CN117529571A - 奥氏体系不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种奥氏体系不锈钢及其制造方法，其中，所述奥氏体系不锈钢的弯曲部位没有表面裂纹，并且具有优异的表面粗糙度。根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢中，以重量％计，可以包含：C：0.005‑0.03％、Si：0.1‑1％、Mn：0.1‑2％、Ni：6‑12％、Cr：16‑20％、N：0.01‑0.2％、Nb：0.25％以下、余量的Fe及不可避免的杂质，所述奥氏体系不锈钢的厚度中心部的平均晶粒尺寸(d)值可以为5μm以下，并且在180°弯曲实验后的弯曲部位中测量的马氏体的面积分数可以为10％以下。

Description

奥氏体系不锈钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种奥氏体系不锈钢及其制造方法，其中，所述奥氏体系不锈钢的弯曲部位没有表面裂纹，并且具有优异的表面粗糙度。
背景技术
通常，奥氏体系不锈钢具有优异的成型性、加工硬化性和焊接性，因此应用于运输用部件和建筑用部件等各种用途。但是，304系不锈钢或301系不锈钢的屈服强度仅为200-350MPa的水平，因此在结构物的应用方面存在局限性。因此，为了在常用300系不锈钢中获得更高的屈服强度，常规方法是经过平整轧制工艺。但是，经过平整轧制工艺的方法存在成本增加和材料的伸长率极度变差的问题。
专利文献0001中提出了一种在600-700℃范围内进行48小时以上的长时间热处理以制成10μm以下的平均晶粒尺寸的方法。但是，专利文献0001中提出的方法存在在实际生产线中实施时生产性降低并且制造成本增加的问题。
(专利文献0001)日本公开专利第2020-050940A号(公开日期：2020年04月02日)
发明内容
要解决的技术问题
为了解决上述问题，本发明的目的是通过提出实现弯曲成型性和弯曲部的良好的表面特性的超细晶粒制造技术，提供一种弯曲部位没有表面裂纹且具有优异的表面粗糙度的奥氏体系不锈钢及其制造方法。
技术方案
根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢中，以重量％计，可以包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Ni：6-12％、Cr：16-20％、N：0.01-0.2％、Nb：0.25％以下、余量的Fe及不可避免的杂质，所述奥氏体系不锈钢的厚度中心部的平均晶粒尺寸(d)值可以为5μm以下，并且在180°弯曲实验后的弯曲部位中测量的马氏体的面积分数可以为10％以下。
另外，根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢中，所述弯曲部位的表面粗糙度可以为中心线平均粗糙度(Ra)0.5μm以下、十点平均粗糙度(Rz)3μm以下。
另外，根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢在30℃、3.5％的NaCl溶液中的点蚀电位值可以为250mV以上。
另外，根据本发明的一个实施方案的制造奥氏体系不锈钢的方法可以包括以下步骤：将板坯进行热轧，以重量％计，所述板坯包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Ni：6-12％、Cr：16-20％、N：0.01-0.2％、Nb：0.25％以下、余量的Fe及不可避免的杂质；在常温下进行冷轧；以及进行冷轧退火，以使由下式(1)表示的Ω值满足-10以上且10以下。
式(1)：Ω＝406-2127*[C]-26.2*[Mn]-31.5*[Ni]-127*[N]-48.2*[Nb]-0.108*Temp
另外，在式(1)中，[C]、[Mn]、[Ni]、[N]、[Nb]表示各元素的重量％，Temp表示冷轧退火温度(℃)。
另外，根据本发明的一个实施方案的制造奥氏体系不锈钢的方法中，在所述热轧步骤之后，可以在不进行退火的情况下进行冷轧。
发明效果
根据本发明的一个实施方案，通过实现弯曲成型性和弯曲部的良好的表面特性的超细晶粒制造技术，可以提供一种弯曲部位没有表面裂纹且具有优异的表面粗糙度的奥氏体系不锈钢及其制造方法。
附图说明
图1是示出对发明例5进行180°弯曲实验后的弯曲部位的表面特性和有无表面裂纹的照片。
图2是示出对比较例4进行180°弯曲实验后的弯曲部位的表面特性和有无表面裂纹的照片。
图3是示出对发明例5进行180°弯曲实验后的弯曲部位的表面粗糙度的照片。
图4是示出对比较例14进行180°弯曲实验后的弯曲部位的表面粗糙度的照片。
图5是通过电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction，EBSD)图案分析仪对发明例5的厚度中心部的微细组织进行拍摄的照片。
图6是通过电子背散射衍射(EBSD)图案分析仪对比较例14的厚度中心部的微细组织进行拍摄的照片。
最佳实施方式
根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢中，以重量％计，可以包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Ni：6-12％、Cr：16-20％、N：0.01-0.2％、Nb：0.25％以下、余量的Fe及不可避免的杂质，所述奥氏体系不锈钢的厚度中心部的平均晶粒尺寸(d)值可以为5μm以下，并且在180°弯曲实验后的弯曲部位中测量的马氏体的面积分数可以为10％以下。
具体实施方式
下面对本发明的优选的实施方案进行说明。但是，本发明的实施方案可以变形为各种其它形式，并且本发明的技术思想并不限定于下面说明的实施方案。此外，本发明的实施方案是为了向本领域技术人员更完整地说明本发明而提供的。
本申请中使用的术语仅用于说明特定的示例。因此，除非在上下文中明确表示必须为单数，否则单数的表述包括复数的表述。此外，需要注意的是，本申请中使用的“包含”、“包括”或“具备”等术语用于明确指定说明书中记载的特征、步骤、功能、构成要素或它们的组合的存在，而不是预先排除其他特征或步骤、功能、构成要素或它们的组合的存在。
另外，除非另有定义，否则本说明书中使用的所有术语应视为具有与本领域技术人员通常理解的含义相同的含义。因此，在本说明书中，除非另有明确定义，否则特定术语不应以过度理想或形式的含义来解释。在本说明书中，除非在上下文中另有明确说明，否则单数的表述包括复数的表述。
另外，就本说明书的“约”、“实质上”等而言，当提出所提及的含义中固有的制造和物质的允许误差时，以该值或接近该值的含义使用，并且用于防止不道德的侵权者非法使用提及准确或绝对的数值以帮助理解本发明的公开内容。
根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢中，以重量％计，可以包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Ni：6-12％、Cr：16-20％、N：0.01-0.2％、Nb：0.25％以下、余量的Fe及不可避免的杂质。
下面具体说明限定所述合金组成的原因。
C(碳)的含量可以为0.005-0.03％。
C是稳定奥氏体相的元素。考虑到这一点，C的添加量可以为0.005％以上。但是，当C的含量过高时，低温退火时可能形成铬碳化物，因此可能会发生降低晶界耐蚀性的问题。考虑到这一点，C含量的上限可以限制在0.03％。
Si(硅)的含量可以为0.1-1.0％。
Si是在炼钢步骤中作为脱氧剂添加的成分，在经过光亮退火(Bright Annealing)工艺时，在钝化膜上形成Si氧化物，因此具有提高钢的耐蚀性的效果。考虑到这一点，Si的添加量可以为0.1％以上。但是，当Si的含量过高时，可能会发生降低钢的延展性的问题。考虑到这一点，Si含量的上限可以限制在1.0％。
Mn(锰)的含量可以为0.1-2.0％。
Mn是稳定奥氏体相的元素。考虑到这一点，Mn的添加量可以为0.1％以上。但是，当Mn的含量过高时，可能会发生降低耐蚀性的问题。考虑到这一点，Mn含量的上限可以限制在2.0％。
Ni(镍)的含量可以为6.0-12.0％。
Ni是稳定奥氏体相的元素，并且具有使钢材软化的效果。考虑到这一点，Ni的添加量可以为6.0％以上。但是，当Ni的含量过高时，可能会发生成本增加的问题。考虑到这一点，Ni含量的上限可以限制在12.0％。
Cr(铬)的含量可以为16.0-20.0％。
Cr是用于改善不锈钢的耐蚀性的主要元素。考虑到这一点，Cr的添加量可以为16.0％以上。但是，当Cr的含量过高时，可能会发生使钢材硬化和在冷轧时抑制应变诱导马氏体的相变的问题。考虑到这一点，Cr含量的上限可以限制在20.0％。
N(氮)的含量可以为0.01-0.2％。
N是稳定奥氏体相的元素，并且提高钢材的强度。考虑到这一点，N的添加量可以为0.01％以上。但是，当N的含量过高时，可能会发生使钢材硬化和热加工性降低的问题。考虑到这一点，N含量的上限可以限制在0.2％。
Nb(铌)的含量可以为0.25％以下。Nb在添加时形成Nb基z相析出物，因此具有抑制晶粒生长的效果。但是，当Nb的含量过高时，可能会发生成本增加的问题。考虑到这一点，Nb含量的上限可以限制在0.25％。
其余成分是铁(Fe)。但是，在常规的制造过程中从原料或周围环境不可避免地混入并不需要的杂质，因此无法排除这些杂质。这些杂质对于常规的制造过程的技术人员而言是众所周知的，因此在本说明书中不特别提及其所有内容。
根据本发明的一个实例的奥氏体系不锈钢中，通过控制所述合金成分的组成比，厚度中心部的平均晶粒尺寸(d)值可以为5μm以下，并且在180°弯曲实验后的弯曲部位中测量的马氏体的面积分数可以为10％以下。
通常，为了实现超细晶粒微细组织，利用促进从奥氏体相转变为马氏体相的TRIP相变的方法。但是，当利用促进TRIP相变的方法时，在冷变形时应变诱导马氏体的相变量会增加。其结果，材料的硬度增加，并且在加工材料时加工部分的表面特性可能变差。
因此，根据本发明的一个实例，通过控制C、Mn、Ni、N、Nb等合金成分的组成比，实现超细晶粒微细组织的同时降低在弯曲部中测量的马氏体的面积分数，从而可以提供一种具有优异的表面特性的奥氏体系不锈钢。
下面，对根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢的物理性能进行详细说明。
根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢的180°弯曲实验后的弯曲部位的中心线平均粗糙度(Ra)可以为0.5μm以下，十点平均粗糙度(Rz)可以为3μm以下。所述180°弯曲实验可以通过使弯曲部的曲率R值与材料厚度相同并进行一次弯曲的方法来进行。
点蚀电位(pitting potential)是在钝化的金属材料中以孔形式发生腐蚀的临界电位，根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢的通过浸入NaCl溶液中并施加电位来测量的发生点蚀的电位(点蚀电位)的结果可以为250mV以上。其中，所述NaCl溶液的温度可以为30℃，浓度可以为3.5％。
下面，对根据本发明的一个实施方案的制造奥氏体系不锈钢的方法进行详细说明。
根据本发明的一个实施方案的制造奥氏体系不锈钢的方法可以包括以下步骤：将板坯进行热轧，以重量％计，所述板坯包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Ni：6-12％、Cr：16-20％、N：0.01-0.2％、Nb：0.25％以下、余量的Fe及不可避免的杂质，然后在常温下进行冷轧；进行冷轧退火，以使由下式(1)表示的Ω值满足-10以上且10以下。
式(1)：Ω＝406-2127*[C]-26.2*[Mn]-31.5*[Ni]-127*[N]-48.2*[Nb]-0.108*Temp
另外，在式(1)中，[C]、[Mn]、[Ni]、[N]、[Nb]表示各元素的重量％，Temp表示冷轧退火温度(℃)。
限定各合金元素的成分范围的原因如上所述，下面对制造步骤进行更详细的说明。
具有上述合金组成的板坯可以通过热轧工艺制成热轧材料。之后，可以在常温下将所述热轧材料进行冷轧以制成冷轧材料。
接着，可以将制造的所述冷轧材料进行冷轧退火。所述冷轧退火可以在700-850℃的范围内进行，以使由所述式(1)表示的Ω值满足-10以上且10以下。
当冷轧退火的温度低于700℃时，再结晶不充分，因此伸长率降低。另一方面，当冷轧退火的温度超过850℃时，颗粒粗大化，导致难以形成5μm以下的超细晶粒颗粒，因此可能会发生奥氏体系不锈钢的弯曲部位产生表面裂纹和表面粗糙度变差的问题。
另外，根据本发明的一个实施方案的制造奥氏体系不锈钢的方法中，在热轧之后，可以在不进行退火的情况下进行冷轧。当热轧后不经过单独的退火过程时，可以提高生产性，并且可以降低制造成本。
下面，通过本发明的优选的实施例进行更详细的说明。
{实施例}
将具有下表1的成分的板坯进行热轧，然后在1000-1150℃下进行退火或不进行退火，并且在常温下以40％以上的总板厚度减小率进行冷轧。然后，在700-850℃的范围内进行退火以制造冷轧退火材料。
将制得的所述冷轧退火材料的式(1)的值示于下表1中。下表1中的式(1)的值是指由式(1)：Ω＝406-2127*[C]-26.2*[Mn]-31.5*[Ni]-127*[N]-48.2*[Nb]-0.108*Temp定义的参数获得的值。
在所述式(1)中，[C]、[Mn]、[Ni]、[N]、[Nb]表示各元素的重量％，Temp表示冷轧退火温度(℃)。
[表1]
将制得的所述冷轧退火材料制成厚度为0.1-3.0mm的试片。之后，对所述试片测量厚度中心部的平均晶粒尺寸(d)、点蚀电位、弯曲部的马氏体的面积分数、弯曲部的裂纹、弯曲部特性、弯曲部的中心线平均粗糙度(Ra)和弯曲部的十点平均粗糙度(Rz)，然后示于下表2中。
平均晶粒尺寸(d)通过使用型号为e-Flash FS的电子背散射衍射(EBSD)图案分析仪分析厚度中心部的取向来测量。
点蚀电位是指浸入NaCl溶液中并施加电位而发生点蚀的电位值。NaCl溶液使用温度为30℃、浓度为3.5％的溶液。
弯曲部的马氏体的面积分数(％)是指180°弯曲实验后的弯曲部中的马氏体的面积分数(％)。马氏体的面积分数(％)通过使用型号为FMP30的铁素体含量测量仪来测量。
在180°弯曲实验后测量弯曲部的裂纹、弯曲部特性、弯曲部的中心线平均粗糙度(Ra)和弯曲部的十点平均粗糙度(Rz)。180°弯曲实验通过使弯曲部的曲率(R)值与冷轧退火材料的厚度相同并进行一次弯曲的方法来进行。
在下表2的弯曲部的裂纹中，“O”表示弯曲部的裂纹良好的情况。“X”表示弯曲部产生裂纹的情况。
在下表2的弯曲部特性中，“O”表示弯曲部特性良好的情况。“X”表示弯曲部特性差的情况。
[表2]
参见所述表1和表2，发明例1至发明例13均具有式(1)的Ω值满足-10以上且10以下的范围，并且平均晶粒尺寸(d)值满足5μm以下。另外，在发明例1至发明例13中，在180°弯曲实验后的弯曲部位中测量的马氏体的面积分数(％)满足10％以下。
因此，在发明例1至发明例13中，在弯曲部位均没有产生表面裂纹，并且对于表面粗糙度，中心线平均粗糙度(Ra)为0.5μm以下，十点平均粗糙度(Rz)为3μm以下，因此显示出良好的表面部特性。
另一方面，在比较例1至比较例11中，式(1)的Ω值不满足-10以上且10以下，并且在180°弯曲实验后的弯曲部位中测量的马氏体的面积分数(％)超过10％。因此，在比较例1至比较例11中，在弯曲部位中产生了表面裂纹。
与比较例1至比较例11相比，比较例12至比较例14中添加了更多的可使材料软化的Ni，因此弯曲部位中没有产生表面裂纹。但是，在比较例12至比较例14中，由于冷轧退火温度低，因此产生了带状的未再结晶部分。因此，在比较例12至比较例14中，弯曲部位的表面粗糙度测量为中心线平均粗糙度(Ra)为1.16-3.92μm，十点平均粗糙度(Rz)为7.05-16.20μm，因此表面部特性差。
图1和图2是用于比较发明例和比较例的180°弯曲实验后的弯曲部位有无表面裂纹的照片。图1是发明例5的照片，图2是比较例4的照片。当比较图1和图2时，可以确认根据本发明的一个实例的奥氏体系不锈钢中没有产生表面裂纹。
图3和图4是用于比较发明例和比较例的180°弯曲实验后的弯曲部位的表面特性的照片。图3是发明例5的照片，图4是比较例14的照片。当比较图3和图4时，可以确认根据本发明的一个实例的奥氏体系不锈钢的表面特性良好。
图5和图6是通过电子背散射衍射(EBSD)图案分析仪对发明例和比较例的厚度中心部的微细组织进行拍摄的照片。图5是发明例5的照片，图6是比较例14的照片。当比较图5和图6时，可以确认根据本发明的一个实例的奥氏体系不锈钢具有不存在带状的未再结晶部分的超细晶粒颗粒。
如上所述，对本发明的示例性实施方案进行了说明，但本发明并不限定于此，本领域技术人员可以理解，在不脱离权利要求的概念和范围的情况下可以进行各种改变和变型。
工业实用性
根据本发明的一个实例，通过实现弯曲成型性和弯曲部的良好的表面特性的超细晶粒制造技术，可以提供一种弯曲部位没有表面裂纹且具有优异的表面粗糙度的奥氏体系不锈钢及其制造方法。

Claims (5)

1.一种奥氏体系不锈钢，以重量％计，所述奥氏体系不锈钢包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Ni：6-12％、Cr：16-20％、N：0.01-0.2％、Nb：0.25％以下、余量的Fe及不可避免的杂质，
所述奥氏体系不锈钢的厚度中心部的平均晶粒尺寸d值为5μm以下，并且在180°弯曲实验后的弯曲部位中测量的马氏体的面积分数为10％以下。
2.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢，其中，所述弯曲部位的表面粗糙度为中心线平均粗糙度Ra 0.5μm以下、十点平均粗糙度Rz 3μm以下。
3.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢，其中，所述奥氏体系不锈钢在30℃、3.5％的NaCl溶液中的点蚀电位值为250mV以上。
4.一种制造奥氏体系不锈钢的方法，其包括以下步骤：
将板坯进行热轧，以重量％计，所述板坯包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Ni：6-12％、Cr：16-20％、N：0.01-0.2％、Nb：0.25％以下、余量的Fe及不可避免的杂质；
在常温下，以40％以上的压下率进行冷轧；以及
进行冷轧退火，以使由下式(1)表示的Ω值满足-10以上且10以下；
式(1)：Ω＝406-2127*[C]-26.2*[Mn]-31.5*[Ni]-127*[N]-48.2*[Nb]-0.108*Temp
在式(1)中，[C]、[Mn]、[Ni]、[N]、[Nb]表示各元素的重量％，Temp表示冷轧退火温度，单位为℃。
5.根据权利要求4所述的制造奥氏体系不锈钢的方法，其中，在所述热轧步骤之后，在不进行退火的情况下进行冷轧。
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