TWI433936B - 沃斯田鋼物件之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種製造延性、高強度沃斯田(austenitic)不銹鋼物件之方法,在此方法中物件之機械性質於至少一階段熱處理中獲得改良。
沃斯田不銹鋼之高變形及短暫退火使其可形成細晶粒麻田散(martensitic)及沃斯田晶粒結構,其可獲得具高強度及延性的優異機械性質。此現象描述於,例如,Somanl M. C.等人,逆退火冷軋17Cr-7Ni型沃斯田鋼之微結構及機械性質(Microstructure and mechanical properties of reversion-annealed cold-rolled 17Cr-7Ni type austenitic steels),於不銹鋼2005年第五屆歐洲會議不銹鋼科學及市場(Stainless Steel' 05. 5th European Congress Stainless Steel Science and Market)上提出,西班牙塞維爾市(Seville)2005年9月27-30日,37-42頁中。根據此文件,將沃斯田鋼條冷軋,且此冷軋可促進麻田散體的形成。在溫度高於700℃下的短暫線上退火處理可形成延性麻田散體與超細沃斯田體的雙相微結構。即使係對於35-45%的冷軋縮量,亦可容易地獲得超細沃斯田體。藉由雙相微結構,可獲得1000 MPa之降服強度及36%之總伸長率。
日本專利申請案04-063247描述一種高強度及高延性的不銹鋼,其經冷軋作為轉變為麻田散體單相微結構的相
轉變處理。其後使鋼接受在600至900℃之溫度範圍內的熱處理,以使微結構形成為沃斯田體單相或形成為沃斯田體與麻田散體之混合相。接著使鋼再次接受麻田散體轉變處理,並接受在600至900℃之溫度範圍內的熱處理。因此,形成由沃斯田體單相或沃斯田體與麻田散體之混合相所製成的微結構,且其具有晶粒大小之最大值為1微米的微細晶粒。
日本專利申請案07-216451描述一種具有耐熔接軟化性、高強度及高延性之不銹鋼的製造。此鋼具有由麻田散體相及沃斯田體相所組成的雙相微結構。於產生3%或以下之變形後,在400-600℃之溫度範圍內進行熱處理歷時30分鐘或以下。隨後0.2%安全限應力(proof stress)係高於900牛頓/平方毫米。
此參考文獻描述來自對扁平產物(諸如板、薄片或條狀物)所作試驗之結果,因此,特性值之分佈對整個經處理之物件基本上係均勻。
本發明之目的係要獲致一種製造沃斯田不銹鋼物件的改良方法,該物件具有一至少部分彎曲的內部及/或外部形狀,且此物件於至少一階段熱處理中經處理,而獲得延性及高強度的良好機械性質。本發明之基本特徵羅列於隨附之申請專利範圍中。
根據本發明,先將沃斯田不銹鋼條冷加工,最好係經輥
軋以促進微結構中之麻田散體相的形成,已知麻田散體之形成有利於延性及高強度的期望機械性質。於冷加工後,將鋼條成形為具有至少一個具有彎曲或弧形外部及/或內部形狀之區域的期望物件。使成形物件進一步逆退火,以使麻田散體回復成為沃斯田體,且使物件之至少該彎曲或弧形區域獲致微細及延性的晶粒結構。此外,使物件於逆退火期間及/或於逆退火之後作為獨立階段達成硬化效應。硬化效應係藉由加工硬化及/或烘烤硬化所進行。當採用烘烤硬化時,烘烤硬化可增進應變老化,且亦在逆退火之效應較小的區域中提高物件之強度。
待根據本發明之方法處理之鋼條的原料係除了鐵之外,尚包含15-22重量%鉻、1-10重量%鎳及0.5-20重量%錳及0.01-0.1重量%碳(最好係0.01-0.05重量%碳)作為主成分的沃斯田不銹鋼。
沃斯田不銹鋼條可有利地經輥軋形成為期望物件,但亦可例如藉由彎曲進行成形。當沿縱向自橫剖面觀看時,物件的形狀可為圓形、橢圓形、方形、矩形或此等形狀之至少兩者的組合或一些其他的幾何形體,以致形狀為至少部分彎曲或弧形。管狀(tube)係一較佳的物件形狀,但其他物件形狀亦為較佳。於物件之縱向中的封閉形狀較佳係經由熔接達成,但亦可使用任何其他的機械結合方法。物件於其縱向中亦可為至少部分敞開。此外,物件可具有至少兩個於縱向中彼此緊鄰或於橫向中彼此相鄰的至少部分彎曲或弧形區域,該等區域係經由在連接區域之水平或垂
直或傾斜位置中之基本上平坦的部分彼此相連。
根據本發明,先將沃斯田不銹鋼條冷軋,以促進微結構中之麻田散體相的形成。軋縮程度係在5-50%之間,最好係在10-30%之間。於輥軋後,鋼條中之麻田散體的部分係在10-50%之間,最好係在15-35%之間,而其餘部分係變形的沃斯田體相。接著將經冷軋的雙相鋼條成形成期望物件之形式,其之外部及/或內部為至少部分彎曲或弧形。於物件的成形期間,鋼條的不同區域以不同的軋縮程度變形,且麻田散體含量係與軋縮程度成比例。比方說,若成形物件為一管,則管之內部區域較管之外部區域變形地更多,且在此情況,當自縱向觀看時物件的橫剖面為方形,方形物件的角落較方形物件的平直區域變形地更多。將具有麻田散體含量30-60%(最好係40-50%)之物件之變形更多的區域進一步地加工硬化。使具有麻田散體低於30%之物件之變形較少的區域於逆退火期間或於逆退火後之獨立的烘烤退火處理期間進行烘烤硬化。在較佳進行獨立烘烤退火處理的情況中,對整個物件本身達成處理。獨立烘烤退火可確保當需要時橫越物件橫剖面之烘烤硬化及基本上均勻的機械性質。
使成形物件自誘發麻田散體回到沃斯田體的逆退火係於500-900℃之溫度範圍內(最好係在700-800℃下)進行5-60秒,最好係10-20秒。獨立烘烤退火處理較佳係於逆退火之冷卻階段中在100-450℃之溫度範圍內進行1-60分鐘,最好係在150-250℃之溫度範圍內進行5-20
分鐘,且更好係在160-200℃之溫度範圍內進行10-15分鐘。獨立的烘烤退火處理亦可於經逆退火之物件先冷卻至室溫,接著再加熱至烘烤硬化之期望溫度之後進行。
將由除鐵之外尚包含17.7重量%鉻及6.5重量%鎳及0.02重量%碳作為主成分之沃斯田不銹鋼等級1.4318(AISI 301LN)製得之鋼條根據本發明進行處理,以獲致改良的延性及高強度。先使用15%之軋縮程度將沃斯田鋼條冷軋,以形成麻田散體,以致鋼條之微結構為含有約30%麻田散體及其餘為沃斯田體的雙相。
將雙相鋼條進一步輥軋成管形,以致鋼條的相對邊緣經由熔接而彼此連接。因此,根據本發明進一步加工的管具有至少一個外部及內部彎曲或為弧形的區域。將含有雙相微結構的管轉移至於700℃溫度下之逆退火,退火時間為10秒。於此逆退火後,管之變形更多的區域具有微細晶粒、緊密且延性的微結構,且降服應力達到1000-1200MPa之程度。
視需要使經逆退火之管於溫度170℃下進行烘烤退火10分鐘,以改良當降服應力達到1000-1200 MPa程度時之管之變形較少區域的性質。
經由以9%之厚度縮減量輥軋將具有含17.5重量%鉻、6.5重量%鎳、1.11重量%錳、0.14重量%氮及0.026重量%碳及其餘之鐵和未明示雜質之化學組成的不銹鋼條冷加
工。於此階段,原始降服強度自360 MPa增加至650 MPa。經冷加工材料的破裂伸長率為A50
=32%。
將經冷加工之鋼條成形成於縱向中具有矩形橫剖面的中空截面,且局部變形使得物件成為部分麻田散體。測得的麻田散體比率視所得之局部變形而為3-50%。於中空截面的角落上存在最高的變形及麻田散體比率。
於850℃溫度下於1秒內之快速熱處理足以達成麻田散體-沃斯田體逆轉,以回復機械性質。於物件之變形最多的角落中達到980 MPa之最終降服強度且破裂伸長率A10
=42%。
經由適當地調整熱處理,中空截面之變形較少的部分同時地進行烘烤退火及逆退火。物件的此等部分具有低於450℃之溫度,且獲得強度增加。在此情況,未見需要獨立的烘烤硬化,但當需要再更佳之機械性質時,可使用在170℃下之獨立的烘烤硬化。
Claims (16)
- 一種製造沃斯田鋼物件之方法,其係自沃斯田(austenitic)不銹鋼條製成延性、高強度沃斯田不銹鋼物件,在此方法中將鋼條冷加工以促進麻田散體(martensite)之形成為鋼條之微結構,且將該具有雙相微結構之鋼條作進一步加工,其特徵在於將該鋼條成形為具有至少一彎曲或弧形區域之期望物件,且於該物件之成形期間,鋼條的不同區域以不同程度變形,且使期望物件逆退火,以使麻田散體回復為沃斯田體形式,且達成硬化效應,以使物件之至少該彎曲或弧形區域具有基本上微細的晶粒微結構,其中,該逆退火係在500-900℃之溫度範圍內進行5-60秒。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該逆退火係在700-800℃之溫度範圍內進行10-20秒。
- 如申請專利範圍第1或2項之方法,其中,該硬化效應係藉由加工硬化而達成。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,於該硬化效應係藉由烘烤退火而達成。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中,該烘烤退火係在100-450℃之溫度範圍內進行1-60分鐘。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中,該烘烤退火係在150-250℃之溫度範圍內進行5-20分鐘。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中,該烘烤退火係在160-200℃之溫度範圍內進行10-15分鐘。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中,該硬化效應係藉由於逆退火期間的烘烤退火而達成。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中,該硬化效應係藉由於逆退火之後的烘烤退火而達成。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該物件於縱向之橫剖面係為圓形。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該物件於縱向之橫剖面係為橢圓形。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該物件於縱向之橫剖面係為方形。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該物件於縱向之橫剖面係為矩形。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該物件於縱向之橫剖面係包括圓形、橢圓形、方形或矩形之形狀中之至少兩者的組合。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中,該鋼條材料除了鐵之外,尚包含15-22重量%鉻及1-10重量%鎳及0.5-20重量%錳及0.01-0.1重量%碳,以作為主成分。
- 如申請專利範圍第15項之方法,其中,該鋼條材料除了鐵之外,尚包含15-22重量%鉻及1-10重量%鎳及0.5-20重量%錳及0.01-0.05重量%碳,以作為主成分。
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