CN110684926A

CN110684926A - 一种铁素体不锈钢及制备方法

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Publication number: CN110684926A
Application number: CN201910999436.9A
Authority: CN
Inventors: 林刚; 孙晓宁; 胡余快; 彭俊新
Original assignee: Ningbo Baoxin Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Ningbo Baoxin Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2020-01-14

Abstract

本发明涉及一种铁素体不锈钢，该铁素体不锈钢各组分的重量百分比为：C：0.01～0.02％，Si：0.4～0.6％，Mn≤0.1％，P≤0.04％，S≤0.005％，Cr：21～23％，N：0.01～0.02％，Cu：0.4～0.6％，Nb：0.3～0.5％，且0.03％≥C+N≥0.02％，20(C+N)≥Nb≥10(C+N)，杂质元素Ti+Al+O≤0.01％，其余量为Fe和不可避免的杂质。本发明还涉及一种铁素体不锈钢的制备方法，其生产方法的特殊性在于热轧后要进行大变形量的冷轧加工，工艺为：冷轧减薄率≥80％，然后在980～1000℃进行保温5～15秒钟退火。该钢种可加工成各种形状的产品，应用于建筑的装饰面板等领域。

Description

一种铁素体不锈钢及制备方法

技术领域

本发明涉及一种铁素体不锈钢，具体涉及一种具有优良表面质量和高耐腐蚀性能的铁素体不锈钢及铁素体不锈钢的制备方法。

背景技术

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)。

超纯中高铬铁素体不锈钢(Cr重量百分比含量约为：21～23％)是近些年来新兴的钢种，该类钢种通过降低碳、氮含量来提高材料的耐腐蚀性能，并通过加入稳定碳、氮的微合金化元素(铌、钛、钒等)来提高材料的冷加工和焊接等性能，这些微量元素还可提高材料的冷加工后的表面质量，如可以减轻材料冷成形后起皱的程度。该钢种具有优于304奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能、冷加工成形性能优良的特点，且成本低，可广泛应用于电梯、汽车、制品、电器等行业。目前国内外多家钢铁企业已大量生产此类钢种，牌号SUS443等。该类钢种主要用于代替价格较高的奥氏体不锈钢和耐蚀性较差的常规中铬铁素体不锈钢，已在多个行业应用，市场需求量较大。该钢种在多种行业得到应用，如：用于电梯面板等。

但在一些建筑装饰板及汽车装饰部件等应用场合，对材料的表面质量和耐腐蚀性能的要求越来越高，这样就需要钢铁企业不断开发新型的产品。如申请号为CN01136913.2(公开号为CN1363710)的中国发明专利《一种具有良好加工性能的铁素体不锈钢板及其制造方法》，该专利中的铁素体不锈钢板的各组分质量百分比：C≤0.03％，Si≤2％，Mn≤2.0％，Cr9～35％，Ni≤0.6％，N≤0.03％，Nb0.15～0.8％；又如在先申请人的中国发明专利《一种铁素体不锈钢板及其制备方法》(专利号为CN200710185284.6，申请公开号为CN101158007A)，公开了铁素体不锈钢板的成分重量百分比为：C≤0.03％、Si≤1.00％、Mn≤1.00％、Cr：15～25％、P≤0.035％、S≤0.03％、N≤0.03％、0.20％≤Cu≤1.5％、Ti+Nb：0.2+4×(C+N)～0.75％、其余Fe及不可避免杂质。又如专利号为CN200680010240.3(申请公布号为CN101151389A)的中国发明专利《耐腐蚀性优良的铁素体类不锈钢板及其制造方法》，该专利中的铁素体类不锈钢板各组分质量百分比为C：0.03％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.5％以下、P：0.04％以下、S：0.02％以下、Al：0.1％以下、Cr：20.5％以上～22.5％以下、Cu：0.3％以上～0.8％以下、Ni：1.0％以下、Ti：4×(C％+N％)以上、0.35％以下、Nb：不足0.01％、N：0.03％以下、C+N：0.05％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，满足240+35×(Cr％－20.5)+280×{Ti％－4×(C％+N％)}≥280。

从上述专利中可以看出碳、氮元素均控制较低，并含有一定的量铌、钛、钒及铝等稳定元素，有些专利还添加了一定的镍和铜。这样的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，但是钛、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。而对于一些表面质量要求很高的使用环境，如建筑设施的外装饰面板及汽车的外饰件等，这样的表面缺陷是不允许出现的。为此针对表面质量要求很高的铁素体不锈钢产品要严格控制钛、铝等元素的含量，还要控制氧元素的含量。上述专利中并未对钛、铝、氧元素的含量提出严格限制，这样就很难保证高要求的表面质量。此外，以往专利中没有给出铌与碳、氮的含量控制的关系，而在不同化学成分体系中铌与碳、氮含量的关系对材料的表面质量和耐腐蚀性能影响很大，是控制材料表面质量和性能的关键因素之一。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术的现状，提供一种铁素体不锈钢，其耐腐蚀性能高且表面质量好。

本发明所要解决的第二个技术问题是，提供一种高耐腐蚀性能且表面质量好的铁素体不锈钢的制备方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铁素体不锈钢，其特征在于：该铁素体不锈钢各组分的重量百分比为：C：0.01～0.02％，Si：0.4～0.6％，Mn≤0.1％，P≤0.04％，S≤0.005％，Cr：21～23％，N：0.01～0.02％，Cu：0.4～0.6％，Nb：0.3～0.5％，且0.03％≥C+N≥0.02％，20(C+N)≥Nb≥10(C+N)，杂质元素Ti+Al+O≤0.01％，其余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明铁素体不锈钢合金成分的设计如下：

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，最好控制在0.01～0.02％。

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，最好控制在0.4～0.6％较合适。

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，还会形成MnS等非金属夹杂物，降低材料的表面质量和耐腐蚀性能，因此要尽量控制低些，控制在0.1％以下较合适。

磷和硫：出于热塑性和耐蚀性的考虑，这两个元素要尽量低些，应控制P≤0.04％、S≤0.005％。

铬：改善耐腐蚀性能的重要元素，低于21％时，耐蚀性较差，不能达到使用要求；但超过23％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，最好控制在21～23％。

氮：可以增加强度，要求0.01～0.02％是出于保证材料具有优良塑性和耐腐蚀性能的考虑。

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，一般要控制在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，细化组织，可提高塑性、强度、耐蚀性和表面质量等，还可以防止热轧粘辊缺陷发生。结合本合金化学成分体系特点以及铌与碳和氮化合后对材料性能和表面质量的作用，控制大于10(C+N)含量较理想。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，适合的范围为0.3～0.5％，且小于20(C+N)。

碳和氮：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。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。为此碳、氮元素的含量控制在0.02～0.03％范围内较为理想。

此外，还需控制杂质元素Ti+Al+O≤0.01％，通过控制这些杂质元素含量来减少材料中大尺寸、硬度高的非金属夹杂物的数量，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。

所述铁素体不锈钢的表面质量：(1)在1m²范围内缺陷数量≤2个，缺陷尺寸总长度≤2mm；(2)钢带表面总体不良率≤5％。如此，铁素体不锈钢具有优良的表面质量。

所述铁素体不锈钢的延伸率在32％以上，所述铁素体不锈钢的屈服强度在350MPa以上，抗拉强度在500MPa以上。如此，铁素体不锈钢具有良好的塑性及良好的强度。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述的铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：

1)炼钢、铸造

按上述权利要求1所述的成分配方通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢，随后连铸成钢坯；

2)热轧

初始温度为1230～1250℃，终了温度为900～950℃，卷取获得热轧板卷；如此，能够更好地保证足够高的热轧板温度，可以避免或减少热轧粘辊等缺陷的发生；

3)热轧后退火、酸洗；

4)冷轧；

5)冷轧后光亮退火。

在上述步骤3)中，退火温度为980～1000℃，保温时间5～15s，退火后酸洗。热轧后退火采用高温短时间退火，使钢板获得良好的金相组织和性能。

在上述步骤4)中，冷轧减薄率≥80％。冷轧过程中控制减薄率≥80％，大变形量的冷轧加工是为了保证冷轧板中存储足够的形变能，在后续的退火加工中可以得到良好的金相组织和性能，还可提高产品表面质量。

在步骤5)中，光亮退火温度为980～1000℃，保温时间5～15s。冷轧后光亮退火工艺采用高温短时间退火，使钢板获得良好的金相组织和性能。

与现有技术相比，本发明的铁素体不锈钢在保证材料具有常规不锈钢基本特性的前提下，通过控制较低的碳、氮含量并添加一定量的铌和铜含量来提高材料的表面质量和塑性、强度、耐腐蚀等性能；并通过严格控制钛、铝、氧等杂质元素含量来减少材料中大尺寸、硬度高的非金属夹杂物的数量，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；并且铁素体不锈钢中的Cr含量在21～23％之间，改善耐腐蚀性能保证了材料的表面质量，并结合其他各成分，从而使得铁素体不锈钢具有高的耐腐蚀性能和好的表面质量；此外，本发明的铁素体不锈钢的制备方法简单有效，此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，来保证材料晶粒尺寸均匀细小，进而进一步提高产品表面质量和性能，并且可被加工成各种形状的产品，可应用于建筑装饰面板等领域。

附图说明

图1为本发明实施例1的冷轧板退火后的微观金相组织图

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例的铁素体不锈钢各组分的重量百分比为：C：0.01～0.02％，Si：0.4～0.6％，Mn≤0.1％，P≤0.04％，S≤0.005％，Cr：21～23％，N：0.01～0.02％，Cu：0.4～0.6％，Nb：0.3～0.5％，0.03％≥C+N≥0.02％，20(C+N)≥Nb≥10(C+N)，杂质元素Ti+Al+O≤0.01％，其余量为Fe和不可避免的杂质。

表1本发明实施例和对比例的化学成分对照(wt％)

注：斜体加粗文字的成分含量为超出本专利范围。

上述铁素体不锈钢的制备方法，依次包括以下步骤：

1)炼钢、铸造，按上述成分配方通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢，随后连铸成钢坯，钢坯的厚度为200mm；

2)热轧，热轧的初始温度为1230～1250℃，终了温度为900～950℃，卷取获得热轧板卷，热轧后板材的厚度为5mm；

3)热轧后退火、酸洗，退火温度为980～1000℃，保温时间5～15s，退火后酸洗；

4)酸洗后冷轧，冷轧减薄率≥80％，冷轧后的板材厚度为1mm；

5)冷轧后光亮退火，光亮退火温度为980～1000℃，保温时间5～15s。

上述实施例中制备铁素体不锈钢的制造工艺参数参见表2。

表2试验材料制造工艺参数

对上述实施例的不锈钢冷轧板进行了拉伸性能检测(试验标准：GB/T 228-1987金属拉伸试验方法)，按照不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法(试验标准：GB/T 17897-1999)对本发明实例不锈钢冷轧板进行耐腐蚀性能测试，检测结果见表3。

表3试验材料力学性能、耐腐蚀性能及表面质量

从表3可以看出：各实施例的不锈钢的化学成分均满足要求，延伸率均在32％以上，屈服强度均在350MPa以上，抗拉强度均在500MPa以上，具有优良的塑性和强度，能够满足装饰行业使用性能要求；而Nb的含量高，其表面质量和强度均较好。还可以看出：对比例1中的Nb含量低于本发明实施例的范围，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；在对比例2中，C含量为0.010％，N含量为0.012％，Nb含量为0.48％，本发明要求：20(C+N)≥Nb≥10(C+N)，由此计算得到0.44％≥Nb≥0.22％，而对比例中Nb含量大于0.44％，如此所制备的铁素体不锈钢的延伸率低，也即塑性较低，说明Nb含量过高时材料的塑性较低，还会增加产生表面裂纹缺陷的风险。

由表3可以看出：本发明的不锈钢与常规的超纯中铬铁素体不锈钢及常规304奥氏体不锈钢相比，耐腐蚀性能明显提高，大约提高10-20％以上。对本发明实例产品进行了表面质量检测(宝钢高等级建筑装饰用不锈钢钢带表面质量判定标准：(1)在1m²范围内缺陷数量≤2个，缺陷尺寸总长度≤2mm；(2)表面质量总体不良率≤5％。检测结果见表3，由表3可知：实施例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，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、Ti元素含量过高时会降低材料的表面质量。

如图1所示，冷轧板退火后，晶粒组织均匀细小，这样可以保证材料具有良好的性能和表面质量。

Claims

1.一种铁素体不锈钢，其特征在于：该铁素体不锈钢各组分的重量百分比为：C：0.01～0.02％，Si：0.4～0.6％，Mn≤0.1％，P≤0.04％，S≤0.005％，Cr：21～23％，N：0.01～0.02％，Cu：0.4～0.6％，Nb：0.3～0.5％，且0.03％≥C+N≥0.02％，20(C+N)≥Nb≥10(C+N)，杂质元素Ti+Al+O≤0.01％，其余量为Fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢，其特征在于：所述铁素体不锈钢的表面质量：(1)在1m²范围内缺陷数量≤2个，缺陷尺寸总长度≤2mm；(2)表面质量总体不良率≤5％。

3.根据权利要求2所述的铁素体不锈钢，其特征在于：所述铁素体不锈钢的点蚀点位在0.33v以上。

4.根据权利要求2所述的铁素体不锈钢，其特征在于：所述铁素体不锈钢的延伸率在32％以上，所述铁素体不锈钢的屈服强度在350MPa以上，抗拉强度在500MPa以上。

5.一种权利要求1至4中任一项权利要求所述的铁素体不锈钢的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：

1)炼钢、铸造

2)热轧

初始温度为1230～1250℃，终了温度为900～950℃，卷取获得热轧板卷；

3)热轧后退火、酸洗；

4)冷轧；

5)冷轧后光亮退火。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，退火温度为980～1000℃，保温时间5～15s，退火后酸洗。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤4)中，冷轧减薄率≥80％。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：在步骤5)中，光亮退火温度为980～1000℃，保温时间5～15s。