温度传感器是一种对温度反映较敏感，电阻值会随温度的升高而变化的电阻器。通常是由锰、钴、铝、锌等两种或两种以上高纯度金属氧化材料组成。温度传感器的应用广泛，如汽车各部位的温控系统、电池和水箱的监测系统。由于温度传感器用的高纯度金属氧化材料价格昂贵、直接使用时容易损坏，一般都会使用封装外壳，这种外壳最常用的是奥氏体不锈钢304和316。

不锈钢温度传感器外壳的制造工艺是将不锈钢薄板通过深冲拉延的方式做成深筒状，要求不锈钢具有良好的拉伸性能和耐腐蚀性能。奥氏体不锈钢是不锈钢中最适合做深冲用途的，其原因是单相奥氏体相有着良好的延伸率。如果奥氏体相中出现有铁素体相会因两相的变形不协调降低延伸率；如果在变形加工过程部分奥氏体相受诱发转变成形变马氏体会使材料的加工硬化加剧、延伸率明显降低。

由于奥氏体不锈钢304的强度比较高、加工硬化明显，在使用在制造温度传感器外壳时模具的损伤比较严重；受延伸率的限制，中间需要经过多次退火才能做成较长的筒状体。由于中间经过了退火生产工序，表面的氧化色还需要通过酸洗等额外工序才能解决。即使是强度更低、延伸率更高的奥氏体不锈钢316在使用过程中也经常需要多道次的中间退火。

对于奥氏体不锈钢，奥氏体稳定性低时易存在铁素体或马氏体相，这会直接降低延伸率。奥氏体中的铁素体相可以通过下面的铬镍当量的比值Cr_eq/Ni_eq来控制：

Cr_eq/Ni_eq＝(Cr+1.5Mo+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.3Cu+0.4Mn)

Cr_eq/Ni_eq值越低奥氏体相越稳定。

形变会诱发奥氏体不锈钢中的奥氏体转变为形变马氏体，不但使强度快速提高降低拉伸模具的使用寿命，而且直接降低材料的延伸率，从而使材料的深冲性能下降。奥氏体不锈钢中的奥氏体相在变形过程中的稳定性可以用M_d30/50值来表征：

M_d30/50＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo

M_d30/50值越低奥氏体相在变形过程中的稳定性越高。

奥氏体不锈钢的强度还受化学元素碳和氮的含量显著影响，降低碳和氮的含量可以降低材料的强度，但从Cr_eq/Ni_eq值和M_d30/50值的计算式可以看到降低碳和氮的含量会使奥氏体的稳定性下降。

腐蚀发生形式中，70％为点蚀。尤其是在存在Cl离子的环境下，如潮湿大气环境中、氢能源电池中，Cl离子含量高，加速腐蚀的进行。评价材料耐点蚀性能，常用的经验公式为耐点蚀当量公式PREN＝Cr+3.3Mo+30(C+N)，PREN值越高、材料耐点蚀的性能越好。比如SUS304的点蚀当量为18，SUS316的点蚀当量为24，因此316具有更高的耐蚀性。

基于上述情况，本发明提出了一种温度传感器外壳用不锈钢及其制造方法，可有效解决以上问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度传感器外壳用不锈钢及其制造方法。本发明的温度传感器外壳用不锈钢在温度传感器外壳常用不锈钢304和316的基础上经过反复试验，重新设计了化学成分，设计了一种超低碳氮的奥氏体不锈钢，具有良好的防锈性能，点蚀电位≥300mV；奥氏体相具有高稳定性，室温变形30％以内保持单相组织；易于成形，屈服强度≤260MPa，延伸率≥60％，具有耐蚀、低强度、高延伸率、无磁的特性。适用于温度传感器外壳制造，也可以用于电子、医疗、通讯设备等要求耐腐蚀、深拉伸和无磁的领域。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种温度传感器外壳用不锈钢，其成分组成以质量％计含有，

C：＜0.03％、

Si：≤0.60％、

Mn：1.3-1.5％、

S：≤0.005、

P：≤0.025、

Cr：17.5～18.0％、

Ni：12.5～13.0％、

Cu：0.30～0.50％、

N：＜0.03％，

其余为Fe和不可避免的杂质元素；

所述温度传感器外壳用不锈钢的化学成分满足：点蚀指数PREN≥18；Cr_eq/Ni_eq＝(Cr+1.5Mo+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.3Cu+0.4Mn)≤1.3；

M_d30/50＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo≤-100。

本发明的温度传感器外壳用不锈钢通过合理的成分设计，并通过对生产工艺和关键工艺参数的严格控制，制得的本发明的温度传感器外壳用不锈钢有良好的耐蚀性，其点蚀指数PREN值不低于18，点蚀电位高于300mV，其防锈性能不低于304；

有良好的拉伸性能，抗拉强度为和屈服强度分别不高于550MPa和250MPa，远低于304和316的值；延伸率全部高于62％，高于304的值，与316在同一水平；硬度为HV130～135，远低于304和316的值。可见，本发明的温度传感器外壳用不锈钢更适合于拉伸，延伸率高、强度和硬度低，同时又不容易损伤模具。

本发明的温度传感器外壳用不锈钢的奥氏体稳定性高，即使在变形30％的条件下仍为全奥氏体组织，这一方面降低加工硬化率，另一方面可以在加工过程中保持无磁。

本发明中，

所述温度传感器外壳用不锈钢的化学成分满足：点蚀指数PREN≥18；保证了本发明的温度传感器外壳用不锈钢具有良好的防锈性；Creq/Nieq＝(Cr+1.5Mo+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.3Cu+0.4Mn)≤1.3，确保了本发明的温度传感器外壳用不锈钢室温时无残余铁素体相，组织为全奥氏体组织；控制本发明的温度传感器外壳用不锈钢的元素配比满足Md30/50＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo≤-100；这样本发明的温度传感器外壳用不锈钢材料经30％以内冷加工或者变形不发生马氏体相变，仍保持奥氏体单相组织。

其中，本发明的温度传感器外壳用不锈钢的组成成分中，

C、N(碳、氮)：碳、氮是强奥氏体形成元素，一定程度上可以取代镍，促进奥氏体形成并稳定奥氏体组织，碳和氮的加入会明显提高材料的强度，但是会显著降低Ms和Md30/50温度，这是无磁钢的关键指标，因此本发明的温度传感器外壳用不锈钢严格限制碳和氮的含量，采用EAF+AOD+VOD的三联法生产工艺降碳氮。本发明控制C：＜0.03％，N：＜0.03％。

Si(硅)：硅是铁素体形成和稳定元素，在熔炼过程中用于脱氧，硅含量过高时加速金属间相析出，同时引起残余铁素体相含量增高。因此，本发明的温度传感器外壳用不锈钢中设计硅含量为≤0.60％。

Mn(锰)：锰是奥氏体形成和稳定元素，可以利用锰一定程度上取代镍，获得奥氏体组织，锰也降低Md30/50温度，提高奥氏体的稳定性；同时锰的添加可以显著提高氮的溶解度。但Mn降低耐蚀性。因此，本发明的温度传感器外壳用不锈钢中控制Mn：1.3～1.5％。

S(硫)：硫是夹杂物元素，含量尽量低。

P(磷)：磷是夹杂物元素，含量尽量低。

Cr(铬)：铬是钢获得耐腐蚀性能的最重要元素，为保证良好的耐蚀性，需要添加较高的铬。但铬是主要的铁素体形成元素，过高的铬将导致材料铬当量高，镍铬当量比失调，材料凝固后出现磁性的铁素体相。综合考虑，本发明的温度传感器外壳用不锈钢中控制Cr：17.5～18.0％。

Ni(镍)：镍是强奥氏体形成和稳定元素。Ni是贵金属，含量过高会显著增加材料成本。因此，本发明的温度传感器外壳用不锈钢中控制Ni含量为12.5～13.0％。

Cu(铜)：铜是奥氏体形成和稳定元素，可以提高不锈钢的塑性和在还原性酸中的耐腐蚀性。Cu是贵金属，含量过高会显著增加材料成本。因此，本发明的温度传感器外壳用不锈钢中控制Cu含量为0.30～0.50％。

本发明还提供一种所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其包括以下步骤：

A、通过炼钢工艺路径并浇注制备符合所述温度传感器外壳用不锈钢化学成分组成要求的钢铸坯；

优选的，所述炼钢工艺路径为：EAF→AOD→VOD。

所述EAF为电炉冶炼。

所述电炉冶炼采用全铁水冶炼或铁水+废钢冶炼。

所述AOD为氩氧共吹脱碳精炼炉。

这样可以实现大幅度将脱碳至超低碳(含碳量≤0.03％为超低碳)，也可以进行合金的微调。

所述VOD为真空脱碳精炼炉。

这样可以进一步脱碳和去气。

用这种三联冶炼法(EAF→AOD→VOD，或表示为EAF+AOD+VOD)可以使材料的成分稳定达到超低碳水平，并且使材料组织均匀、纯净度足够高。

通过所述炼钢工艺路径(三联法冶炼)冶炼的钢水经过连铸机浇注成钢铸坯(连铸坯)待下一步热轧。

B、将步骤A制备得到的所述钢铸坯加热至温度为1230±30℃，然后保温至所述钢铸坯的内外温度均匀一致，然后进行通过开坯、热轧形成钢带，并经过收卷，得到热轧卷；

本发明以上化学成分的钢铸坯(钢坯)在1230±30℃时为全奥氏体组织，在接下来的热轧过程中加工性能良好。

优选的，将步骤A制备得到的所述钢铸坯加热的升温速率为3～5℃/min。

优选的，步骤B中，所述钢带的厚度为2～6mm。

C、将所述热轧卷经固溶处理和酸洗，得到白皮卷；所述固溶处理的固溶温度为1050±20℃；

优选的，步骤C中，所述酸洗的工艺采用奥氏体不锈钢的酸洗工艺。

D、将所述白皮卷冷轧成适合温度传感器外壳用的钢带；冷轧的压下率控制在50％～80％；

E、将步骤D得到适合温度传感器外壳用的钢带进行中间退火，中间退火的温度为1050±20℃，得到所述温度传感器外壳用不锈钢。

本发明所述温度传感器外壳用不锈钢其他的生产工艺可以参考常规温度传感器外壳用不锈钢的热处理工艺。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明中，所述温度传感器外壳用不锈钢的化学成分满足：点蚀指数PREN≥18；保证了本发明的温度传感器外壳用不锈钢具有良好的防锈性；Creq/Nieq＝(Cr+1.5Mo+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.3Cu+0.4Mn)≤1.3，确保了本发明的温度传感器外壳用不锈钢室温时无残余铁素体相，组织为全奥氏体组织；控制本发明的温度传感器外壳用不锈钢的元素配比满足Md30/50＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo≤-100；这样本发明的温度传感器外壳用不锈钢材料经30％以内冷加工或者变形不发生马氏体相变，仍保持奥氏体单相组织。

其中，本发明的温度传感器外壳用不锈钢的组成成分中，

S(硫)：硫是夹杂物元素，含量尽量低。

P(磷)：磷是夹杂物元素，含量尽量低。

本发明的温度传感器外壳用不锈钢主要应用于温度传感器外壳制造，也可以用于电子、医疗、通讯设备等要求耐腐蚀、深拉伸和无磁的领域。

本发明的制造方法工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本。

附图说明

图1为本发明实施例2固溶后的金相图，为全奥氏体组织。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。

下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。

C：＜0.03％、

Si：≤0.60％、

Mn：1.3-1.5％、

S：≤0.005、

P：≤0.025、

Cr：17.5～18.0％、

Ni：12.5～13.0％、

Cu：0.30～0.50％、

N：＜0.03％，

其余为Fe和不可避免的杂质元素；

M_d30/50＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo≤-100。

优选的，所述炼钢工艺路径为：EAF→AOD→VOD。

优选的，所述EAF为电炉冶炼。

优选的，所述电炉冶炼采用全铁水冶炼或铁水+废钢冶炼。

优选的，所述AOD为氩氧共吹脱碳精炼炉。

优选的，所述VOD为真空脱碳精炼炉。

优选的，步骤B中，所述钢带的厚度为2～6mm。

实施例：

表1为本发明实施例及对比例钢的成分，表1中还列出了本发明实施例及对比例钢的PREN值、铬镍当量比和Md_30/50温度。PREN值主要用以表征材料的防锈性，而铬镍当量比和Md_30/50温度两个参数可以表征奥氏体的稳定性。显然，本发明实施例的化学成分满足点蚀指数PREN≥18，Cr_eq/Ni_eq＝(Cr+1.5Mo+1.5Si)/(Ni+30N+30C+0.3Cu+0.4Mn)≤1.3，M_d30/50＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo≤-100。

表1本发明实施例及对比例钢的成分、PREN值、铬镍当量比和Md_30/50温度

牌号	C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	Mo	N	PREN	Cr<sub>eq</sub>/Ni<sub>eq</sub>	M<sub>d30/50</sub>
												304	0.040	0.35	1.51	18.10	8.10	0.00	0.00	0.000	18.1	1.88	34
316	0.030	0.20	1.46	16.20	10.10	0.00	2.10	0.000	23.13	1.70	-30
												实施例1	0.015	0.30	1.50	17.80	12.70	0.50	0.00	0.018	18.16	1.26	-106
实施例2	0.022	0.60	1.48	18.00	12.50	0.50	0.00	0.021	18.42	1.30	-110
												实施例3	0.022	0.33	1.30	17.70	12.70	0.30	0.00	0.022	18.14	1.24	-102
实施例4	0.029	0.43	1.40	17.80	13.00	0.30	0.00	0.012	18.04	1.24	-113
												实施例5	0.025	0.32	1.40	17.50	12.80	0.30	0.00	0.023	18.19	1.21	-105

本发明实施例以EAF电炉+AOD+VOD冶炼，冶炼后的含碳量都达到＜0.03％的要求。用连铸法将钢水铸造成坯。将连铸坯加热至1230±30℃，此温度区间可以获得优异的热加工性能，避免边部裂纹，将钢坯保温至内外一致之后轧制成热轧钢卷，钢卷的厚度为3mm。对热轧后的钢带进行固溶酸洗，固溶温度为1050±20℃。对试验材料进一步冷轧至1mm，然后进行退火，退火的温度为1050±20℃，材料充分回复再结晶软化。

图1是本发明实施例2固溶后的金相图，为全奥氏体组织。

表2为本发明实施例的性能，对比例为温度传感器外壳常用奥氏体不锈钢304和316。力学性能均取样采用JIS 13B标准加工和检测。本发明钢以及对比钢种力学性能参见表2，从表中数据可以看到，典型常规304的抗拉强度为和屈服强度分别为675MPa和280MPa延伸率为60％，硬度为HV167。典型常规316的抗拉强度为和屈服强度分别为585MPa和265MPa延伸率为62％，硬度为HV160。相比而言，实施例1～5的抗拉强度为和屈服强度分别不高于550MPa和250MPa，远低于304和316的值；延伸率全部高于62％，高于304的值，与316在同一水平；硬度为HV130～135，远低于304和316的值。可见，本发明的温度传感器外壳用不锈钢更适合于拉伸，延伸率高、强度和硬度低，同时又不容易损伤模具。

采用GB/T 17897-1999检测材料的点蚀电位，检验条件为温度：30℃±1℃；溶液：3.5％NaCl，经99.9％以上的高纯氮气除氧0.5小时以上；试样：研磨表面-1200#砂纸；参数：以20mV每分钟的扫描速率扫描至电流值增大到0.1mA。由表2中结果可见，本发明实施例1～5的点蚀电位为310mV以上，比常规304略好，其原因主要来源于C、Cr、Ni、N等对耐蚀性的提高和Mn等不利于耐蚀性元素的控制。

利用磁性仪检测了不同材料中导磁马氏体相的含量，结果列于表2中。表2中的数据显示，经过室温形变或者室温加工30％后，对比例304将产生一定量的马氏体相，磁性相含量达到7％，对比例SUS316将产生一定量的马氏体相，磁性相含量达到3％，而本发明实施例1～8所述的材料仍保持100％的奥氏体相，进一步说明本发明材料的奥氏体具有更高的稳定性，在成形、加工后仍能够保持全奥氏体的组织。

表2发明实施例的性能对比

总体而言，本发明的温度传感器外壳用不锈钢是一种耐蚀、低强度、高延伸率、无磁的奥氏体不锈钢，适用于温度传感器外壳制造，也可以用于电子、医疗、通讯设备等领域。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种温度传感器外壳用不锈钢，其特征在于，其成分组成以质量％计含有，

C：＜0.03％、

Si：≤0.60％、

Mn：1.3-1.5％、

S：≤0.005、

P：≤0.025、

Cr：17.5～18.0％、

Ni：12.5～13.0％、

Cu：0.30～0.50％、

N：＜0.03％，

其余为Fe和不可避免的杂质元素；

M_d30/50＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo≤-100。

2.如权利要求1所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其特征在于，所述炼钢工艺路径为：EAF→AOD→VOD。

4.根据权利要求1所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其特征在于，所述EAF为电炉冶炼。

5.根据权利要求1所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其特征在于，所述电炉冶炼采用全铁水冶炼或铁水+废钢冶炼。

6.根据权利要求1所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其特征在于，所述AOD为氩氧共吹脱碳精炼炉。

7.根据权利要求1所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其特征在于，所述VOD为真空脱碳精炼炉。

8.根据权利要求1所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其特征在于，将步骤A制备得到的所述钢铸坯加热的升温速率为3～5℃/min。

9.根据权利要求1所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其特征在于，步骤B中，所述钢带的厚度为2～6mm。

10.根据权利要求1所述的温度传感器外壳用不锈钢的制造方法，其特征在于，步骤C中，所述酸洗的工艺采用奥氏体不锈钢的酸洗工艺。