TW202035732A - 肥粒鐵不鏽鋼 - Google Patents

肥粒鐵不鏽鋼 Download PDF

Info

Publication number
TW202035732A
TW202035732A TW108146912A TW108146912A TW202035732A TW 202035732 A TW202035732 A TW 202035732A TW 108146912 A TW108146912 A TW 108146912A TW 108146912 A TW108146912 A TW 108146912A TW 202035732 A TW202035732 A TW 202035732A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
stainless steel
ferrous iron
content
less
iron stainless
Prior art date
Application number
TW108146912A
Other languages
English (en)
Inventor
提摩 曼尼寧
尤哈 凱拉
提莫 尤帝
Original Assignee
芬蘭商烏托昆普公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 芬蘭商烏托昆普公司 filed Critical 芬蘭商烏托昆普公司
Publication of TW202035732A publication Critical patent/TW202035732A/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/004—Dispersions; Precipitations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/005—Ferrite

Abstract

本發明係關於一種具有優異的腐蝕及薄板成形性質之肥粒鐵不鏽鋼。該鋼以重量百分比計由以下組成：0.003%-0.035%碳、0.05%-1.0%矽、0.10%-0.8%錳、18%-24%鉻、0.05%-0.8%鎳、0.003%-2.5%鉬、0.2%-0.8%銅、0.003%-0.05%氮、0.05%-1.0%鈦、0.05%-1.0%鈮、0.03%-0.5%釩、0.010%-0.04%鋁，且C+N的總和低於0.06%，其餘為鐵及不可避免的雜質，其中比率(Ti+Nb)/(C+N)高於或等於8且低於40， 且比率 Tieq/Ceq=(Ti+0.515*Nb+0.940*V)/(C+0.858*N)高於或等於6且低於40，並且 Leq=5.8*Nb+5*Ti*Si高於或等於3.3，並且該鋼係使用氬氧脫碳（AOD）技術生產的。

Description

肥粒鐵不鏽鋼
本發明係關於一種穩定的肥粒鐵不鏽鋼，其具有良好的耐腐蝕性、良好的可焊接性及增強的高溫強度，其用於在高溫使用中之組件，該等組件用於諸如以下之應用：汽車排氣系統、燃料電池及其他能源領域應用、器具、熔爐及其他工業高溫系統。
開發肥粒鐵不鏽鋼之最關鍵點係如何照管碳及氮元素。此等元素必須與碳化物、氮化物或碳氮化物結合。在此類型的結合中使用之元素稱為穩定元素。常見的穩定元素係鈮及鈦。對於肥粒鐵不鏽鋼，可以降低碳及氮穩定化之要求，例如，其中的碳含量非常低，低於0.01重量%。然而，此種低碳含量對製造過程有要求。用於不鏽鋼之常見的氬氧脫碳（Argon-Oxygen-Decarburization，AOD）生產技術已不再實用，且因此，應使用更昂貴的生產方法，諸如真空氧脫碳（Vacuum-Oxygen-Decarburization，VOD）生產技術。
可能在肥粒鐵不鏽鋼中形成之金屬間拉夫斯相（Laves phase）粒子可提高鋼之高溫強度，其限制條件係該等粒子在操作溫度下保持較小且穩定。另外，在晶粒內部及晶粒邊界上析出之拉夫斯相粒子亦抑制晶粒生長。在肥粒鐵不鏽鋼中對鈮、矽及鈦之平衡組合進行合金化可促進金屬間拉夫斯相之析出，並藉由提高析出物之溶出溫度來穩定該相。
焊接中形成之微觀結構視焊接金屬之化學組成而定。當在間隙元素碳及氮的穩定化中使用足夠量的鈦時，在穩定化期間形成之化合物（諸如TiN）會在焊縫中產生等軸細晶粒結構。等軸細晶粒結構改良焊縫之延展性及韌性。不期望的柱狀晶粒會導致熱裂紋，因為雜質可能會偏析至焊縫中心線。大的柱狀晶粒亦會降低焊縫之韌性。
EP專利EP2922978B描述了具有優異的腐蝕及薄板成形性質之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於該鋼以重量百分比計由以下組成：0.003%-0.035%碳、0.05%-1.0%矽、0.1%-0.8%錳、20%-21.5%鉻、0.05%-0.8%鎳、0.003%-0.5%鉬、0.2%-0.8%銅、0.003%-0.05%氮、0.05%-0.15%鈦、0.25%-0.8%鈮、0.03%-0.5%釩、0.010%-0.04%鋁，且C+N的總和低於0.06%，其餘為鐵及不可避免的雜質，其中比率(Ti+Nb)/(C+N)高於或等於8且低於40，且比率Tieq/Ceq=(Ti+0.515*Nb+0.940*V)/(C+0.858*N)高於或等於6且低於40。
EP專利1818422描述了一種鈮穩定的肥粒鐵不鏽鋼，其尤其具有低於0.03重量%的碳、18-22重量%的鉻、低於0.03重量%的氮及0.2-1.0重量%的鈮。根據此EP專利，僅使用鈮進行碳及氮之穩定化。
EP專利申請案2163658描述了一種耐硫酸鹽腐蝕的肥粒鐵不鏽鋼，其含有低於0.02%的碳、0.05-0.8%的矽、低於0.5%的錳、20%-24%的鉻、低於0.5%的鎳、0.3%-0.8%的銅、低於0.02%的氮、0.20%-0.55%的鈮、低於0.1%的鋁，且其餘為鐵及不可避免的雜質。在此種肥粒鐵不鏽鋼中，僅使用鈮來穩定碳及氮。
WO公開案2012046879係關於一種用於質子交換膜燃料電池之隔板的肥粒鐵不鏽鋼。藉由將不鏽鋼浸入主要含有氫氟酸或氫氟酸與硝酸之液體混合物之溶液中，在不鏽鋼表面上形成鈍化膜。除鐵作為必要的合金元素外，肥粒鐵不鏽鋼亦含有碳、矽、錳、鋁、氮、鉻及鉬。參考文獻WO 2012046879中描述之所有其他合金元素係視情況選用的。如此WO公開案之實施例中所述，具有低碳含量之肥粒鐵不鏽鋼係藉由真空熔煉生產的，此係非常昂貴的製造方法。
EP1083241描述了鈮穩定的肥粒鐵鉻鋼帶，其由具有特定的鉬、矽及錫含量並且在高溫下含有立方鐵-鈮相作為唯一的金屬間相之鋼製成。鈮穩定的肥粒鐵14%鉻鋼帶由具有以下組成之鋼製造：（按重量計）≤0.02% C、0.002%-0.02% N、0.05%-1% Si、高於0-1% Mn、0.2%-0.6% Nb、13.5%-16.5% Cr、0.02%-1.5% Mo、高於0至1.5% Cu、高於0至0.2% Ni、高於0至0.020% P、高於0至0.003% S、高於0.005%至0.04% Sn，其餘為鐵及雜質，Nb、C及N含量滿足關係Nb/(C+N)≥9.5，通過以下方式製造：（a）再加熱，隨後在1150-1250（較佳1175）℃下進行熱軋；（b）在600-800（較佳600）℃下盤繞；（c）冷軋，視情況在預退火之後；（d）在800-1100（較佳1050）℃下進行1-5（較佳2）分鐘的最終退火。藉由上述方法獲得之鈮穩定的14%鉻肥粒鐵鋼板之獨立申請專利範圍亦包括在內。
EP1170392描述了包含Co、V及B之全部三種之肥粒鐵不鏽鋼，其Co含量為約0.01質量%至約0.3質量%，V含量為約0.01質量%至約0.3質量%，且B含量為約0.0002質量%至約0.0050質量%，並且具有優異的抗二次加工脆性及優異的高溫疲勞特性。其他組分為（以質量%計）：0.02%或更低的C、0.2%至1.0%的Si、0.1%至1.5%的Mn、0.04%或更低的P、0.01%或更低的S、11.0%至20.0%的Cr、0.1%至1.0%的Ni、1.0%至2.0%的Mo、1.0%或更低的Al、0.2%至0.8%的Nb、0.02%或更低的N及視情況選用之0.05%至0.5%的Ti、Zr或Ta、0.1至2.0%的Cu、0.05%至1.0%的W、0.001%至0.1%的Mg及0.0005%至0.005%的Ca。
US專利4726853係關於一種肥粒鐵不鏽鋼帶或板，通常處於退火狀態，在最終退火操作之後，在大多數情況下接著進行精加工及冷加工道次或「蒙皮道次」，從而產生低於1%的伸長度，尤其意欲用於生產排氣管及歧管。帶或板之組成如下（重量%）： (C+N)＜0.060-Si＜0.9-Mn＜1 Cr 15至19-Mo＜1-Ni＜0.5-Ti＜0.1 -Cu＜0.4-S＜0.02-P＜0.045 Zr=0.10至0.50，其中Zr在7 (C+N)-0.1與7 (C+N)+0.2之間，Nb在0.25與0.55之間（在Zr≧7 (C+N)時），以及在0.25+7 (C+N)-Zr與0.55+7 (C+N)-Zr之間（在Zr＜7 (C+N)時） Al 0.020至0.080；其他元素及鐵：其餘部分。
EP0478790描述了一種耐熱肥粒鐵不鏽鋼，其低溫韌性得到改良，可防止經歷高溫焊縫開裂，並且可用作汽車排氣通道，尤其在發動機與轉換器之間暴露於高溫的通道之材料，該鋼包含至多0.03%的碳、0.1%至0.8%的矽、0.6%至2.0%的錳、至多0.006%的硫、至多4%的鎳、17.0%至25.0%的鉻、0.2%至0.8%的鈮、1.0%至4.5%的鉬、0.1%至2.5%的銅、至多0.03%的氮，以及視情況必要量的鋁、鈦、釩、鋯、鎢、硼及REM中之至少一種，其中錳與硫之比率為200或更高，[Nb]=Nb%-8(C%+N%)≥0.2， 且Ni%+Cu%≤4， 其餘為鐵及製造過程中不可避免的雜質。
EP2557189描述了用於排氣部件的肥粒鐵不鏽鋼板，其即使經歷長期的熱歷史亦幾乎沒有強度劣化，且成本低，耐熱性及加工性優異，其特徵在於含有，其特徵在於含有以質量%計：C：低於0.010%，N：0.020%或更低，Si：超過0.1%至2.0%，Mn：2.0%或更低，Cr：12.0%至25.0%，Cu：超過0.9%至2%，Ti：0.05%至0.3%，Nb：0.001%至0.1%，Al：1.0%或更低，以及B：0.0003%至0.003%，Cu/(Ti+Nb)為5或更大，且其餘部分為Fe及不可避免的雜質。
本發明之目的係消除先前技術之一些缺點，並獲得具有良好的耐腐蝕性、改良的可焊接性及增強的高溫強度之肥粒鐵不鏽鋼，該鋼利用鈮、鈦及釩來穩定並且使用氬氧脫碳（AOD）技術來生產。本發明之基本特徵在所附申請專利範圍中列出。
根據本發明之肥粒鐵不鏽鋼之化學組成以重量%計由以下組成：0.003%-0.035%碳、0.05%-1.0%矽、0.10%-0.8%錳、18%-24%鉻、0.05%-0.8%鎳、0.003%-2.5%鉬、0.2%-0.8%銅、0.003%-0.05%氮、0.05%-1.0%鈦、0.05%-1.0%鈮、0.03%-0.5%釩、0.01%-0.04%鋁，且C+N的總和低於0.06%，其餘為鐵及佔據在不鏽鋼中之不可避免的雜質，在此等情況下，(C+N)的總和低於0.06%且比率(Ti+Nb)/(C+N)高於或等於8且低於40，且比率(Ti+0.515*Nb+0.940*V)/(C+0.858*N)高於或等於6且低於40，並且5.8*Nb+5*Ti*Si高於或等於3.3。根據本發明之肥粒鐵不鏽鋼係使用氬氧脫碳（AOD）技術生產的。
下面討論每種合金元素之作用及含量（若沒有其他說明，則以重量%計）： 碳（C）會降低伸長率及r值，並且較佳在煉鋼過程中儘可能多地移除碳。如下所述，固溶碳利用鈦、鈮及釩固定為碳化物。碳含量限制為0.035%，較佳為0.03%，但具有至少0.003%的碳。
矽（Si）用於自欲熔融爐渣中還原鉻。為了確保還原效果良好，鋼中之一些矽殘留物係必需的。在固溶體中，矽促進了拉夫斯相之形成並在較高溫度下穩定拉夫斯相粒子。因此，矽含量低於1.0%，但至少為0.05%。
錳（Mn）藉由形成硫化錳來降低肥粒鐵不鏽鋼之耐腐蝕性。在低硫（S）含量之情況下，錳含量低於0.8%，較佳低於0.65%，但至少為0.10%。
鉻（Cr）會增強耐氧化性及耐腐蝕性。為了獲得與鋼級EN 1.4301相當的耐腐蝕性，鉻含量必須為18%-24%，較佳為20%-22%。
鎳（Ni）係有利地促進韌性改良之元素，但是鎳對應力腐蝕開裂（stress corrosion cracking，SCC）具有敏感性。為了考慮此等作用，鎳含量低於0.8%，較佳低於0.5%，從而鎳含量至少為0.05%。
鉬（Mo）會增強耐腐蝕性，但降低斷裂伸長率。鉬含量低於2.5%，但至少為0.003%。對於在低酸性pH值≤4之高腐蝕性環境中之應用，鉬含量較佳低於2.5%但至少為0.5%。對於在中性或高pH值＞4之較低腐蝕性環境中之應用，更佳的範圍係0.003%-0.5%的鉬。
銅（Cu）改良在酸性溶液中之耐腐蝕性，但是高銅含量可能有害。因此，銅含量低於0.8%，較佳低於0.5%，但至少為0.2%。
氮（N）會降低斷裂伸長率。氮含量低於0.05%，較佳低於0.03%，但至少為0.003%。
鋁（Al）用於從熔體中移除氧。鋁含量低於0.04%。
鈦（Ti）非常有用，因為其在極高的溫度下會與氮形成氮化鈦。氮化鈦可防止退火及焊接期間的晶粒生長。在焊縫中，鈦合金化促進了等軸細晶粒結構之形成。鈦係所選穩定元素鈦、釩及鈮中最便宜的元素。因此，使用鈦來穩定係一種經濟的選擇。鈦含量低於1.0%，但至少為0.05%。更佳的範圍係0.07%-0.40%的鈦。
鈮（Nb）在某種程度上用於將碳結合至碳化鈮上。用鈮可以控制重結晶溫度。鈮刺激拉夫斯相粒子之析出，並對其高溫下之穩定性產生積極影響。鈮係所選穩定元素鈦、釩及鈮中最昂貴的元素。鈮含量低於1.0%，但至少為0.05%。
釩（V）在較低溫度下會形成碳化物及氮化物。此等析出物很小，且其大部分通常在晶粒內部。碳穩定所需之釩量僅為相同碳穩定所需之鈮量的約一半。此係因為釩原子量僅為鈮原子量之約一半。釩係穩定元素之經濟選擇，因為釩比鈮便宜。釩亦改良了鋼之韌性。釩含量低於0.5%，但至少為0.03%，較佳為0.03%-0.20%。
藉由在根據本發明之肥粒鐵不鏽鋼中使用全部三種穩定元素鈦、鈮及釩，可以實現實際上無間隙之原子晶格。此意謂基本上所有的碳及氮原子均與穩定元素結合。當足夠量的鈦用於間隙元素碳及氮之穩定化時，在穩定化期間形成之化合物（諸如TiN）會促進焊縫中等軸細晶粒結構之形成。等軸細晶粒結構改良焊縫之延展性及韌性。因此，足夠的鈦含量可防止在焊縫中形成粗柱狀結構。柱狀晶粒會導致熱裂紋，因為雜質會偏析至焊縫中心線。大的柱狀晶粒亦會降低焊縫之韌性。額外使用足夠的Ti、Si及Nb含量，可以獲得在高溫下機械性質增強之肥粒鐵不鏽鋼。在本發明中引起高溫機械性質增強之Ti、Nb及Si含量的組合示於圖1。藉由使5.8*Nb+5*Ti*Si高於或等於3.3來確定區域。
製備了幾種不鏽鋼合金以測試本發明之肥粒鐵不鏽鋼。在製備期間，將每種合金熔化，鑄造及熱軋。將熱軋板進一步退火及酸洗，隨後進行冷軋。接著將最終厚度之冷軋板再次退火並酸洗。表1進一步含有參考材料EN 1.4509及EN 1.4622之化學組成。
合金 C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti Nb Cu V Al N
A 0.018 0.41 0.34 0.03 0.001 20.9 0.2 0.0 0.22 0.62 0.41 0.05 0.03 0.02
B 0.021 0.43 0.33 0.03 0.001 20.9 0.2 0.0 0.25 0.78 0.38 0.05 0.03 0.02
C 0.021 0.59 0.32 0.03 0.001 20.7 0.2 0.0 0.27 0.78 0.38 0.06 0.04 0.02
D 0.020 0.75 0.33 0.03 0.001 20.8 0.2 0.0 0.27 0.78 0.38 0.06 0.03 0.02
E 0.024 0.71 0.32 0.03 0.001 21.0 0.2 0.0 0.20 0.81 0.41 0.05 0.03 0.02
F 0.020 0.58 0.32 0.03 0.001 20.9 0.2 0.0 0.19 0.96 0.39 0.06 0.03 0.02
G 0.019 0.59 0.31 0.03 0.001 20.8 0.2 1.0 0.22 0.81 0.39 0.06 0.03 0.02
H 0.020 0.59 0.30 0.03 0.001 20.9 0.2 2.0 0.20 0.79 0.38 0.06 0.03 0.02
EN 1.4509 0.015 0.5 0.5 0.03 0.001 18.0 0.2 0 0.12 0.4 0.2 0 0 0.02
EN 1.4622 0.015 0.5 0.4 0.03 0.001 20.8 0.2 0 0.17 0.4 0.4 0.07 0 0.02
表1：化學組成
自表1中可以看出，與自B至H的其他合金相比，合金A之鈮及矽的量較少。合金B、C及D之鈮的量相同，而矽之量自合金B至C以及至合金D逐漸增加。合金E具有與合金D基本相同的化學組成，除了矽、鈦及鈮之量有很小變化。合金F之矽的量與合金C基本相同，而合金F之鈮含量在自A至H的所有合金中最高。合金G及H除矽、鈦及鈮之外亦含有鉬。根據本發明，所有合金A-H均用鈦、鈮及釩三重穩定化。
當使用鈮、鈦及釩穩定本發明之肥粒鐵不鏽鋼中的間隙元素碳及氮時，在穩定化期間生成的化合物係諸如碳化鈦（TiC）、氮化鈦（TiN）、碳化鈮（NbC）、氮化鈮（NbN）、碳化釩（VC）及氮化釩（VN）。在此種穩定化中，可以使用一個簡單的公式來評估穩定化之量及效果以及不同穩定化元素之作用。
穩定元素鈦、鈮及釩之間的關係由穩定當量（Tieq ）之公式（1）定義，其中每種元素之含量均以重量%計： Tieq =Ti+0.515*Nb+0.940*V              （1） 間隙元素碳及氮之間的關係分別由間隙當量（Ceq ）之公式（2）定義，其中碳及氮之含量以重量%計： Ceq =C+0.858*N                                        （2） 比率Tieq /Ceq 用作確定敏化傾向之一個因素，且對於本發明之肥粒鐵不鏽鋼，比率Tieq /Ceq 高於或等於6，並且比率(Ti+Nb)/(C+N)高於或等於8，以便避免敏化。EP專利EP292278B給出了關於對晶界腐蝕之敏化的附加資訊。在此文件中表明，若Tieq /Ceq 高於或等於6且(Ti+Nb)/(C+N)高於或等於8，則針對晶間腐蝕之穩定化係成功的。
藉由熱力學穩定的拉夫斯相粒子之精細分散來確保所發明鋼之高溫強度增強。Nb、Ti及Si之合金化必須仔細平衡，以便在高使用溫度下獲得最佳的顯微結構。正確的合金化會促進拉夫斯相粒子之析出並提高其溶出溫度。拉夫斯相粒子在暴露於介於650至850℃範圍內之溫度下時會迅速形成。圖2繪示出當將材料暴露於800℃之溫度30分鐘時，在合金A至H中觀察到的晶粒間及晶粒內析出物。藉助於能量分散光譜法（energy dispersive spectrometry，EDS）確定析出粒子之化學組成。表2中之結果表明，在本發明之鋼中形成的粒子係拉夫斯相析出物。根據表2，本發明鋼中析出粒子之化學組成遵循模型A2 B，其中A係Fe及Cr之組合，且B係Nb、Si及Ti之組合。根據表2中給出之EDS量測值，拉夫斯相粒子之化學式為(Fe0.8 Cr0.2 )2 (Nb0 .70 Si0.25 Ti0.05 )。分子中Fe、Cr、Nb、Si及Ti原子之數目視合金化及材料所經歷之熱循環而定。
EDS化學組成（原子%）
分析點 Fe Nb Cr Si Ti
1 52.6 24.9 10.6 8.9 1.5
2 52.3 25.1 10.5 8.9 1.6
3 53.5 23.8 11.1 8.6 1.5
4 52.7 24.8 10.6 8.8 1.6
5 52.6 23.0 10.5 8.6 1.5
6 52.9 24.8 10.6 8.8 1.5
7 53.0 24.5 10.7 8.7 1.7
8 53.0 24.3 10.9 8.8 1.6
9 52.3 24.5 10.8 8.8 1.8
10 52.7 24.5 10.7 9.0 1.7
平均值 52.8 24.4 10.7 8.8 1.6
表2：根據能量分散光譜法（EDS），在本發明之鋼中的10個拉夫斯相粒子之化學組成。
矽、鈮及鈦之平衡組合可確保在高於900℃之高使用溫度下，鋼含有足夠量的拉夫斯相粒子。拉夫斯相形成元素鈦、鈮及矽之間的關係由拉夫斯相當量數Leq 之公式（3）定義，其中每種元素之含量以重量%計： Leq =5.8*Nb+5*Ti*Si（3）
對於本發明之肥粒鐵不鏽鋼，拉夫斯相當量數Leq 高於或等於3.3，以確保高溫強度性質增強。拉夫斯相當量對應於所指示區域的下邊界，以確保高溫強度性質增強。對於高於950℃之更高使用溫度，拉夫斯相當量數Leq 高於或等於4.5。
表3中針對合金A至H計算了比率Tieq /Ceq 、(Ti+Nb)/(C+N)之值及當量Leq 之值。表3之值表明合金A-H及參考材料之比率Tieq /Ceq 及(Ti+Nb)/(C+N)均具有有利的值。取而代之的是，根據本發明，僅合金A-H對於拉夫斯相當量數Leq 具有有利的值。
   合金 Tieq /Ceq (Ti+Nb)/(C+N) Leq
本發明 A 16.6 22.0 4.0
B 18.6 25.6 5.1
C 19.3 25.9 5.3
D 20.2 27.1 5.5
E 16.0 22.8 5.5
F 20.0 28.9 6.1
G 20.0 27.7 5.3
H 19.3 27.0 5.2
參考 EN 1.4509 10.1 14.9 2.3
EN 1.4622 11.7 16.3 2.3
表3：比率Tieq /Ceq 、(Ti+Nb)/(C+N)及拉夫斯相當量數Leq 之值。
析出的拉夫斯相之溶出確定了本發明之肥粒鐵不鏽鋼之使用溫度的上限。使用熱力學模擬軟體Thermo-Calc 2018b版計算表1之合金的溶出溫度。結果呈現於表4中。溶出溫度之值係有利的，且高於合金A-H之目標使用溫度900℃。參考材料之溶出溫度不利地低於目標溫度900℃。
   合金 Tsol (℃)
本發明 A 929
B 986
C 1003
D 1013
E 1009
F 1039
G 1009
H 1009
參考 EN 1.4509 849
EN 1.4622 839
表4：在持續暴露下增強拉夫斯相粒子溶出之溫度。高於T=900℃之值視為令人滿意的。
表1中列出之所有合金的高溫拉伸強度係根據高溫拉伸測試標準EN ISO 10002-5測定的。表5中呈現出在T=950℃及T=1000℃下進行之測試的結果。
   合金 在950℃下之Rm： （MPa） 在1000℃下之Rm（MPa）
本發明 A 31 25
B 34 26
C 32 27
D 33 26
E 31 22
F 31 28
G 41 32
H 47 36
參考 EN 1.4509 26 18
EN 1.4622 24 18
表5：根據EN ISO 12002-5量測之拉伸強度。Rm值在950℃下高於30 MPa以及且在1000℃下高於20 MPa視為令人滿意的。
當在950℃下Rm＜30 MPa或在1000℃下Rm＜20 MPa時，機械強度Rm視為不足的。表5中之結果表明，根據本發明之鋼滿足此等要求，而參考材料EN 1.4509及EN 1.4622不滿足此等要求。
由於耐腐蝕性係不鏽鋼之最重要的性質，因此表1中列出之所有合金的點腐蝕電位均以電位動力學方式測定。將該等合金用320目濕磨，並使其在環境溫度之空氣中重新鈍化至少24小時。點腐蝕電位之量測係在約22℃之室溫下於自然通風的1.2 wt-% NaCl水溶液（0.7 wt% Cl-，0.2 M NaCl）中進行的。使用無縫隙的沖洗孔電池（ASTM G150中所述之Avesta電池）以20 mV/min記錄極化曲線，其中電化學活性面積為約1 cm2 。鉑箔用作相對電極。使用KCl飽和甘汞電極（saturated calomel electrode，SCE）作為參考電極。計算每種合金的六次擊穿點腐蝕電位量測值之平均值，並在表2中列出。
表6中之結果表明，與參考鋼EN 1.4509相比，本發明之肥粒鐵不鏽鋼具有更好的點腐蝕電位。合金A-F之點腐蝕電位基本上與參考鋼EN 1.4622相同，而鉬合金化合金G及H之點腐蝕電位優於參考材料EN 1.4622之點腐蝕電位。
   合金 腐蝕電位（mV）
本發明 A 428
B 452
C 465
D 484
E 465
F 486
G 659
H 1000
參考 EN 1.4509 303
EN 1.4622 411
表6：合金A-H及參考材料之點腐蝕電位。
若使用足夠量的鈦來穩定，則可以確保焊縫之等軸細晶粒結構。由液態焊接金屬中鈦形成之化合物（諸如TiN）充當異質固化之成核位點，從而在焊縫中形成等軸細晶粒結構。用於穩定化之其他元素釩及鈮不會形成在液態金屬中充當成核位點之化合物。因此，若鈦之量不夠高，則產生具有柱狀晶粒結構之粗晶粒焊縫。粗晶粒柱狀結構會導致熱裂紋，因為雜質可能會偏析至焊接中心線。大的柱狀晶粒亦會降低焊縫之韌性。該問題在自熔焊接中尤其嚴重，在自熔焊接中，焊接金屬不能藉由焊接添加劑改變化學組成。穩定化方法對焊縫結構之影響係眾所周知的，且例如詳細討論於W. Gordon及A. Van Bennecom發表之期刊文章（W. Gordon及A. van Bennekom. Review of stabilisation of ferritic stainless steels. Materials Science and Technology, 1996. 第12卷, 第2期, 第126-131頁）中。
圖3顯示出鋼中合金化之鈦量不足時，在自熔焊接中獲得的粗晶粒柱狀焊縫結構之說明性實例。圖4顯示出在鋼中合金化足夠量的鈦時，在自熔焊接中獲得的細晶粒等軸焊縫結構之實例。根據本發明之合金A-H以及參考材料EN 1.4509及1.4622具有有利量的鈦，以便在自熔焊接中產生細晶粒等軸焊縫結構。
無
下面參照附圖更詳細地描述本發明，在該等附圖中 圖1係顯示Ti、Nb及Si含量之組合的圖，該組合引起根據本發明之材料的高溫機械性質增強， 圖2係顯微照片，顯示出用於藉由能量分散光譜法（EDS）測定拉夫斯相粒子之化學組成的典型微觀結構， 圖3係顯微照片，顯示出當鋼中沒有足夠量的鈦時，在自熔焊接中在焊縫中形成之粗晶粒柱狀結構，（a）橫穿焊縫之橫截面，以及（b）在焊接板平面中之橫截面，以及 圖4係當鋼中有足夠量的鈦時，在自熔焊接中在焊縫中形成之細晶粒等軸結構之顯微照片。

Claims (14)

  1. 一種具有優異的腐蝕及薄板成形性質之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 該鋼以重量百分比計由以下組成：0.003%-0.035%碳、0.05%-1.0%矽、0.10%-0.8%錳、18%-24%鉻、0.05%-0.8%鎳、0.003%-2.5%鉬、0.2%-0.8%銅、0.003%-0.05%氮、0.05%-1.0%鈦、0.05%-1.0%鈮、0.03%-0.5%釩、0.010%-0.04%鋁，且C+N的總和低於0.06%，其餘為鐵及不可避免的雜質，其中比率(Ti+Nb)/(C+N)高於或等於8且低於40， 且比率 Tieq /Ceq =(Ti+0.515*Nb+0.940*V)/(C+0.858*N)高於或等於6且低於40，並且 Leq =5.8*Nb+5*Ti*Si高於或等於3.3，並且該鋼係使用氬氧脫碳（AOD）技術生產的。
  2. 如請求項1之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 碳含量低於0.03重量%，但至少為0.003%。
  3. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 錳含量為0.10-0.65%。
  4. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 鉻含量低於22.0重量%，但至少為20.0%。
  5. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 鎳含量低於0.5重量%，但至少為0.05%。
  6. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 在具有中性或高pH值＞4的腐蝕性環境中，鉬含量為0.003重量%-0.5重量%。
  7. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 在具有低酸性pH值≤4的高腐蝕性環境中，鉬含量為0.5重量%-2.5重量%。
  8. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 銅含量低於0.5重量%，但至少為0.2重量%。
  9. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 氮含量低於0.03重量%，但至少為0.003重量%。
  10. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 鈦含量為0.07重量%-0.40重量%。
  11. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 釩含量為0.03重量%-0.20重量%。
  12. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 比率 (Ti+Nb)/(C+N)高於或等於20且低於30。
  13. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 比率 Tieq /Ceq =(Ti+0.515*Nb+0.940*V)/(C+0.858*N)高於或等於15且低於30。
  14. 如前述請求項中任一項之肥粒鐵不鏽鋼，其特徵在於 Leq =5.8*Nb+5*Ti*Si高於或等於4.5。
TW108146912A 2018-12-21 2019-12-20 肥粒鐵不鏽鋼 TW202035732A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18215480.7 2018-12-21
EP18215480.7A EP3670692B1 (en) 2018-12-21 2018-12-21 Ferritic stainless steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202035732A true TW202035732A (zh) 2020-10-01

Family

ID=65019261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108146912A TW202035732A (zh) 2018-12-21 2019-12-20 肥粒鐵不鏽鋼

Country Status (14)

Country Link
US (1) US20220056565A1 (zh)
EP (1) EP3670692B1 (zh)
JP (1) JP7464606B2 (zh)
KR (1) KR20210107657A (zh)
CN (1) CN113195762A (zh)
AU (1) AU2019406425A1 (zh)
BR (1) BR112021011181A2 (zh)
CA (1) CA3122043A1 (zh)
ES (1) ES2927078T3 (zh)
MX (1) MX2021006953A (zh)
SI (1) SI3670692T1 (zh)
TW (1) TW202035732A (zh)
WO (1) WO2020127275A1 (zh)
ZA (1) ZA202103639B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113699428B (zh) * 2021-07-19 2022-07-01 北京科技大学 减少TP321不锈钢无缝管分层缺陷的Ti合金化工艺

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2589482B1 (fr) 1985-11-05 1987-11-27 Ugine Gueugnon Sa Tole ou bande en acier ferritique inoxydable, en particulier pour systemes d'echappement
JPS63285972A (ja) 1987-05-19 1988-11-22 Fujitsu Ltd バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法
JP2696584B2 (ja) 1990-03-24 1998-01-14 日新製鋼株式会社 低温靭性，溶接性および耐熱性に優れたフエライト系耐熱用ステンレス鋼
JP3001718B2 (ja) * 1992-04-17 2000-01-24 新日本製鐵株式会社 フェライト系ステンレス鋼薄肉鋳片の製造方法
JPH06158233A (ja) * 1992-11-25 1994-06-07 Nippon Steel Corp 靱性の優れたフェライト系ステンレス鋼薄肉鋳片及びこの薄肉鋳片によるフェライト系ステンレス鋼帯の製造方法
JPH11323502A (ja) * 1998-05-12 1999-11-26 Sumitomo Metal Ind Ltd 加工性と靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼およびその鋳片
FR2798394B1 (fr) 1999-09-09 2001-10-26 Ugine Sa Acier ferritique a 14% de chrome stabilise au niobium et son utilisation dans le domaine de l'automobile
TW480288B (en) * 1999-12-03 2002-03-21 Kawasaki Steel Co Ferritic stainless steel plate and method
US6426039B2 (en) 2000-07-04 2002-07-30 Kawasaki Steel Corporation Ferritic stainless steel
EP1818421A1 (fr) 2006-02-08 2007-08-15 UGINE & ALZ FRANCE Acier inoxydable ferritique dit à 19% de chrome stabilisé au niobium
WO2008156195A1 (ja) 2007-06-21 2008-12-24 Jfe Steel Corporation 耐硫酸腐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法
JP2010100877A (ja) 2008-10-22 2010-05-06 Jfe Steel Corp 靭性に優れるフェライト系ステンレス熱延鋼板の製造方法
JP5546922B2 (ja) 2010-03-26 2014-07-09 新日鐵住金ステンレス株式会社 耐熱性と加工性に優れたフェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法
JP5793283B2 (ja) 2010-08-06 2015-10-14 新日鐵住金ステンレス株式会社 ブラックスポットの生成の少ないフェライト系ステンレス鋼
JP5768641B2 (ja) 2010-10-08 2015-08-26 Ｊｆｅスチール株式会社 耐食性および電気伝導性に優れたフェライト系ステンレス鋼およびその製造方法、ならびに固体高分子型燃料電池セパレータおよび固体高分子型燃料電池
JP5903881B2 (ja) * 2011-12-26 2016-04-13 Ｊｆｅスチール株式会社 溶接部の耐食性に優れたフェライト系ステンレス鋼
JP5376099B1 (ja) * 2012-03-13 2013-12-25 Ｊｆｅスチール株式会社 フェライト系ステンレス鋼
FI124995B (fi) 2012-11-20 2015-04-15 Outokumpu Oy Ferriittinen ruostumaton teräs
CN103194689B (zh) * 2013-03-28 2017-08-04 宝钢不锈钢有限公司 具备优良成形性和耐腐蚀性能的高强度铁素体不锈钢及其制造方法
WO2017170067A1 (ja) * 2016-03-29 2017-10-05 新日鐵住金株式会社 固体高分子形燃料電池用セルおよび固体高分子形燃料電池スタック

Also Published As

Publication number Publication date
US20220056565A1 (en) 2022-02-24
EP3670692A1 (en) 2020-06-24
EP3670692B1 (en) 2022-08-10
AU2019406425A1 (en) 2021-06-17
JP2022514575A (ja) 2022-02-14
MX2021006953A (es) 2021-09-08
BR112021011181A2 (pt) 2021-08-24
KR20210107657A (ko) 2021-09-01
JP7464606B2 (ja) 2024-04-09
ES2927078T3 (es) 2022-11-02
CN113195762A (zh) 2021-07-30
WO2020127275A1 (en) 2020-06-25
CA3122043A1 (en) 2020-06-25
SI3670692T1 (sl) 2022-11-30
ZA202103639B (en) 2023-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4197492B2 (ja) 排ガス流路部材用フェライト系ステンレス鋼
JP5129154B2 (ja) 耐食性に優れた高マンガン溶融メッキ鋼板及びその製造方法。
US9873924B2 (en) Ferritic stainless steel sheet, method for the production thereof, and use of the same, especially in exhaust lines
JP6205407B2 (ja) 耐熱性に優れたフェライト系ステンレス鋼板
EP2617854B1 (en) Heat-resistant ferritic stainless steel sheet having excellent oxidation resistance
JPH06505535A (ja) 優れた成形性、強度および溶接性を有するオーステナイト高マンガン鋼、並びにその製造方法
US20130004360A1 (en) Ferritic stainless steel sheet excellent in oxidation resistance and ferritic stainless steel sheet excellent in heat resistance and method of production of same
WO2021065738A1 (ja) フェライト系ステンレス鋼板およびその製造方法ならびにフェライト系ステンレス部材
JP6426617B2 (ja) フェライト系ステンレス鋼の製造方法
TW202035732A (zh) 肥粒鐵不鏽鋼
WO2008004506A1 (fr) Acier au chrome présentant une excellente résistance à la fatigue thermique
JP3932020B2 (ja) 深絞り性に優れ面内異方性の小さいフェライト系ステンレス鋼及びその製造方法
CN105408511B (zh) 焊接部的耐腐蚀性优良的铁素体系不锈钢
JP2020132919A (ja) 耐熱合金及びその製造方法
WO2008062984A1 (en) Steel excellent in resistance to corrosion by sulfuric acid and method for manufacturing the same
JP4457492B2 (ja) 加工性と溶接性に優れたステンレス鋼
JP2004353041A (ja) 高耐食二相ステンレス鋼
RU2808643C2 (ru) Ферритная нержавеющая сталь
JP2023029224A (ja) 耐熱合金素材及びこれを加工成形した弾性部材
JP3310003B2 (ja) 加工性および耐食性に優れたＣｒ含有鋼板の製造方法
JP2021143396A (ja) オーステナイト系ステンレス鋼およびｎの上限値の算出方法
JPH07145447A (ja) 高温塩害特性などに優れたＣｒ含有鋼
JPH0641693A (ja) 自動車エギゾーストマニホールド用鋼