CN109913758B - 高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板及其制备方法，属于不锈钢制备技术领域，该铁素体不锈钢板成分按质量百分比计，含C≤0.01％，N≤0.006～0.01％，Si 0.4～0.6％，Cr 18～20％，Mo 1.8～2.1％，Nb 0.2～0.5％，Ti 0.1～0.2％，W 0.4～1.5％，Ce 0.04～0.1％，Mn 0.25～0.35％，S≤0.005％，P≤0.01％，余量为Fe。制备时，依次经过冶炼浇铸与锻造后，在相应温度下依次进行热轧和冷轧，并控制压下率及两次轧制后的退火温度，冷却制得高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板。本发明通过加入适量W提高铁素体不锈钢的高温强度，并提供最优化的轧制工艺，能够生产出具有良好高温强度和成形性能的铁素体不锈钢板，其用于汽车排气歧管热端等部件的高温工作环境。

Description

高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板及其制备方法
技术领域：
本发明属于不锈钢制造技术领域，具体涉及一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板及其制备方法。
背景技术：
铁素体不锈钢具有优良的抗氧化、耐腐蚀及良好的耐热疲劳性能，被广泛应用于汽车排气***、电器、燃料电池和核电等领域。
随着汽车尾气排放标准的越来越严格和燃油效率的不断提高，将导致汽车尾气温度不断升高。与发动机直接相连的排气歧管局部工作温度将达到950～1050℃，甚至高达1100℃；考虑到排气歧管结构较为复杂，必须具备优良的成形性能。因此，具有优良高温强度和成形性能的铁素体不锈钢具有很大的需求。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板及其制备方法，通过合理设计材料的成分，经锻造、热轧、热轧退火、冷轧及冷轧退火处理，制成高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，包括组分及质量百分含量为C≤0.01％，N 0.006～0.01％，Si 0.4～0.6％，Cr 18～20％，Mo 1.8～2.1％，Nb 0.2～0.5％，Ti 0.1～0.2％，W 0.4～1.5％，Ce 0.04～0.1％，Mn 0.25～0.35％，S≤0.005％，P≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质。
所述的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板在1100℃下抗拉强度σs≥18MPa，室温下的屈服强度σ0.2为360～400MPa，室温下的抗拉强度σb为570～611MPa，室温下的断后伸长率δ≥28％，塑性应变比平均值rm≥1.4，各向异性度Δr≤0.1，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra≤1μm。
所述的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按质量百分比计，含C≤0.01％，N0.006～0.01％，Si 0.4～0.6％，Cr 19～20％，Mo 1.9～2.1％，Nb 0.2～0.5％，Ti 0.1～0.2％，W0.4～1.5％，REM0.04～0.1％，Mn 0.25～0.35％，S≤0.005％，P≤0.01％，余量为Fe；
(2)将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200～1250℃，锻造完成后空冷至室温；
(3)将空冷后的板坯加热至1150～1250℃，保温1～3h后，进行6～8道次热轧，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为780～930℃，总压下率为85～90％，热轧完成后空冷至室温；
(4)将空冷后的热轧板在1025～1075℃进行退火处理，退火时间为3～8min，之后空冷至室温；
(5)将热轧退火板在室温下冷轧，总压下率为75～85％，冷轧完成后在1025～1075℃进行退火处理，退火时间为1～3min，退火后空冷至室温，制备的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板。
所述的步骤(2)中，锻造形成板坯的厚度为40～60mm。
所述的步骤(3)中，热轧时单道次压下率为20～40％。
所述的步骤(5)中，冷轧时单道次压下率不超过10％。
所述的步骤(5)中，制备的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板厚度为1～2mm。
对本发明中成分限定理由进行说明，钢中各元素含量为质量百分比。铁素体不锈钢中的C和N元素都会降低成品板的r值、延伸率及耐蚀性。此外，C、N和Cr之间有很强的亲和力，容易与Cr形成铬的碳化物与氮化物，引起铬的贫化，造成材料的高温抗氧化性和耐晶间腐蚀性能降低。如果C和N的总含量超过0.03％，这些负面作用会表现的更加明显。但是，如果C和N的总含量低于0.005％，会促进柱状晶凝固组织的生长，对成品板抵抗表面抗皱的能力不利。又考虑到C元素对铁素体不锈钢的韧性破坏作用明显超过N元素，而增加N含量能提高钢的强度却基本不降低钢的韧性。因此，C含量不应高于0.01％，N含量应该控制在0.006～0.01％。
Si在钢中能起到脱氧作用，同时还能改善抗氧化性能。但Si含量超过1％时，会降低成品板的成形性能和塑性。因此，Si含量控制在0.4～0.6％。
Cr是决定不锈钢耐蚀性的主要元素，能提高基体电极电位，从而显著改善钢的耐腐蚀性能。另外，Cr作为氧化膜的主要成分，它有助于形成更加稳定的氧化膜，提高高温下的抗氧化性能。但是，随着Cr含量增加，铁素体不锈钢的成形性能下降。因此，Cr含量限定在18～20％。
Mo能显著增加钢表面钝化膜的稳定性，能够在苛刻的侵蚀性环境中防止其被局部击穿。Mo还可以增强耐局部腐蚀性，如点蚀、缝隙腐蚀，特别是在卤盐或海水中有氯离子的情况下。另外，Mo还能提供固溶强化和析出强化效果。但是，在长时间使用中过高的Mo量会导致析出相的粗化，降低析出强化效果。因此，Mo的含量控制在1.8～2.1％。
Nb为碳、氮的稳定化元素，能够与碳、氮相结合而形成Nb(C，N)，抑制了钢中形成铬的碳、氮化物，提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能。另外，Nb还能通过固溶强化和析出强化提高铁素体不锈钢的高温强度。但是，过量的Nb会引起高温下析出相的粗化，降低钢的高温性能。因此，Nb含量控制在0.2～0.5％。
Ti也为碳、氮的稳定化元素，能够与碳、氮相结合而形成TiC或TiN，抑制了钢中形成铬的碳、氮化物，提高不锈钢的耐晶间腐蚀性能。若Ti量过高，则由于过量粗大的TiC或TiN析出降低材料的加工性能。因此，Ti的含量控制在0.1～0.2％。
W是提高基体热强性效果显著的几种合金元素之一。高熔点金属钨溶入基体，阻碍原子扩散，增强原子结合力，故可高温下组织保持稳定性，从而提高钢的耐热性。此外，W元素在铁素体不锈钢中形成析出相，提供析出强化效果。但过量W会引起析出相的粗化，对高温性能不利。因此，W含量控制在0.4～1.5％。
稀土Ce可以促进Cr的扩散迁移，有利于致密的Cr2O3膜的形成，提高了铁素体不锈钢的高温抗氧化性能。但过多的Ce会增加钢中夹杂物数量，降低材料的韧性。因此，Ce含量控制在0.04～0.1％。
Mn能够有效抑制不锈钢的氧化皮剥离和异常氧化，还可以降低Cr的消耗抑制贫Cr区的形成。过高的Mn含量会破坏钢的耐蚀性能及室温下的加工性能。因此，Mn含量控制在0.25～0.35％。
S和P元素都是钢中不可避免混入的有害元素，因此S含量不高于0.005％，P含量应≤0.01％。
本发明的有益效果：
采用本发明的制备方法获得的不锈钢板高温强度超过现有钢种B444M2，且成形性能明显优于B444M2的铁素体不锈钢。该铁素体不锈钢尤其适用于汽车排气***等部件中，可应对1100℃前后的工作环境。
本发明的铁素体不锈钢板由于具有良好高温强度和加工性能，具有良好适用性，除了用于排气***零件的加工品以外，还可以用于发电厂的废气通路部件使用，不锈钢成分中的Mo元素添加，还能够用于耐腐蚀环境中使用。
附图说明：
图1为高温拉伸试样尺寸示意图；
图2是实施例2制备的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板光学显微金相组织图；
图3为实施例7制备的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板光学显微金相组织图；
图4为对比例7制备的成品板光学显微金相组织图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明实施例中按照GB/T228.1-2010制成标准拉伸试样，在CMT5105-SANS微机控制电子万能实验机上测量材料的屈服强度σ0.2、抗拉强度σb与断后延伸率δ，高温拉伸试样尺寸示意图如图1所示。
本发明实例中按照国标GB/T5027-2016进行拉伸实验，在CMT5105-SANS微机控制电子万能实验机上测量材料的平均塑性应变比rm、各向异性度Δr。沿与板轧向呈0°、45°和90°方向制备拉伸试样，在拉伸实验机上测得应变15％时各方向上塑性应变比r0°、r45°和r90°，按rm＝(r0+2r45+r90)/4
计算塑性应变比，各向异性度的计算则按照Δr＝(r0-2r45+r90)/2进行。
本发明实施例中沿与冷轧退火板轧向呈0°的方向上截取标准试样，将试样表面用依次用240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#的水砂纸磨至光亮，然后进行15％拉伸变形后，利用TR300便携式粗糙度形状测量仪在其板面上沿与轧向相垂直的方向进行测量获得表面平均粗糙度Ra。
由成品板制作成高温拉伸试样，在MMS-200热模拟试验机上，进行1100℃拉伸试验，应变速率为0.05min-1，测定其抗拉强度。
本发明实施例中对成品板金相腐蚀具体参数为：通过60％HNO3硝酸水溶液电解腐蚀，电压45V，时间60S。
前期实验：
申请人针对不同终轧温度，设置不同的热轧退火温度和冷轧退火温度进行实验，获得钢板成品，通过测试性能，最终确定满足技术方案的热轧退火温度和冷轧退火温度范围，具体的热轧退火温度为1025～1075℃，冷轧退火温度1025～1075℃。
实施例1
一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，其成分按质量百分比计，含C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。
制备步骤如下：按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按质量百分比为：C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度800℃，热轧至5mm(压下率为87.5％)，热轧单道次压下率为30％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1025℃下退火5min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为80％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1050℃退火1min，制成高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，该钢板在1100℃下抗拉强度σs为21MPa，室温下的屈服强度σ0.2为395MPa，室温下的抗拉强度σb为611MPa，室温下的断后伸长率δ29.9％，塑性应变比平均值rm1.57，各向异性度Δr0.08，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.9μm。
实施例2
一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，其成分按质量百分比计，含C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。
制备步骤如下：按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按质量百分比为：C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度800℃，热轧至5mm(压下率为87.5％)，热轧单道次压下率为30％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1050℃下退火5min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为80％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1050℃退火1min，制成高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，其光学显微金相组织图如图2所示，该钢板在1100℃下抗拉强度σs为20MPa，室温下的屈服强度σ0.2为394MPa，室温下的抗拉强度σb为610MPa，室温下的断后伸长率δ29.5％，塑性应变比平均值rm1.62，各向异性度Δr-0.09，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.92μm。
实施例3
一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，其成分按质量百分比计，含C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。
制备步骤如下：按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按质量百分比为：C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度800℃，热轧至5mm(压下率为87.5％)，热轧单道次压下率为30％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1075℃下退火5min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为80％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1050℃退火1min，制成高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，该钢板在1100℃下抗拉强度σs为20MPa，室温下的屈服强度σ0.2为392MPa，室温下的抗拉强度σb为603MPa，室温下的断后伸长率δ30.1％，塑性应变比平均值rm1.68，各向异性度Δr0.07，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.88μm。
实施例4
一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，其成分按质量百分比计，含C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。
制备步骤如下：按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按质量百分比为：C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度900℃，热轧至6mm(压下率为85％)，热轧单道次压下率为20％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1050℃下退火6min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为83.3％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1025℃退火1min，制成高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，该钢板在1100℃下抗拉强度σs为21MPa，室温下的屈服强度σ0.2为390MPa，室温下的抗拉强度σb为609MPa，室温下的断后伸长率δ29.3％，塑性应变比平均值rm1.52，各向异性度Δr0.05，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.48μm。
实施例5
一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，其成分按质量百分比计，含C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。
制备步骤如下：按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按质量百分比为：C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度900℃，热轧至6mm(压下率为85％)，热轧单道次压下率为20％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1050℃下退火6min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为83.3％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1050℃退火1min，制成高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，该钢板在1100℃下抗拉强度σs为21MPa，室温下的屈服强度σ0.2为387MPa，室温下的抗拉强度σb为600MPa，室温下的断后伸长率δ29.2％，塑性应变比平均值rm1.56，各向异性度Δr 0.02，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.35μm。
实施例6
一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，其成分按质量百分比计，含C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。
制备步骤如下：按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按质量百分比为：C0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti 0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe。将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度900℃，热轧至6mm(压下率为85％)，热轧单道次压下率为20％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1050℃下退火6min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为83.3％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1075℃退火1min，制成高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，该钢板在1100℃下抗拉强度σs为20MPa，室温下的屈服强度σ0.2为383MPa，室温下的抗拉强度σb为596MPa，室温下的断后伸长率δ29.8％，塑性应变比平均值rm1.63，各向异性度Δr0.09，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.47μm。
实施例7
一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，其成分按质量百分比计，含C0.007％，N 0.007％，Cr 19.5％，Ti 0.14％，Nb 0.44％，Mo 1.95％，W 0.58％，Si 0.50％，Mn 0.32％，Ce 0.056％，S 0.004％，P 0.009％，余量为Fe。
制备步骤如下：按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按质量百分比为：C0.007％，N 0.007％，Cr 19.5％，Ti 0.14％，Nb 0.44％，Mo 1.95％，W 0.58％，Si 0.50％，Mn 0.32％，Ce 0.056％，S 0.004％，P 0.009％，余量为Fe。将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成60mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度900℃，热轧至6mm(压下率为90％)，热轧单道次压下率为30％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1050℃下退火4min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1.5mm(压下率为75％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1050℃退火1min，制成高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板，其光学显微金相组织图如图3所示，该钢板在1100℃下抗拉强度σs为18MPa，室温下的屈服强度σ0.2为382MPa，室温下的抗拉强度σb为588MPa，室温下的断后伸长率δ31.2％，塑性应变比平均值rm1.59，各向异性度Δr0.04，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.66μm。
对比例1
按实施例1的铁素体不锈钢板设定成分(C 0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe)冶炼钢水并浇铸成钢锭，将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度800℃，热轧至5mm(压下率为87.5％)，热轧单道次压下率在为30％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在950℃下退火5min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为80％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1050℃退火1min，制成铁素体不锈钢板，该钢板在室温下的屈服强度σ0.2为403MPa，室温下的抗拉强度σb为627MPa，室温下的断后伸长率δ26.3％，塑性应变比平均值rm 1.27，各向异性度Δr0.35，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra 1.70μm。
对比例2
按实施例1的铁素体不锈钢板设定成分(C 0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe)冶炼钢水并浇铸成钢锭，将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度800℃，热轧至5mm(压下率为87.5％)，热轧单道次压下率在为30％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1000℃下退火5min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为80％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1050℃退火1min，制成铁素体不锈钢板，该钢板在室温下的屈服强度σ0.2为396MPa，室温下的抗拉强度σb为613MPa，室温下的断后伸长率δ27.9％，塑性应变比平均值rm1.36，各向异性度Δr0.23，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra1.34μm。
对比例3
按实施例1的铁素体不锈钢板设定成分(C 0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe)冶炼钢水并浇铸成钢锭，将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1150℃，终轧温度800℃，热轧至5mm(压下率为87.5％)，热轧单道次压下率为30％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1100℃下退火5min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为80％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1050℃退火1min，制成铁素体不锈钢板，该钢板在室温下的屈服强度σ0.2为390MPa，室温下的抗拉强度σb为600MPa，室温下的断后伸长率δ30.3％，塑性应变比平均值rm 1.72，各向异性度Δr0.16，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra 0.89μm。
对比例4
按实施例1的铁素体不锈钢板设定成分(C 0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe)冶炼钢水并浇铸成钢锭，将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度900℃，热轧至6mm(压下率为85％)，热轧单道次压下率为20％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1050℃下退火6min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为83.3％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在950℃退火1min，制成铁素体不锈钢板，该钢板在室温下的屈服强度σ0.2为430MPa，室温下的抗拉强度σb为643MPa，室温下的断后伸长率δ17.4％，塑性应变比平均值rm1.03，各向异性度Δr-0.21，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.73μm。
对比例5
按实施例1的铁素体不锈钢板设定成分(C 0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe)冶炼钢水并浇铸成钢锭，将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度900℃，热轧至6mm(压下率为85％)，热轧单道次压下率为20％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1050℃下退火6min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为83.3％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1000℃退火1min，制成铁素体不锈钢板，该钢板在室温下的屈服强度σ0.2为398MPa，室温下的抗拉强度σb为617MPa，室温下的断后伸长率δ25.6％，塑性应变比平均值rm1.21，各向异性度Δr-0.11，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.53μm。
对比例6
按实施例1的铁素体不锈钢板设定成分(C 0.008％，N 0.008％，Cr 19.4％，Ti0.14％，Nb 0.45％，Mo 2.03％，W 1.03％，Si 0.52％，Mn 0.35％，Ce 0.049％，S 0.005％，P 0.008％，余量为Fe)冶炼钢水并浇铸成钢锭，将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200℃，锻造成40mm，锻造完成后空冷至室温。然后，将空冷后的板坯加热至1200℃，保温1h后，进行7道次热轧，开轧温度为1100℃，终轧温度900℃，热轧至6mm(压下率为85％)，热轧单道次压下率为20％，轧后空冷至室温，制成热轧板。将热轧板在1050℃下退火6min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm(压下率为83.3％)，冷轧单道次压下率不超过10％，在1100℃退火1min，制成铁素体不锈钢板，该钢板在室温下的屈服强度σ0.2为383MPa，室温下的抗拉强度σb为591MPa，室温下的断后伸长率δ31.1％，塑性应变比平均值rm1.72，各向异性度Δr0.18，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra 0.85μm。
对比例7
以目前生产并实际应用的B444M2型5mm热轧板为对比材料，其成分按质量百分比为：C 0.007％，N 0.007％，Cr 19.3％，Ti 0.14％，Nb 0.46％，Mo 2.05％，Si 0.57％，Mn0.29％，S 0.005％，P0.01％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。将5mm热轧板在1000℃下退火10min，空冷至室温，机械除鳞后冷轧至1mm，在1000℃退火2min，制成成品板，其光学显微金相组织图如图4所示，该钢板在1100℃下抗拉强度为14MP，室温下的屈服强度σ0.2为360MPa，室温下的抗拉强度σb为569MPa，室温下的断后伸长率δ28.1％，塑性应变比平均值rm1.31，各向异性度Δr0.25，沿轧制方向变形15％后表面粗糙度平均值Ra0.94μm。
成形性能：
上述实施例1～7、与对比例1～7得到的成品板的成形性能和力学性能，如表1所示。
同时满足平均塑性应变比rm≥1.4，各向异性度△r＜0.1，表面粗糙度平均值Ra＜1μm，断后延伸率≥28％的情况设为合格(○)，不满足的情况为不合格(×)。
评价结果
从表1和高温强度测试结果，明确得知，根据本发明设计的成分及制备方法生产的铁素体不锈钢板，其成形性能和高温强度明显优于目前生产和应用的B444M2铁素体不锈钢。
表1
Figure BDA0002011369740000111

Claims (5)

1. 一种高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述的铁素体不锈钢板包括组分及质量百分含量为C ≤0.01%，N 0.006~0.01%，Si 0.4~0.6%，Cr18~20%，Mo 1.8~2.1%，Nb 0.2~0.5%，Ti 0.1~0.2%，W 0.4~1.5%，Ce 0.04~0.1%，Mn 0.25~0.35%，S ≤0.005%，P ≤0.01%，余量为Fe；所述的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板在1100℃下抗拉强度σs为20-21MPa，室温下的屈服强度σ0.2为392-394MPa，室温下的抗拉强度σb为603-611MPa，室温下的断后伸长率δ为29.5-30.1%，塑性应变比平均值r m≥1.4，各向异性度△r≤0.1，沿轧制方向变形15%后表面粗糙度平均值R a≤1μm；
所述的制备方法包括以下步骤：
(1)按设定成分冶炼钢水并浇铸成钢锭，其成分按质量百分比计，含C≤0.01%，N 0.006~0.01%，Si 0.4~0.6%，Cr 18~20%，Mo 1.8~2.1%，Nb 0.2~0.5%，Ti 0.1~0.2%，W 0.4~1.5%，Ce 0.04~0.1%，Mn 0.25~0.35%，S≤0.005%，P≤0.01%，余量为Fe；
(2)将钢锭锻造成板坯，锻造温度为1200~1250℃，锻造完成后空冷至室温；
(3)将空冷后的板坯加热至1150~1250℃，保温1~3h后，进行6~8道次热轧，开轧温度为1100~1150℃，终轧温度为800℃，总压下率为85~90%，热轧完成后空冷至室温；
(4)将空冷后的热轧板在1025~1075℃进行退火处理，退火时间为3~8min，之后空冷至室温；
(5)将热轧退火板在室温下冷轧，总压下率为75~85%，冷轧完成后在1050℃进行退火处理，退火时间为1~3min，退火后空冷至室温，制得高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板。
2.根据权利要求1所述的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，锻造形成板坯的厚度为40~60mm。
3.根据权利要求1所述的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，热轧时单道次压下率为20~40%。
4.根据权利要求1所述的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，冷轧时单道次压下率不超过10%。
5.根据权利要求1所述的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板的制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，制备的高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板厚度为1~2mm。
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