CN117642522A - 奥氏体系不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同时满足高强度、高伸长率和高屈强比的超细晶粒奥氏体系不锈钢及其制造方法。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：碳(C)：0.005‑0.03％、硅(Si)：0.1‑1.0％、锰(Mn)：0.1‑2.0％、镍(Ni)：6.0‑12.0％、铬(Cr)：16.0‑20.0％、氮(N)：0.01‑0.2％、铌(Nb)：0.25％以下、余量的铁(Fe)及其他不可避免的杂质，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，带状未再结晶面积分数可以为10％以下。

Description

奥氏体系不锈钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种高屈服强度奥氏体系不锈钢及其制造方法，更详细地，涉及一种同时满足高强度、高伸长率和高屈强比的超细晶粒奥氏体系不锈钢及其制造方法。
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中公开了一种制造300系不锈钢的方法，在所述方法中，在将冷轧退火材料进行平整轧制后，即使通过两次应力消除(Stress Relief，SR)热处理进行半蚀刻(half etching)后翘曲也小。但是，专利文献0001中提出的方法涉及一种用于控制蚀刻性和蚀刻后的翘曲的制造技术，当以奥氏体相稳定度(奥氏体稳定性参数(AusteniticStability Parameter)，ASP)值为30至50进行成型时，急剧地发生应变诱导马氏体相变，因此可能导致伸长率降低。
专利文献0002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0002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)国际公开公报WO2016-043125A1(公开日：2016年03月14日)
(专利文献0002)日本公开专利公报JP2020-50940A(公开日：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，本发明的目的在于提供一种同时满足高强度、高伸长率和高屈强比的超细晶粒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：碳(C)：0.005-0.03％、硅(Si)：0.1-1.0％、锰(Mn)：0.1-2.0％、镍(Ni)：6.0-12.0％、铬(Cr)：16.0-20.0％、氮(N)：0.01-0.2％、铌(Nb)：0.25％以下、余量的铁(Fe)以及其他不可避免的杂质，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，带状未再结晶面积分数可以为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的屈服强度可以为700MPa以上且1113MPa以下。
另外，根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢的伸长率可以为20％以上且41.2％以下。
另外，根据本发明的一个实施方案的奥氏体系不锈钢的屈强比可以为0.8以上且0.96以下。
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：0.1-1.0％、Mn：0.1-2.0％、Ni：6.0-12.0％、Cr：16.0-20.0％、N：0.01-0.2％、Nb：0.002-0.25％、余量的Fe以及不可避免的杂质，所述板坯的厚度中心部的平均晶粒尺寸(d)值为5μm以下，带状未再结晶面积分数为10％以下；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0.8以上。
式(1)：Ω＝3.35-14.6*[C]+0.105*[Si]+0.0058*[Mn]+0.0321*[Cr]-0.222*[Ni]-2.02*[N]+0.340*[Nb]-0.00538*Md30-0.00124*Temp
另外，在式(1)中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[N]、[Nb]表示各元素的重量％，Md30表示由551-462([C]+[N])-9.2*[Si]-8.1*[Mn]-13.7*[Cr]-29([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo]-68([Nb]+[V])定义的值，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，可以提供一种同时满足高强度、高伸长率和高屈强比的超细晶粒奥氏体系不锈钢及其制造方法。
附图说明
图1是示出实施例1的应力-应变曲线的图。
图2是示出比较例3的应力-应变曲线的图。
图3是通过电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction，EBSD)图案分析仪对实施例3的厚度中心部的微细组织进行拍摄的照片。
图4是通过电子背散射衍射(EBSD)图案分析仪对比较例2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：碳(C)：0.005-0.03％、硅(Si)：0.1-1.0％、锰(Mn)：0.1-2.0％、镍(Ni)：6.0-12.0％、铬(Cr)：16.0-20.0％、氮(N)：0.01-0.2％、铌(Nb)：0.25％以下、余量的铁(Fe)以及其他不可避免的杂质，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，带状未再结晶面积分数可以为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例的奥氏体系不锈钢中，以重量％计，可以包含：碳(C)：0.005-0.03％、硅(Si)：0.1-1.0％、锰(Mn)：0.1-2.0％、镍(Ni)：6.0-12.0％、铬(Cr)：16.0-20.0％、氮(N)：0.01-0.2％、铌(Nb)：0.25％以下、余量的铁(Fe)以及其他不可避免的杂质。
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，带状未再结晶面积分数可以为10％以下。
通常，为了实现超细晶粒微细组织，利用从奥氏体相转变为马氏体相的TRIP相变。根据本发明的一个实例的奥氏体系不锈钢中，通过TRIP相变，将厚度中心部的平均晶粒尺寸(d)值控制在5μm以下。另外，当厚度中心部的平均晶粒尺寸(d)值超过5μm时，根据霍尔-佩奇方程(Hall-Petch equation)，屈服强度会降低。
冷轧时未转变成马氏体相且原样残留的部分表现为未再结晶。当存在大量未再结晶时，发生延展性降低的问题。因此，未再结晶面积分数优选设为10％以下。
根据本发明的一个实例的奥氏体系不锈钢的屈服强度可以为700MPa以上且1113MPa以下。
根据本发明的一个实例的奥氏体系不锈钢的伸长率可以为20％以上且41.2％以下。
根据本发明的一个实例的奥氏体系不锈钢的屈强比可以为0.8以上且0.96以下。所述屈强比是指屈服强度除以拉伸强度的值。
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：0.1-1.0％、Mn：0.1-2.0％、Ni：6.0-12.0％、Cr：16.0-20.0％、N：0.01-0.2％、Nb：0.002-0.25％、余量的Fe以及不可避免的杂质，所述板坯的厚度中心部的平均晶粒尺寸(d)值为5μm以下，带状未再结晶面积分数为10％以下；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0.8以上。
式(1)：Ω＝3.35-14.6*[C]+0.105*[Si]+0.0058*[Mn]+0.0321*[Cr]-0.222*[Ni]-2.02*[N]+0.340*[Nb]-0.00538*Md30-0.00124*Temp
另外，在式(1)中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[N]、[Nb]表示各元素的重量％，Md30表示由551-462([C]+[N])-9.2*[Si]-8.1*[Mn]-13.7*[Cr]-29([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo]-68([Nb]+[V])定义的值，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，以下对制造步骤进行更详细的说明。
所述板坯可以通过热轧工艺制成热轧材料。之后，所述热轧材料可以在常温下进行冷轧以制成冷轧材料。
当冷轧时的压下率小于40％时，TRIP相变量过低，因此冷轧材料的马氏体的分数降低，并且残余奥氏体相的分数增加。随着应变诱导马氏体量的减少，由于后续的低温退火，成为逆相变奥氏体相的比例降低，并且未转变成马氏体的残余奥氏体相的分数高，因此难以确保超细晶粒。
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0.8以上。
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，因此难以形成5μm以下的超细晶粒颗粒。
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，在下表1的Temp范围内进行退火以制造冷轧退火材料。
[表1]
将制得的所述冷轧退火材料的式(1)的值示于下表2中。在下表2中，式(1)的值是指从式(1)：Ω＝3.35-14.6*[C]+0.105*[Si]+0.0058*[Mn]+0.0321*[Cr]-0.222*[Ni]-2.02*[N]+0.340*[Nb]-0.00538*Md30-0.00124*Temp定义的参数获得的值。
在所述式(1)中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[N]、[Nb]表示各元素的重量％，Md30表示由551-462([C]+[N])-9.2*[Si]-8.1*[Mn]-13.7*[Cr]-29([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo]-68([Nb]+[V])定义的值，Temp表示冷轧退火温度(℃)。
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)、未再结晶面积分数、屈服强度、拉伸强度、伸长率及屈强比，然后示于下表2中。
平均晶粒尺寸(d)和未再结晶面积分数是通过使用型号为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。
屈服强度、拉伸强度和伸长率是通过万能试验机(Universal test machine，UTM)测量。
屈强比是指屈服强度除以拉伸强度的值。
[表2]
参见所述表1和表2，在实施例1至实施例9中，式(1)的Ω值均满足0.8以上，并且平均晶粒尺寸(d)值均满足5μm以下。另外，在实施例1至实施例9中，带状未再结晶面积分数均满足10％以下。
因此，实施例1至实施例9满足700MPa以上且1113MPa以下的屈服强度、20％以上且41.2％以下的伸长率、0.8以上且0.96以下的屈强比。即，实施例1至实施例9同时满足高强度、高伸长率和高屈强比。
另一方面，比较例1和比较例2的未再结晶面积分数超过10％。因此，比较例1和比较例2表现出小于20％的伸长率，因此伸长率极差。
比较例3和比较例8表现出低平均晶粒尺寸(d)值，屈服强度满足700MPa以上且1113MPa以下。但是，在比较例3和比较例8中，与屈服强度相比，拉伸强度相对较高。因此，比较例3和比较例8不满足0.8以上且0.96以下的屈强比。
比较例4至比较例7和比较例9至比较例39的式(1)的Ω值不满足0.8以上。因此，比较例4至比较例7和比较例9至比较例39不满足700MPa以上且1113MPa以下的屈服强度、0.8以上且0.96以下的屈强比。
比较例27至比较例39的冷轧退火温度高。因此，比较例27至比较例39的平均晶粒尺寸(d)值不满足5μm以下。
图1和图2是示出实施例和比较例的应力-应变曲线的图。图1是实施例1的图，图2是比较例3的图。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的根据应变的应力变化率相对不大，因此可以同时满足高强度、高伸长率和高屈强比。
图3和图4是通过电子背散射衍射(EBSD)图案分析仪对实施例和比较例的厚度中心部的微细组织进行拍摄的照片。图3是实施例3的照片，图4是比较例2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中没有出现带状未再结晶。
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，可以提供一种同时满足高强度、高伸长率和高屈强比的超细晶粒奥氏体系不锈钢及其制造方法。

Claims (6)

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：碳(C)：0.005-0.03％、硅(Si)：0.1-1.0％、锰(Mn)：0.1-2.0％、镍(Ni)：6.0-12.0％、铬(Cr)：16.0-20.0％、氮(N)：0.01-0.2％、铌(Nb)：0.25％以下、余量的铁(Fe)以及其他不可避免的杂质，
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，带状未再结晶面积分数为10％以下。
2.根据权利要求1所述的奥氏体系不锈钢，其中，所述奥氏体系不锈钢的屈服强度为700MPa以上且1113MPa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的伸长率为20％以上且41.2％以下。
4.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的屈强比为0.8以上且0.96以下。
5.一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：0.1-1.0％、Mn：0.1-2.0％、Ni：6.0-12.0％、Cr：16.0-20.0％、N：0.01-0.2％、Nb：0.002-0.25％、余量的Fe以及不可避免的杂质，所述板坯的厚度中心部的平均晶粒尺寸d值为5μm以下，带状未再结晶面积分数为10％以下；
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0.8以上，
式(1)：Ω＝3.35-14.6*[C]+0.105*[Si]+0.0058*[Mn]+0.0321*[Cr]-0.222*[Ni]-2.02*[N]+0.340*[Nb]-0.00538*Md30-0.00124*Temp
在式(1)中，[C]、[Si]、[Mn]、[Cr]、[Ni]、[N]、[Nb]表示各元素的重量％，Md30表示由551-462([C]+[N])-9.2*[Si]-8.1*[Mn]-13.7*[Cr]-29([Ni]+[Cu])-18.5*[Mo]-68([Nb]+[V])定义的值，Temp表示冷轧退火温度，单位为℃。
6.根据权利要求5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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