CN117813413A - 奥氏体系不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及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％、Cu：0.01‑0.4、Mo：0.01‑0.2、Ni：6‑9％、Cr：16‑19％、N：0.01‑0.2％、余量的Fe以及不可避免的杂质，根据551‑462(C+N)‑9.2Si‑8.1Mn‑13.7Cr‑29(Ni+Cu)‑18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数(ASP)值为30至60，[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的晶粒尺寸分数(％)小于10％。本发明涉及一种制造奥氏体系不锈钢的方法，其包括以下步骤：将奥氏体系不锈钢进行连铸工艺以制造板坯，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％、Cu：0.01‑0.4、Mo：0.01‑0.2、Ni：6‑9％、Cr：16‑19％、N：0.01‑0.2％、余量的Fe以及不可避免的杂质，根据551‑462(C+N)‑9.2Si‑8.1Mn‑13.7Cr‑29(Ni+Cu)‑18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数(ASP)值为30至60，[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的晶粒尺寸分数(％)小于10％；将所述板坯进行热轧和退火酸洗后以60％以上的冷轧压下率进行冷轧；以及在800‑850℃的退火温度范围内进行退火。

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，更详细地，涉及一种可实现高强度和高延展性的超细晶粒304系列和301系列的奥氏体系不锈钢及其制造方法。
背景技术
304系列和301系列的通用奥氏体系不锈钢具有低屈服强度(200-350MPa)，因此在结构件等要求高强度特性的用途中的应用存在限制。为了获得比这种通用300系列不锈钢更高的屈服强度，常规方法是经过平整轧制工艺，但是发生成本增加的问题。301系列的1/4H调质材料所要求的特性是屈服强度为500MPa以上、拉伸强度为850MPa以上、伸长率为25％以上，因此本发明中提出了一种可以在不进行平整轧制工艺的情况下同时实现高屈服强度、高拉伸强度和优异的伸长率的超细晶粒300系列不锈钢的制造方法。
超细晶粒(Ultra Fine Grain，UFG)材料具有优异的强度-伸长率平衡、抗疲劳特性和蚀刻加工性等特征。在公开专利WO0216/043125的情况下，记载了一种制造300系列不锈钢的方法，在所述方法中，作为用于光刻加工的激光金属掩模，通过将冷轧退火材料进行平整轧制后进行两次应力消除(Stress Relief，SR)热处理，制造即使在半蚀刻(Half-Etching)后翘曲也很小的300系列不锈钢。但是，所述国际公开专利是用于控制蚀刻性和蚀刻后的翘曲的制造技术，并没有包括具有0.4-2.0mm的厚度的结构用部件的技术内容。
另外，在日本公开专利(特开2020-50940)的情况下，提出了一种在600-700℃的范围内进行48小时以上的长时间热处理以制成平均晶粒尺寸为10μm以下的核电用部件的内容。所述日本公开专利存在如下问题：在实际生产线中实施时生产性降低，并且由于是长时间热处理方法，制造成本增加。
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可实现高强度和高延展性的超细晶粒304系列和301系列的奥氏体不锈钢板的制造技术，以代替用于汽车外板、建筑部件、汽车部件等的调质材料(特别是3011/4H)。
具体地，在结构用部件的情况下，通常应用具有0.4-2.0mm的厚度的材料，因此本发明旨在通过专注于使得在该厚度范围内具有高强度和高延展性的低成本成分设计和低成本制造技术来解决技术问题。在300系列不锈钢中实现超细晶粒的技术中，通常通过冷轧将奥氏体相转变为马氏体相，并在后续步骤中通过低温退火来实现超细晶粒。但是，即使实现超细晶粒，也难以制造出同时具有优异的屈服强度、拉伸强度和伸长率的材料。304标准和301标准的范围内的Ni含量和Cr含量不同，并且根据奥氏体稳定性参数(AusteniticStability Parameter，ASP)值，冷加工所引起的马氏体相的转变量不同，并且拉伸试验时的相变诱导塑性(Transformation Induced Plasticity，TRIP)相变行为不同，而且拉伸曲线特性发生非常多样的变化。因此，本发明提供一种制造超细晶粒300系列不锈钢的技术，其中，通过根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数(ASP)值的控制、[100*N]/[Ni+Cu]值的控制、将板坯进行热轧和退火酸洗后的冷轧压下率的控制、进行冷轧后的退火温度的控制、晶粒尺寸为5μm以下的晶粒尺寸分数的控制等，可以实现高强度和高延展性。
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，包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Cu：0.01-0.4、Mo：0.01-0.2、Ni：6-9％、Cr：16-19％、N：0.01-0.2％、余量的Fe以及不可避免的杂质，根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数(ASP)值为30至60，[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的晶粒尺寸分数(％)小于10％。
根据本发明的另一个实施方案的制造奥氏体系不锈钢的方法包括以下步骤：将奥氏体系不锈钢进行连铸工艺以制造板坯，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％、Cu：0.01-0.4、Mo：0.01-0.2、Ni：6-9％、Cr：16-19％、N：0.01-0.2％、余量的Fe以及不可避免的杂质，根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数(ASP)值为30至60，[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的晶粒尺寸分数(％)小于10％；将所述板坯进行热轧和退火酸洗后以60％以上的冷轧压下率进行冷轧；以及在800-850℃的退火温度范围内进行退火。
发明效果
本发明可以提供一种制造300系列超细晶粒产品的技术，所述产品满足具有0.4-2.0mm的厚度范围的301系列的1/4H调质材料所要求的特性(屈服强度为500MPa以上、拉伸强度为850MPa以上、伸长率为25％以上)，从而可以代替301系列的1/4H。
附图说明
图1是用电子背散射衍射(Electron BackScatter Diffraction，EBSD)图谱分析仪分析实施例1的最终冷轧产品的厚度中心部的横向(Transverse Direction，TD)面，将显示出5μm以上的晶粒尺寸的晶粒以灰色(gray)表示并示出该晶粒的分数的图。
图2是用电子背散射衍射图谱分析仪分析实施例3的最终冷轧产品的厚度中心部的TD面，将显示出5μm以上的晶粒尺寸的晶粒以灰色表示并示出该晶粒的分数的图。
图3是用电子背散射衍射图谱分析仪分析比较例1的最终冷轧产品的厚度中心部的TD面，将显示出5μm以上的晶粒尺寸的晶粒以灰色表示并示出该晶粒的分数的图。
图4是用电子背散射衍射图谱分析仪分析比较例2的最终冷轧产品的厚度中心部的TD面，将显示出5μm以上的晶粒尺寸的晶粒以灰色表示并示出该晶粒的分数的图。
图5是示出实施例1的应力(stress)-应变(strain)曲线的图。
图6是示出比较例1的应力-应变曲线的图。
图7是示出比较例2的应力-应变曲线的图。
图8是示出比较例5的应力-应变曲线的图。
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，包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Cu：0.01-0.4、Mo：0.01-0.2、Ni：6-9％、Cr：16-19％、N：0.01-0.2％、余量的Fe以及不可避免的杂质，根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数(ASP)值为30至60，[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的晶粒尺寸分数(％)小于10％。
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。
本发明中使用的术语仅用于提及特定的实施方案，并不用于限定本发明。另外，除非上下文中具有明确相反的含义，否则其中使用的单数的形式还包括复数的形式。说明书中使用的“包含”和“包括”的含义使特定的特性、区域、整数、步骤、操作、要素和/或成分具体化，并且不排除其他特定的特性、区域、整数、步骤、操作、要素、成分和/或组的存在或附加。尽管没有不同的定义，但是本发明中使用的包括技术术语和科学术语在内的所有术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。通常使用的词典中定义的术语被进一步解释为具有符合相关技术文献和当前公开内容的含义，除非另有定义，否则不解释为理想化或非常正式的含义。
[奥氏体系不锈钢]
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，包含：C：0.005-0.03％、Si：0.1-1％、Mn：0.1-2％、Cu：0.01-0.4、Mo：0.01-0.2、Ni：6-9％、Cr：16-19％、N：0.01-0.2％、余量的Fe以及不可避免的杂质，根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数(ASP)值为30至60，[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的晶粒尺寸分数(％)小于10％。
(成分的含量)
碳(C)的含量为0.005-0.03重量％。
C是稳定奥氏体相的元素。考虑到这一点，在本发明中，C的添加量为0.005重量％以上。但是，当C含量过高时，低温退火时形成铬碳化物，因此发生降低晶界耐蚀性的问题，因此在本发明中，C含量限制为0.03重量％以下。
硅(Si)的含量为0.1-1重量％。
Si是炼钢时作为脱氧剂添加的成分，在进行光亮退火(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，在本发明中，Si的添加量为0.1重量％以上。但是，当Si含量过高时，存在降低延展性的问题，因此在本发明中，Si含量限制为1.0重量％以下。
锰(Mn)的含量为0.1-2.0重量％。
Mn是稳定奥氏体相的元素。考虑到这一点，在本发明中，Mn的添加量为0.1重量％以上。但是，当Mn含量过高时，存在降低耐蚀性的问题，因此在本发明中，Mn的含量限制为2.0重量％以下。
镍(Ni)的含量为6.0-9.0重量％。
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，在本发明中，Ni的添加量为6.0重量％以上。但是，当Ni含量过高时，存在成本增加的问题，因此在本发明中，Ni的含量限制为9.0重量％以下。
铬(Cr)的含量为16.0-19.0重量％。
Cr是提高不锈钢的耐蚀性的主要元素。考虑到这一点，在本发明中，Cr的添加量为16.0重量％以上。但是，当Cr含量过高时，存在使钢材硬化和抑制冷轧时的应变诱导马氏体的相变的问题，因此在本发明中，Cr的含量限制为19.0重量％以下。
氮(N)的含量为0.01-0.2重量％。
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含量过高时，存在使钢材硬化和热加工性降低的问题，因此在本发明中，N的含量限制为0.2重量％以下。
铜(Cu)的含量为0.01-0.4重量％。
Cu是稳定奥氏体相的元素，Cu的添加量可以为0.01％以上。但是，当Cu含量过高时，存在钢材的耐蚀性降低和成本增加的问题，因此在本发明中，Cu的含量限制为0.4重量％以下。
钼(Mo)的含量为0.01-0.2重量％。
Mo具有提高耐蚀性和加工性的效果，因此Mo的添加量可以为0.01％以上。但是，当Mo含量过高时，存在成本增加的问题，因此在本发明中，Mo的含量限制为0.2重量％以下。
本发明的其余成分是铁(Fe)。但是，在常规的制造过程中可能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。
在本发明中，奥氏体稳定性参数(ASP)根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算，并且满足30至60的范围，当奥氏体稳定性参数(ASP)值不在上述范围内时，在拉伸试验时材料发生过度的相变诱导塑性(TRIP)相变(过度的加工硬化)，因此不能满足本发明所期望的伸长率。
在本发明中，[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，当[100*N]/[Ni+Cu]值超过1.4时，有助于屈服强度的固溶氮量低，因此不能满足本发明所期望的屈服强度。
(微细组织)
平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的晶粒尺寸分数(％)小于10％，当不在上述范围内时，不能满足本发明所期望的屈服强度和拉伸强度。
(特性)
另外，在本发明的一个实施方案中，所述奥氏体系不锈钢的拉伸强度可以为850MPa以上。
另外，在本发明的一个实施方案中，所述奥氏体系不锈钢的屈服强度可以为500MPa以上。
另外，在本发明的一个实施方案中，所述奥氏体系不锈钢的伸长率可以为25％以上。
[制造奥氏体系不锈钢的方法]
根据本发明的另一个实施方案的制造奥氏体系不锈钢的方法包括以下步骤：将奥氏体系不锈钢进行连铸工艺以制造板坯，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％、Cu：0.01-0.4、Mo：0.01-0.2、Ni：6-9％、Cr：16-19％、N：0.01-0.2％、余量的Fe以及不可避免的杂质，根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数(ASP)值为30至60，[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的晶粒尺寸分数(％)小于10％；将所述板坯进行热轧和退火酸洗后以60％以上的冷轧压下率进行冷轧；以及在800-850℃的退火温度范围内进行退火。
当冷轧退火温度值不在本发明的上述范围内时，平均晶粒尺寸为5μm以上，并且晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数为10％以上，因此不能满足本发明所期望的屈服强度和拉伸强度。
当冷轧压下率(％)值小于60％时，平均晶粒尺寸为5μm以上，并且晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数为10％以上，因此不能满足本发明所期望的屈服强度。
(实施例)
在表1中示出了实施例和比较例的奥氏体系不锈钢的碳、硅、锰、镍、铬、铜、氮的成分，并且示出了作为主要成分参数的奥氏体稳定性参数(ASP)值、[100*N]/[Ni+Cu]值、冷轧压下率(％)值、冷轧退火温度(℃)[退火时间为5分钟以内]值。
将根据本发明的一个实施例的连铸工艺中生产的板坯进行热轧后进行退火，并在常温下进行冷轧后进行冷轧退火以制造卷材。所述钢的一部分在实验室(Lab.)中进行真空熔炼以制造钢锭(Ingot)，一部分经过电炉-连铸工艺制造板坯。在实施例1至实施例6中，根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数(ASP)值均具有30至60的范围，[100*N]/[Ni+Cu]值均为1.4以上，冷轧压下率(％)值均为60％以上，冷轧退火温度(℃)值均满足800至850的范围。比较例1至比较例11是表示奥氏体稳定性参数(ASP)值不在30至60的范围内、[100*N]/[Ni+Cu]值小于1.4、冷轧压下率(％)值小于60％或者冷轧退火温度(℃)值不在800至850的范围内的情况。
[表1]
在表2中示出了用电子背散射衍射(EBSD)图谱分析仪分析的最终冷轧产品的厚度中心部的TD面的平均晶粒尺寸、晶粒尺寸为5μm以下的晶粒的分数(％)以及通过对JIS13B拉伸试验片进行常温拉伸试验而获得的屈服强度、拉伸强度和伸长率的值。
[表2]
可知实施例1至实施例6具有平均晶粒尺寸小于5μm且晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数(％)小于10％的特征，并且奥氏体稳定性参数(ASP)值满足30至60的范围，[100*N]/[Ni+Cu]值满足1.4以上，因此最终满足301系列的1/4H调质材料所要求的特性(屈服强度为500MPa以上、拉伸强度为850MPa以上、伸长率为25％以上)。
在比较例1中，由于冷轧退火温度值不在本发明的范围内，因此平均晶粒尺寸为5μm以上，并且晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数为10％以上，因此不满足本发明所期望的屈服强度和拉伸强度。在比较例2、比较例3和比较例4中，奥氏体稳定性参数(ASP)值不在本发明的范围内，因此在拉伸试验时不易发生材料的相变诱导塑性(TRIP)相变(不易发生加工硬化)，因此不满足本发明所期望的拉伸强度。
在比较例5和比较例6中，由于奥氏体稳定性参数(ASP)值不在本发明的范围内，因此在拉伸试验时材料发生过度的相变诱导塑性(TRIP)相变(过度的加工硬化)，因此不满足本发明所期望的伸长率。在比较例7中，由于[100*N]/[Ni+Cu]值不在本发明的范围内，因此有助于屈服强度的固溶氮量低，因此不满足本发明所期望的屈服强度。在比较例8和比较例9中，由于奥氏体稳定性参数(ASP)值和[100*N]/[Ni+Cu]值不在本发明的范围内，因此平均晶粒尺寸为5μm以上，并且晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数为10％以上，因此不满足本发明所期望的屈服强度和拉伸强度。在比较例10和比较例11中，由于冷轧压下率(％)值不在本发明的范围内，因此平均晶粒尺寸为5μm以上，并且晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数为10％以上，因此不满足本发明所期望的屈服强度。
根据图1，用电子背散射衍射(EBSD)图谱分析仪分析实施例1的最终冷轧产品的厚度中心部的横向(TD)面的结果，可知晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数为0％。
根据图2，用电子背散射衍射图谱分析仪分析实施例3的最终冷轧产品的厚度中心部的TD面的结果，可知晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数为7％。
根据图3，用电子背散射衍射图谱分析仪分析比较例1的最终冷轧产品的厚度中心部的TD面的结果，可知晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数为85％。
根据图4，用电子背散射衍射图谱分析仪分析比较例2的最终冷轧产品的厚度中心部的TD面的结果，可知晶粒尺寸为5μm以上的晶粒的分数为14％。
图5至图8是示出实施例和比较例的应力-应变曲线的图，图5是实施例1的图，图6是比较例1的图，图7是比较例2的图，图8是比较例5的图。将图5至图8进行比较时，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，因此与比较例相比，可以同时满足高强度和高伸长率。
如上所述，对本发明的示例性的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，可以提供一种超细晶粒不锈钢，所述超细晶粒不锈钢满足具有0.4-2.0mm的厚度范围的301系列的1/4H调质材料所要求的特性(屈服强度为500MPa以上、拉伸强度为850MPa以上、伸长率为25％以上)，从而可以代替301系列的1/4H，因此具有工业实用性。

Claims (8)

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％、Cu：0.01-0.4、Mo：0.01-0.2、Ni：6-9％、Cr：16-19％、N：0.01-0.2％、余量的Fe以及不可避免的杂质，
根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数ASP值为30至60，
[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，
平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的以％表示的晶粒尺寸分数小于10％。
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拉伸强度为850MPa以上。
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屈服强度为500MPa以上。
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伸长率为25％以上。
5.一种制造奥氏体系不锈钢的方法，其包括以下步骤：
将奥氏体系不锈钢进行连铸工艺以制造板坯，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％、Cu：0.01-0.4、Mo：0.01-0.2、Ni：6-9％、Cr：16-19％、N：0.01-0.2％、余量的Fe以及不可避免的杂质，
根据551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo计算的奥氏体稳定性参数ASP值为30至60，
[100*N]/[Ni+Cu]值为1.4以上，
平均晶粒尺寸小于5μm，晶粒尺寸为5μm以上的以％表示的晶粒尺寸分数小于10％；
将所述板坯进行热轧和退火酸洗后以60％以上的冷轧压下率进行冷轧；以及
在800-850℃的退火温度范围内进行退火。
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，所述奥氏体系不锈钢的拉伸强度为850MPa以上。
7.根据权利要求5所述的制造奥氏体系不锈钢的方法，其中，所述奥氏体系不锈钢的屈服强度为500MPa以上。
8.根据权利要求5所述的制造奥氏体系不锈钢的方法，其中，所述奥氏体系不锈钢的伸长率为25％以上。
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