CN116018421A - 具有优异的生产率和成本降低效果的高强度奥氏体不锈钢及其生产方法 - Google Patents

具有优异的生产率和成本降低效果的高强度奥氏体不锈钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高强度奥氏体不锈钢及其生产方法，其中所述奥氏体不锈钢由于其优异的热加工性而具有高生产率以及由于作为高价格元素的镍(Ni)的含量大大降低而具有优良的成本降低效果，并且在冷轧和退火之后具有450MPa或更大的屈服强度和45％或更大的延伸率以及甚至在回火轧制之后具有1800MPa或更大的超高强度。

Description

具有优异的生产率和成本降低效果的高强度奥氏体不锈钢及 其生产方法
技术领域
本公开内容涉及具有优异的生产率和成本降低效果的高强度奥氏体不锈钢及其生产方法。
背景技术
为了产品的稳定性和可靠性，常规地要求构成汽车、建筑物等的框架和外部面板并且用于防止由外部应力或冲击导致的人身伤害和物理损伤的结构钢材具有高强度特性。
与此同时，汽车和建筑市场的近来趋势追求复杂、独特的外观，因此在结构钢材中要求优异的可成形性以及高强度特性。
换言之，为了满足市场的需要，要求结构钢材在退火状态下具有优异的可成形性以容易地变形为各种形状并且在成形过程或最终过程例如光整冷轧之后具有高强度特性。
然而，具有优异的可成形性的常规钢材趋向于在成形之后具有差的强度特性，以及具有高强度特性的常规钢材趋向于具有差的可成形性，因此在很多情况下难以满足近来的市场趋势。即使当满足这些条件时，由于使用大量的包含在其中的高价格合金元素，价格竞争力通常是差的。
同时，由于对于具有优异的耐腐蚀性的不锈钢不需要在设备方面的单独投资，因此这些钢适合于近来基于电池的生态友好的汽车市场中所需的小类型的大量生产并且还适合用于腐蚀相对被加速的环境例如海滩或市中心中的建筑物。
特别地，由于奥氏体不锈钢基本上具有高延伸率，因此可以获得复杂且独特的外观，从而满足客户的各种需求并且具有美学上优良的外观。
然而，由于高含量的高价格合金元素，奥氏体不锈钢与普通的结构碳钢相比具有差的屈服强度和低的价格竞争力。特别地，缺点在于由于因原材料价格波动范围宽导致供应不稳定，供应价格不稳定，并且价格高的镍(Ni)而导致奥氏体不锈钢的价格竞争力显著降低。
因此，需要开发在保持高可成形性的最终产品中具有高屈服强度和通过显著降低高价格合金元素例如镍(Ni)的含量而具有高价格竞争力的结构材料用奥氏体不锈钢。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题，提供了在1000Hz或更小的低频区域中具有低的铁损耗的基于软磁铁的粉末、其制造方法以及软磁部件。
还提供了在保持高可成形性的最终产品中具有1800MPa或更大的高屈服强度的高强度奥氏体不锈钢及其生产方法。
还提供了通过显著降低高价格合金元素例如镍(Ni)的含量而具有优异的价格竞争力的奥氏体不锈钢及其生产方法。
还提供了其中即使在降低高价格合金元素的含量之后通过热轧也不出现裂纹的具有高产出率百分比(yielding percentage)和优异生产率的奥氏体不锈钢及其生产方法。
然而，待通过本公开内容解决的技术问题不限于前述问题，并且本公开内容所属领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解本文未提及的任何其他技术问题。
技术方案
根据实现上述目的的本公开内容的一个方面，高强度奥氏体不锈钢以重量百分比(重量％)计包含：0.1％至0.2％的C、0.2％至0.3％的N、0.8％至1.5％的Si、7.0％至8.5％的Mn、15.0％至17.0％的Cr、0.5％或更少(不包括0)的Ni、1.0％或更少(不包括0)的Cu、0％至0.2％的Nb、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，以及满足以下表达式(1)。
表达式(1)：14≤23(C+N)+1.3Si+0.24(Cr+Ni+Cu)+0.1Mn
(在表达式(1)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
在所述方面中，高强度奥氏体不锈钢满足以下表达式(2)。
表达式(2)：30≤551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-68Nb≤80
(在表达式(2)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％)。)
在所述方面中，高强度奥氏体不锈钢满足以下表达式(3)。
表达式(3)：16≤1+45C-5Si+0.09Mn+2.2Ni-0.28Cr-0.67Cu+88.6N≤20
(在表达式(3)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
在所述方面中，高强度奥氏体不锈钢满足以下表达式(4)。
表达式(4)：
Figure BDA0003955165450000031
(在表达式(4)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％))。
在所述方面中，高强度奥氏体不锈钢可以在冷轧和退火之后具有450MPa或更大的屈服强度以及在光整冷轧之后具有1,800MPa或更大的屈服强度。
在所述方面中，高强度奥氏体不锈钢可以在冷轧和退火之后具有45％或更大的延伸率以及在光整冷轧之后具有3％或更大的延伸率。
此外，根据本公开内容的一个方面，用于生产高强度奥氏体不锈钢的方法包括：将钢坯加热并热轧，所述钢坯以重量百分比(重量％)计包含：大于0.1％至0.2％的C、0.2％至0.3％的N、0.8％至1.5％的Si、7.0％至8.5％的Mn、15.0％至17.0％的Cr、0.5％或更少(不包括0)的Ni、1.0％或更少(不包括0)的Cu、0％至0.2％的Nb、以及余量中的Fe和不可避免的杂质；对经热轧的钢板进行热退火；对经热退火的钢板进行冷轧；以及对经冷轧的钢板进行冷退火，其中所述钢坯满足以下表达式(1)。
表达式(1)：14≤23(C+N)+1.3Si+0.24(Cr+Ni+Cu)+0.1Mn
(在表达式(1)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
在所述方面中，所述钢坯可以满足以下表达式(2)。
表达式(2)：30≤551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-68Nb≤80
(在表达式(2)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％))。
在所述方面中，所述钢坯可以满足以下表达式(3)。
表达式(3)：16≤1+45C-5Si+0.09Mn+2.2Ni-0.28Cr-0.67Cu+88.6N≤20
(在表达式(3)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
在所述方面中，所述钢坯可以满足以下表达式(4)。
表达式(4)：
Figure BDA0003955165450000041
(在表达式(4)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％))。
有益效果
由于根据本公开内容的奥氏体不锈钢满足合金元素的组成及其含量并且满足表达式(1)，因此可以在冷轧和退火之后获得450MPa或更大的屈服强度以及可以在光整冷轧之后获得1,800MPa或更大的屈服强度，以及保持高可成形性。奥氏体不锈钢通过将高价格元素例如镍(Ni)的含量尽可能低地减少至0.5重量％或更小而可以具有优异的价格竞争力并且由于通过热轧不出现裂纹而具有高的产出率百分比和优异的生产率。
具体实施方式
本公开内容的一个方面提供了高强度奥氏体不锈钢，所述高强度奥氏体不锈钢以重量百分比(重量％)计包含：0.1％至0.2％的C、0.2％至0.3％的N、0.8％至1.5％的Si、7.0％至8.5％的Mn、15.0％至17.0％的Cr、0.5％或更少(不包括0)的Ni、1.0％或更少(不包括0)的Cu、0％至0.2％的Nb、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，以及满足以下表达式(1)。
表达式(1)：14≤23(C+N)+1.3Si+0.24(Cr+Ni+Cu)+0.1Mn
(在表达式(1)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
发明实施方式
下文中，将详细地描述根据本公开内容的高强度奥氏体不锈钢及其生产方法。提供以下描述的附图作为实例以向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。因此，本公开内容不限于以下描述的附图，而是可以以很多不同的形式体现，以及为了使本公开内容的范围清楚起见，可以将附图放大。在该方面中，除非另有限定，否则本文所使用的技术术语或科学术语具有对本领域普通技术人员明显的含义，以及本文并入的已知功能或构造的详细描述在其可能使本公开内容的主题模糊时将被省略。
在整个说明书中，除非另有说明，否则术语“包括”要素不排除其他要素，而是还包含另外的要素。
根据本公开内容的一个实施方案，提供了高强度奥氏体不锈钢，所述高强度奥氏体不锈钢以重量百分比(重量％)计包含：0.1％至0.2％的C、0.2％至0.3％的N、0.8％至1.5％的Si、7.0％至8.5％的Mn、15.0％至17.0％的Cr、0.5％或更少(不包括0)的Ni、1.0％或更少(不包括0)的Cu、0％至0.2％的Nb、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，以及满足以下表达式(1)。
表达式(1)：14≤23(C+N)+1.3Si+0.24(Cr+Ni+Cu)+0.1Mn
(在表达式(1)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
如上所述，根据本公开内容的奥氏体不锈钢通过不仅满足上述合金元素的组成及其含量而且满足表达式(1)，可以在冷轧和退火之后具有450MPa以及在光整冷轧之后具有1,800MPa的高屈服强度，以及保持高可成形性。此外，所述奥氏体不锈钢通过将高价格元素例如镍(Ni)的含量尽可能低地减少至0.5重量％或更小而具有优异的价格竞争力并且由于通过热轧不出现裂纹而具有高的产出率百分比和优异的生产率。
下文中，将描述本公开内容的实施方案中的合金元素含量的数值限制的理由。下文中，除非另有说明，否则单位为重量％。
在根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢中，C的含量可以为0.1％至0.2％，优选地，0.15％至0.2％。
可以添加作为对使奥氏体相稳定有效的元素的C以获得奥氏体不锈钢的屈服强度。由于不足的C含量不能满足本公开内容中所需的足够的屈服强度，因此可以将其下限设定为0.1％，优选地，设定为0.15％。相反，由于过量的C含量可能不仅由于固溶强化效应而使冷加工性劣化，而且通过在热加工期间引发Cr碳化物的晶界析出而使热加工性劣化，以及还不利地影响钢材的特性例如延性、韧性和耐腐蚀性，因此可以将其上限设定为0.2％。
在根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢中，氮(N)的含量可以为0.2％至0.3％，优选地，0.2％至0.25％。
N为本公开内容中的最重要的元素之一。作为强奥氏体稳定性元素的N对改善奥氏体不锈钢的耐腐蚀性和屈服强度有效。由于不足的N含量不能满足本公开内容中所需的足够的屈服强度，因此可以将其下限设定为0.2％。相反，由于过量的N含量可能在制造钢坯时导致缺陷例如孔并且由于固溶强化效应使冷加工性劣化，因此可以将其上限设定为0.3％，更优选地，设定为0.25％。
在根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢中，硅(Si)的含量可以为0.8％至1.5％，更优选地，0.8％至1.2％。
用作炼钢过程期间的脱氧剂的Si对增强耐腐蚀性有效。此外，添加作为置换元素中的对改善钢材的屈服强度有效的元素的Si以改善本公开内容中的屈服强度。由于不足的Si含量不能满足本公开内容中所需的足够的耐腐蚀性和屈服强度，因此可以将其下限设定为0.8％。相反，过量的Si含量可能不仅通过促进在铸造的钢坯中形成δ铁素体而使热加工性劣化，而且不利地影响材料的延性和冲击特性，可以将其上限设定为1.5％，更优选地，设定为1.2％。
在根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢中，锰(Mn)的含量可以为7.0％至8.5％，更优选地，7％至8％。
在本公开内容中作为Ni替代物添加的作为奥氏体相稳定性元素的Mn可以以7.0％或更多的量添加以通过抑制形成应变诱导马氏体来增强可冷轧性。然而，由于过量的Mn含量可能通过过量地形成基于S的夹杂物(MnS)而使奥氏体不锈钢的延性和韧性劣化并且通过在炼钢过程期间产生Mn烟灰而增加制造风险。此外，由于过量的Mn可能使产品的耐腐蚀性快速地劣化，因此可以将其上限设定为8.5％，更优选地，设定为8％。
在根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢中，铬(Cr)的含量可以为15.0％至17.0％，更优选地，15.5％至16.5％。
虽然Cr为铁素体稳定性元素，但是Cr为对抑制形成马氏体相有效的元素并且可以以15％或更多的量添加作为用于获得不锈钢中所需的耐腐蚀性的基本元素。然而，作为铁素体稳定性元素，过量的Cr含量可能促进在钢坯中形成大量的δ铁素体，从而导致热加工性的劣化和对钢材特性的不利影响，因此可以将其上限设定为17.0％，更优选地，设定为16.5％。
在根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢中，镍(Ni)的含量可以为大于0％且0.5％或更小，更优选地，0.01％至0.3％。作为强奥氏体相稳定性元素，Ni对于获得优异的热加工性和冷加工性是必不可少的。然而，由于Ni为高价格元素，因此添加大量的Ni可能导致制造成本的增加。因此，考虑钢材的成本和效益，可以将其上限设定为0.5％，更优选地，设定为0.3％。
在根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢中，铜(Cu)的含量可以为大于0％且1.0％或更小，更优选地，0.1％至1％。
在本公开内容中添加作为奥氏体相稳定性元素的Cu作为Ni替代物。可以添加Cu以增强还原环境下的耐腐蚀性。然而，过量的Cu含量不仅增加原材料的成本，而且导致低温下的脆化和液化。此外，添加过量的Cu可能由于Cu偏析到钢坯的边缘中而导致使热加工性劣化的问题。因此，考虑钢材的成本效益和特性，可以将其上限设定为1.0％。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢还可以以0.2％或更少的量包含铌(Nb)。
对碳和氮具有高亲和性的Nb在热处理期间形成析出物以改善材料的晶粒细化并且提高屈服强度。然而，过量的Nb可能不仅作为铁素体稳定性元素使材料的热加工性劣化，而且作为高价格元素增加原材料的成本。因此，考虑钢材的成本效益和特性，可以将其上限设定为0.2％，更优选地，设定为0.15％。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢还可以包含0.035％或更少的P和0.01％或更少的S中的至少一者作为不可避免的杂质。
作为不可避免地包含在钢中的杂质的磷(P)为晶界腐蚀或者热加工性劣化的主要成因元素，因此，优选的是将P含量控制得尽可能低。在本公开内容中，将P含量的上限调节为0.035％。
作为不可避免地包含在钢中的杂质的硫(S)由于在晶界中偏析而为热加工性劣化的主要成因元素，因此，优选将S含量控制得尽可能低。在本公开内容中，将S含量的上限调节为0.01％。
本公开内容的剩余成分为铁(Fe)。然而，在普通的制造过程中，来自原材料或制造环境的不期望的杂质可能不可避免地与其混合，并且这不能被排除。这样的杂质对本领域普通技术人员是公知的，因此，在本公开内容中将不给出其具体描述。
近年来，钢材的屈服强度的增强被认为是对于钢材的轻量和稳定性重要的因素。特别地，为了制造包括汽车用结构材料的具有各种形状的结构材料，应在退火状态下获得足够的延伸率。此外，由于用作结构材料的最终产品在光整冷轧和成形之后需要显著高水平的屈服强度，因此在光整冷轧或成形之后需要高水平的屈服强度。
此外，应减少高价格奥氏体稳定性元素例如Ni的含量以获得奥氏体不锈钢的价格竞争力，并且必须预测可以对其补偿的Mn、N和Cu的量。然而，如上所述减少Ni含量并添加Mn、N和Cu以获得价格竞争力具有以下风险：快速地增加加工硬化从而使钢材的延伸率劣化，或者引起对热变形的抗性降低从而使生产率劣化，因此考虑元素的协调，需要估计元素的量。
因此，为了获得以下高强度奥氏体不锈钢，优选满足以下表达式(1)以及满足合金元素的组成及其含量：所述高强度奥氏体不锈钢在冷轧和退火之后具有450MPa或更大的高屈服强度以及在光整冷轧之后具有1,800MPa的高屈服强度，具有高可成形性，以及通过将高价格合金元素例如镍(Ni)的含量尽可能低地降低至0.5重量％或更小具有优异的价格竞争力，通过在热轧期间防止裂纹具有优异的产出率百分比和生产率，以及具有高可成形性。
表达式(1)：14≤23(C+N)+1.3Si+0.24(Cr+Ni+Cu)+0.1Mn
(在表达式(1)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
在本公开内容中，为了获得奥氏体不锈钢的高屈服强度，考虑由钢材的应力场引起的屈服强度的提高而得出表达式(1)。
随着表达式(1)的值增加，由于合金元素之间的原子尺寸的差异，晶格之间的应力场增加，使得经受抵抗外部应力的塑性变形的极限增加。具体地，在表达式(1)的值小于14的情况下，难以获得本公开内容中所需的屈服强度。然而，在表达式(1)的值过高的情况下，在光整冷轧之后，屈服强度可能反而降低。优选地，表达式(1)的上限可以为16.5。因此，在表达式(1)的值满足14至16.5的范围的情况下，可以获得在冷轧和退火之后具有450MPa或更大的屈服强度以及在光整冷轧之后具有1,800MPa或更大的屈服强度的高强度奥氏体不锈钢。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢可以满足以下表达式(2)。
表达式(2)：30≤551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-68Nb≤80
(在表达式(2)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％))。
考虑由奥氏体不锈钢的变形表示的相变而得出表达式(2)，在表达式(2)的值超过80的情况下，奥氏体不锈钢关于变形表现出快速应变诱导马氏体转变行为并且可能出现塑性不均匀性，从而导致使奥氏体不锈钢的延伸率劣化的问题。相反，在表达式(2)的值小于30的情况下，奥氏体不锈钢关于变形难以表现出应变诱导马氏体转变行为，从而导致无法获得马氏体相进而无法在光整冷轧之后获得超高强度的问题。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢可以满足以下表达式(3)。
表达式(3)：16≤1+45C-5Si+0.09Mn+2.2Ni-0.28Cr-0.67Cu+88.6N≤20
(在表达式(3)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
考虑奥氏体不锈钢的钢材关于变形的位错滑移行为而得出表达式(3)。在表达式(3)的值小于16的情况下，奥氏体不锈钢关于变形强有力地表现出平面滑移行为，从而导致因外部应力的密集位错堆积导致塑性不均匀性和高加工硬化。因此，可能存在使奥氏体不锈钢的延伸率劣化的问题和难以光整冷轧的问题。此外，在高温下进行热变形时出现热轧缺陷例如边缘裂纹，从而增加使生产率劣化的风险。相反，在表达式(3)的值超过20的情况下，通常出现交叉滑移，从而减少钢材中的位错堆积，或者通过变形形成位错团和位错胞，从而降低材料的强度。由于这样的形成位错团和位错胞的效应随着进行光整冷轧过程的次数的增加而增加，因此在其中光整冷轧的次数高并且要获得超高强度的根据本公开内容的钢材的情况下，不能获得期望的强度。更优选地，表达式(3)的上限可以为19。在表达式(3)的值超过19的情况下，由于经光整冷轧的材料的屈服强度和抗拉强度彼此相似，因此奥氏体不锈钢的强度特性可能劣化。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢可以满足以下表达式(4)。
表达式(4)：
Figure BDA0003955165450000101
(在表达式(4)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％))。
考虑热加工性考虑显著影响热加工性的δ铁素体的分数而得出表达式(4)。在表达式(4)的值小于2的情况下，δ铁素体的分数在高温下显著地降低，使得材料在热加工期间以单相的奥氏体存在，晶界生长以及S和P在晶界中偏析，从而在材料中导致裂纹。如上所述产生的裂纹降低材料的产出率百分比，从而导致使生产率劣化的问题。相反，在表达式(4)的值超过10的情况下，加工性差的δ铁素体的分数过度增加并且容易受变形影响的奥氏体-铁素体相界增加，从而使热加工性劣化而使生产率劣化。更优选地，可以将表达式(4)的下限设定为3。在表达式(4)的值小于3的情况下，经光整冷轧的材料的屈服强度和抗拉强度彼此相似，从而使奥氏体不锈钢的强度特性劣化。
因此，通过满足上述合金元素的组成及其含量范围并且满足所有表达式(1)至(4)，根据本公开内容的高强度奥氏体不锈钢可以具有高的屈服强度、抗拉强度和延伸率以及保持高可成形性，并且可以具有优异的价格竞争力和生产率。
具体地，根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢可以在冷轧和退火之后具有450MPa或更大的屈服强度以及在光整冷轧之后具有1,800MPa或更大的屈服强度。在该方面中，可以将冷轧和退火之后的屈服强度的上限设定为1,000MPa以及可以将光整冷轧之后的屈服强度的上限设定为2,500MPa，但不限于此。
此外，根据本公开内容的一个实施方案的高强度奥氏体不锈钢可以在冷轧和退火之后具有45％或更大的延伸率以及在光整冷轧之后具有3％或更大的延伸率。在该方面中，冷轧和退火之后的延伸率的上限可以为例如70％，以及光整冷轧之后的延伸率的上限可以为10％，但不限于此。
下文中，将描述用于生产上述高强度奥氏体不锈钢的方法。
常规地，作为用于改善奥氏体不锈钢的屈服强度的方法，已经引入了在低于1000℃的低温下进行最终退火的方法。低温退火为利用冷轧期间钢材中积累的能量而不完成再结晶的方法。然而，应用了低温退火的奥氏体不锈钢可能具有以下缺点：元素的分布不均匀，在随后的酸洗过程期间酸洗效果不足，以及表面外观在美学上差。
因此，本公开内容提供了即使在1,000℃或更高的温度下进行冷退火之后也具有高屈服强度和高屈服比的高延性且高强度奥氏体不锈钢。
具体地，根据本公开内容的一个实施方案的用于生产高强度奥氏体不锈钢的方法包括：将钢坯加热并热轧，所述钢坯以重量百分比(重量％)计包含：大于0.1％至0.2％的C、0.2％至0.3％的N、0.8％至1.5％的Si、7.0％至8.5％的Mn、15.0％至17.0％的Cr、0.5％或更少(不包括0)的Ni、1.0％或更少(不包括0)的Cu、0％至0.2％的Nb、以及余量中的Fe和不可避免的杂质；对经热轧的钢板进行热退火；对经热轧和退火的钢板进行冷轧；以及对经冷轧的钢板进行冷退火，其中所述钢坯满足以下表达式(1)。
表达式(1)：14≤23(C+N)+1.3Si+0.24(Cr+Ni+Cu)+0.1Mn
(在表达式(1)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％))。
如上所述，根据本公开内容的方法，通过使用满足合金元素的组成及其含量范围并且满足表达式(1)的钢坯，可以生产在保持高可成形性的最终产品中具有1,800MPa或更大的高屈服强度的高强度奥氏体不锈钢。
此外，优点在于由于不出现裂纹，因此产出率百分比和生产率是优异的，以及通过尽可能低地降低高价格合金元素例如镍(Ni)的含量而获得高的价格竞争力。
下文中，将更详细地描述根据本公开内容的一个实施方案的用于生产高强度奥氏体不锈钢的方法。
首先，进行将钢坯加热并热轧的操作，所述钢坯以重量百分比(重量％)计包含：大于0.1％至0.2％的C、0.2％至0.3％的N、0.8％至1.5％的Si、7.0％至8.5％的Mn、15.0％至17.0％的Cr、0.5％或更少(不包括0)的Ni、1.0％或更少(不包括0)的Cu、0％至0.2％的Nb、以及余量中的Fe和不可避免的杂质。在该方面中，对合金元素含量的数值限制的理由和满足表达式(1)的理由如上所述，因此将省略其重复描述。如上所述，根据本公开内容的一个实施方案的钢坯可以满足表达式(2)、表达式(3)和表达式(4)，并且满足其的理由也如上所述，因此将省略其重复描述。
在该方面中，用于将钢坯加热的温度条件可以为通常用于轧制的温度，例如，可以将钢坯在1,100℃至1,300℃的温度下加热1小时至3小时，然后热轧。
随后，可以对经热轧的钢板进行热退火。该过程也可以使用普通方法来进行，例如，可以对经热轧的钢板在1000℃至1,150℃的温度范围内进行退火10秒至10分钟。
随后，可以对经热退火的钢板进行冷轧以制备薄板。在这种情况下，可以在轧制过程之前进行冷却过程，并且冷却过程可以通过水淬来进行。冷轧可以在普通条件下，例如以50％或更大的压下率进行，但不限于此。
随后，可以对经冷轧的钢板进行冷退火。具体地，冷退火可以在1000℃或更高的温度下进行10秒至10分钟。与为了改善奥氏体不锈钢的屈服强度而在低于1000℃的温度下常规进行并且导致元素的分布不均匀，在随后的酸洗过程期间酸洗不足以及表面外观在美学上差的低温退火方法不同，虽然冷退火在高于1000℃的温度下进行，但是根据本公开内容的奥氏体不锈钢具有450MPa或更大的屈服强度和45％或更大的延伸率。
如上所述，即使使用普通冷退火条件而不是低温退火，也可以通过经由调节合金元素而不在生产和分配方面导致负荷的过程来获得高强度，使得价格竞争力可以得到进一步改善。
另外地，根据本公开内容的一个实施方案的用于生产高强度奥氏体不锈钢的方法还可以包括对经冷退火的钢板进行光整冷轧，并且可以通过所述光整冷轧获得更高水平的强度。
常规的光整冷轧为利用冷变形期间奥氏体相转变为应变诱导马氏体时加工硬化增加的现象的方法或者利用钢材的位错堆积的方法。可以通过适当地利用相转变和位错堆积来获得优异的强度。相反，在满足上述合金元素和关系表达式的奥氏体不锈钢的情况下，通过适当地控制相转变和位错行为，在光整冷轧之后，屈服强度可以为1800MPa或更大。在这种情况下，光整冷轧可以以60％至85％的压下率进行，但不限于此。
根据本公开内容的高强度奥氏体不锈钢可以用于例如用于成型的一般产品并且还可以被生产为诸如钢坯、方坯、坯料、卷材、带材、板材、片材、棒材、细棒材、线材、型钢、管道或管材的产品。
下文中，将参照以下实施例和比较例详细地描述根据本公开内容的高强度奥氏体不锈钢及其生产方法。然而，以下实施例仅用作用于详细地描述本公开内容的参照，并且本公开内容不限于下文中描述的示例性实施方案，而是可以以很多不同的形式体现。
此外，除非另有限定，否则本文所使用的所有技术术语和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。本文所使用的术语用于有效地描述特定实例而不旨在限制本公开内容的范围。此外，除非另有限定，否则添加物的单位可以为重量％。
[实施例1至3和比较例1至19]
下表1中示出了用于实施例1至3和比较例1至19的钢种的元素的组成(重量％)和表达式(1)至(4)的值。
通过锭料熔化来制备具有下表1中示出的合金元素的组成的钢坯，将其在1,250℃下加热2小时并热轧。在热轧之后，在1,100℃下进行热退火90秒。然后，分别以70％的压下率进行冷轧并在1,100℃下进行冷退火10秒以获得经冷轧和退火的材料。
此外，对经冷退火的样品以70％的压下率进行光整冷轧以分别制备经光整冷轧的材料。
[表1]
Figure BDA0003955165450000141
Figure BDA0003955165450000151
[物理特性的评估]
分别测量实施例1至3和比较例1至19中制备的样品的物理特性。具体地，根据ASTM标准在室温下进行拉伸测试，并在下表2中示出了屈服强度(YS，MPa)、抗拉强度(TS，MPa)和延伸率(EL，％)以及在对经冷轧和退火的材料进行热轧时裂纹的出现。
[表2]
Figure BDA0003955165450000161
Figure BDA0003955165450000171
参照表2，在实施例1至3的情况下，由于满足本公开内容中提供的合金元素的组成和表达式(1)、(2)、(3)和(4)的值的范围，因此在冷退火之后实现了450MPa或更大的屈服强度和45％或更大的延伸率。基于这样的高的屈服强度和延伸率，确定了本公开内容的奥氏体不锈钢可以用于具有复杂形状的结构材料并具有高的使用价值。
此外，在实施例1至3中，在对经冷退火的样品以70％的压下率进行光整冷轧之后获得的经光整冷轧的材料具有1800MPa或更大的高强度特性。这样的在变形之后的高屈服强度意味着作为最终产品的结构钢材的稳定性可以得到进一步改善。
此外，实施例1至3由于通过获得足够的热加工性在热轧期间不出现裂纹而具有增加的产出率百分比和改善的生产率并且通过显著地减少镍(Ni)的含量而具有优异的价格竞争力。
相反，作为可商购的奥氏体不锈钢的根据比较例1和2的奥氏体不锈钢为不满足根据本公开内容的合金元素的组成的钢种。比较例1和2由于不满足表达式(1)而具有低于300MPa的低屈服强度并且由于表达式(2)的值低于本公开内容中提供的表达式(2)的值而在光整冷轧之后具有低屈服强度。此外，商业奥氏体不锈钢由于添加大量的镍(Ni)而具有价格竞争力差的问题。
比较例3由于不满足表达式(1)而表现出约400MPa的低屈服强度并且由于添加大量的镍(Ni)而具有价格竞争力差的问题。
比较例4由于表达式(3)的值低于本公开内容中提供的表达式(3)的值而具有差的延伸率，因此在变形期间出现严重的塑性不均匀性。此外，虽然δ铁素体的量由于表达式(4)的令人满意的值而在热加工期间是适当的，但是由于表达式(3)的值低并且C含量高，在热加工期间观察到裂纹，从而导致使生产率劣化的问题。
比较例5由于因表达式(2)的值高在变形期间过量形成马氏体相而具有差的延伸率，以及比较例6由于因表达式(3)的值低在变形期间塑性不均匀性严重而具有差的延伸率。
虽然比较例7至9由于表达式(1)的值高而在冷退火之后表现出优异的屈服强度，但是由于表达式(2)的值远低于30以及表达式(3)的值远大于20而在光整冷轧之后不能获得1800MPa或更大的高水平屈服强度。此外，由于表达式(4)的值低并且C含量高，因此在比较例7至9中热加工性差并且通过热轧出现大量的裂纹。
比较例10和11具有以下问题：由于表达式(1)的值低而难以在退火之后获得足够的屈服强度，由于表达式(2)的值远高于80以及表达式(3)的值远低于16，因此经冷轧和退火的材料的延伸率差。
比较例12不仅由于因过量的锰(Mn)形成大量的基于S的夹杂物(MnS)而具有低的延性和韧性，而且由于炼钢过程期间产生的Mn烟灰而增加制造风险。
比较例13通过以1.1重量％的量添加镍(Ni)而具有优异的强度和延伸率，但是具有稍微降低其成本降低效果的问题。
比较例14具有差的生产率，因为过量的铜(Cu)导致在钢坯中形成大量的δ铁素体，从而导致热加工性的劣化和对材料特性的不利影响，导致出现裂纹。
比较例15的表达式(1)的值稍高于本公开内容中提供的表达式(1)的值，比较例16的表达式(2)的值稍低于本公开内容中提供的表达式(2)的值，以及比较例17的表达式(3)的值高于本公开内容中提供的表达式(3)的值，因此在光整冷轧之后不能获得高于1800MPa的高水平的屈服强度。
比较例18由于表达式(4)的值低于本公开内容中提供的表达式(4)的值而具有差的热加工性并且通过热轧出现大量的裂纹。比较例19由于因表达式(4)的值超过本公开内容中提供的范围导致过量的δ铁素体而具有差的热加工性。
虽然已经参照示例性实施方案具体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变化和修改。
因此，本公开内容的精神不应被解释为限于所描述的实施方案，并且权利要求的所有等同方案和等效方案以及所附权利要求均落入本公开内容的范围内。
工业适用性
本公开内容适用于各种工业领域例如汽车和建筑。

Claims (10)

1.一种高强度奥氏体不锈钢，以重量百分比(重量％)计包含：0.1％至0.2％的C、0.2％至0.3％的N、0.8％至1.5％的Si、7.0％至8.5％的Mn、15.0％至17.0％的Cr、0.5％或更少但不包括0的Ni、1.0％或更少但不包括0的Cu、0％至0.2％的Nb、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，以及
所述高强度奥氏体不锈钢满足以下表达式(1)：
表达式(1)：14≤23(C+N)+1.3Si+0.24(Cr+Ni+Cu)+0.1Mn
其中在表达式(1)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％)。
2.根据权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢，其中所述高强度奥氏体不锈钢满足以下表达式(2)：
表达式(2)：30≤551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-68Nb≤80
其中在表达式(2)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％)。
3.根据权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢，其中所述高强度奥氏体不锈钢满足以下表达式(3)：
表达式(3)：16≤1+45C-5Si+0.09Mn+2.2Ni-0.28Cr-0.67Cu+88.6N≤20其中在表达式(3)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％)。
4.根据权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢，其中所述高强度奥氏体不锈钢满足以下表达式(4)：
表达式(4)：
Figure FDA0003955165440000011
其中在表达式(4)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％)。
5.根据权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢，其中所述高强度奥氏体不锈钢在冷轧和退火之后具有450MPa或更大的屈服强度以及在光整冷轧之后具有1,800MPa或更大的屈服强度。
6.根据权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢，其中所述高强度奥氏体不锈钢在冷轧和退火之后具有45％或更大的延伸率以及在光整冷轧之后具有3％或更大的延伸率。
7.一种用于生产根据权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢的方法，所述方法包括：
对钢坯进行加热和热轧，所述钢坯以重量百分比(重量％)计包含：大于0.1％至0.2％的C、0.2％至0.3％的N、0.8％至1.5％的Si、7.0％至8.5％的Mn、15.0％至17.0％的Cr、0.5％或更少但不包括0的Ni、1.0％或更少但不包括0的Cu、0％至0.2％的Nb、以及余量中的Fe和不可避免的杂质；
对经热轧的钢板进行热退火；
对经热退火的钢板进行冷轧；以及
对经冷轧的钢板进行冷退火，
其中所述钢坯满足以下表达式(1)：
表达式(1)：14≤23(C+N)+1.3Si+0.24(Cr+Ni+Cu)+0.1Mn
其中在表达式(1)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述钢坯满足以下表达式(2)：
表达式(2)：30≤551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-68Nb≤80
其中在表达式(2)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％)。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述钢坯满足以下表达式(3)：
表达式(3)：16≤1+45C-5Si+0.09Mn+2.2Ni-0.28Cr-0.67Cu+88.6N≤20其中在表达式(3)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni和Cu分别表示元素的含量(重量％)。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述钢坯满足以下表达式(4)：
表达式(4)：
Figure FDA0003955165440000031
其中在表达式(4)中，C、N、Si、Mn、Cr、Ni、Cu和Nb分别表示元素的含量(重量％)。
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