TW474997B - Austenoferritic stainless steel having a very low nickel content and a high tensile elongation - Google Patents

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474997 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明説明（丨） 不鏽鋼在熱處理之後，根據其冶金構造可歸爲眾多種 類。 已知者有麻田散肥粒鐵、沃斯田鐵及沃斯田肥粒鐵不 鏽鋼。 最後一種包含通常富含鉻與鎳的鋼，也就是說其鉻與 鎳含量分別大於20%與大於4%。在950°C與1150°C之間 的溫度處理之後，這些鋼的結構包含肥粒鐵與沃斯田鐵， 其比例係兩相之一相通常大於另一相30%。 這些鋼具有許多實用優點，特別是在經退火狀態，例 如在1050°C退火之後，它們所具有的機械性質，尤其是降 服應力，遠高於經退火狀態之肥粒鐵或沃斯田鐵不鏽鋼。 另一方面，這些鋼的延展性與肥粒鐵鋼的延展性程度相當 ，而比沃斯田鐵鋼爲低。 沃斯田肥粒鐵不鏽鋼的一項優點係關於焊接性質。在 焊接操作之後，這些不鏽鋼在熔化區及熱影響區中的結構 ，從肥粒鐵與沃斯田鐵角度來看，仍維持高度多相狀態， 這和沃斯田鐵鋼焊接後主要爲沃斯田鐵相反。這點造成焊 接物的高機械性質，這些性質在焊接組件必須抵抗操作之 機械應力時是符合需要的。 最後，某些包含分割精細之沃斯田鐵的沃斯田肥粒鐵 鋼，在熱緩成型期間可具有一種稱爲超塑性 (superplasticity)的高可塑性。 這些沃斯田肥粒鐵鋼也有缺點，例如，它們的高成本 ，因爲其組成具有高鎳含量，或因爲製造難度，尤其是那 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---------一裝------訂-—-----.ΰ -_ - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 474997 五、發明説明（>) 些關於高鉻含量的，例如，脆化性σ相之生成，或在熱軋後 的冷卻期間，分離成具這種鋼脆化的富鐵肥粒鐵及富鉻肥 粒鐵。 其延展性，利用周圍溫度下之拉伸率來測量，不超過 35%，造成藉由拉拔、鍛造或任何其他方法來將其加工的 困難。 在300°C以上溫度使用這種鋼時，當溫度維持超過幾 小時後也會發生脆變。 本發明之目的係開發一種沃斯田肥粒鐵鋼，其組成上 包含極低鎳含量，並具備已改良一般性質之沃斯田肥粒鐵 種類的優良性質。 本發明之主題係一種具極低鎳含量和高拉伸率的沃斯 田肥粒鐵不鏽鋼，特徵在於其具有下列重量組成： W <0.04% 0.4% < 矽 < 1·2% 2% < U < 4% 0.1%〈鎳 < 1% 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 m ϋϋ Βϋ mu —ι>ϋ Bui-— §11.1 ^ϋϋ · 1^^^ mi —ϋϋ ml 11 —ϋϋ ·ϋϋ \ 、 、ν" - 一 ϊ - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 18%〈鉻 <22% 0.05% < Μ < 4% ^ <0.03% Μ < 0.1% 0.1% < Μ < 〇.30/〇 鉬< 3% 這種鋼具有30%與70%之間沃斯田鐵的兩相結構，由是 _5_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 474997 A7 B7 五、發明説明（i )

Cr 當量=Cr% + Mo% + 1.5 Si%

Ni 當量=Ni% + 0.33 Cu% + 0·5 Μη% + 30 C% + 30 N% 其Cr當量/Ni當量介於2.3與2_75之間， 該鋼中沃斯田鐵之穩定性，係根據鋼重量組成所定義之IM 指數來控制，由下式 IM = 551 - 805 (C + N)% - 8·52 Si% - 8.57 Μη% - 12.51 Cr% - 36 Ni% - 34.5 Cu% - 14 Mo%， IM必須在40與115之間。 本發明之其他特徵有 一本組成滿足：Cr當量/Νί當量介於2.4與2.65之間的關係。 一硫含量小於或等於0.0015% ; 一本鋼之重量組成進一步包含從0.010%至0.030%的鋁； 一本鋼之重量組成進一步包含從0.0005%至0.0020%的鈣； 一本鋼之重量組成進一步包含從(λ〇〇〇5%至0·0030%的硼； 一碳含量係小於或等於0.03% ; —氮含量係介於0.12%與0.2%之間； 一鉻含量係介於19%與21 %之間； —矽含量係介於0.5%與1%之間ί 一銅含量係小於3% ; 一磷含量係小於或等於0.04%。 由以下兩個非限定實施例方式，以及一張附圖補充的 敘述，將淸楚了解本發明。 此附圖之曲線表示拉伸率性質與ΙΜ指數的關係。 本發明係關於一種包含低合金元素含量，尤其是小於 ---------士 Κ------丁---_-------^ - 、\呑 ζ -' ί (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 474997 Λ7 B7 五、發明説明（屮） 1°/。之鎳含量與小於22%之鉻含量的沃斯田肥粒鐵鋼。低鎳 含量係基於經濟與環保上的理由，而降低鉻含量，一方面 可使鋼輕易地熔化，另一方面則可避免在該鋼之製造及使 用期間發生的熱脆化。 本發明來自一項硏究計畫，根據結論其觀察到：在所 提到的鋼種類中，特定組成範圍使其能夠獲得特別的拉伸 率改良以及高降服應力。 本鋼可製造成鑄造或鍛造、熱軋或冷軋之板、棒、管 或線的形式。已製造之不同鑄件，其組成列於下表1 : ---------' 裝------訂-------!.;·:¥ - - ··. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 474997 Λ7 B7 五、發明説明（f ) 鋼的重量組成： D C B A A (低s) E F C (低S) G C (低 s,B) C 0.028 0.025 0.031 0.033 0.03 0.03 0.032 0.033 0Ό36 0.033 Si 0.538 0.525 0.485 1.055 1.06 1.10 0.575 0.494 0.947 0.538 Μη 3.718 3.747 3.786 4.073 3.89 3.99 3.847 3.825 5Ό18 3.758 Ni 0.087 0.809 0.811 0.817 0.824 0.821 0.527 0.839 0.832 0.840 Cr 18.9 19.89 20.71 21.2 21.19 20.2 19.01 19.86 18.96 19.86 Mo 0.035 0.030 0.036 0.037 0.211 0.212 0.211 0.206 0.210 0.209 Cu 0.044 0,392 0.391 0.395 0.4 0.402 1.023 0,384 3.048 0.333 35-37 17-19 33-37 37-38 32-32 26-28 〇 ppm ppm ppm ppm ppm ppm S 34 ppm 35 ppm 35 ppm 37 ppm 6 ppm 4 ppm 10 ppm 12 ppm 9 ppm 10 ppm B 14 ppm P 0.017 0.018 0.017 0.018 0.017 0.017 0.018 0.016 0.019 0.016 A1 - - - - 0.010 0.010 0.007 0.007 0.011 0.007 N 0.132 0.15 0.136 0.17 0.167 0.166 0.155 0.143 0.104 0.136 V 0.091 0.094 0Ό97 0.103 • 0.072 0.078 0.081 0.088 0.086 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 下表2列出根據IM指數及鉻當量/鎳當量比率的鋼 特徵。 D C B A A (f£ S) E F C (低s) G C (低 S3) IM 144 81 78 35 38 51 68 78 12 85 Cr當量/M當量 2.92 2.57 2.74 2.51 2.61 2.50 239 2.55 2.41 2.64 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 8 474997 Λ7 B7 五、發明説明（L) 在短程製造中，本鋼進行一種從12〇〇。〇之锻造操作 ，接著從124〇°C之熱轉化，以便得到例如厚度2·2毫米之 熱軋薄片。此薄片係於1050°C處理，然後在水中淬火。 短程製造之後，在一種所謂的長程製造中，接著可將 該熱軋薄片冷軋，再次於1040°C處理一分鐘，然後在水中 淬火。 所有列出的鋼都是由肥粒鐵與沃斯田鐵組成，除了 D 鋼進一步包含在沃斯田鐵冷卻時所形成的麻田散鐵◊這些 鋼的結構都不含碳化物與氮化物。據觀察B、C與F三種 鋼，當它們係以長程製造時，一方面具有大於或等於40% 之斷裂拉伸率，另一方面，降服應力大於450MPa而且抗 拉強度大於7〇〇MPa。再者，C鋼同時具有高降服應力及特 別高的拉伸率。 利用一種沃斯田鐵穩定指數，例如： IM = 551 - 805 (C + N)% - 8.52 Si% - 8.57 Μη% -12.51 Ci% - 36.02 Ni% - 34.52

Cu% -13.96 Mo%， 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如附圖所示，可觀察到當如上定義而與根據本發明之 鋼組成有關的IM指數在40與115之間時，這些沃斯田肥 粒鐵不鏽鋼之斷裂拉伸率會通過最大値，這表示根據本發 明之鋼有大於35%的拉伸率。 根據本發明所得之鋼板特徵係列於表J，其列出四種 鋼在剛熱軋(as-hot-rolkd)、短程製造與長程製造等不同轉 化狀態的沃斯田鐵含量。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Ad規格（210 X 297公釐） 474997 Λ7 Β*? 五、發明説明（；/ ) 表3 :沃斯田鐵含量％ 鋼 D C B A 剛熱軋 37 42 33 35 短程 41 49 39 40 長程 42 52 41 43 這些沃斯田鐵含量落在沃斯田肥粒鐵鋼所需求之30% 至70%範圍內。這些鋼分別具有根據本發明要求之Cr當量 /Ni當量比。 下表4提供根據本發明而經過兩程製備之B與C鋼， 以及根據本發明只經過長程製備之E與F鋼的機械性質， 這些性質係與本發明外之A與D鋼性質做比較◊ 裝 , ^訂： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 474997 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（名） 1 1 表4 :機械性質 1 鋼 降服應力 降服應力 拉伸率 IM 後拉伸的 請 先 閱 讀 Rp0.2% (MPa) Rm (MPa) A% 麻田散鐵 1 1 D 短程 406 804 32 144 % 背 意 事 項 1 1 1 1 I 長程 433 855 24 • 31 再 填 1 { 本 頁 装 1 C 81 1 短程 476 757 46 - 圃 1 '1 長程 501 817 43 27 1 1 1 訂 B 78 I 短程 450 668 34 - - 1 1 1 1 長程 471 714 40 - 5 E 51 、一、 短程 - - - 1 I 長程 484 737 36 - - 1 1 1 F 68 ：I 1 短程 - - - - - 二| I 長程 492 819 44 - - 1 1 1 A 35 1 1 短程 496 718 36 - - 1 I 長程 520 773 33 - 0 1 1 11 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 474997 Λ7 B7 五、發明説明（7 ) 可觀察到IM指數分別爲78、81與68 ’亦即落在40 與115之間的B、C與F三種鋼’與本發明外之A與D鋼 比起來，有特別简的拉伸率° 下表5提供由於張力對l〇40°C過度硬化鋼的效應’ 應變硬化麻田散鐵的形成率° 鋼 A B C D 沃斯田鐵之％ 43 41 52 42 分配拉伸率 25 33 37 22 後拉伸沃斯田鐵之％ 43 36 25 9 麻田散鐵之出現（％) 0 5 27 31 沃斯田鐵在拉伸期間轉 變爲麻田散鐵的分率 0 0.12 0.52 0.74 —-------養-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -一口 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在B鋼與C鋼的例子中，分別有12%與52%的起始沃 斯田鐵在拉伸期間轉變爲麻田散鐵，這使它們有良好的延 展性；相反的，A鋼中沃斯田鐵並沒有在拉伸期間轉變爲 麻田散鐵，而D鋼則有過高的沃斯田鐵轉變率，也就是 74%，這使其延展性不足。 表6與表7表示各種鋼之熱拉伸性質。 機械性質係以經退火之鍛鋼來測量。該鍛鋼係從 1200°C鍛造而得。然後將此鋼於110(TC溫度下退火30分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 474997 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（（。） 鐘。所用之拉伸試驗片係直徑8毫米、長度5毫米圓截面 之量規部分的試驗片。先將它們在1200°C或1280°C預熱 5分鐘，然後以2°C/秒冷卻降到進行拉伸之試驗溫度；拉 伸則是以73毫米/秒之速率進行。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :裝. ''.ίΛ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X 297公釐） 474997 Λ7 B7 五、發明説明（（丨） 表6 :起始溫度維持在1200°C之熱拉伸試驗中，直徑 減少之％ 試驗溫度 鋼c E F C 低s G C (低 S;B) 900°C 34 42 50 46 22 49 950°C 33 43 45 46 13 47 1000°C 36 44 42 49 24 53 1050°C 48 - 40 49 24 53 1100°C 52 - 43 54 35 59 1150°C 65 - 51 58 42 62 1200°C 69 61 68 42 65 表7 :起始溫度維持在1280°C之熱拉伸試驗中，直徑 減少之％ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 試驗溫度 鋼A E F cm s> C(低 S;B) 900°C 33 33 37 39 950°C 34 31 37 38 1000°C 35 35 38 38 1050°C 42 38 43 44 1100°C 47 43 50 54 1150°C 50 48 55 53 1200°C 62 54 63 64 1250°C 67 67 77 70 1280°C 81 77 85 76 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 474997 五、發明说明（/>) 熱延展性一般都很低，但在組成中包含少於i5xl(T4。/。 硫的鋼例子中可觀察到有改良。1000°C截面直徑減少大於 45%，對於熱軋這些鋼來說是必要的。如果於1200°C再加 熱時，C鋼(低S)及組成中含有硼之C鋼(低S ; B)可達到 這個特徵。 在極低硫含量存在下’高的熱延展性特徵可根據本發 明得到。含有35χ10_4%硫之C鋼並沒有足夠的熱延展性。 碳含量不應超過〇·〇4%，否則在熱處理後的冷卻中， 在肥粒鐵/沃斯田鐵界面會有碳化鉻析出，而損害其耐腐 蝕性。小於0.03%之碳含量可避免最低冷卻速率下這種析 出作用° 矽含量必須大於0.4%，以避免在再加熱板坯或塊料時 的過度氧化。其係限制在1.2%，以避免在熱轉化期間，幫 助金屬間化合物或□相的脆化析出。矽含量較佳係在〇·5% 與1%之間。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 錳含量可不超過4%，以避免製造上的困難◊然而， 2%之最小含量對製造沃斯田鐵鋼是必要的，同時容許引入 大於〇.1°/。氮，而不超過固化期間之氮溶解度的極限。 鎳含量刻意限制在1%是因爲經濟因素，也爲了限制於 氯化物介質中之應力腐蝕。 此外，國際方向目標都放在減少物質中鎳的釋出’尤 其是在水域中或與皮膚接觸的情況中。 鉬可選擇性地來添加，以改良耐腐蝕性；其效果僅增 加到3%以上，而且，鉬容易增加由於□相生成的脆化，因 ______15____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 474997 五、發明説明（I；)) 此必須限制其添加。 加入銅對增加沃斯田鐵含量特別有效。4%以上’熱乳 缺陷就會出現，這些乃由於富含銅之固化偏析的結果°加 入銅也會由於400°c與600。(：之間的熱處理’而使肥粒鐵 相硬化，而且使用中可能會有殺菌或除霉的效果° 硫含量必須限制在〇·〇3〇%，以使鋼可焊接而不產生熱 裂。小於0.0015%之硫含量顯著改良熱延展性以及熱軋的 品質。這種低含量可藉由控制鈣與鋁的使用而獲得’以得 到所需範圍的Ca、Α1與S含量。 5至30χ10·4%之硼含量也能改良熱延展性° 磷含量係小於0.1%，且較佳係小於0·04%，以避免焊 接期間的熱裂解。 氮含量由於鋼產生時於鋼中之溶解度，自然限制在 0.3% 〇 如果錳含量小於3。/。，則氮含量較佳應小於0.2%，爲 了獲得大於30%之沃斯田鐵數量，最少之氮含量是必 須的，。 鉻含量低到足以避免在熱轉化期間，因σ相以及肥粒 鐵一肥粒鐵分離的脆化。根據本發明之銘含量，也允許在 700°C與ιοοοπ間之適當溫度中超可塑性成型，而不會生 成脆化之σ相，這和一般用來熱塑性成型的沃斯田肥粒鐵 等級相反。 3〇至70%之沃斯田鐵含量是必須的，以便獲得高機械 性質，亦即，在所製之鋼與焊件上有大於400MPa之降服 ____16______ ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ — ---------:裝------訂^-------^ Ί « - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 474997

五、發明説明（丨f) 應力，此焊件必須要硬且韌，並有大於20%之沃斯田鐵含 量。爲達到這點，可滿足的Cr當量/Ni當量比係在2·3與 2.75之間，且較佳係在2.4與2.65之間。如果ΙΜ指數在 40與115之間，即可得到大於35%之拉伸率，而根據本發 明之鋼在這些條件下有良好的拉拔特徵。 根據本發明之鋼，特別要用在拉拔然後焊接在一起的 鋼片，例如推進劑貯槽，或用來盛裝其他特別可用在汽車 安全氣囊裝置之火藥反應物；需要具高延展性鋼的應用， 以便塑形之；以及在提到用途中所需之相同高降服應力的 基底金屬與焊件。 其亦特別要用於軋過然後焊接的鋼板來製造鋼管，這 些特別能夠用於建造固定或結合於汽車的機械結構上。這 些鋼管可利用稱爲液壓成形的高壓成型加工法來塑形。 ^^^1 —ϋ ^i_n t§a. ϋ·ϋ ·ϋι^— 111 (, >ϋϋ mi —^ϋ>— i^m m nil— 一^Μϋ·— ϋϋ·« —τϋ * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）

Claims (1)

1. 474997

   正, AR B8 C8 申請專利範圍 1· 一種具極低鎳含量和高拉伸率之沃斯田肥粒鐵不鏽 鋼，其特徵在於下列重量組成： 碳 < 0.04% 0.4% < 矽 < 1.2% 2%〈錳 < 4% 0.1%〈鎳 < 1% 18%〈鉻 < 22% 0.05% < 銅 < 4% 硫 < 0.03% 磷 < 0.1% , 0·1ο/〇〈氮 < 0.3% 鉬< 3% 這種鋼具有30%與70%之間沃斯田鐵的兩相結構，以致於 Cr 當量=Cr% + Μο°/〇 + 1.5 Si% Ni 當量=Ni% + 0.33 Cu% + 0.5 Μη% + 30 C% + 30 N% 其Cr當量/Ni當量介於2·3與2.75之間， 經 齊 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該鋼中沃斯田鐵之穩定性係由根據鋼重量組成所定義 之ΙΜ指數來控制，由下式 ΙΜ = 551 - 805 (C + Ν)% - 8.52 Si% - 8.57 Μη% -12.51 Cr% - 36 Ni% - 34.5 Cu% - 14 Mo% IM必須在40與115之間。 2·根據申請專利範圍第1項之沃斯田肥粒鐵不鏽鋼， 其中該組成滿足：Cr當量/Ni當量介於2.4與2.65之間 4· σ tic ffl tfa 051 sa 它 准广r^NTC、ΔΖ 涵 i夂 f 91Π X 9Q7 兹、 474997 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 六、申請專利範圍 的關係。 3·根據申請專利範圍第1或2項之沃斯田肥粒鐵不鏽 鋼，其中硫含量係小於或等於0.0015%。 4.根據申請專利範圍第1或2項之沃斯田肥粒鐵不鏽 鋼，其中該鋼之重量組成進一步包含從〇·〇1〇%至〇·〇3〇°/〇 的鋁。 5·根據申請專利範圍第1或2項之沃斯田肥粒鐵不鏽 鋼，其中該鋼之重量組成進一步包含從0.0005%至 0.0020% 的鈣。 6·根據申請專利範圍第1或2項之沃斯田肥W鐵不鎌 鋼，其中該鋼之重量組成進一步包含從0.0005°/。至 0.0030°/。的硼。 7·根據申請專利範圍第1或2項之沃斯田肥粒鐵不鏽 鋼，其中碳含量係小於或等於0.03%。 8·根據申請專利範圍第1或2項之沃斯田肥松鐵不鎌 鋼，其中氮含量係在0.12。/。與0.2%之間。 9·根據申請專利範圍第1或2項之沃斯田肥粒鐵不鏽 鋼，其中鉻含量係在19°/。與21%之間。 10·根據申請專利範圍第1或2項之沃斯田肥^!鐵不鎌 鋼，其中矽含量係在0.5。/。與1%之間。 11·根據申請專利範圍第1或2項之沃斯田肥粒鐵不鏽 鋼，其中銅含量係小於3%。 I2·根據申請專利範圍第i或2項之沃斯田肥粒鐵不鏽 鋼，其中磷含量係小於或等於0.04%。 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂 ----，----線"^^· (請心閱讀背面之注意事項再填寫本頁)