CN116490628A

CN116490628A - 具有改善的强度、可加工性和耐腐蚀性的铁素体不锈钢

Info

Publication number: CN116490628A
Application number: CN202180076851.2A
Authority: CN
Inventors: 朴志彦; 白种洙
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-07-25
Also published as: US20230416885A1; KR20220068743A; EP4249622A1; WO2022108058A1; KR102424980B1; JP2023550410A

Abstract

本说明书中公开了具有改善的强度、可加工性和耐腐蚀性的铁素体不锈钢，其可以应用于各种工业领域，例如洗衣机、冰箱和所有种类的家用电器。所公开的铁素体不锈钢的一个实施方案按重量％计包含C：0.0005％至0.02％、N：0.005％至0.02％、Si：0.7％至1.0％、Cr：16.0％至17.0％、Ti：0.05％至0.3％，以及余量为Fe和不可避免的杂质，其中铁素体不锈钢可以具有满足21至25的下式(1)的值、470MPa或更大的抗拉强度和27％或更大的延伸率。(1)7*Si+Cr，其中Si和Cr表示各元素的含量(重量％)。

Description

具有改善的强度、可加工性和耐腐蚀性的铁素体不锈钢

技术领域

本公开内容涉及具有改善的强度、可加工性和耐腐蚀性的铁素体不锈钢。

背景技术

铁素体不锈钢由于与奥氏体不锈钢相比的良好的表面品质和更低的制造成本而已经应用于各种工业领域，例如洗衣机、冰箱和所有种类的家用电器。近年来，随着对优质家用器具需求的增加，对具有改善的耐腐蚀性和强度的铁素体不锈钢的需求也在增加。此外，要求成本降低，因此需要开发满足这些要求的钢材。

为了应用于各种工业领域，材料应该被加工成复杂的形状。由于在通过固溶强化效应提高强度的情况下，使可加工性劣化的风险通常提高，因此有必要适当设计合金元素以获得足够的强度和可加工性。

此外，尽管作为现有的高强度铁素体不锈钢的STS 430钢种具有高强度，但是由于高含量的C和N以及缺乏诸如Ti和Nb的稳定元素，因此耐腐蚀性低。尽管已经尝试通过降低C和N的含量并添加Ti或Nb来改善耐腐蚀性，但是在添加高价格的Nb的情况下制造成本可能增加，并且在添加Ti的情况下强度可能降低(尽管没有增加制造成本的风险)，因此难以满足强度要求。因此，需要开发具有改善的耐腐蚀性、强度和可加工性以及低制造成本的铁素体不锈钢。

(专利文献0001)韩国专利特许公开第10-2010-0075190号(2010年7月2日公开)

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，提供了具有改善的强度、可加工性和耐腐蚀性以及低制造成本的铁素体不锈钢。

技术方案

根据本公开内容的一个方面，根据本公开内容的一个实施方案的铁素体不锈钢以重量百分比计包含0.0005％至0.02％的C、0.005％至0.02％的N、0.7％至1.0％的Si、16.0％至17.0％的Cr、0.05％至0.3％的Ti，以及余量为Fe和不可避免的杂质，其中下式(1)的值满足21至25，抗拉强度为470MPa或更大,以及延伸率为27％或更大。

(1)7*Si+Cr

在式(1)中，Si和Cr表示相应元素的含量(重量％)。

此外，在本公开内容的铁素体不锈钢中，下式(2)的值可以满足20或更大，并且点蚀电位可以为150mV或更高。

(2)Cr+4*Si+0.1*Ti/(C+N)

在式(2)中，Cr、Si、Ti、C和N表示相应元素的含量(重量％)。

有益效果

根据本公开内容，可以通过设计合金组成来提供具有改善的强度、可加工性和耐腐蚀性以及低制造成本的铁素体不锈钢。

根据本公开内容，可以通过增加Si含量和Cr含量来降低制造成本。

根据本公开内容，可以通过增加Si含量并使用新的组成参数以调节Si和Cr的含量来改善强度和可加工性。根据一个实施方案的铁素体不锈钢具有470MPa或更大的抗拉强度和27％或更大的延伸率。

根据本公开内容，可以通过使用新的组成参数以调节Si、Cr、Ti、C和N的含量来改善耐腐蚀性。根据一个实施方案的铁素体不锈钢可以具有150mV或更高的点蚀电位。

根据本公开内容的一个实施方案的铁素体不锈钢可以具有470MPa或更大的抗拉强度、27％或更大的延伸率和150mV或更高的点蚀电位。

附图说明

图1为示出实施方案的抗拉强度相对于式(1)的值的图。

图2为示出实施方案的延伸率相对于式(1)的值的图。

图3为示出实施方案的点蚀电位相对于式(2)的值的图。

具体实施方式

根据本公开内容的一个实施方案的铁素体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、0.7％至1.0％的Si、16.0％至17.0％的Cr、0.05％至0.3％的Ti，以及余量为Fe和不可避免的杂质，其中下式(1)的值满足21至25，抗拉强度为470MPa或更大，以及延伸率为27％或更大。

(1)7*Si+Cr

在式(1)中，Si和Cr表示相应元素的含量(重量％)。

发明实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开内容的实施方案。然而，本公开内容的实施方案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详尽且全面的，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的构思。

此外，本文中所使用的术语仅用于描述特定实施方案。除非另有说明，否则以单数使用的表达涵盖复数的表达。在整个说明书中，诸如“包含”或“具有”的术语旨在表明存在说明书中所公开的特征、操作、功能、组分或其组合，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、操作、功能、组分或其组合的可能性。

同时，除非另外限定，否则本文中所使用的所有术语均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，这些术语不应以理想化或过于形式的意义来解释，除非本文明确地如此限定。如本文中所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式旨在也包括复数形式。

整个说明书中所使用的术语“约”、“基本上”等意指当涉及相关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与该值相似，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。

常规被用作家用电器用高强度铁素体不锈钢的STS 430钢种具有耐腐蚀性低和在添加Nb以改善耐腐蚀性的情况下制造成本增加的问题，并且还具有在添加Ti的情况下强度降低的问题。为了解决这样的问题，本发明人已经深入研究了用于在降低制造成本的同时改善强度和耐腐蚀性的方法。结果，证实了上述问题可以通过使用基于含Ti的铁素体不锈钢的化学组成的其间关系的表达式调节合金元素Si、Cr、Ti、C和N的含量来解决，从而完成本公开内容。

根据本公开内容的一个实施方案的铁素体不锈钢可以以重量百分比(重量％)计包含0.0005％至0.02％的C、0.005％至0.02％的N、0.7％至1.0％的Si、16.0％至17.0％的Cr、0.05％至0.3％的Ti、以及余量为Fe和不可避免的杂质。

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。

C的含量可以为0.0005重量％至0.02重量％。

当C含量低于0.0005重量％时，用于获得高纯度产品的精炼成本增加。当C含量超过0.02重量％时，杂质的含量增加，导致延伸率和耐腐蚀性劣化。为了改善延伸率和耐腐蚀性，C含量可以为0.01重量％或更低。

N的含量可以为0.005重量％至0.02重量％。

当N含量低于0.005重量％时，钢坯的等轴晶体比率由于TiN结晶减少而降低。当N含量超过0.02重量％时，杂质的含量增加，导致延伸率和耐腐蚀性的劣化。为了改善延伸率和耐腐蚀性，N含量可以为0.015重量％或更低。

Si的含量可以为0.7重量％至1.0重量％。

尽管常规的STS 430钢种具有0.3重量％至0.6重量％的低Si含量，但是在本公开内容中将Si含量增加至0.7重量％至1.0重量％的范围，以获得强度和耐腐蚀性。当Si含量低于0.7重量％时，溶质Si的量不足，从而使抗拉强度和耐腐蚀性劣化。当Si含量超过1.0重量％时，材料的强度过度增加，从而导致延伸率劣化的问题。为了改善强度和耐腐蚀性，可以将Si含量控制在0.8重量％至1.0重量％的范围。在这种情况下，Si的目标含量可以为0.9重量％。

通过增加Si含量，根据本公开内容的不锈钢与常规STS 430钢种相比具有改善的耐腐蚀性。尽管STS 430钢种的点蚀电位为145mV或更低，但是根据本公开内容的铁素体不锈钢具有150mV或更高的点蚀电位，并且还可以具有160mV或更高的点蚀电位。

Cr的含量可以为16.0重量％至17.0重量％。

当Cr含量低于16.0重量％，难以获得足够的耐腐蚀性和强度。当Cr含量超过17.0重量％时，存在价格上涨的问题。尽管常规STS 430钢种的Cr含量也在16.0重量％至17.0重量％的范围内，但为了获得耐腐蚀性，Cr含量应该为至少16.7％。然而，因为在本公开内容中可以通过增加Si含量来改善耐腐蚀性和强度，所以可以通过将Cr含量控制为16.5％或更低来进一步降低制造成本。因此，优选的Cr含量可以为16.0重量％至16.5重量％。更优选地，Cr含量可以为16.1重量％至16.3重量％。

Ti含量可以为0.05重量％至0.3重量％。

当Ti含量低于0.05重量％时，溶质元素C和N无法被充分固定，从而导致耐腐蚀性劣化。当Ti含量超过0.3重量％时，由基于Ti的夹杂物造成的缺陷增加。出于改善耐腐蚀性的目的，Ti含量可以为0.18重量％至0.25重量％。

本公开内容的组成中的剩余组分为铁(Fe)。然而，所述组成可能包含从原料或周围环境中不可避免地并入的非预期杂质，并因此不排除添加其他合金元素。由于所述杂质对于制造领域中的任何技术人员而言是已知的，因此在本公开内容中未具体地提及杂质。

在上述合金组成中，Si和Cr是与铁素体不锈钢的耐腐蚀性、强度和可加工性密切相关的元素。Si和Cr是强化铁素体不锈钢的钝化层以改善耐腐蚀性的元素，并且还并入基体组织中以提高强度。然而，因为Si和Cr是使可加工性劣化的元素，所以有必要通过确定每种元素与材料之间的关系来获得最佳组分。

基于此，本发明人已经研究了上述合金组成中的合金元素之间的关系以改善抗拉强度和延伸率，并且发现在下式(1)的值满足21至25的范围的情况下，可以获得470MPa或更大的抗拉强度和27％或更大的延伸率。

(1)7*Si+Cr

在式(1)中，Si和Cr表示相应元素的含量(重量％)。

当式(1)的值小于21时，不能充分获得Si和Cr的固溶强化效应，从而使得难以获得470MPa或更大的抗拉强度。相反，当式(1)的值超过25时，可加工性劣化，从而使得难以获得27％的延伸率。

此外，本发明人已经研究了Ti、C和N的含量以及Si和Cr的含量与耐腐蚀性之间的关系，以改善耐腐蚀性。由于C在经由热处理的热影响区的晶界处形成Cr碳化物，并且在Cr碳化物周围发生的Cr浓度降低和Cr耗尽可能引起晶界腐蚀。因为Ti使C和N固定以形成比Cr碳化物更稳定的Ti(C,N)碳氮化物，所以可以抑制Cr析出，从而改善耐腐蚀性。

基于这些特性，本发明人已经研究了上述合金组成中合金元素之间的关系以改善耐腐蚀性，并且发现在下式(2)的值满足20或更大的情况下，可以获得150mV或更高的点蚀电位。

(2)Cr+4*Si+0.1*Ti/(C+N)

在式(2)中，Cr、Si、Ti、C和N表示相应元素的含量(重量％)。

当式(2)的值小于20时，不能获得足够的耐腐蚀性，从而使得难以获得150mV或更高的点蚀电位。

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举例说明本公开内容并且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描述的和能够由其合理推断的事项来确定。

{实施例}

在通过连续铸造将具有下表1的合金元素组成的钢制备成钢坯之后，将钢坯在800℃至1250℃的温度下热轧并退火，然后冷轧并最终在800℃至950℃的温度下退火以制备冷轧产品。在表1中，式(1)和(2)的值是通过将表1的组成代入式(1)和(2)而获得的值。

根据JIS 13B标准以与轧制方向成直角(90°)加工所制备的冷轧产品的样品，并测量样品的抗拉强度(MPa)和延伸率(％)，并且在用#600纸对样品表面进行抛光之后，在室温下在3.5％ NaCl溶液中测量其点蚀电位(E_pit，mV)。测量结果示于下表2中。

表1

表2

参照表1和2，证实了发明例由于满足了本公开内容中限定的化学组成且式(1)的值为21或更大，因此具有470MPa或更大的抗拉强度。由于式(1)的值为25或更小，因此获得了27％或更大的延伸率。此外，由于式(2)的值为20或更大，因此获得了150mV或更大的点蚀电位。此外，当式(1)的值在21至25的范围内且式(2)的值为20或更大时，满足了470MPa或更大的抗拉强度、27％或更大的延伸率和150mV或更高的点蚀电位中的全部。相反，在根据比较例的钢种A和B的情况下，Si含量低于本公开内容中限定的0.7重量％的下限，式(1)的值低于21，并且式(2)的值低于20。结果，尽管获得了30％或更大的高延伸率，但抗拉强度低于470MPa，并且点蚀电位低于150mV。

在根据比较例的钢种C中，Cr含量低于本公开内容中限定的16.0重量％的下限，并且式(1)的值低于21，并且式(2)的值低于20。结果，尽管获得了大于30％的高延伸率，但抗拉强度低于470MPa，并且点蚀电位低于150mV。

在根据比较例的钢种D和E中，Si含量大于本公开内容中限定的1.0的上限，并且式(1)的值超过25。结果，尽管抗拉强度大于470MPa，但延伸率小于27％。

在根据比较例的钢种F中，Ti含量低于本公开内容中限定的0.05重量％的下限，并且式(2)的值低于20。结果，尽管抗拉强度大于470MPa，并且延伸率大于27％，但点蚀电位低于150mV。

本文所提供的图1、2和3为使上述结果可视化的图。图1为示出实施方案的抗拉强度相对于式(1)的值的图。参照图1，当式(1)的值为21或更大时，可以获得470MPa或更大的抗拉强度。然而，参照图2，由于式(1)的值为21或更大而具有470或更大的抗拉强度的根据比较例的钢种D和E具有低于27％的延伸率，因为式(1)的值超过25。

图3为示出实施方案的点蚀电位相对于式(2)的值的图。参照图3，可以证实当式(2)的值为20或更大时，可以获得150mV或更高的点蚀电位。

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变化。

工业适用性

根据本公开内容的实施方案，可以通过调节Si和Cr的含量来提供具有降低的制造成本的铁素体不锈钢。此外，根据本公开内容的一个实施方案，可以通过组成相关的参数获得具有改善的强度、可加工性和耐腐蚀性的铁素体不锈钢。因此，铁素体不锈钢可以应用于各种工业领域。

Claims

1.一种铁素体不锈钢，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、0.7％至1.0％的Si、16.0％至17.0％的Cr、0.05％至0.3％的Ti，以及余量为Fe和不可避免的杂质，

其中下式(1)的值满足21至25，抗拉强度为470MPa或更大，以及延伸率为27％或更大：

(1)7*Si+Cr

其中在式(1)中，Si和Cr表示相应元素的含量(重量％)。

2.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢，其中下式(2)的值满足20或更大，以及点蚀电位为150mV或更高：

(2)Cr+4*Si+0.1*Ti/(C+N)

其中在式(2)中，Cr、Si、Ti、C和N表示相应元素的含量(重量％)。