CN109072372A - 韧性良好的含有Ti的铁素体系不锈钢板和法兰 - Google Patents

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Abstract

本发明提供韧性良好的含有Ti的铁素体系不锈钢板。本发明为含有Ti的铁素体系不锈钢板，其具有如下的化学组成：用质量％表示，含有C：0.003～0.030％、Si：2.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.050％以下、S：0.040％以下、Cr：10.0～19.0％、N：0.030％以下、Ti：4(C+N)以上且0.80％以下、Al：0.010～0.20％，根据需要还含有Mo：1.50％以下和B：0.0030％以下的1种以上，余量的Fe和不可避免的杂质，采用电解提取法所回收的提取残渣的钢中含量R(质量％)与C、N的钢中含量满足下述(1)式的关系。R＞5.0C+4.4N‑0.025…(1)。

Description

韧性良好的含有Ti的铁素体系不锈钢板和法兰
技术领域
本发明涉及韧性良好的含有Ti的铁素体系不锈钢板。另外，涉及使用了该钢板的法兰。
背景技术
含有Ti的铁素体系不锈钢板由于耐蚀性、耐热性等特性良好，因此近年来在汽车排气路径构件等中的需求在增长。但是，含有Ti的铁素体系不锈钢板存在韧性容易降低的问题。就汽车排气路径中使用的法兰(フランジ)等而言，对于厚规格(例如板厚5.0～11.0mm)的钢板的需求高。板厚越大，韧性降低的影响越容易变得明显。
目前为止，已进行了各种改善含有Ti的铁素体系不锈钢板的韧性的尝试。作为厚规格的钢板原料，一般应用热轧钢板或热轧退火钢板，因此以往的韧性改善对策与热轧条件有关是主流(专利文献1～4)。但是，在不锈钢板的大量生产现场，在热轧生产线流动着各种钢种。在含有Ti的铁素体系不锈钢板的制造时采用与通用的铁素体系不锈钢板不同的限定的操作条件成为使整体的生产率降低的主要因素。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭60-228616号公报
专利文献2：日本特开昭64-56822号公报
专利文献3：日本特开2012-140688号公报
专利文献4：日本特开2015-187290号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供在采用了一般的热轧条件的情况下也可得到的、韧性良好的含有Ti的铁素体系不锈钢板和使用了该含有Ti的铁素体系不锈钢板的法兰。
用于解决课题的手段
上述目的通过以下的发明得以实现。
[1]含有Ti的铁素体系不锈钢板，其具有如下的化学组成：用质量％表示，包含C：0.003～0.030％、Si：2.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.050％以下、S：0.040％以下、Cr：10.0～19.0％、N：0.030％以下、Ti：4(C+N)以上且0.80％以下、Al：0.010～0.20％、余量的Fe和不可避免的杂质，采用电解提取法所回收的提取残渣的钢中含量R(质量％)与C、N的钢中含量满足下述(1)式的关系。
R＞5.0C+4.4N-0.025…(1)
其中，在上述Ti含量的下限和(1)式中，在C和N的部位分别代入用质量％表示的C和N的钢中含量的值。
[2]上述[1]所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板，其中，在上述化学组成中，C含量为0.007～0.030质量％。
[3]上述[1]或[2]所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板，其具有如下的化学组成：用质量％表示，还含有Mo：1.50％以下。
[4]上述[1]～[3]中任一项所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板，其具有如下的化学组成：用质量％表示，还含有B：0.0050％以下。
[5]上述[1]～[4]中任一项所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板，其中，板厚为5.0～11.0mm。
[6]法兰，其使用了上述[1]～[5]中任一项所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板。
[7]上述[6]所述的法兰，其中，上述法兰为排气路径用法兰。
[8]上述[6]所述的法兰，其中，上述法兰为汽车排气路径用法兰。
[提取残渣的钢中含量R的求取方法]
在由10质量％的乙酰丙酮、1质量％的四甲基氯化铵、89质量％的甲醇组成的非水系电解液中，对于从钢板中选取的质量已知的样品，对饱和甘汞基准电极(SCE)给予-100mV～400mV的电位，使样品的基体(金属基底)全部溶解后，用孔径0.05μm的膜滤器将包含未溶解物的液体过滤，将残留于过滤器的固体成分作为提取残渣回收。将提取残渣在供于溶解的上述样品的质量中所占的质量比例设为R(质量％)。
发明的效果
根据本发明，能够实现韧性良好的含有Ti的铁素体系不锈钢板。特别是在韧性降低引起的不良影响容易变得明显的厚规格(例如板厚5.0～11.0mm)的钢板中韧性改善产生的可靠性的提高效果大。该钢板由于不用对热轧条件设置特别的限制就能够制造，因此带来连续热轧生产线的生产率的提高。另外，如果将上述钢板用于原料，则得到韧性优异的排气路径构件用的法兰。
具体实施方式
[化学组成]
在本发明中，以含有以下所示的成分元素的铁素体系不锈钢为对象。与钢板的化学组成有关的“％”只要无特别说明，则意味着质量％。
C成为使钢硬质化、降低热轧钢板的韧性的主要因素。将C含量(作为固溶C和化合物存在的C的总量)限制在0.030％以下。更优选使其为0.020％以下，可管理为0.015％以下。过剩的低C化使对炼钢的负荷增大，导致成本上升。在此，将C含量0.003％以上的钢板作为对象。
Si和Mn除了作为脱氧剂有效以外，还具有提高耐高温氧化性的作用。对于Si确保0.02％以上的含量、对于Mn确保0.10％以上的含量更为有效。如果大量地含有这些元素，则成为招致钢的脆化的主要因素。将Si含量限制在2.0％以下，更优选使其为1.0％以下。将Mn含量也限制在2.0％以下，更优选使其为1.0％以下。
P和S如果大量地含有，则成为耐蚀性降低等的主要因素。就P含量而言，能够容许至多0.050％，就S含量而言，能够容许至多0.040％。过剩的低P化、低S化使对炼钢的负荷增大，变得不经济。通常，P含量可在0.010～0.050％的范围调整，S含量可在0.0005～0.040％的范围调整。
为了确保作为不锈钢的耐蚀性，Cr是重要的。对于耐高温氧化性的提高也有效。为了使这些作用发挥，10.0％以上的Cr含量是必要的。如果大量地含有Cr，则钢硬质化，有时对厚规格热轧钢板的韧性改善带来障碍。在此，将Cr含量为19.0％以下的钢作为对象。
N与C同样地成为使热轧钢板的韧性降低的主要因素。将N含量(作为固溶N和化合物存在的N的总量)限制在0.030％以下。更优选使其为0.020％以下，可管理到0.015％以下。过剩的低N化使对炼钢的负荷增大，导致成本上升。通常，N含量可在0.003％以上的范围进行调整。
Ti是通过与C、N结合形成Ti的碳氮化物从而抑制Cr的碳氮化物的晶界偏析、在将钢的耐蚀性和耐高温氧化性维持在高水平上极其有效的元素。在此，为了充分地获得上述作用，将用质量％表示，相对于C和N的合计含量具有4倍当量以上的Ti含量的铁素体系不锈钢作为对象。如果Ti含量变得过大，则助长热轧钢板的韧性降低，因此不优选。各种研究的结果：将Ti含量限制在0.80％以下，更优选以0.50％以下的范围含有。应予说明，本说明书中，所谓“碳氮化物”，是指C、N中的1种以上与金属元素结合而成的化合物。如果是Ti的碳氮化物的例子，则TiC、TiN和Ti(C，N)与其对应。
Al作为脱氧剂有效。为了充分地获得其作用，以成为0.010％以上的Al含量的方式进行添加是有效的。含有大量的Al成为韧性降低的主要因素。将Al含量限制为0.20％以下。
Mo对于耐蚀性的提高是有效的，能够根据需要进行添加。这种情况下，规定为0.01％以上的Mo含量更为有效。含有大量的Mo有时对韧性产生不良影响。Mo含量需要规定为0～1.50％的范围，可管理到0～0.50％的范围。
B对于二次加工性提高有效，能够根据需要进行添加。这种情况下，确保0.0005％以上的含量更为有效。不过，如果B含量超过0.0050％，则由于Cr2B的生成，损害金属组织的均一性，有时加工性降低。B含量规定为0～0.0050％的范围。
[提取残渣的钢中含量]
在具有上述的化学组成的含有Ti的铁素体系不锈钢的情况下，采用上述的电解提取法所回收的提取残渣以Ti的碳氮化物为主体。Ti是如上所述为了将C、N固定所添加的元素。对于含有Ti的铁素体系不锈钢板而言，关于N，通常认为大部分以与Ti结合的形式存在于钢板中。但是，关于C，与N相比，没有与Ti结合而在基体中固溶的状态下存在的比例增多。关于Ti，通常也并非将其全部消耗于碳氮化物的形成，在钢板中存在着没有形成碳氮化物的Ti。
根据发明人的研究，获知在含有Ti的铁素体系不锈钢板中没有与Ti结合而以固溶状态存在的C成为引起韧性降低的最主要因素。因此，降低固溶C量、即、使C尽可能在与Ti结合的状态下存在对于韧性改善极其有效。将固溶C量的减少反映于Ti的碳氮化物的生成量。在此，将采用电解提取法所回收的提取残渣的钢中含量R作为参数，特别限定韧性改善效果高的含有Ti的铁素体系不锈钢板。
各种研究的结果，获知在具有上述的化学组成的含有Ti的铁素体系不锈钢中调整为采用电解提取法所回收的提取残渣的钢中含量R(质量％)与C、N的钢中含量满足下述(1)式的关系的金属组织时，板厚5.0～11.0mm这样的厚规格的钢板的韧性显著地得到改善。这种情况下，能够避免在冷轧工序中的生产线通板时、加工成以厚规格钢板为原料的部件时成为问题的、由韧性降低引起的难以预料的故障。
R＞5.0C+4.4N-0.025…(1)
其中，在(1)式的C和N的部位分别代入用质量％表示的C和N的钢中含量的值。
(1)式中，“5.0C”的项相当于假定钢中的C全部与Ti结合时的TiC的质量比例，“4.4N”的项相当于假定钢中的N全部与Ti结合时的TiN的质量比例。“-0.025”的项相当于将在充分地获得韧性改善效果上所容许的固溶C+固溶N的最大量换算为Ti的碳氮化物量的值。不过，考虑N比C优先地与Ti结合，因此“-0.025”的项可视为是实质上表示固溶C的容许量的项。
[制造方法]
以满足上述(1)式的方式使固溶C量减少的含有Ti的铁素体系不锈钢板能够通过在一般的不锈钢板制造工序中加入在特定的温度范围的热处理工序而实现。例如，采用常规方法制造热轧钢板，实施热轧板退火而得到退火钢板。热轧板退火的温度例如能够设为超过950℃且1150℃以下，更优选设为超过1000℃且1150℃以下。对于得到的退火钢板，实施在750℃以上且1000℃以下的温度范围保持60秒以上的热处理。如果保持温度不到750℃，则TiC的生成难以进行，固溶C的减少变得不充分。如果超过1000℃，TiC的溶解变得容易进行，使固溶C减少变得困难。保持温度更优选设为750℃以上且950℃以下，可管理到750℃以上且900℃以下。保持时间能够在60分钟以内的范围进行设定，更优选设为10分钟以下的范围。可知通过引入该热处理，从而得到满足上述(1)式的组织状态。保持温度和保持时间的最佳条件能够通过根据该热处理前所经受的退火的条件和化学组成预先进行预备实验来把握。
实施例
《实施例1》
将表1中所示的化学组成的钢熔炼，采用通常的铁素体系不锈钢板用的条件进行热轧，采用退火酸洗生产线实施1080℃的退火，得到了退火钢板。将对该退火钢板实施了热处理的钢板或者没有实施热处理的钢板(上述退火钢板)作为供试钢板。在表2中示出热处理的条件。
[表1]
表1
从各供试钢板中选取样品，按照上述的“提取残渣的钢中含量R的求取方法”求出R。
由各供试钢板制作U型缺口冲击试验片，按照JIS Z2242：2005在70℃以下的每10℃的各温度下进行了Charpy冲击试验。重锤产生的冲击给予方向(即U型缺口的深度方向)设为与轧制方向和板厚方向垂直的方向。各温度下的试验数设为n＝3，采用其中最低的冲击值(成绩最差的值)作为该供试钢板的该温度下的冲击值。在本说明书中，将该每10℃的试验中冲击值成为150J/cm2以上的最低温度定义为该供试钢板的DBTT。在具有上述的化学组成的含有Ti的钢种的厚规格钢板(例如板厚5.0～11.0mm)中，如果该DBTT为30℃以下，则能够评价为韧性方面的可靠性显著地得到了改善。因此，将该DBTT为30℃以下的钢板判断为○(韧性改善：合格)，将其以外的钢板判断为×(韧性改善：不合格)。
将它们的结果示于表2中。
[表2]
表2
作为比较例的No.6～10相当于以往一般的热轧退火钢板。它们的表2中的[A]-[B]均为负的值，不满足(1)式。本发明例的钢板通过实施适当的热处理，从而获得了满足(1)式的组织状态。可知它们与比较例的钢板相比，韧性都显著地得到了改善。

Claims (8)

1.含有Ti的铁素体系不锈钢板，其具有如下的化学组成：用质量％表示，包含C：0.003～0.030％、Si：2.0％以下、Mn：2.0％以下、P：0.050％以下、S：0.040％以下、Cr：10.0～19.0％、N：0.030％以下、Ti：4(C+N)以上且0.80％以下、Al：0.010～0.20％、余量的Fe和不可避免的杂质，采用电解提取法所回收的提取残渣的钢中含量R(质量％)与C、N的钢中含量满足下述(1)式的关系：
R＞5.0C+4.4N-0.025…(1)
其中，在所述Ti含量的下限和(1)式中，在C和N的部位分别代入用质量％表示的C和N的钢中含量的值。
2.根据权利要求1所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板，其中，在所述化学组成中，C含量为0.007～0.030质量％。
3.根据权利要求1所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板，其具有如下的化学组成：用质量％表示，还含有Mo：1.50％以下。
4.根据权利要求1所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板，其具有如下的化学组成：用质量％表示，还含有B：0.0050％以下。
5.根据权利要求1所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板，其中，板厚为5.0～11.0mm。
6.法兰，其使用了根据权利要求1～5中任一项所述的含有Ti的铁素体系不锈钢板。
7.根据权利要求6所述的法兰，其中，所述法兰为排气路径用法兰。
8.根据权利要求6所述的法兰，其中，所述法兰为汽车排气路径用法兰。
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