CN101812641B

CN101812641B - 一种铁素体不锈钢

Info

Publication number: CN101812641B
Application number: CN 200910046645
Authority: CN
Inventors: 张鑫; 孙全社; 杜伟
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Desheng Stainless Steel Co., Ltd.
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: CN101812641A

Abstract

一种铁素体不锈钢，其重量百分比组成为：C：≤0.02％，Si：0.30％～0.60％，Mn：0.20％～0.40％，S：≤0.01％，P：≤0.05％，Cr：16.0％～18.0％，N：≤0.02％，Mo：0.4％～1％，Nb：0～0.06％，Ti：0.05％～0.25％，Ti％≥4×Nb％，其余为Fe和不可避免的杂质。该铁素体不锈钢的制造方法包括：电炉-AOD-VOD三步法冶炼；经浇铸-热轧-退火酸洗-冷轧-退火酸洗；根据Thermo-calc相图计算出M₂₃C₆、σ相以及χ相的理论析出温度，取这三种析出相析出温度的最高值x℃；热轧退火温度为最高理论温度x℃加上50℃～100℃，退火时间为2min～4min；冷轧退火温度为最高理论温度x℃加上100℃～150℃，退火时间为1～3min；退火后采用空冷。得到的含Mo铁素体不锈钢具有优良的防腐蚀性和成型性，可以广泛应用于家电行业。

Description

一种铁素体不锈钢

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢及其制造方法，特别是涉及含Mo铁素体不锈钢及其制造方法。

背景技术

铁素体不锈钢在家电等行业的用途十分广泛。从微波炉内外壳、洗衣机内桶、电饭煲、电热水器内胆、电热水瓶等种类繁多的家用电器，到洗碗机、烤箱、灶具、消毒碗柜等厨卫设备、餐具、五金产品。我国是一个家电生产大国，但目前主要使用304奥氏体不锈钢和430铁素体不锈钢，而国外如美国和日本则以铁素体钢为主。因此，在我国铁素体不锈钢在家电行业有着巨大的应用空间。与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢存在耐腐性，成型性较差的缺点。

在铁素体不锈钢中加Mo能有效提高其耐蚀性和强度，但Mo的加入容易在基体中析出σ相、χ相等金属间化合物，增加钢的脆化敏感性，降低钢的塑韧性和耐蚀性，因此对于含Mo铁素体不锈钢，控制σ相、χ相以及M₂₃C₆在基体中的析出显得尤为重要。

SUS430不锈钢(D-1)是较为常用的铁素体不锈钢，该钢种成分体系为C≤0.12％；Si≤0.75％；Mn≤1.00％；P≤0.04％；S≤0.03％；Ni≤0.6％；Cr：16％～18％。该钢种存在析出物多，耐蚀性差，延伸率及r值低等缺点。

B430LNT(D-2)是采用铌钛双稳的超低碳氮铁素体不锈钢，该钢种成分体系为C≤0.015％；N≤0.015％；Si≤0.75％；Mn≤1.00％；P≤0.04％；S≤0.03％；Cr：16％～18％；Ti≤0.15％；Nb≤0.15％。该钢种由于碳氮含量很低，并且添加铌钛稳定化元素，所以析出物较少，但该钢种不含Mo元素，耐蚀性能不足，点蚀电位＜200mv，不能满足很多家电行业的需求。

00Cr18Mo2Ti(D-3)是添加高Mo的中铬铁素体不锈钢，该钢种成分体系C≤0.02％；N≤0.02％；P≤0.03％；S≤0.02％；Cr：18％～19％；Ti：≥10×(C+N)％≤0.4％；Mo：1.5％～2.5％。该钢具有较好的耐腐蚀性能和较高的屈服强度，但由于含Mo较高，基体中第二相的析出很难控制，因此成型性受到一定限制，塑性应变比r＜1.2，不能满足很多家电制品对成型性的要求。

由日新制钢株式会社在中国申请的公开号为CN1572895A的专利申请(D-4)公开了一种具有优良成形性的铁素体不锈钢板及其生产方法，该铁素体不锈钢的组成为：最高分别为0.02质量％的C、0.8质量％的Si、1.5质量％的Mn、0.050质量％的P、0.01质量％的S及8.0-35.0质量％的Cr、最高为0.05质量％的N、0.05-0.40质量％的Ti和0.10-0.50质量％的Nb，且(％Ti×％N)的乘积小于0.005。该钢在800℃或更低的终点温度热轧一板坯，在450-1080℃范围对热轧不锈钢板进行退火，对热轧钢板进行冷轧同时伴随至少一个中间退火步骤，该中间退火的温度在再结晶温度到再结晶温度以下100℃的温度范围内，接着在1080℃或更低的温度对冷轧钢板进行最终退火。该铁素体不锈钢基体中除TiN外其它颗粒尺寸为0.15μm或更大的沉淀物按5000-50000/mm²的比例分布在钢基质中。需要指出的是该发明将Mo作为一种可选元素，虽然该发明也具有优良的成型性，但作者并未指出加入Mo以后如何解决耐蚀性提高但成型性下降的问题。

新日本制铁株式会社在日本的专利申请特开2004-307901(D-5)公开了一种具有优良可制造性的含Mo铁素体不锈钢及其生产方法，而且用于汽车排气管及汽车燃料管等。该含Mo铁素体不锈钢的成分包含了合适的C、N、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Ni、Mo、Al、和Ti，并且满足100P％+Mo％≤3.5％，Si％+Mn％+Ni％+Cu％≤0.5％。该发明最终成品的晶粒度在7到10级。该发明通过控制元素含量满足一定的公式来减少钢种析出相的产生，并通过控制晶粒度来提高钢材的性能，但需要指出的是在现实生产中，要精确元素的含量满足一定的公式并非一件容易的事情，另外该发明中含有Cu、Ni等贵金属，无疑增加了该发明的成本。

传统家电用铁素体不锈钢耐蚀性和成型性之间有一定冲突，提高耐蚀性往往会降低其成型性，因此，需要一种既保持良好的成型性，又能克服家电用铁素体不锈钢耐蚀性与成型性之间的矛盾的这样一种铁素体不锈钢，以广泛应用于家电等行业。

发明内容

本发明提供一种含Mo铁素体不锈钢，使其具有低析出倾向，从而既保持良好的成型性，又能克服铁素体不锈钢耐蚀性与成型性之间的矛盾。

为实现该目的，本发明的铁素体不锈钢，其重量百分比组成为：

C：≤0.02％，优选地，C为0.005％～0.02％，

Si：0.30％～0.60％，

Mn：0.20％～0.40％，

S：≤0.01％，

P：≤0.05％

Cr：16.0％～18.0％，

N：≤0.02％，优选地，N为0.007％～0.02％，

Mo：0.4％～1％，

Nb：0～0.06％，优选地，Nb：0～0.05％，

Ti：0.05％～0.25％，而且Ti％≥4×Nb％，

其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明中选取以上组成的理由如下：

C和N：总的来说，碳和氮在铁素体不锈钢中是不受欢迎但又不能避免的重要元素，铁素体不锈钢性能上的很多缺点，例如，韧脆转变温度高，缺口敏感性大，耐蚀性差都与铁素体不锈钢中的碳氮有关。碳和氮之所以无法避免是因为大气中含有很高的氮，且炼钢用原材料中也含有碳。在冶炼过程中若要完全去除是非常困难的。在本发明中，碳和氮也是非常有害的元素，它们能促进M₂₃C₆以及含Mo相的析出，降低本发明的耐蚀性以及成型性，因此在本发明应该尽量减小碳、氮的含量。对于一般的三步法冶炼超低碳氮铁素体不锈钢，均要求C≤200ppm，N％≤200ppm。本发明中适宜的控制范围为C≤0.02％，N≤0.02％；优选地C：0.005％～0.02％，N：0.007％～0.02％。

P和S：P和S都是有害元素，P对于热加工性是有害的，而S会在晶粒边缘分离，并使晶粒边缘变脆。另外MnS的形成也对钢的耐蚀性及其有害。因此P和S的含量应该在现有炼钢能力的基础上尽量偏低。本发明在符合现场生产的基础上将P、S含量定为S：≤0.01％，P：≤0.05％

Cr：铬是使铁素体不锈钢具有铁素体组织并且具有良好耐蚀性的主要作用，在铁素体不锈钢中，铬量的增加对其组织的主要影响是加速α’相和σ相的形成和沉淀并使钢的铁素体晶粒更加粗大。由于家电用铁素体不锈钢一般对成型性有较高的要求，所以本发明铬含量不能太高以防止α’相和σ相的形成和沉淀对成型性产生有害的影响，铬太低又会对耐蚀性产生较大影响，故本发明中铬含量控制在16％～18％。

Mo：Mo是铁素体不锈钢中仅次于Cr的重要元素，铁素体不锈钢中随着Mo含量的提高，钢更容易获得纯铁素体组织，更加促进α’相、σ相，特别是χ相的析出。Mo的加入可以通过固溶强化使铁素体不锈钢的硬度、强度提高，塑性下降，进一步提高铁素体不锈钢的脆性转变温度和缺口敏感性，降低钢的韧性。Mo同时是提高铁素体不锈钢耐蚀性，特别是耐点蚀和缝隙腐蚀的重要元素。因此，要想最大限度地提高Mo在铁素体不锈钢中的有益作用，关键是要在加入Mo的同时减小α’相、σ相、χ相以及其它析出相的析出倾向，获得低析出倾向的含Mo铁素体不锈钢。通过实验证实较低的Mo含量不能有效提高铁素体基体的耐蚀性，而较高的Mo含量又会促使第二相的析出，因此本发明中Mo含量控制在0.4％～1.0％。

Nb和Ti：Nb和Ti是较强的铁素体形成元素，在Fe-Cr相图中可使α+γ/α相界向低Cr方向移动。因此，含铌、钛的铁素体不锈钢一般均为单一的纯铁素体组织。另外，铌和钛还是重要的稳定化元素，它们与铁素体不锈钢中的C、N结合形成Nb、Ti的碳氮化物，从而抑制钢中铬的碳氮化物的形成，从而提高铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀性能，同时避免其它析出相如M₂₃C₆以及含Mo相的析出。由于Nb的价格远高于Ti，因此工业应用的大多单加Ti，本发明中加入微量的Nb可以起到细化晶粒以及提高等轴晶比例的作用，从而提高本发明的成型性。考虑到Nb和Ti在本发明中所起的作用不同，因此其成分范围分别为Nb：0～0.06％，优选为0～0.05％，Ti：0.05％～0.25％，而且Ti％≥4×Nb％。

由于本发明的铁素体不锈钢，加入适量的Mo，使其具有比传统家电用430铁素体不锈钢更好的耐蚀性，又由于其基体具有低析出倾向，使其保持了良好的成型性，克服了铁素体不锈钢耐蚀性与成型性之间的矛盾，从而可用于家电行业。

本发明的铁素体不锈钢可利用现有不锈钢生产线，经电炉-AOD-VOD三步法冶炼，再经浇铸-热轧-退火酸洗-冷轧-退火酸洗后得到。

值得注意的是在本发明的生产工艺中，热处理过程很关键，热轧退火及冷轧退火均在根据Thermo-calc相图计算出的M₂₃C₆、σ相以及χ相的理论析出温度，特别是最高理论温度作为指导来进行。

Thermo-calc相图由Thermo-calc软件得到。Thermo-calc软件是由瑞典的Thermo-Calc Software公司研发的一款用于计算热力学和模拟扩散控制的软件，目前已经广泛应用于材料学中，对于帮助科研人员了解多合金***的相图有重要的指导作用。

首先根据Thermo-calc相图计算出M₂₃C₆、σ相以及χ相的理论析出温度，假如这三种析出相析出温度的最高值为x℃，则在热轧退火过程中实际热轧退火温度控制在最高理论温度x℃加上50℃～100℃，退火时间控制在2min～4min；在冷轧退火过程中，实际冷轧退火温度控制在最高理论温度x℃加上100℃～150℃，退火时间为1min～3min，退火后采用空冷。

优选地，最高理论温度x℃为700℃～1000℃，因此，优选热轧退火温度为750℃～1100℃，更优选850℃～1050℃；优选冷轧退火温度为800℃～1150℃，更优选900℃～1100℃。

优选地，冷轧退火时间控制在1min～2min。

本发明的铁素体不锈钢是在SUS430铁素体不锈钢成分的基础上，降低C、N、S的含量，添加双稳定元素Nb、Ti，并添加0.4％～1％的Mo，采用Thermo-calc软件计算该成分不锈钢中高温下σ相、χ相以及M₂₃C₆在基体中的析出温度，在热轧退火和冷轧退火中均采用高于析出温度的温度进行退火。适当延长退火时间，尤其是热轧退火的退火时间，采用该成分和热处理工艺下的铁素体不锈钢具有以下优点：

(1)基体从高温到低温为单一的铁素体组织，常温下组织析出物很少；

(2)与一般铁素体不锈钢相比，具有优良的力学性能和成型性，其中抗拉强度Rm为450MPa～550MPa，屈服强度Rp0.2为250MPa～350MPa，延伸率δ为37％～42％，塑性应变比r值为1.2～1.8；

(3)与一般铁素体不锈钢相比，具有优良的耐蚀性，尤其是耐点蚀性能，其中点蚀电位为200mv～300mv。

其中，力学与成形性的测量方法参见国标GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》；点蚀电位的测量方法参照国标GB/T 17899-1999《不锈钢点蚀电位测量方法》。

与目前市面上常用的中铬铁素体不锈钢SUS430相比，本发明由于添加了Mo，同时又控制了σ相、χ相以及M₂₃C₆在基体中的析出，同时又严格控制碳和氮含量，使其在塑性、成型性和耐蚀性等方面均优于SUS430。与市面上的00Cr18Mo2Ti相比，本发明虽然耐蚀性方面有所逊色，但是由于控制了σ相、χ相以及M₂₃C₆在基体中的析出，在塑性与成型性方面又有很大优势，且合金成本大大低于00Cr18Mo2Ti。

本发明加入适量的Mo，并且利用Thermo-calc软件计算该成分体系下的M₂₃C₆以及σ相等含Mo析出相的析出温度，并将该温度作为退火处理的指导温度，以最大限度降低M₂₃C₆以及含Mo析出相的析出倾向。最终使该钢种基体非常干净，并且晶粒度在6～7级，使其具有优良的成型性和耐蚀性。

家电用不锈钢对耐蚀性和成型性要求比较高，由于铁素体不锈钢在耐蚀性和成型性之间往往存在冲突，不能满足家电用钢的需求，目前家电用不锈钢采用奥氏体不锈钢较多。按照本发明，可以得到耐蚀性和成型性都比较优异的铁素体不锈钢，从而进一步扩大铁素体不锈钢在家电等行业的应用范围。

附图说明

图1是本发明的铁素体不锈钢的热处理过程示意图，其中细线为冷轧退火，粗线为热轧退火。

图2A是对比例2的金相组织(500X)图。

图2B是对比例2的扫描电镜(SEM)图。

图2C是对比例2的能谱(EDS)图。

图3A是对比例3的金相组织图(500X)。

图3B是对比例3的扫描电镜(SEM)图。

图3C是对比例3的能谱(EDS)图。

图4是对比例4的金相组织图(500X)。

图5A是实施例1的金相组织图(500X)。

图5B是实施例1的扫描电镜(SEM)图。

图5C是实施例1的能谱(EDS)图。

图6A是实施例2的金相组织图(500X)。

图6B是实施例2的扫描电镜(SEM)图。

图6C是实施例2的能谱(EDS)图。

具体实施方式

以下通过具体实施例较为详细地介绍本发明及其效果。

本发明的含Mo铁素体不锈钢是利用现有的不锈钢生产线，将由成分构成的钢：C：0.005％～0.02％，Si：0.30％～0.60％，Mn：0.20％～0.40％，S：≤0.01％，P：≤0.05％，Cr：16.0％～18.0％，N：0.007％～0.02％，Mo：0.4％～1％，Nb：0～0.05％，Ti：0.05％～0.25％，Ti％≥4×Nb％，其余为Fe和不可避免的杂质，经过电炉-AOD-VOD三步法冶炼，再经浇铸-热轧-退火酸洗-冷轧-退火酸洗后得到。

图1是本发明的热处理过程的示意图，其中细线为冷轧退火，粗线为热轧退火。

在热轧退火及冷轧退火过程中，退火温度是根据Thermo-calc相图计算出的M₂₃C₆、σ相以及χ相的理论析出温度，再以这三种析出相析出温度的最高值x℃基础上，实际热轧退火温度为最高理论温度x℃加上50℃～100℃，较好是850～1050℃，退火时间为2min～4min，实际冷轧退火温度为最高理论温度x℃加上100℃～150℃，较好是900～1100℃，退火时间为1～3min，较好是1～2min；退火后采用空气冷却。这样得到的铁素体不锈钢具有优异的防腐蚀性和成型性。

表1中所示是实施例1～9和对比例的铁素体不锈钢组成及工艺条件。其中，对比例1～3是本发明以外的成分含量和工艺参数。

从表1中的数据可以看出本发明的成分及工艺得到的含Mo铁素体不锈钢兼具防腐蚀性和成型性。而且与一般铁素体不锈钢相比，具有优良的力学性能和成型性，其中抗拉强度Rm为450MPa～550MPa，屈服强度Rp0.2为250MPa～350MPa，延伸率δ为37％～42％，塑性应变比r值为1.2～1.8；

表2是本发明的铁素体不锈钢与现有技术的铁素体不锈钢的对比结果。从表2中可以看出，本发明的含Mo铁素体不锈钢与现有技术的不锈钢比，其优点是兼具优异的防腐蚀性和成型性。

图2A是对比例2的金相组织(500X)图；图2B是对比例2的扫描电镜(SEM)图；图2C是对比例2的能谱(EDS)图。

从图2A的金相组织图可以看出，对比例2的金相组织中有非常多的沿轧向分布的析出物。从图2B的扫描电镜和图2C的能谱分析，可知这些析出物为Fe、Cr、Mo的复合析出物，因此，可以判断这些析出相为不锈钢中，尤其是含Mo不锈钢中常见的σ相、χ相以及M₂₃C₆等金属间化合物。

图3A是对比例3的金相组织图(500X)；图3B是对比例3的扫描电镜(SEM)图；图3C是对比例3的能谱(EDS)图。

同样，从图3A的金相组织图可以看出，对比例3的金相组织中有非常多的沿轧向分布的析出物。从图3B的扫描电镜和图3C的能谱分析，可知这些析出物为Fe、Cr、Mo的复合析出物，因此，可以判断这些析出相为不锈钢中，尤其是含Mo不锈钢中常见的σ相、χ相以及M₂₃C₆等金属间化合物。

图4是对比例4的金相组织图(500X)。

从图4A的金相组织图可以看出，对比例4的金相组织中有非常多的沿轧向分布的析出物。

图5A是实施例1的金相组织图(500X)；图5B是实施例1的扫描电镜(SEM)图；图5C是实施例1的能谱(EDS)图。

从图5A的金相组织可以看出，该实施例的金相组织非常干净，几乎为单一的铁素体组织。根据图5B的扫描电镜和图5C的能谱分析，可知在实施例1铁素体基体中没有σ相，χ相以及M₂₃C₆等金属间化合物的析出，仅分布有一些TiN颗粒。在铁素体不锈钢中，Ti往往优先和钢中的碳氮结合，形成TiN或TiC，起到固定碳氮的作用，防止钢中Cr的析出，提高基体的耐腐蚀性。

图6A是实施例2的金相组织图(500X)；图6B是实施例2的扫描电镜(SEM)图；图6C是实施例2的能谱(EDS)图。

同样，从图6A的金相组织可以看出，该实施例的金相组织非常干净，几乎为单一的铁素体组织。根据图6B的扫描电镜和图6C的能谱分析，可知在实施例2铁素体基体中没有σ相，χ相以及M₂₃C₆等金属间化合物的析出，仅分布有一些TiN颗粒。在铁素体不锈钢中，Ti往往优先和钢中的碳氮结合，形成TiN或TiC，起到固定碳氮的作用，防止钢中Cr的析出，提高基体的耐腐蚀性。

对于实施例3～9没有一一列出其测试结果，但同样可以得到基体析出相少，耐蚀性和成型性优良的结果。

虽然以上是通过具体实施例对本发明进行了较为具体和详细的说明，但不仅仅限于这些实施例，在不脱离本发明的构思的情况下，还可以有更多变化的实施例，这些变化仍然属于权利要求所要求保护的范围中。

Claims

1.一种铁素体不锈钢，其重量百分比组成为：

C：≤0.02％，Si：0.30％～0.60％，Mn：0.20％～0.40％，S：≤0.01％，P：≤0.05％，Cr：16.0％～18.0％，N：≤0.02％，Mo：0.4％～1％，Nb：0～0.06％，Ti：0.05％～0.25％，Ti％＞4×Nb％，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述铁素体不锈钢的制造方法，包括如下步骤：

电炉-AOD-VOD三步法冶炼；

经浇铸-热轧-退火酸洗-冷轧-退火酸洗；

根据thermo-calc相图计算出M₂₃C₆、σ相以及χ相的理论析出温度，取这三种析出相析出温度的最高值x℃；

热轧退火温度为最高理论温度x℃加上50℃～100℃，退火时间为2min～4min；

冷轧退火温度为最高理论温度x℃加上100℃～150℃，退火时间为1～3min；

退火后采用空冷。

2.如权利要求1所述的铁素体不锈钢，其特征在于，C：0.005％～0.02％，N：0.007％～0.02％，Nb：0～0.05％。

3.如权利要求1所述的铁素体不锈钢用于家用电器。

4.如权利要求1所述的铁素体不锈钢，其特征在于，所述的热轧退火温度为750～1100℃；冷轧退火温度为800～1150℃。

5.如权利要求4所述的铁素体不锈钢，其特征在于，所述的热轧退火温度为850～1050℃；冷轧退火温度为900～1100℃。

6.如权利要求1～5中任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，冷轧退火时间为1～2min。