CN107429367A - 柔韧性优异的奥氏体系不锈钢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种柔韧性优异的奥氏体系不锈钢。本发明的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢的特征在于，以重量％计，包括：Si：0.1‑0.65％、Mn：1.0‑3.0％、Ni：6.5‑10.0％、Cr：16.5‑18.5％、Cu：6.0％以下(0除外)、C+N：0.13％以下(0除外)，余量为Fe和不可避免的杂质，由下式定义的加工硬化式H1为300以下，H1＝﹣459+79.8Si－10.2Mn－8.16Ni+48.0Cr－13.2Cu+623(C+N)。

Description

柔韧性优异的奥氏体系不锈钢
技术领域
本发明涉及一种柔韧性(flexibility)优异的奥氏体系不锈钢。
背景技术
以往，尝试将不锈钢用于家用和汽车用空调冷媒管。这是因为不锈钢不仅具有优异的耐蚀性，而且材料成本也比较低廉。
但是，由于在安装空调冷媒管时受到安装空间的限制，因此必须要进行将管道弯曲等作业，但是存在普通的不锈钢不具有在安装管道时必须具备的柔韧性的问题。
金属材料在受到拉伸或者压缩等变形时发生加工硬化，从而具有随着其变形而变强的特性。管道的弯曲是拉伸和压缩的复合作用，随着弯曲程度的增加，材料更加***。特别是，作为奥氏体系不锈钢最广泛使用的304钢的加工硬化程度严重，因此，在需要进行空调管安装工作的空间内难以人工弯曲管道。
加工硬化表示为TS-YS，是表示材料开始变形时的强度的屈服强度(YS)与因材料的加工硬化最大化而表示最大强度的拉伸强度(TS)之间的差。即，为了使人工弯曲容易，需要通过抑制这种加工硬化现象来使TS-YS最小化的材料。
在奥氏体系不锈钢中，主要添加Cr、Ni、Mn、Cu、C和N元素，虽然通过改变这些元素的含量来生产很多钢种，但是还没有公开用于优异的柔韧性的最佳成分控制方法。本发明中通过控制这些元素来实现加工硬化的最小化，以制造具有优异的柔韧性的材料。
上述的作为背景技术来说明的事项仅仅是为了增进对本发明的背景的理解，不应被解释为承认相当于本领域技术人员已知的现有技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献0001：KR10-2010-0099726A(2010.09.13)
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述现有的问题，本发明的目的在于通过控制影响加工硬化度的成分元素的含量和晶粒尺寸来提供柔韧性优异的奥氏体系不锈钢。
(二)技术方案
用于实现本发明的目的的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，以重量％计，包括：Si：0.1-0.65％、Mn：1.0-3.0％、Ni：6.5-10.0％、Cr：16.5-18.5％、Cu：6.0％以下(0除外)、C+N：0.13％以下(0除外)，余量为Fe和不可避免的杂质，由下式定义的加工硬化式H1为300以下，
H1＝﹣459+79.8Si－10.2Mn－8.16Ni+48.0Cr－13.2Cu+623(C+N)。
本发明的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，组织的尺寸(D)为20-40μm。
用于实现本发明的目的的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，以重量％计，包括：Si：0.1-0.65％、Mn：1.0-3.0％、Ni：6.5-10.0％、Cr：16.5-18.5％、Cu：6.0％以下(0除外)、C+N：0.13％以下(0除外)，余量为Fe和不可避免的杂质，由下式定义的加工硬化式H2为300以下，
H2＝4.27+0.875(﹣459+79.8Si－10.2Mn－8.16Ni+48.0Cr－13.2Cu+623(C+N))－287D
其中，D表示组织的尺寸。
所述的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，组织的尺寸(D)为20-300μm。
用于实现本发明的目的的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，以重量％计，包括：Si：0.1-0.65％、Mn：1.0-3.0％、Ni：6.5-10.0％、Cr：16.5-18.5％、Cu：6.0％以下(0除外)、C+N：0.13％以下(0除外)，余量为Fe和不可避免的杂质，由下式定义的Md30为0以下，
Md30＝551﹣462(C+N)﹣9.2Si－8.1Mn﹣29(Ni+Cu)－13.7Cr。
优选地，Md30为-100至0。
所述柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，拉伸强度(TS)与屈服强度(YS)之间的差值为300Mpa以下。
(三)有益效果
本发明的优点在于，可以通过控制元素的含量、晶粒尺寸等来制造柔韧性优异的奥氏体系不锈钢。
附图说明
图1是表示加工硬化式H1与加工硬化度的实测值的关系的图。
图2是表示根据晶粒尺寸的加工硬化式H1的变化的图。
图3至图5是表示晶粒尺寸分布的图。
图6是表示修正的加工硬化式H2与加工硬化度的实测值的相关关系的图。
图7是表示奥氏体稳定化指数与加工硬化度的实测值的相关关系的图。
最佳实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施例的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢进行说明。
本发明的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢包括：Si：0.1-0.65％、Mn：1.0-3.0％、Ni：6.5-10.0％、Cr：16.5-18.5％、Cu：6.0％以下(0除外)、C+N：0.13％以下(0除外)，余量为Fe和不可避免的杂质。
下面，对于构成本发明的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢的成分的数值进行限定的理由进行说明。
C+N应添加0.13重量％以下。
C和N是间隙固溶强化元素，不仅硬化奥氏体系不锈钢，而且当其含量高时，使加工时产生的应变诱导马氏体硬化，导致材料的加工硬化度增加。因此，需要限制C和N的含量，在本发明中C+N的含量限制在0.13％以下。
Si是在0.1-0.65重量％的范围内调整而添加。
由于Si是为了脱氧而必须添加的元素，因此添加0.1％以上。
但是，当Si的添加量过高时，使材料硬化，而且与氧结合而形成夹杂物，从而导致耐蚀性降低，因此，Si含量的上限限制在0.65％。
Mn是在1.0-3.0重量％的范围内调整而添加。
Mn不仅是为了脱氧而必须添加的元素，而且是提高奥氏体相的稳定性的元素，因此，为了保持奥氏体平衡，添加1.0％以上。但是，当Mn的添加量过高时，降低材料的耐蚀性，因此，Mn含量的上限限制在3.0％。
Ni是在6.5-10.0重量％的范围内调整而添加。
Ni与Cr复合添加，不仅有效改善如耐点蚀性等耐蚀性，而且当其含量增加时能够实现奥氏体钢的软化。
并且，Ni是有助于改善奥氏体系不锈钢的相稳定性的元素，为了保持奥氏体平衡，添加6.5％以上。但是，当Ni的添加量过高时，导致钢的成本增加，因此，Ni含量的上限限制在10.0％。
Cr是在16.5-18.5重量％的范围内调整而添加。
Cr是提高耐蚀性的必要元素，为了通用应添加16.5％以上。但是，当Cr的添加量过高时，导致奥氏体相的硬化，成本上升，因此，Cr含量的上限限制在18.5％。
Cu是在6.0重量％以下的范围内调整而添加。
Cu可能会导致奥氏体钢的软化。但是，当Cu的添加量过高时，降低热加工性，并且可以使奥氏体相硬化，因此，Cu含量的上限限制在6.0％。
为了实现本发明的目的，重要的是本发明提供的成分控制方法。为了具体说明该方法，下面通过本发明的实施例来进行说明。下面的实施例中说明的材料是通过制造成厚度为150mm的钢锭，并将其加热至1250℃，然后热轧至3mm，然后进行在1100℃下保持60秒以上的热处理来完成制造。但是，这种制造方法并不是限定本发明中提供的材料的特性，而是采用了普通的奥氏体系不锈钢的制造方法之一，其仅仅是制造用于评价特性的材料的一例。材料的特性是根据本发明中提供的成分控制方法而改变。屈服强度YS和拉伸强度TS是通过材料的单轴拉伸来获得的值。
[表1]
分类 Si Mn Ni Cr Cu C+N TS-YS H1
发明例1 0.4 2.7 8.0 17.3 2.7 0.019 281 292
发明例2 0.4 1.7 9.6 17.4 3.2 0.028 277 284
发明例3 0.4 1.7 9.6 17.4 3.2 0.024 273 281
发明例4 0.4 2.8 9.6 17.5 3.1 0.010 276 271
发明例5 0.4 2.7 9.6 17.4 3.2 0.011 279 267
发明例6 0.4 2.7 9.7 17.5 3.2 0.019 277 273
发明例7 0.4 2.7 9.6 17.4 3.2 0.041 280 285
发明例8 0.4 1.2 8.3 16.9 2.1 0.016 287 286
发明例9 0.4 1.2 8.4 16.9 2.2 0.033 295 294
发明例10 0.4 1.2 8.1 17.0 2.8 0.018 288 284
发明例11 0.4 1.2 8.0 17.0 2.7 0.036 293 295
发明例12 0.4 1.2 8.4 16.8 2.7 0.017 280 275
发明例13 0.4 1.2 8.4 17.0 2.7 0.036 287 293
发明例14 0.6 1.2 7.6 16.9 3.0 0.017 283 296
发明例15 0.6 1.2 7.6 16.9 4.0 0.021 286 286
发明例16 0.6 1.2 7.6 16.7 5.0 0.020 274 263
比较例1 0.6 1.2 7.6 16.9 2.1 0.056 328 329
比较例2 0.4 1.0 7.9 17.7 0.2 0.088 407 399
比较例3 0.6 1.2 7.5 16.8 2.0 0.021 309 308
表1所示的H1由以下数学式定义。
H1＝﹣459+79.8Si－10.2Mn－8.16Ni+48.0Cr－13.2Cu+623(C+N)
本发明中，为了通过将TS-YS值控制在300Mpa以下来获得柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，利用构成本发明的成分元素来定义H1值，并分析H1值与实际测量的TS-YS值之间的相关关系。
如图1所示，示出了通过成分控制获得的H1值和实际测量的TS-YS值之间的关系，并且，可以知道体现了上述的说明。特别是，如虚线所示，它们之间建立了线性的平滑关系，因此可知，即使在本发明中没有设定H1值的下限，也可以通过制造具有更低的H1值的材料来制造柔韧性更优异的奥氏体系钢。
另外，通过通常的制造工艺制造的奥氏体系不锈钢的晶粒尺寸通常为30±10μm。
如表2所示，本发明的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢的晶粒尺寸(D)也是在30±10μm区间，如表2的比较例1所示，可以知道，当H1为329时，实际的TS-YS值为328，柔韧性并不好。
如上所述，当晶粒尺寸为通常的30±10μm范围时，可知H1的值和实际的TS-YS值具有相似的值，这也可以通过图2来确认。
但是，当晶粒尺寸超过30±10μm范围时，可知即使H1超过300MPa，实际的TS-YS值也小于300Mpa，这也可以通过表2的发明例17、18、19、20、21和图2的椭圆表示部分来确认。
当晶粒尺寸大时，在加工时发生称为橘皮皱的表面凹凸缺陷，但是，如果表面的平滑度不重要或者可以通过研磨进行修正而成为可以忽略的程度，则即使晶粒尺寸大，也不会成为大问题。
图3至图5是表示晶粒尺寸分布的图，图3是表示下面的发明例6的奥氏体系不锈钢的晶粒尺寸的组织照片，图4是表示下面的比较例6的奥氏体系不锈钢的晶粒尺寸的组织照片，图5是表示下面的发明例17的奥氏体系不锈钢的晶粒尺寸的组织照片。
本发明中，提供经过修正的加工硬化式H2，以便即使晶粒尺寸大于通常情况时也能够获得加工硬化度低的材料。
H2＝4.27+0.875H1－0.287D
如表2和图6所示，可以知道，通过将修正的加工硬化式H2的范围控制在300Mpa以下，可以制造出柔韧性优异的奥氏体系不锈钢。
[表2]
TS-YS H1 D H2
发明例1 281 292 29 289
发明例2 277 284 31 282
发明例3 273 281 33 279
发明例4 276 271 29 271
发明例5 279 167 31 268
发明例6 277 173 32 272
发明例7 280 285 35 282
发明例17 269 336 223 273
发明例18 247 316 218 256
发明例19 240 301 209 246
发明例20 267 333 284 253
发明例21 283 316 93 292
比较例1 328 329 33 321
比较例4 337 406 210 337
比较例5 371 406 990 372
比较例6 313 336 72 316
表3是表示表2中公开的发明例17至发明例21和比较例4至比较例6的成分含量。
[表3]
分类 Si Mn Ni Cr Cu C+N
发明例17 0.6 1.2 7.5 16.7 3.9 0.119
发明例18 0.6 1.3 7.6 17.0 5.0 0.087
发明例19 0.6 1.3 7.9 17.1 5.8 0.075
发明例20 0.5 1.1 6.9 17.1 4.4 0.091
发明例21 0.6 1.3 7.6 17.0 5.0 0.087
比较例4 0.2 1.4 8.1 18.1 0.2 0.105
比较例5 0.2 1.4 8.1 18.1 0.2 0.105
比较例6 0.6 1.2 7.5 16.7 3.9 0.119
另外，TS-YS值也可以通过以下奥氏体稳定性Md30进行限制。
如图7所示，当Md30超过0时，TS-YS值大幅增加，在Md30为0以下的范围内，TS-YS值对Md30反应得不敏感，保持在一定的低水平。
为了使Md30保持在0以下的范围，需要添加作为主要添加元素的Si、Mn、Ni、Cu、Cr，在本发明中提出了用于将TS-YS值保持在300Mpa以下的Md30相关成分参数。
[表4]
TS-YS Md30
发明例1 281 -30
发明例2 227 88
发明例3 273 85
发明例4 276 88
发明例5 279 88
发明例6 277 -97
发明例7 280 -102
发明例8 287 -2
发明例9 295 -14
发明例10 288 -18
发明例11 293 -22
发明例12 280 -21
发明例13 287 -34
发明例14 283 -13
发明例15 286 -41
发明例16 274 -69
比较例1 328 -1
比较例2 407 20
比较例3 309 20
如表4所示，当Md30值保持在0以下时，可以将TS-YS值保持在300MPa以下，可知柔韧性得到改善。
另外，为了降低Md30值，需要进一步增加成分元素含量，为了降低成本，其下限值优选限定在-100。
虽然参照特定的实施例具体示出并说明了本发明，但是在没有脱离权利要求书中提供的本发明的技术思想的情况下，本发明可以进行各种改进和变更，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
工业实用性
根据本发明的实施例的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢可适用于家用和汽车用空调冷媒管等。

Claims (7)

1.一种柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，以重量％计，包括：Si：0.1-0.65％、Mn：1.0-3.0％、Ni：6.5-10.0％、Cr：16.5-18.5％、Cu：6.0％以下且0除外、C+N：0.13％以下且0除外，余量为Fe和不可避免的杂质，
由下式定义的加工硬化式H1为300以下，
H1＝﹣459+79.8Si－10.2Mn－8.16Ni+48.0Cr－13.2Cu+623(C+N)。
2.根据权利要求1所述的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，组织的尺寸D为20-40μm。
3.一种柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，以重量％计，包括：Si：0.1-0.65％、Mn：1.0-3.0％、Ni：6.5-10.0％、Cr：16.5-18.5％、Cu：6.0％以下且0除外、C+N：0.13％以下且0除外，余量为Fe和不可避免的杂质，
由下式定义的加工硬化式H2为300以下，
H2＝4.27+0.875(﹣459+79.8Si－10.2Mn－8.16Ni+48.0Cr－13.2Cu+623(C+N))－287D
其中，D表示组织的尺寸。
4.根据权利要求3所述的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，组织的尺寸D为20-300μm。
5.一种柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，以重量％计，包括：Si：0.1-0.65％、Mn：1.0-3.0％、Ni：6.5-10.0％、Cr：16.5-18.5％、Cu：6.0％以下且0除外、C+N：0.13％以下且0除外，余量为Fe和不可避免的杂质，
由下式定义的Md30为0以下，
Md30＝551﹣462(C+N)﹣9.2Si－8.1Mn﹣29(Ni+Cu)－13.7Cr。
6.根据权利要求5所述的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，Md30为-100至0。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的柔韧性优异的奥氏体系不锈钢，其特征在于，拉伸强度(TS)与屈服强度(YS)之间的差值为300Mpa以下。
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