CN110373604A - 一种具有优良表面质量的超纯中铬铁素体不锈钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有优良表面质量的超纯中铬铁素体不锈钢及其制造方法，该钢化学成分重量百分比为：C：0.005～0.02％、Si：0.4～0.6％、Mn：0.1～0.3％、P≤0.04％、S≤0.005％、Cr：19～21％、N：0.005～0.02％、Cu：0.4～0.6％、Nb：0.4～0.6％，O≤0.005％、Al≤0.005％，还须满足：0.025％≥C+N≥0.015％、30(C+N)≥Nb≥20(C+N)，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明制造过程中在热轧后要进行大变形量的冷轧加工，控制冷轧减薄率≥80％，然后在1000～1050℃保温5～30s。本发明提供的超纯中铬铁素体不锈钢具有优良的塑性、强度以及优良的表面质量，可应用于汽车、建筑的装饰部件等对表面质量要求的领域。

Description

一种具有优良表面质量的超纯中铬铁素体不锈钢及其制造 方法
技术领域
本发明涉及一种具有优良表面质量的超纯中铬铁素体不锈钢及其制造方法。
技术背景
铁素体不锈钢在我国有广阔的发展前景。从消费领域分析，我国是一个家电生产大国，而家电工业是铁素体不锈钢的使用大户(如430等牌号)，如洗衣机的滚筒使用铁素体不锈钢；随着国内汽车工业的发展，汽车排气***也是使用铁素体不锈钢的重要领域(如409等牌号)；在房屋建筑等方面，室内外装饰特别是屋面采用铁素体不锈钢更有优势(如445等牌号)；在石化和环保等工业领域，需要更好的抗腐蚀性能，而超纯铁素体不锈钢将成为这个领域的选择(如444等牌号)；我国是世界上最大的五金制品制造和出口基地，铁素体不锈钢在五金制品领域也有巨大的使用空间(如443等牌号)。
超纯中铬铁素体不锈钢(Cr重量百分比含量约为：19～21％)是近年来新兴的钢种，该类钢种大部分成分中碳、氮元素含量均较低，并含有一定量的铌、钛、钒及铝等稳定碳、氮的元素，有些还添加一定量的镍和铜。这些化学成分设计均是为了提高材料的耐腐蚀性能和力学性能等。但钛、铝等元素的添加容易在材料中生成较大较硬的非金属化合物颗粒，在材料进行轧制加工时这些颗粒容易从材料表面脱落，从而影响表面质量。特别是对于冷轧光亮薄板，含钛或铝铁素体不锈钢时常出现表面线鳞或起皮等缺陷，同时产品表面的光亮度、粗糙度也会随之降低。而对于表面质量要求很高的使用环境，如汽车的外饰件及建筑设施的外装饰面板等，这样的表面缺陷是不允许出现的。这就需要钢铁企业不断开发新型的产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良表面质量的超纯中铬铁素体不锈钢及其制造方法，该钢的抗拉强度≥500MPa、屈服强度≥330MPa、延伸率≥33％、耐蚀性E′b10≥0.27V，在具有较好耐腐蚀性能的前提下，还具有高强度、高塑性及优良的表面质量，应用于汽车、建筑的装饰部件等对表面质量要求较高的领域。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种具有优良表面质量的超纯中铬铁素体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.005～0.02％、Si：0.4～0.6％、Mn：0.1～0.3％、P≤0.04％、S≤0.005％、Cr：19～21％、N：0.005～0.02％、Cu：0.4～0.6％、Nb：0.4～0.6％，O≤0.005％、Al≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质；且上述元素含量必须同时满足如下关系：0.025％≥C+N≥0.015％，30(C+N)≥Nb≥20(C+N)。
进一步，所述超纯中铬铁素体不锈钢的抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥33％，耐蚀性E′b10≥0.27V。
本发明铁素体不锈钢的成分设计中：
碳：碳是增加合金强度的元素，但不易过多，否则会损失材料塑性和耐腐蚀性能，因此，本发明钢中控制碳含量为0.005～0.02％。
硅：硅是作为脱氧剂加入的，还可以提高强度，但加入过多会降低塑性。因此，本发明钢中控制硅含量为0.4～0.6％。
锰：考虑到锰对热塑性起到一定的有利作用，但过多时会降低塑性和耐蚀性，因此，本发明钢中控制锰含量为0.1～0.3％。
磷、硫：这两个元素对热塑性和耐蚀性有害，因此要尽量低些，应控制P≤0.04％、S≤0.005％。
铬：铬是改善耐腐蚀性能的重要元素，铬含量低于19％时，耐蚀性较差，不能达到使用要求；但超过21％时会增大生产难度，易产生热轧粘辊缺陷等，进而降低材料表面质量，因此，本发明钢中控制铬含量为19～21％。
氮：氮可以增加强度，为保证材料具有优良塑性和耐腐蚀性能，要求氮含量控制在0.005～0.02％。
铜：少量的铜可以提高材料的冷加工塑性，但较多时则会增加成本和降低热加工塑性，因此，本发明钢中控制铜含量为0.4～0.6％。
铌：加入一定量的铌，对材料的碳、氮起到稳定的作用，并细化组织。由于铌与碳、氮的亲和力远大于铬，因此，铌优先与碳、氮结合形成均匀细小的NbC或NbN颗粒，防止或减少铬的碳化物和氮化物形成，从而提高材料的耐晶间腐蚀性能。这些细小的NbC或NbN颗粒可以细化材料组织，得到均匀细小的等轴晶粒组织，进而提高材料的强度和塑性。这些细小的NbC或NbN颗粒在细化组织的同时，可以减少或消除材料表面板纹缺陷的产生，从而使材料表面变得光滑、细腻，提高表面质量。
铌除了可提高耐蚀性和强度、塑性和表面质量外，还可以提高材料的高温强度和高温抗氧化能力，从而防止材料在热轧加工时与轧辊表面发生粘结，即防止热轧粘辊缺陷的产生，进一步提高材料的表面质量。结合铌与碳、氮化合后对材料性能和表面质量的作用，将Nb含量控制大于20(C+N)含量。但当铌含量过多时，反而会降低塑性，还会增加生产难度，易产生材料表面裂纹缺陷，Nb含量适合的范围为0.4～0.6％，且小于30(C+N)。
C+N：适当碳、氮含量可以保证形成NbC或NbN颗粒的数量，提高材料的耐腐蚀性能及强度、塑性等性能和表面质量。但不易过多，否则会损失材料塑性和耐腐蚀性能。针对装饰行业，需要较高的强度，这样可以节省材料，降低材料成本。为此，本发明将(C+N)含量控制在0.015～0.025％范围内。
特别是针对超纯中铬铁素体不锈钢，本发明控制钢成分中杂质元素O≤0.005％、Al≤0.005％，通过控制这些杂质元素含量来减少材料中大尺寸、硬度高的夹杂物的数量，避免材料在轧制过程中出现表面线鳞或起皮等缺陷，进而提高材料的表面质量。
本发明所述具有优良表面质量的超纯中铬铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按照上述成分冶炼、连铸成板坯；
2)热轧
加热温度为1150～1200℃；
3)退火+酸洗
热轧后退火温度为1000～1050℃，保温时间5～30s；
4)冷轧+退火
冷轧减薄率≥80％；冷轧后退火温度为1000～1050℃，保温时间5～30s。
本发明的制造工艺设计在于热轧后要进行大变形量的冷轧加工，具体工艺为：冷轧减薄率≥80％，然后在1000～1050℃下进行保温5～30s退火。该冷轧加工工艺可以得到均匀细小的晶粒组织，进而保证材料具有良好的塑性；还可以消除部分热轧板表面缺陷，明显提高表面质量。
本发明的有益效果：
针对超纯中铬铁素体不锈钢，本发明通过控制一定的碳、氮含量并添加铌和铜，同时创造性地控制C+N：0.015～0.025％、30(C+N)≥Nb≥20(C+N)，在保证超纯中铬铁素体不锈钢材料具有较好的耐腐蚀性能的前提下，提高了材料的表面质量和塑性、强度等性能；严格控制铝、氧等杂质元素含量，减少材料中大尺寸、硬度高的夹杂物的数量，进而提高材料的表面质量；通过对材料进行大形变量的冷轧加工和高温短时退火处理，保证了材料晶粒尺寸均匀细小，进而进一步提高超纯中铬铁素体不锈钢产品表面质量和塑性、强度等性能，制造工艺简单有效。
本发明制造的超纯中铬铁素体不锈钢产品具有较好的耐腐蚀性能，并具有优良的表面质量及优良的塑性和强度，具体性能指标如下：抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥33％，耐蚀性E′b10≥0.27V。
附图说明
图1为本发明实施例1钢的微观金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
表1为本发明实施例及对比例钢的化学成分，表2为本发明实施例及对比例钢的制造工艺参数，表3为本发明实施例及对比例钢的性能。
实施例：
按照表1中化学成分用电炉-AOD-VOD冶炼，连铸钢坯，铸坯厚度200mm，热轧至5mm，退火，然后冷轧至0.5mm，光亮退火，制造工艺参数参见表2。然后对冷轧产品进行力学性能、耐腐蚀性能和表面质量检测。
对实施例及对比例不锈钢冷轧板进行拉伸性能检测(试验标准：GB/T228-1987金属拉伸试验方法)，结果见表3。
按照不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法(试验标准：GB/T 17897-1999)对本发明实施例不锈钢冷轧板进行耐腐蚀性能测试，检测结果见表3。
对实施例及对比例产品进行了表面质量检测(高等级装饰用不锈钢带表面质量判定标准：在钢带表面每200mm范围内缺陷数量不能多于3个，缺陷尺寸总长度不能大于0.5mm；钢带表面总体不良率不能超过5％。)，检测结果见表3。
由表3可知：本发明不锈钢的抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥33％，具有优良的塑性和强度。从实施例可知，Nb含量高其表面质量和强度均较好，对比例1中Nb含量低于本发明要求范围，其冷轧成品板表面热轧粘辊缺陷残留较多，强度也较低，说明Nb含量过低时材料的表面质量和强度较差；对比例2的Nb含量明显高出本发明要求范围，其塑性较低，说明Nb含量过高会影响材料的塑性。
由表3可知：本发明的不锈钢与对比例钢及其他常规的超纯中铬铁素体不锈钢(例如SUS430J1L等牌号)相比，耐腐蚀性能基本相当。
由表3可知：本发明不锈钢冷轧板产品的表面质量优良，能够达到高等级装饰用板的表面质量要求。对比例1产品热轧粘辊缺陷残留较多，也说明Nb含量过低时材料的表面质量不达标。而对比例3、4的产品表面均有较多的不同程度线鳞或起皮等缺陷出现，表面质量较差，未达到高等级装饰用板的表面质量要求，可见，O、Al元素含量过高时会降低材料的表面质量。
由图1可知，本发明不锈钢的组织均为均匀细小的铁素体等轴晶粒，保证了材料具有良好的强度和塑性。
表1 单位：wt％
表2
表3

Claims (4)

1.一种具有优良表面质量的超纯中铬铁素体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.005～0.02％、Si：0.4～0.6％、Mn：0.1～0.3％、P≤0.04％、S≤0.005％、Cr：19～21％、N：0.005～0.02％、Cu：0.4～0.6％、Nb：0.4～0.6％，O≤0.005％、Al≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质；且上述元素含量必须同时满足如下关系：0.025％≥C+N≥0.015％、30(C+N)≥Nb≥20(C+N)。
2.根据权利要求1所述的超纯中铬铁素体不锈钢，其特征在于，所述超纯中铬铁素体不锈钢的抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥33％，耐蚀性E′b10≥0.27V。
3.一种具有优良表面质量的超纯中铬铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
按照权利要求1所述的成分冶炼、连铸成板坯；
2)热轧
加热温度为1150～1200℃；
3)退火+酸洗
退火温度为1000～1050℃，保温时间5～30s；
4)冷轧+退火
冷轧减薄率≥80％；退火温度为1000～1050℃，保温时间5～30s。
4.根据权利要求3所述的超纯中铬铁素体不锈钢的制造方法，其特征在于，所述超纯中铬铁素体不锈钢的抗拉强度≥500MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥33％，耐蚀性E′b10≥0.27V。
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