CN109930083A - 低镍低铬不锈钢以及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低镍低铬铁素体不锈钢，其中，低镍低铬铁素体不锈钢包括下述化学成分，以质量百分数计：Ni：0.6～1.0％，C：0.0005～0.0150％，N：0.0005～0.0150％，Si：≤0.60％，Mn：≤1.20％，Cr：11.0～12.0％，Ti：0.10～0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足Ti/(C+N)＝8～18。本发明还公开一种制造上述低镍低铬铁素体不锈钢的方法。本发明的低镍低铬铁素体不锈钢具有如下优良力学性能：室温下(25℃)的冲击功(Ak)≥100J，零下40℃下的冲击功(Ak)≥50J，屈服强度(Rp0.2)≥300MPa，抗拉强度(Rm)≥420MPa。本发明的低镍低铬铁素体不锈钢具有优良的冲击韧性以及较高的强度。

Description

低镍低铬不锈钢以及其制造方法

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢技术领域，特别地涉及一种低镍低铬不锈钢以及其制造方法。

背景技术

低铬铁素体不锈钢由于不含或少含贵金属镍，故相对于镍含量较高的奥氏体不锈钢、双相钢等而言，制造原料成本低，再加上其本身具有的优良耐腐蚀性和易加工性，因此低铬铁素体不锈钢广泛应用汽车工业、摩托车、设备壳体、家电等工业零部件制造中。例如，在选择汽车用法兰用钢时，低铬铁素体不锈钢板可作为备选材料之一。然而，低铬铁素体不锈钢板为了适用为汽车用法兰用钢，在满足耐蚀性的前提下，还必须有良好的力学性能，尤其是优良的冲击韧性。虽然目前现有的低铬铁素体不锈钢生产技术，已经能够确保将典型的杂质元素C、N、0等保持在较低范围内，另外，还可根据不同需求加入Ti、Nb、V等稳定化元素，来提高低铬铁素体不锈钢本身的性能以及加工性；但是，低铬铁素体不锈钢也存在一些缺点或不足，如室温、低温下韧性不足，例如传统的低铬型铁素体不锈钢00Cr12室温下冲击功仅有10～20J，在0℃时仅为2～8J，极大限制了其在低温环境的应用范围，此外，铁素体不锈钢强度较低，由此限制了铁素体不锈钢作为结构件的应用。

因此，本领域需要一种新的低镍低铬不锈钢以及其制造方法，其可具备优良的冲击韧性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种低镍低铬铁素体不锈钢，其中，本发明通过将不锈钢成分设计优化，使得本发明的低镍低铬铁素体不锈钢可具备优良的冲击韧性以及较高的强度。本发明还提供一种制造上述低镍低铬铁素体不锈钢的方法。

在此强调，除非另有说明，本文所用术语与本领域中各种科技术语的通常含义、各种技术词典、教科书等中定义的专业术语的含义一致。

术语“冲击韧性”是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，反映材料内部的细微缺陷和抗冲击性能。工程上常用一次摆锤冲击弯曲试验来测定材料抵抗冲击载荷的能力，即测定冲击载荷试样被折断而消耗的冲击功Ak，单位为焦耳(J)。

术语“单稳定型”是指不锈钢仅包括一种或单一的稳定元素，例如钛Ti。钛与碳的亲和力很大，比不锈钢中的主要合金元素铬大。在钛加入钢中后，碳优先与钛结合并生成碳化钛(TiC)，这样就避免了析出碳化铬而造成晶界贫铬，从而有效防止晶间腐蚀，使不锈钢稳定。另外，钛与氮可结合生成氮化钛(TiN)。

术语“连铸成坯”，即连续铸钢，简称连铸，是指把液态钢水用连铸机浇铸、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。

本发明将低镍低铬铁素体不锈钢的化学成分设计优化，通过添加适量的Ni保证良好的低温冲击韧性并提高强度，确保较低C、N含量，利用Ti单稳定固定钢中的C、N，并控制钢中O、S、P等杂质元素以确保不锈钢的腐蚀性和良好的加工性。

测试证明，由本发明的低镍低铬铁素体不锈钢制成的钢板可具有如下优良力学性能：室温下(25℃)的冲击功(Ak)≥100J，零下40℃(-40℃)下的冲击功(Ak)≥50J，屈服强度(Rp0.2)≥300MPa，抗拉强度(Rm)≥420MPa。

具体地，在本发明的低镍低铬铁素体不锈钢中，各成分的含量范围设计如下：

Ni：镍是很好的固溶强化元素，镍是大原子溶质，当它溶入基体金属中，会引起晶格点阵畸变，阻碍位错的运动，从而引起屈服强度的增加。并且，可以显著提高铁素体不锈钢的强度，显著提高低温韧性，降低铁素体不锈钢的韧脆转变温度，Ni含量过低时不能在基体内体现其作用，Ni含量过高时在高温退火时会引起相变，使得常温下基体存在两相组织，对耐蚀性带来一定的负面影响。兼顾强度与低温韧性两者，因此，本发明将Ni含量限定在0.6～1.0％。

C、N：碳、氮在铁素体不锈钢中的溶解度非常低，因此在高温加热和在随后的冷却过程中，不可避免的要析出碳化物(Cr，Fe)₂₃C₆和(Cr，Fe)₇C₃等和氮化物(CrN和Cr₂N)从而产生贫Cr区，导致这些区域的耐腐蚀性显著下降。另外，碳、氮过高也不利于韧脆转变温度的降低。因此，本发明将C含量限定在0.0005～0.0150％，N含量限定在0.0005～0.0150％。

Cr：铬是使铁素体不锈钢具有铁素体组织并具有良好耐蚀性的合金元素。Cr对铁素体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性，主要表现在提高铁素体不锈钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能，铁素体不锈钢在氧化性介质中，铬能使铁素体不锈钢的表面上迅速生成氧化铬(Cr₂O₃)钝化膜。因此，本发明将Cr含量限定在11.0～12.0％。

Mn、Si：锰、硅是作为脱氧元素而添加的，如果过低不利于钢质的纯净，过高则对提高冲击韧性不利。因此，本发明将Mn、Si含量限定在：Si：≤0.60％，Mn：≤1.20％。

Ti：钛是有利的碳氮化物生成元素，有利于提高耐腐蚀性能。Ti和N结合形成TiN，可以提高等轴晶比例，改善成型性能，但Ti含量过高也对降低韧脆转变温度不利，因此，本发明将Ti含量限定在0.10～0.30％。

Ti/(C+N)的值限定在8～18。利用Ti单稳定化固定钢中的C、N，确保能够使Ti充分结合掉C和N，避免在母材或焊接过程中由于Cr的碳氮化物的析出而导致晶间腐蚀的发生。

为达到上述目的，根据本发明一方面，提供一种低镍低铬铁素体不锈钢，其中，所述低镍低铬铁素体不锈钢包括下述化学成分，以质量百分数计：Ni：0.6～1.0％，C：0.0005～0.0150％，N：0.0005～0.0150％，Si：≤0.60％，Mn：≤1.20％，Cr：11.0～12.0％，Ti：0.10～0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足Ti/(C+N)＝8～18。

在一实施例中，上述低镍低铬铁素体不锈钢可以是单稳定型的，其中，在所述低镍低铬铁素体不锈钢中可仅包含稳定元素Ti。

在一实施例中，所述低镍低铬铁素体不锈钢在室温(25℃)下的冲击韧性(Ak)≥100J。

在一实施例中，所述低镍低铬铁素体不锈钢在零下40℃的冲击韧性(Ak)≥50J。

在一实施例中，所述低镍低铬铁素体不锈钢的屈服强度(Rp0.2)≥300Mpa。

在一实施例中，所述低镍低铬铁素体不锈钢的抗拉强度(Rm)≥420Mpa。

根据本发明另一方面，提供一种制造如前述低镍低铬铁素体不锈钢的方法，其中，所述方法包括：

首先，执行冶炼和铸造步骤，其中，按照前述低镍低铬铁素体不锈钢的化学成分(以质量百分数计)冶炼和连铸成坯，从而获得铸坯；

其次，执行加热步骤，其中，将所述铸坯均匀加热并保温，以获得均匀受热的钢坯；

再次，执行热轧步骤，其中，热轧所述钢坯，然后进行冷却，获得热轧卷；

最后，执行退火步骤，其中，将所述热轧卷依次退火、保温、以及酸洗。

在一实施例中，在执行加热步骤中，可将所述铸坯均匀加热至1100℃～1200℃，并以9-11min/10mm厚铸坯的方式保温。“以9-11min/10mm厚铸坯的方式保温”是指每10mm厚的铸坯，保温9-11min。

在一实施例中，在执行热轧步骤中，可在830℃～930℃热轧所述钢坯，且轧制总变形量为92％～98％。在热轧后，可按照常规工艺冷却，例如在空气中自然冷却。

在一实施例中，在执行退火步骤中，可将所述热轧卷在700℃～850℃完成罩式炉退火，保温时间6～14小时。罩式炉退火就是以堆垛形式在罩式炉内进行的冷轧板带退火。

由本发明的制造低镍低铬铁素体不锈钢的方法获得的低镍低铬铁素体不锈钢，可具有如下优良力学性能：室温下(25℃)的冲击功(Ak)≥100J，零下40℃(-40℃)下的冲击功(Ak)≥50J，屈服强度(Rp0.2)≥300MPa，抗拉强度(Rm)≥420MPa。

本发明将铸坯或连铸坯加热保温按9-11min/10mm厚铸坯或连铸坯的方式进行，使铸坯或连铸坯的温度均匀化。加热温度设定在1100～1200℃，可以防止由于过高的温度导致铸坯或连铸坯的过热，影响最终成品的表面性能；如果温度过低，就不能保证热轧的终轧温度而导致变形抗力增大。

本发明在热轧终轧后在700℃～850℃完成罩式炉退火，保温时间6～14小时。由于本发明的低镍低铬铁素体不锈钢中添加了Ni元素，为控制退火后基体组织铁素体和马氏体相的比例，考虑到退火温度过低或退火时间太少，容易导致不能完全再结晶，而退火温度过高或退火时间过长，容易导致马氏体比例过高，使得表面硬度过高，因此，本发明的低镍低铬铁素体不锈钢比常规低铬铁素体不锈钢的退火温度低。

根据本发明实施例提供的低镍低铬铁素体不锈钢可具有如下有益效果：

第一，针对诸如汽车用法兰用钢等对铁素体不锈钢低温韧性和强度的要求，本发明通过添加镍元素来改善低铬铁素体不锈钢的低温韧性和强度，镍元素对铁素体不锈钢的屈服强度和抗拉强度的贡献，主要归因于镍的固溶强化作用，镍是大原子溶质，当它溶入基体金属中，会引起晶格点阵畸变，阻碍位错的运动，从而引起强度的增加，本发明的低镍低铬铁素体不锈钢的屈服强度(Rp0.2)≥300MPa，抗拉强度(Rm)≥420MPa。

第二，本发明的低镍低铬单铁素体不锈钢中加入镍元素，镍通过吸附间隙原子，减少了晶界析出物的析出量，减弱了晶界析出相对钢韧性的损害；同时控制较低C、N含量，以降低铁素体不锈钢的韧脆转变温度并改善其低温冲击韧性，使得本发明的低镍低铬铁素体不锈钢在室温下(25℃)的冲击功(Ak)≥100J，-40℃下的冲击功(Ak)≥50J。

第三，本发明对低镍低铬铁素体不锈钢的成分和生产工艺进行限定，与常规低铬铁素体不锈钢退火温度相比，进行了向下调整，在不大幅增加成本的前提下减少低温天气时生产的断带风险，降低生产难度，有利于其作为诸如法兰用钢等的应用。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下详细说明根据本发明实施例提供的技术方案。

一方面，根据本发明一方面，提供一种低镍低铬铁素体不锈钢，其中，所述低镍低铬铁素体不锈钢包括下述化学成分，以质量百分数计：Ni：0.6～1.0％，C：0.0005～0.0150％，N：0.0005～0.0150％，Si：≤0.60％，Mn：≤1.20％，Cr：11.0～12.0％，Ti：0.10～0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足Ti/(C+N)＝8～18。

在一实施例中，上述低镍低铬铁素体不锈钢可以是单稳定型的，其中，在所述低镍低铬铁素体不锈钢中可仅包含稳定元素Ti。在另一实施例中，在所述低镍低铬铁素体不锈钢中也可仅包含稳定元素铌Nb。

表1例示性地示出根据本发明的低镍低铬铁素体不锈钢的三种实施例中的各成分的质量百分数(％)，为了对比，同时也给出现有技术中的一种低镍低铬铁素体不锈钢示例中的各成分的质量百分数(％)作为对比例。

表1：

编号	C	Si	Mn	Cr	Ni	Ti	N	Ti/(C+N)
									实施例1	0.0120	0.51	0.43	11.05	0.63	0.18	0.0090	8
实施例2	0.0090	0.36	0.21	11.29	0.91	0.24	0.0065	15
									实施例3	0.0085	0.36	0.16	11.29	0.86	0.22	0.0058	16
对比例1	0.0085	0.38	0.17	11.32	0.09	0.23	0.0061	16

根据本发明另一方面，提供一种制造如前述低镍低铬铁素体不锈钢的方法，其中，所述方法包括：

首先，执行冶炼和铸造步骤，其中，按照前述低镍低铬铁素体不锈钢的化学成分(以质量百分数计)冶炼和连铸成坯，从而获得铸坯；

其次，执行加热步骤，其中，将所述铸坯均匀加热并保温，以获得均匀受热的钢坯；

再次，执行热轧步骤，其中，热轧所述钢坯，然后进行冷却，获得热轧卷；

最后，执行退火步骤，其中，将所述热轧卷依次退火、保温、以及酸洗。

根据本发明实施例的制造方法可采用二步法冶炼(K-OBM-S熔炼、真空氧精炼炉VOD)、连铸、热轧及酸洗，以获得产品。

表2例示性地示出制造上述实施例1、实施例2及实施例3中的低镍低铬铁素体不锈钢的各生产工艺参数，同时也给出对比例1的各生产工艺参数作为对比。

表2：

编号

均热温度

加热时间

终轧温度

变形量

退火温度

保温时间

实施例1

1150℃

210min

880℃

95％

750℃

10

实施例2

1140℃

200min

885℃

95％

750℃

10

实施例3

1140℃

200min

885℃

95％

850℃

6

对比例1

1142℃

208min

830℃

95％

850℃

10

由上述实施例1、实施例2及实施例3中的制造低镍低铬铁素体不锈钢的方法获得的低镍低铬铁素体不锈钢，可具有如表3所示的优良力学性能。表3例示性地示出各铁素体不锈钢的力学性能(以厚度10mm的铁素体不锈钢为例)。

表3：

由表3可见，根据本发明制造的低镍低铬铁素体不锈钢，可具有如下优良力学性能：室温下(25℃)的冲击功(Ak)≥100J，零下40℃下的冲击功(Ak)≥50J，屈服强度(Rp0.2)≥300MPa，抗拉强度(Rm)≥420MPa。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低镍低铬铁素体不锈钢，其特征在于，包括下述化学成分，以质量百分数计：Ni：0.6～1.0％，C：0.0005～0.0150％，N：0.0005～0.0150％，Si：≤0.60％，Mn：≤1.20％，Cr：11.0～12.0％，Ti：0.10～0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足Ti/(C+N)＝8～18。

2.如权利要求1所述的低镍低铬铁素体不锈钢，其特征在于，所述低镍低铬铁素体不锈钢是单稳定型的，其中，在所述低镍低铬铁素体不锈钢中仅包含稳定元素Ti。

3.如权利要求1所述的低镍低铬铁素体不锈钢，其特征在于，所述低镍低铬铁素体不锈钢在室温(25℃)下的冲击韧性(Ak)≥100J。

4.如权利要求1所述的低镍低铬铁素体不锈钢，其特征在于，所述低镍低铬铁素体不锈钢在零下40℃(-40℃)的冲击韧性(Ak)≥50J。

5.如权利要求1所述的低镍低铬铁素体不锈钢，其特征在于，所述低镍低铬铁素体不锈钢的屈服强度(Rp0.2)≥300Mpa。

6.如权利要求1所述的低镍低铬铁素体不锈钢，其特征在于，所述低镍低铬铁素体不锈钢的抗拉强度(Rm)≥420Mpa。

7.一种制造如权利要求1至6中任一项所述的低镍低铬铁素体不锈钢的方法，其特征在于，包括：

首先，执行冶炼和铸造步骤，其中，按照权利要求1所述的化学成分(以质量百分数计)冶炼和连铸成坯，从而获得铸坯；

其次，执行加热步骤，其中，将所述铸坯均匀加热并保温，以获得均匀受热的钢坯；

再次，执行热轧步骤，其中，热轧所述钢坯，然后进行冷却，获得热轧卷；

最后，执行退火步骤，其中，将所述热轧卷依次退火、保温、以及酸洗。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在执行加热步骤中，将所述铸坯均匀加热至1100℃～1200℃，并以9-11min/10mm厚铸坯的方式保温。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在执行热轧步骤中，在830℃～930℃热轧所述钢坯，且轧制总变形量为92％～98％。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在执行退火步骤中，将所述热轧卷在700℃～850℃完成罩式炉退火，保温时间6～14小时。