CN102725432A - 韧性优异的高耐腐蚀性铁素体系不锈钢热轧钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供-50℃的夏比冲击值为100J/cm2以上的韧性优异的高耐腐蚀性铁素体系不锈钢热轧钢板。具体而言，一种铁素体系不锈钢热轧钢板，其特征在于，以质量%计，含有C:0.020%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.06%以下、S:0.01%以下、Cr:18.0～24.0%、Mo:0.3%以下、Nb:0.15～0.40%、Ti:0.015%以下、N:0.020%以下、Al:0.20～0.40%，并且满足下述式（A）和（B），剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；Ti×N≤8.0×10-5...（A）10×（C+N）≤Nb≤0.25+（C/12+N/14）×93...（B）；其中，各元素符号表示钢中的成分含量（质量%）。

Description

韧性优异的高耐腐蚀性铁素体系不锈钢热轧钢板
技术领域
本发明涉及韧性（toughness）优异的高耐腐蚀性铁素体系不锈钢热轧钢板（high-corrosion resistance hot rolled ferritic stainless steelsheet）。
背景技术
不锈钢中由于其优异的耐腐蚀性和韧性而奥氏体系不锈钢（austenitic stainless steel）SUS304（18%Cr-8%Ni）（JapaneseIndustrial Standards，JIS G 4305）广泛被使用。但是，该钢种由于含有大量Ni而价格高。在没有大量含有Ni的铁素体系不锈钢中，作为具有相当于SUS304的优异的耐腐蚀性的钢种，有含有Mo的SUS436L（18%Cr-1%Mo）（JIS G 4305）。但是，由于Mo也是价格高的元素，所以即便仅含有1%也大幅增加成本（increase in cost）。此外，作为结构部件（structural member）不能说该SUS436L具有足够的韧性。在没有含Mo的铁素体系不锈钢中有SUS430J1L（19%Cr-0.5%Cu-0.4%Nb）（JIS G 4305），但作为结构部件也很难说其具有足够的韧性。
近年，一直在寻求具有与不锈钢通用钢种SUS430、SUS304相当的耐腐蚀性，并且还可适用于结构部件用途的韧性优异的铁素体系不锈钢板。另外，为了在结构部件用途中稳定地使用，优选钢板的板厚为5mm以上。
对此，作为改善铁素体系不锈钢板的韧性的技术，专利文献1中公开了一种热水器用铁素体系不锈钢板，其特征在于，以质量%计，含有C：0.020%以下、Si：0.30~1.00%、Mn：1.00%以下、P：0.040%以下、S：0.010%以下、Cr：20.0~28.0%、Ni：0.6%以下、Al：0.03~0.15%、N：0.020%以下、O：0.0020~0.0150%、Mo：0.3~1.5%、Nb：0.25~0.60%、Ti：0.05%以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，并且满足25≤Cr+3.3Mo≤30和0.35≤Si+Al≤0.85。
另外，专利文献2中公开了一种加工性和韧性优异的铁素体系不锈钢板，其化学组成以质量%计，C：0.1%以下、N：0.003~0.05%、Si：0.03~1.5%、Mn：1.0%以下、P：0.04%以下、S：0.03%以下、Cr：10~30%、Cu：2%以下、Ni：2%以下、Mo：3%以下、V：1%以下、Ti：0.02~0.5%、O：0.001~0.005%、Nb：0.8%以下、Al：0.001~0.15%、Zr：0.3%以下、B：0.1%以下、Ca：0.003%以下、Mg：低于0.0005%、Ti×N：0.0005以上、剩余部分为Fe和不可避杂质，钢中分散了以0.3~0.5的Mg和Al的含量比含有Al和Mg的夹杂物与Ti系夹杂物的复合夹杂物。
但是，专利文献1的目的在于确保防止热轧板退火时和冷轧时的钢带的断裂这种制造性（productivity），是改善0℃时的板厚4mm的热轧钢板的韧性的技术，并且由于大量含有Mo，所以也容易生成使韧性降低的金属间化合物（intermetallic compound）等。因此，认为如果适用于更厚板厚的用途，则韧性不充分。另外，专利文献2中，Ti系夹杂物的分散控制（dispersion control）较困难，因其粗大化容易降低热轧钢板的韧性，不能得到足够的韧性。应予说明，在考虑假定在寒冷地区（cold latitudes）使用的建材领域的情况下，认为需要-50℃的夏比冲击值为100J／cm2以上的韧性。
专利文献1:日本特开2008-190035号公报
专利文献2:日本特开2001-020046号公报
发明内容
如以上所述，在基于含有Mo、Ti的技术中，还未充分实现铁素体系不锈钢热轧钢板的韧性改善。
本发明的目的在于提供-50℃的夏比冲击值为100J／cm2以上的韧性优异的高耐腐蚀性铁素体系不锈钢热轧钢板。
发明人等为了解决上述课题，对如专利文献1、2那样含有Nb，但不含高价的Ni或Mo的、耐腐蚀性和韧性优异的铁素体系不锈钢热轧钢板的获取方法进行了深入研究。
以下，只要没有特别说明，化学成分的%全部表示质量%的意思。
首先，对实现本发明的实验结果进行说明。发明人等为了评价Al对铁素体系不锈钢的韧性的影响，熔炼了21%Cr-0.25%Nb-低C-低N钢且使Al量在0.03~0.50%间进行了变化的钢，制作板厚5mm和6mm的热轧退火板（hot rolled and annealed steel sheet）（热轧钢板），在-50℃下进行了夏比冲击试验（Charpy impact test）。其结果在图1示出。可知通过使Al量在0.20~0.40%的范围，夏比冲击值成为100J／cm2以上，能够得到优异的韧性。推断其原因是通过使Al量在0.20%以上，降低了钢中的O量、减少了夹杂物（inclusion）等所致的。另外，关于Al量超过0.40%的范围时的韧性的降低，认为是由于固溶Al的增加所致。
接着，为了评价Ti、N对韧性的影响，熔炼了表1和2所示的21%Cr-0.25%Nb-低C-低N钢且使Ti、N量变化的钢，使用表1的钢制作板厚5mm的热轧退火板，在-50℃下进行了夏比冲击试验。另外，使用表2的钢制作板厚6mm的热轧退火板，在-50℃下进行了夏比冲击试验。应予说明，这些实验中，夏比冲击值（charpy impact value）表示将通过夏比冲击试验得到的吸收能的值除以冲击试验片的缺口部的截面积，由此换算成每单位面积的吸收能的值。
将其结果在表1、表2以及图2中示出。可知如果相当于Ti和N的溶度积（solubility product constant）的Ti（%）×N（%）（以下称为“溶度积”）为8.0×10-5以下，则夏比冲击值稳定且为100J／cm2以上，能够得到优异的韧性。为了调查该原因，对溶度积为8.0×10-5以下和超过8.0×10-5的表1的实验1-5和实验1-6的试样以及表2的实验2-4和实验2-5的试样的截面组织（sectional structure）进行研磨后，用王水（aquaregalis）腐蚀，用扫描电子显微镜（electron scanning microscope）（SEM）和能量色散型X射线分析仪（energy dispersive X-ray analyzer）（EDX）进行了析出物的观察、分析。其结果，在溶度积为8.0×10-5以下且高韧性的表1的实验1-5和表2的实验2-4的试样中观察到了直径为200~300nm的微小球状的Nb碳化物（carbide）。另一方面，在溶度积超过8.0×10-5的低韧性的表1的实验1-6和表2的实验2-5的试样中，观察到了多个直径为2~5μm的粗大的长方体状（rectangular solid like）的Ti氮化物（nitride）。认为这是由于溶度积超过8.0×10-5时，从钢水的凝固阶段析出Ti氮化物并粗大化，因缺口效应（notch effect）降低韧性。
由以上实验结果发现，从其耐腐蚀性和制造性的观点出发，将Cr的含量设为18.0~24.0%，如上所述地对Al量和Ti与N的溶度积进行控制，从而能够抑制属于降低韧性重要因素的、钢水的凝固阶段的粗大的Al的夹杂物、Ti氮化物的生成，能够得到韧性优异的高耐腐蚀性铁素体系不锈钢热轧钢板。本发明是基于以上见解而完成的。
即，本发明的构成如下。
（1）一种铁素体系不锈钢热轧钢板，其特征在于，以质量%计，含有C：0.020%以下、Si：1.0%以下、Mn：1.0%以下、P：0.06%以下、S：0.01%以下、Cr：18.0~24.0%、Mo：0.3%以下、Nb：0.15~0.40%、Ti：0.015%以下、N：0.020%以下、Al：0.20~0.40%，并且满足下述式（A）和（B），剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；
Ti×N≤8.0×10-5...（A）
10×（C＋N）≤Nb≤0.25＋（C／12＋N／14）×93...（B）
其中，各元素符号表示钢中的成分含量（质量%）。
（2）根据（1）所述的铁素体系不锈钢热轧钢板，其特征在于，以质量%计，为C：0.015%以下、Si：0.5%以下、Mn：0.8%以下、Nb：0.15~0.35%、Ti：0.010%以下、N：0.015%以下、Al：0.20~0.35%。
（3）根据（1）或（2）所述的铁素体系不锈钢热轧钢板，其特征在于，以质量%计，还含有选自Cu：0.3~0.8%、Ni：1.0%以下、Co：1.0%以下中的至少一种。
（4）根据（1）~（3）中任一项所述的铁素体系不锈钢热轧钢板，其特征在于，以质量%计，还含有B：0.0002~0.0020%。
根据本发明，能够得到-50℃的夏比冲击值为100J／cm2以上的韧性优异的高耐腐蚀性铁素体系不锈钢热轧钢板。
附图说明
图1是表示Al量对-50℃的夏比冲击值的影响的图。
图2是表示Ti（%）×N（%）对-50℃的夏比冲击值的影响的图。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式进行详细说明。
首先，说明本发明的铁素体系不锈钢热轧钢板的成分的限定理由。
C：0.020%以下
C容易形成Cr碳化物，如果超过0.020%，则焊接时在热影响部（heat-affected zone）形成Cr碳化物，成为晶界腐蚀（intergranularcorrosion）的原因。因此，将C设为0.020%以下。优选为0.015%以下。进一步要求高耐腐蚀性时，更优选设为0.010%以下。应予说明，当精炼成本（refining cost）成为问题时，优选设为0.003%以上。
Si：1.0%以下
如果Si超过1.0%则使韧性降低。因此，将Si设为1.0%以下。优选为0.5%以下，更优选为0.3%以下。应予说明，由于Si是作为脱氧剂（deoxidizing agent）有用的元素，所以优选设为0.05%以上。
Mn：1.0%以下
如果Mn超过1.0%，则形成可溶性硫化物（fusible sulfide）MnS，使耐腐蚀性降低。因此，Mn设为1.0%以下。优选为0.8%以下，更优选为0.6%以下。
P：0.06%以下
如果P超过0.06%，则不仅对耐腐蚀性有害，还由于固溶强化（solidsolution strengthening）而使加工性（workability）降低。因此，将P设为0.06%以下。如果考虑加工性和韧性，则优选为0.04%以下。
S：0.01%以下
如果S超过0.01%，则对耐腐蚀性有害。因此，将S设为0.01%以下。从高耐腐蚀性的观点出发，优选为0.006%以下。
Cr：18.0~24.0%
Cr是在表面形成钝化膜（passive film）而提高耐腐蚀性的元素。如果Cr低于18.0%，则不能够得到充分的耐腐蚀性。另一方面，如果超过24.0%，则容易产生σ相脆化（sigma phase embrittlement）和475℃脆性，容易降低韧性。因此，将Cr设为18.0~24.0%。从高耐腐蚀性的观点，优选为20.0~24.0%。
Mo：0.3%以下
如果Mo超过0.3%，则生成Laves相等粗大的金属间化合物，降低韧性。因此，将Mo设为0.3%以下。应予说明，在较之成本上升，高耐腐蚀性更为重要的情况下，优选设为0.1%以上。
Nb：0.15~0.40%
如果含有0.15%以上的Nb，则具有固定C、N从而抑制敏化的效果。另一方面，如果超过0.40%，则生成Laves相（Laves phase）等粗大的金属间化合物，降低韧性。因此，将Nb设为0.15~0.40%。如果考虑韧性，则优选为0.15~0.35%，更优选为0.15~0.30%。
Ti：0.015%以下
Ti形成粗大的氮化物，降低韧性。因此，将Ti设为0.015%以下。优选为0.010%以下。进一步要求高韧性的情况下，更优选设为0.005%以下。
N：0.020%以下
如果N超过0.020%，则形成氮化物，降低韧性。特别是与Ti共存的情况下，从钢水的凝固阶段生成粗大的Ti氮化物，因其缺口效应而使韧性显著降低。因此，将N设为0.020%以下。优选为0.015%以下。进一步要求高韧性的情况下，更优选设为0.010%以下。
Al：0.20~0.40%
Al是本发明中的重要元素，具有提高韧性的效果。对于作为本发明的目的的韧性，如果低于0.20%，则其效果不充分。另外，超过0.40%时，热加工性（hot-workability）降低。因此，将Al设为0.20~0.40%。优选为0.20~0.35%。进一步要求高韧性的情况下，更优选设为0.20~0.30%。
Ti×N≤8.0×10-5
如上所述，属于铁素体系不锈钢热轧钢板的韧性降低的重要因素的粗大的Ti氮化物，从钢水的凝固阶段生成。为了抑制该Ti氮化物的生成，需要将溶度积Ti×N限定为8.0×10-5以下。优选为5.0×10-5以下。这里，Ti、N表示各自成分的含量（质量%）。
10×（C＋N）≤Nb≤0.25＋（C／12＋N／14）×93
Nb具有将对耐腐蚀性有害的C、N固定为Nb碳化物、Nb氮化物、它们的复合析出物而使它们无害化来提高耐腐蚀性的效果。但是，如果Nb量低于（C＋N）量的10倍，则Nb碳化物、Nb氮化物、它们的复合析出物的析出变得不充分，Cr碳化物、Cr氮化物、它们的复合析出物析出，耐腐蚀性下降。因此，将Nb限定为10×（C＋N）%以上。优选为12×（C＋N）%以上。另一方面，含有超过［0.25＋（C／12＋N／14）×93］%的Nb，则会增加固溶Nb，降低韧性。因此，将Nb限定为［0.25＋（C／12＋N／14）×93］%以下。这里，C、N、Nb表示各自成分的含量（质量%）。
上述化学成分以外的剩余部分为Fe和不可避免的杂质。应予说明，作为不可避免的杂质，例如可允许Mg：0.0020%以下、Ca：0.0020%以下、V：0.10%以下，但并不限于这些。
应予说明，如果为C：0.015%以下、Si：0.5%以下、Mn：0.8%以下、Nb：0.15~0.35%、Ti：0.010%以下、N：0.015%以下、Al：0.20~0.35%，则-50℃的夏比冲击值为150J／cm2以上，能够得到更优异的韧性，并且能够得到更优异的耐腐蚀性。
本发明的铁素体系不锈钢热轧钢板因上述必须元素而得到目的特性，但根据所希望的特性还可以含有以下元素。
Cu：0.3~0.8%
Cu是用于提高耐腐蚀性的元素，特别是在降低缝隙腐蚀（crevicecorrosion）方面有效的元素。为了发挥该效果，必须为0.3%以上。另一方面，如果超过0.8%，则热加工性降低。因此，将Cu设为0.3~0.8%。优选为0.3~0.5%。
Ni：1.0%以下
Ni具有降低缝隙腐蚀的效果。另外，还有防止含有Cu时热加工性下降的效果。为了得到这种效果，Ni优选为0.05%以上。但是，如果超过1.0%，则导致成本增加，并且其效果饱和，反而降低热加工性。因此，将Ni设为1.0%以下。优选为0.05~0.4%。
Co：1.0%以下
Co是有助于改善韧性的元素。为了得到这种效果，Co优选为0.05%以上。但是，如果超过1.0%，则使延展性（ductility）降低。因此，将Co设为1.0%以下。
B：0.0002~0.0020%
B是对拉深加工（deep drawing）时的耐二次加工脆性（resistance tocold-work embrittlement）的改善有效的元素。如果低于0.0002%，则不能得到该效果。另一方面，如果超过0.0020%，则降低热加工性和拉深性能（deep drawability）。因此，将B设为0.0002~0.0020%。
接着，对本发明的铁素体系不锈钢热轧钢板的制造方法进行说明。
有效率地制造本发明的铁素体系不锈钢热轧钢板的方法是，连续浇注（continuous casting）成钢坯（slab），加热至1100~1300℃的范围进行热轧，形成热轧钢卷。如果热轧时的钢卷卷取温度超过650℃，则卷取后析出碳化物、金属间化合物，从而降低韧性，因此优选设为650℃以下，要求更高韧性的情况下，更优选设为450℃以下。得到的热轧钢板通过连续退火在900~1150℃的范围退火，接着，在酸洗线上进行酸洗。该热轧退火板可直接作为产品。另外，也可以使用冷轧用的坯料，实施冷轧-最终退火得到冷轧退火板，将该冷轧退火板作为产品。
实施例
对表3-1和表4-1所示的化学成分的铁素体系不锈钢进行熔炼，利用连续浇注法制得250mm厚的钢坯。将这些的钢坯加热至1200℃后，粗轧至35mm厚，使终轧从1050℃开始、在900℃结束，在500℃以圈状卷取进行冷却，得到板厚5mm和／或6mm的热轧钢板。将得到的热轧钢板在1050℃以上的条件下保持80秒（最高温度：1100℃）后，实施自然冷却退火，得到热轧退火板（热轧钢板）。
然后，根据JIS Z 2202，从热轧退火板采取各5片4号试验片（其中，板厚为5mm时宽度为5mm，板厚为6mm时宽度为6mm）（轧制方向为采取方向，冲击方向为轧制宽度方向），在试验温度为-50℃的条件下实施夏比冲击试验，测定夏比冲击值。对5片试验片的夏比冲击值进行平均得到夏比冲击值。
另外，根据JIS G 0577，对从热轧退火板采取得到的试样，在30℃的3.5%NaCl溶液中测定点蚀电位（pitting potential），如果为180mV vsSCE以上则判断为耐腐蚀性优异。
将结果在表3-2和表4-2中示出。可知由满足本发明的成分条件的钢制造的热轧钢板的-50℃的夏比冲击值均为100J／cm2以上，点蚀电位均为180mV vs SCE以上，均为韧性优异的高耐腐蚀性铁素体系不锈钢热轧钢板。
工业上的可利用性
本发明提供的铁素体系不锈钢热轧钢板，耐腐蚀性和韧性优异，所以有望作为卡车的装货台面（back of the truck）、栅板（grating）、各种地板材料（variety of floor material）、零件（clasp）之类的土木、建筑用（civil engineering and construction）的结构部件的坯料。
Figure BDA00001935164000101
Figure BDA00001935164000121
Figure BDA00001935164000131
Figure BDA00001935164000141
Figure BDA00001935164000151

Claims (4)

1.一种铁素体系不锈钢热轧钢板，其特征在于，以质量%计，含有C：0.020%以下、Si：1.0%以下、Mn：1.0%以下、P：0.06%以下、S：0.01%以下、Cr：18.0~24.0%、Mo：0.3%以下、Nb：0.15~0.40%、Ti：0.015%以下、N：0.020%以下、Al：0.20~0.40%，并且满足下述式（A）和（B），剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；
Ti×N≤8.0×10-5...（A）
10×（C＋N）≤Nb≤0.25＋（C／12＋N／14）×93...（B）
其中，各元素符号表示钢中的成分含量，单位为质量%。
2.根据权利要求1所述的铁素体系不锈钢热轧钢板，其中，以质量%计，C：0.015%以下、Si：0.5%以下、Mn：0.8%以下、Nb：0.15~0.35%、Ti：0.010%以下、N：0.015%以下、Al：0.20~0.35%。
3.根据权利要求1或2所述的铁素体系不锈钢热轧钢板，其中，以质量%计，还含有选自Cu：0.3~0.8%、Ni：1.0%以下和Co：1.0%以下中的至少一种。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的铁素体系不锈钢热轧钢板，其中，以质量%计，还含有B：0.0002~0.0020%。
CN201180007210.8A 2010-01-28 2011-01-27 韧性优异的高耐腐蚀性铁素体系不锈钢热轧钢板 Active CN102725432B (zh)

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