CN105051234A - 铁素体系不锈钢热轧钢板及其制造方法以及钢带 - Google Patents

铁素体系不锈钢热轧钢板及其制造方法以及钢带 Download PDF

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Abstract

一种韧性及耐腐蚀性优异的铁素体系不锈钢热轧钢板及钢带，其特征在于，具有规定的成分组成，0℃时的夏比冲击值为10J/cm2以上，板厚为5.0～9.0mm。

Description

铁素体系不锈钢热轧钢板及其制造方法以及钢带
技术领域
本发明涉及主要被用于汽车的排气***或其他的配管的接合部中所使用的法兰材料中的、低温下的韧性优异并且耐腐蚀性优异的铁素体系不锈钢热轧钢板及其制造方法以及钢带。
背景技术
铁素体系不锈钢与奥氏体系不锈钢相比虽然在加工性、韧性及高温强度方面差，然而由于不含有大量的Ni，因此廉价，另外由于热膨胀小，因此被用于汽车排气***部件材料等中。一般而言，SUH409L、SUS429、SUS430LX、SUS436J1L、SUS432、SUS444等钢种可以作为适于这些用途的铁素体系不锈钢使用。
这些材料被成型为管等而加以使用。此外，作为将这些加工为管等的部件之间连接起来的法兰材料(汽车法兰材料)，主要使用耐腐蚀性差的普通钢。近年来，也使用作为最廉价的铁素体系不锈钢的SUH409L。
然而，出于车体重量的轻质化、寿命延长等需求，对于汽车法兰材料也要求耐腐蚀性优异的材料，可以使用SUH409L以上的铁素体系不锈钢。另外，在用于排气***中的情况下，还有高温下的强度越高则越可以将板厚设计得较薄的效果，因此铁素体系不锈钢比普通钢更有利。
在汽车法兰材料用途中，也有利用弯曲加工等使板厚3mm以下的薄的冷轧钢板的刚性提高后而使用的情况，然而将板厚5mm以上的厚的热轧钢板以冲裁加工的程度直接使用的情况也很多。
但是，板厚5mm以上的铁素体系不锈钢的热轧钢板由于韧性低，因此难以制造。在板厚5mm以上的铁素体系不锈钢的热轧钢板的制造中，经常产生热轧后的生产线中的钢板断裂。因而，迄今为止的韧性改善的研究主要是从制造方面出发的。
专利文献1中，公开有在热轧时使精加工温度根据合金组成来变化、并在卷取后进行急冷的方法。在专利文献2、专利文献3中，也给出了出于提高厚热轧卷材的制造性的目的的韧性改善方法。
在将铁素体系不锈钢作为汽车法兰材料进行加工的情况下，经常利用冲裁进行制造。因而，韧性差的铁素体系不锈钢是不利的。特别是，在冬季的冲裁操作时，经常产生裂纹，难以制造部件。因而，希望有在冬季也不会妨碍部件制造的、韧性优异的铁素体系不锈钢板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭64－56822号公报
专利文献2：日本特开昭60－228616号公报
专利文献3：日本特开2012－140688号公报
发明内容
发明所要解决的问题
就以往的铁素体系不锈钢板而言，未必可以防止在冬季的法兰制造时的冲裁时发生的裂纹。本发明的课题在于，提供用于汽车法兰等中的、韧性及耐腐蚀性优异的铁素体系不锈钢热轧钢板及其制造方法以及钢带。
用于解决问题的手段
本发明人等在研究低温下的韧性提高时，调查了冬季的法兰材料的制造环境。其结果是发现虽然在冬季多为在低于室温(25℃)的环境中进行冲裁的操作，然而基本上没有在低于0℃的环境中进行冲裁的操作的情况。
铁素体系不锈钢的延展性－脆性转变温度处于室温附近，有时因从室温到0℃的温度变化而使韧性大幅度改变。因此可以认为：即使是在夏季不会产生钢板的裂纹的操作，在冬季也会产生钢板的裂纹。发明人等认为：仅仅是室温(25℃)下的韧性的研究则不够充分，只有确保0℃时的韧性才不会发生裂纹，因而以0℃时的韧性作为指标，进行了详细的研究。
其结果是判明了：如果0℃时的韧性值为10J/cm2以上，则不会发生冲裁时的裂纹。还判明了：为了实现这一点，作为法兰材料，与以往主要从制造方面研究出来的成分范围相比，需要进一步进行成分限定。
热轧钢板是经过熔化、铸造、热轧、退火、酸洗的工序而制造，而迄今为止的韧性的研究主要是关于热轧状态的材料的韧性的研究。然而，如果比较热轧状态的材料与热轧退火材料的韧性，则热轧退火材料的韧性更低，本发明的研究中，需要研究更加严格的热轧退火材料中的韧性提高。
本发明人研究的结果是得到如下的头绪，即，通过以下的成分限定，可以确保0℃时的韧性。
(1)尽可能减少Cr。
(2)减少Si。
(3)不添加、或尽可能减少Ti。
(4)微量添加Ni。
(5)微量添加B。
另外，还发现了：Mo不太降低韧性，在需要耐腐蚀性、高温强度的情况下，可以添加足够的量。
但是，本发明人等的研究的结果是发现了：即使进行了这些成分限定，也会由于制造条件而使热轧退火板的韧性不稳定。本发明人等进一步进行研究，其结果发现：通过将最终退火的温度和冷却速度限制在某一定范围，就可以稳定地确保0℃时的韧性。
本发明是基于这些见解而完成的，其主旨如下所示。
(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：0.015％以下、Si：0.01～0.4％、Mn：0.01～0.8％、P：0.04％以下、S：0.01％以下、Cr：14.0以上且小于18.0％、Ni：0.05～1％、Nb：0.3～0.6％、Ti：0.05％以下、N：0.020％以下、Al：0.10％以下、及B：0.0002～0.0020％，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，Nb、C、及N的含量满足Nb/(C+N)≥16，0℃时的夏比冲击值为10J/cm2以上，板厚为5.0～9.0mm。
(2)所述(1)的铁素体系不锈钢热轧钢板，其特征在于，以质量％计还含有Mo：1.5％以下、Sn：0.005～0.1％、Cu：0.05～1.5％、V：1％以下、及W：1％以下的1种或2种以上。
(3)所述(1)或(2)的铁素体系不锈钢热轧钢板的制造方法，其特征在于，在熔化·铸造－热轧－退火－酸洗的工序中，将退火工序中的退火温度设为1000℃以上1100℃以下，在其后的冷却过程中，从800℃到400℃的冷却速度为5℃/秒以上。
(4)一种铁素体系不锈钢带，其特征在于，其由所述(1)或(2)的铁素体系不锈钢热轧钢板形成。
(5)一种汽车法兰用铁素体系不锈钢板，其特征在于，其由所述(1)或(2)的铁素体系不锈钢热轧钢板形成。
(6)一种汽车法兰用铁素体系不锈钢带，其特征在于，其由所述(4)的铁素体系不锈钢热轧钢带形成。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。首先，对限定本实施方式的不锈钢板的钢组成的理由进行说明。而且，关于组成的“％”的标记，在没有特别指出的情况下，意味着“质量％”。
C：0.015％以下
C会使成形性和耐腐蚀性、热轧板韧性劣化，因此其含量越少越优选。另外，本发明中，为了使C作为碳氮化物稳定化而添加了Nb，因此从减少Nb量的方面考虑，也是C量越少越优选。因而，将C量的上限设为0.015％。但是，过度的减少会带来精炼成本的增加，因此下限优选设为0.001％。另外，如果重视耐腐蚀性的观点，则优选设为0.002～0.010％。更优选为0.002以上且小于0.007％。
N：0.020％以下
N与C同样地会使成形性、耐腐蚀性、及热轧板韧性劣化，因此其含量越少越优选。另外，本发明中，为了使N作为碳氮化物稳定化而添加了Nb，因此从减少Nb量的方面考虑，也是N量越少越优选。因而，将N量的上限设为0.020％。但是，过度的减少会带来精炼成本的增加，因此下限优选设为0.001％。如果重视耐腐蚀性，则优选设为0.002～0.015％。
Si：0.01～0.4％
Si也是作为脱氧剂而言有用的元素、而且还是改善高温强度、耐氧化性的元素。脱氧效果随着Si量的增加而提高，由于在0.01％以上时体现出该效果，因此将Si量的下限设为0.01％。Si的过度添加会使常温延展性降低。另外，Si在退火后的冷却过程中促进Laves相的析出，因而还有使韧性劣化的作用。由此，将Si量的上限设为0.4％。更优选为0.01～0.2％。
Mn：0.01～0.8％
Mn是作为脱氧剂添加的元素、而且还是有助于中温区的高温强度升高的元素。Mn对于韧性基本没有影响。为了获得上述的效果，需要将Mn量设为0.01％以上。另一方面，过度的添加会形成MnS而使耐腐蚀性降低，因此将Mn量的上限设为0.8％。优选为0.5％以下。
P：0.04％以下
P是固溶强化能力大的元素，然而是铁素体稳定化元素，而且还是对于耐腐蚀性、韧性有害的元素，因此优选尽可能少。
P作为杂质包含于不锈钢的原料即铬铁中。从不锈钢的钢液中脱P非常困难，因此P的含量优选设为0.010％以上。P的含量大致上由所使用的铬铁原料的纯度和量决定。由于P是有害的元素，因此铬铁原料的P的纯度低是优选的，然而低P的铬铁价格高，因此将P的含量设为不会使材质、耐腐蚀性大幅度劣化的范围，即0.04％以下。而且，优选为0.03％以下。
S：0.01％以下
S会形成硫化物系夹杂物，使得钢材的一般的耐腐蚀性(全面腐蚀或点蚀)劣化，因此其含量越少越优选，设为0.010％。另外，S的含量越少则耐腐蚀性越良好，然而低S化会使脱硫负荷增大，制造成本增大，因此优选将其下限设为0.001％。而且，优选为0.001～0.008％。
Cr：14.0以上且小于18.0％
Cr是为了确保耐腐蚀性而必需的元素。但是，Cr也是使韧性降低的元素。如果Cr的含量小于14.0％，则无法获得确保耐腐蚀性的效果，如果Cr的含量为18.0％以上，则会带来特别是低温下的加工性的降低或韧性的劣化，因此Cr的含量设为14.0以上且小于18.0％。为了避免退火后的冷却过程中的475脆性，Cr量少为好。如果进一步考虑耐腐蚀性，则优选15.0以上且小于18.0％。
Ni：0.05～1％
Ni是对于抑制点蚀的发展而言有效的元素，在0.05％以上的添加时可以稳定地发挥该效果。同时，对于提高热轧板的韧性有效。因而，将Ni量的下限设为0.05％。如果设为0.10％以上则更加有效，0.15％以上更有效。大量的添加有可能导致由固溶强化造成的材质硬化，因此将上限设为1.0％。如果考虑合金成本，则优选0.05～0.30％。
Nb：0.3～0.6％
Nb是通过形成碳氮化物而抑制不锈钢的由铬碳氮化物的析出所导致的锐敏化或耐腐蚀性的降低的元素。如果过度地添加Nb，则会引起Laves相的生成，韧性降低。考虑到这些，将Nb的下限设为0.3％，将上限设为0.6％。此外，从焊接部耐腐蚀性考虑，将Nb/(C+N)的下限设为大致等量比，即16。为了进一步防止焊接部的锐敏化，优选将Nb/C+N设为20以上。式中，Nb、C、N意味着各自的成分含量(质量％)。
Ti：0.05％以下
Ti与Nb同样地是通过形成碳氮化物而抑制不锈钢的由铬碳氮化物的析出所导致的锐敏化或耐腐蚀性的降低的元素。但是，所形成的TiN是大的角形析出物，容易成为破坏的起点，使韧性降低。另外，Ti在退火后的冷却过程中促进Laves相的析出，使韧性劣化。因而，本发明中，需要尽可能地减少，将其上限设为0.05％。优选为小于0.02％。
Al：0.10％以下
Al作为脱氧元素而言是有用的，在0.005％以上时体现出该效果。然而，Al的过度添加会降低常温延展性、韧性，因此将其上限设为0.10％。也可以不含有Al。
B：0.0002～0.0020％
B是对于固定对加工性有害的N、改善二次加工性而言有效的元素，还可以期待改善韧性。在0.0002％以上时体现出该效果，因此将B量的下限设为0.0002％。即使超过0.0020％地添加，该效果达到饱和，会引起由B造成的加工性劣化，因此将B的上限设为0.0020％。优选为0.0003％以上且为0.0008％以下。
此外，为了提高耐腐蚀性，也可以添加以下的元素。
Mo：1.5％以下
对于Mo，为了提高耐腐蚀性而根据需要添加即可，为了发挥这些效果，优选添加0.01％以上。更优选添加0.10％以上，进一步优选添加0.5％以上。过度的添加会发生Laves相的生成，有可能产生韧性的降低。但是，在像本发明那样含有很多Nb的钢中，既不会那样使Laves相的生成加速，也不会降低韧性。考虑到这些，将Mo量的上限设为1.5％。优选为1.1％以下。
Sn：0.005～0.1％
Sn是对于提高耐腐蚀性、高温强度而言有效的元素。另外，还具有不会使常温的机械特性大幅度劣化的效果。由于对耐腐蚀性的效果在0.005％以上时体现，因此优选添加0.005％以上。更优选添加0.01％以上，进一步优选添加0.03％以上。如果过度添加，则制造性、焊接性明显劣化，因此将Sn量的上限设为0.1％。
此外，也可以添加以下的元素。
Cu：0.05～1.5％
Cu是提高耐腐蚀性的元素。在0.05％以上时体现出该效果。为了获得该效果，更加优选的添加量是0.1％以上。过度的添加在热轧加热时会产生异常氧化，还会成为表面瑕疵的原因，因此将Cu量的上限设为1.5％。优选为1.0％以下，更优选为0.5％以下。
V：1％以下、W：1％以下
V、W是提高高温强度的元素，可以根据需要添加。为了获得提高高温强度的效果，优选添加0.05％以上。更优选为0.1％以上。过度的添加会降低常温延展性、韧性，因此将添加量的上限设为1％。优选为0.5％以下。
本发明的铁素体系不锈钢是热轧钢板，经过熔化、铸造、热轧、退火、酸洗的工序而成为产品。对于制造设备没有特别的限制，可以使用常用方法的制造设备。通常不锈钢被以在压延方向非常长的、所谓的钢带的形态制造，卷绕后以卷状的形式保管和移动。本发明中，不仅包括铁素体系不锈钢板，还包括铁素体系不锈钢带。
热轧条件没有特别规定，然而加热温度优选为1150℃～1250℃。另外，热轧精加工温度优选为850℃以上。此外，在热轧后，优选利用气水冷却等急冷到450℃。
本发明的制造方法中重要的是退火工序。对于退火温度，由于需要将Laves相等的析出物熔化，因此设为1000℃以上。但是，如果大于1100℃，则晶粒过度生长，韧性降低，因此将1100℃设为上限。
对于退火后的冷却速度，为了抑制Laves相等的析出物的析出、抑制由475脆性所导致的韧性降低，因此将从800℃到400℃的冷却速度设为5℃/秒以上。优选为10℃/秒以上。如果为20℃/秒以上，则效果饱和。由此，就可以减少由制造所导致的韧性的不均。在金属组织中，看不到与475脆性有关的变化，然而可确认Laves相的析出消失、或Laves相的析出量以质量比率计为1％以下。
只要是本发明的成分组成，则以上述的冷却速度就会体现出充分的效果。也不需要勉强设为比上述更高的速度(例如50℃/秒以上)的冷却速度。本发明中，特别是可以利用Cr、Si、Ti适当地控制热轧退火后的冷却速度。即，限定为低Cr的成分范围而避免475脆性，此外降低Si和Ti的含量而抑制Laves相的析出。Cr、Si、Ti的减少本身就具有使韧性变得良好的效果，因此可以利用成分范围的限定和避免析出的组织控制，容易地制造韧性良好的厚热轧卷材。
通过这些成分限定和制造方法，由0℃下的夏比试验得到的韧性值为10J/cm2以上，体现出优异的韧性。
对于板厚，以5.0mm以上9.0mm以下作为本发明的范围。这是因为：如果小于5.0mm，则不用依赖本发明就会体现出优异的韧性，如果大于9.0mm，则即使依赖本发明，也无法体现出足够的韧性，而且制造也变得困难。
本发明的铁素体系不锈钢板及铁素体系不锈钢带不仅耐腐蚀性优异，而且韧性优异，在0℃时操作也难以产生裂纹，因此可以作为汽车法兰用的铁素体系不锈钢板及铁素体系不锈钢带特别合适地使用。
以下，基于实施例对本发明的效果进行说明。本发明并不限定于以下的实施例中所用的条件。
实施例
实施例1
将表1中所示的成分组成的钢熔炼而铸造成板坯。将该板坯加热到1150～1250℃后，将精加工温度设为850～950℃的范围内，热轧至板厚6mm，制成热轧钢板。表1中，对偏离本发明范围的数值标记下划线。在将热轧钢板利用气水冷却冷却到450℃后，卷取为卷状。
接下来，将热轧卷材在1000～1100℃下退火，冷却到常温。此时，将800～450℃的范围的平均冷却速度设为10℃/s以上。接下来，对热轧退火板进行酸洗，制成产品。表1中的No.1～24为本发明例，No.25～45为比较例。
对如此得到的热轧退火板，在0℃下依据JISZ2242进行夏比冲击试验。由于本实施例的试验片是保持热轧退火板的板厚原状的小尺寸试验片，因此通过将吸收能除以截面积(单位cm2)，来比较并评价了各实施例的热轧退火板的韧性。而且，韧性的评价基准是以0℃时的吸收能值计，以10J/cm2以上为良好，设为“G”。
冲裁性的评价是以温度0℃时的冲裁试验进行评价。利用压制，冲裁100片的50φ的圆盘，以端面的裂纹个数来求出。将裂纹个数为5个以下设为合格。
另外，在对退火酸洗板的表面进行#600研磨精加工后，进行48小时的JISZ2371中规定的盐水喷雾试验方法，确认有无生锈，将看到生锈的样品设为不合格。将评价结果示于表1中。表中，将合格用“G”表示，将不合格用“P”表示。
此外，从各钢种的热轧板中，利用提取残留物法采集了析出物，进行了其成分分析。根据其结果的Nb量，假定C、N的总量为Nb(C，N)，认为其残留物为Laves相，求出Laves相的析出量。其结果是，除了Si、Nb、Ti多的比较例20、29、30以外，以质量比率计，全都为1％以下。
从表1可以清楚地看到，本发明的成分组成的钢的热轧退火板的韧性良好，显示出良好的冲裁性。另外，耐腐蚀性也良好。另一方面，偏离本发明的比较例中，夏比冲击值(吸收能)、冲裁性、耐腐蚀性中的某项不合格。由此可知，比较例的铁素体系不锈钢的韧性、耐腐蚀性差。
实施例2
本实施例中，表示出改变了板厚及制造条件的例子。选择表1中的No.3钢、No.8钢、No.9钢，将该成分组成的钢熔炼而铸造成板坯。将该板坯加热到1150～1250℃后，将精加工温度设为850～950℃的范围内，在板厚5～9mm的范围内改变板厚，进行热轧，制成热轧钢板。将热轧钢板利用气水冷却冷却到450℃后，卷取成卷状。接下来，将热轧卷材退火，冷却到常温。改变了此时的退火温度、冷却条件。
对如此得到的热轧退火板，与实施例1同样地利用夏比冲击试验、冲裁试验、盐水喷雾试验进行了评价。评价基准也相同。
将试验条件及评价结果表示于表2中。
从表2中可以清楚地看到，应用了本发明的成分组成的钢的热轧退火的韧性良好，显示出良好的冲裁性。另外，耐腐蚀性也良好。偏离本发明的比较例中，夏比冲击值(吸收能)及冲裁性不合格。由此可知，比较例的铁素体系不锈钢的韧性差。
表2
产业上的可利用性
从以上的说明可以清楚地看到，根据本发明的不锈钢热轧钢板及钢带，可以制造一种不锈钢板，其不仅耐腐蚀性优异，而且韧性优异，即使在0℃下操作也难以产生裂纹，材料有效利用率优良，部件制造性优异。也就是说，特别是通过将应用了本发明的材料用于汽车、两轮车的排气***构件中，就可以以低成本制造寿命长的部件，可以提高社会贡献度。即，本发明在产业上非常有益。

Claims (6)

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：0.015％以下、Si：0.01～0.4％、Mn：0.01～0.8％、P：0.04％以下、S：0.01％以下、Cr：14.0以上且小于18.0％、Ni：0.05～1％、Nb：0.3～0.6％、Ti：0.05％以下、N：0.020％以下、Al：0.10％以下、以及B：0.0002～0.0020％，
剩余部分为Fe及不可避免的杂质，
Nb、C、及N的含量满足Nb/(C+N)≥16，
0℃时的夏比冲击值为10J/cm2以上，
板厚为5.0～9.0mm。
2.根据权利要求1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Mo：1.5％以下、Sn：0.005～0.1％、Cu：0.05～1.5％、V：1％以下、以及W：1％以下的1种或2种以上。
3.一种铁素体系不锈钢热轧钢板的制造方法，其是权利要求1或2所述的铁素体系不锈钢热轧钢板的制造方法，其特征在于，在熔化·铸造－热轧－退火－酸洗的工序中，将退火工序中的退火温度设为1000℃以上1100℃以下，在其后的冷却过程中，从800℃到400℃的冷却速度为5℃/秒以上。
4.一种铁素体系不锈钢带，其特征在于，其由权利要求1或2所述的铁素体系不锈钢热轧钢板形成。
5.一种汽车法兰用铁素体系不锈钢板，其特征在于，其由权利要求1或2所述的铁素体系不锈钢热轧钢板形成。
6.一种汽车法兰用铁素体系不锈钢带，其特征在于，其由权利要求4所述的铁素体系不锈钢热轧钢带形成。
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