CN112912528A - 用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢及其制造方法 - Google Patents

用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

公开了可以应用于汽车或一般软管的夹紧装置的高强度铁素体不锈钢及其制造方法。根据本发明的一个实施方案的用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢以重量％计包含：C：0.04％至0.1％，Si：0.2％至0.6％，Mn：0.01％至1.5％，Cr：14.0％至18.0％，Al：0.005％至0.2％，V：0.005％至0.2％，N：0.02％至0.1％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，满足下式(1)和(2)，并且平均直径为0.5μm或更小的析出物的数量为2.5×106个/mm2以上。(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％；(2)0.09％≤C+N≤0.12％。

Description

用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢及其制造方法
技术领域
本公开涉及高强度铁素体不锈钢及其制造方法，更特别地，涉及适用于汽车或一般软管的夹紧装置的高强度铁素体不锈钢及其制造方法。
背景技术
铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢相比由于其低成本、低的热膨胀系数、以及良好的表面光泽度、可成型性和抗氧化性而被广泛用于耐热设备、水槽台面、外部材料、家用电器和电子部件。在铁素体不锈钢冷轧钢板的情况下，其通过热轧过程、除去热轧卷材的表面氧化皮并消除材料的内应力的退火酸洗过程、以及冷轧和退火过程来制造。
图1示出了用于汽车或一般软管的夹紧装置。夹紧装置需要高强度，因为其用于固定塑料软管或管道，并且同时还需要优异的延展性，因为在弯曲期间不应存在裂纹。此外，由于不仅在汽车的室内而且在汽车的室外使用时都需要耐腐蚀性，因此近来对用于夹紧装置的不锈钢的需求增加。
通常制造的通用铁素体，例如410UF，具有12％的Cr含量，其耐腐蚀性较差，并且具有低的延伸率，因此其无法用于夹持。因此，尝试使用具有相对高的Cr含量的16％Cr 430系列(一般的430、430LX)，但是由于低的拉伸强度而难以满足市场需求。为了满足拉伸强度(TS)为510MPa或更大、屈服强度(YS)为320MPa或更大、以及在0°、45°和90°全部三个方向上延伸率(El)都为20％或更大的市场需求，必须进行组分体系开发和制造过程的优化。
对于以STS430为代表的铁素体不锈钢的主要品质问题，存在许多关于改善成型期间的起皱、桔皮和面内各向异性的现有专利技术。然而，几乎没有关于优化制造技术和检查满足高强度的组分体系使得其可以应用于汽车或一般软管的夹紧装置应用的研究。
发明内容
技术问题
本公开旨在提供这样的铁素体不锈钢及其制造方法：所述铁素体不锈钢能够通过控制组分体系中Si、Al、V、C、N等的含量，析出物的尺寸，以及通过热轧未退火的析出物的量来实现高强度。
技术方案
根据本公开的一个方面，用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢以全部组成的重量百分比(％)计包含：C：0.04％至0.1％，Si：0.2％至0.6％，Mn：0.01％至1.5％，Cr：14.0％至18.0％，Al：0.005％至0.2％，V：0.005％至0.2％，N：0.02％至0.1％，剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并且满足下式(1)和(2)，并且平均直径为0.5μm或更小的析出物的数量为2.5×106个/mm2以上。
(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2)0.09％≤C+N≤0.12％
在此，Si、Al、V、C和N意指每种元素的含量(重量％)。
铁素体不锈钢还可以包含选自以下的任一者或更多者：Ni：0.001％至0.5％、P：0.05％或更小、和S：0.005％或更小。
析出物可以包括Cr碳氮化物。
铁素体不锈钢可以具有320MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度、和20％或更大的延伸率。
根据本公开的一个方面，用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢的制造方法包括：通过在1000℃至1200℃下再加热对板坯进行热轧，所述板坯以全部组成的重量百分比(％)计包含：C：0.04％至0.1％，Si：0.2％至0.6％，Mn：0.01％至1.5％，Cr：14.0％至18.0％，Al：0.005％至0.2％，V：0.005％至0.2％，N：0.02％至0.1％，剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并且满足下式(1)和(2)；在700℃以上对热轧钢板进行卷绕；以60％或更大的压下率对经卷绕的热轧钢板进行冷轧；以及在550℃至950℃下对冷轧钢板进行退火热处理持续10分钟或更短，并且所述方法的特征在于，省略了经卷绕的热轧钢板的退火热处理。
(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2)0.09％≤C+N≤0.12％
经受退火热处理的冷轧钢板可以具有2.5×106个/mm2或更多的平均直径为0.5μm或更小的析出物。
析出物可以包括Cr碳氮化物。
经受退火热处理的冷轧钢板可以具有320MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度、和20％或更大的延伸率。
有益效果
根据本公开的一个实施方案的高强度铁素体不锈钢满足屈服强度为320MPa或更大、拉伸强度为510MPa或更大、延伸率为20％或更大，并因此可以用作汽车用夹紧装置。
附图说明
图1是示出一般夹紧装置的形状的图。
图2是示出根据本公开式(1)的值的屈服强度(YS)的图。
图3是示出根据本公开式(2)的值的拉伸强度(TS)的图。
图4是用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)拍摄的根据本公开的一个实施方案的发明例的析出物和比较例的析出物的照片。
具体实施方式
根据本公开的一个方面，用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢以全部组成的重量百分比(％)计包含：C：0.04％至0.1％，Si：0.2％至0.6％，Mn：0.01％至1.5％，Cr：14.0％至18.0％，Al：0.005％至0.2％，V：0.005％至0.2％，N：0.02％至0.1％，剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并且满足下式(1)和(2)，并且平均直径为0.5μm或更小的析出物的数量为2.5×106个/mm2以上。
(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2)0.09％≤C+N≤0.12％
在此，Si、Al、V、C和N意指每种元素的含量(重量％)。
发明实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的实施方案。提供以下实施方案以将本公开的技术概念传达给本领域普通技术人员。然而，本公开不限于这些实施方案，而是可以以另外的形式体现。在附图中，为了使本公开清楚，可以不示出与说明书无关的部分，此外，为了容易理解，组件的尺寸或多或少被放大示出。
根据本公开的一个方面，用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢以全部组成的重量百分比(％)计包含：C：0.04％至0.1％，Si：0.2％至0.6％，Mn：0.01％至1.5％，Cr：14.0％至18.0％，Al：0.005％至0.2％，V：0.005％至0.2％，N：0.02％至0.1％，剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质。
在下文中，将描述限制本公开的合金元素含量的数值的原因。在下文中，除非另有说明，否则单位为重量％。
C的含量为0.04％至0.1％。
在钢中，C是不可避免地包含在铁素体不锈钢中的杂质，并且其作为(Cr,Fe)23C6、(Cr,Fe)7C3碳化物析出以提高强度，因此其含量为0.04％或更大。然而，其被限制为0.1％或更小，因为当其过量地包含在基材中时，延伸率降低并且产品的可加工性显著降低。
Si的含量为0.2％至0.6％。
Si是钢中包含的不可避免的杂质，但是是在炼钢期间作为脱氧剂而添加的元素，并且是铁素体稳定元素。如果Si大量包含在钢中，则其导致材料硬化并降低延展性，因此通常将其控制在0.4％或更小。然而，为了制造用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢，必须最佳地使用Si。因此，在本公开中，将Si含量控制为0.2％至0.6％以通过固溶强化效应来提高拉伸强度和屈服强度，并且将Si含量限制为0.6％或更小以保持延伸率。
Mn的含量为0.01％至1.5％。
Mn是不可避免地包含在钢中的杂质，但是由于其为奥氏体稳定元素，因此其起到抑制***(roping)和皱纹状变形(ridging)的作用。然而，当大量包含时，在焊接期间生成基于锰的烟，并引起MnS相析出，降低延伸率，因此将含量限制为0.01％至1.5％。
Cr的含量为14.0％至18.0％。
Cr是为了提高钢的耐腐蚀性而添加的合金元素，并且其临界含量为12％。然而，包含C和N的铁素体不锈钢可能引起晶间腐蚀。因此，考虑到晶间腐蚀的可能性和制造成本的增加，将含量限制为14.0％至18.0％。
Al的含量为0.005％至0.2％。
Al是强脱氧剂并且用于降低钢水中氧的含量，并且在本公开中，添加0.005％或更多。然而，如果含量过多，则由于非金属夹杂物的增加而产生冷轧带材的裂缝缺陷(条状缺陷，sliver defect)，并且同时可焊性劣化，因此将其限制为0.2％或更小，更优选地，可以将其限制为0.1％或更小。
V的含量为0.005％至0.2％。
V起到通过固定C和N来形成碳氮化物的作用，并且是抑制碳氮化物的生长并使之最小化的有效元素。在本公开中，添加0.005％或更多，更优选添加0.03％或更多。然而，如果含量过多，则制造成本快速增加，因此可以将其限制为0.2％或更小，更优选0.1％或更小。
N的含量为0.02％至0.1％。
在钢中，N作为等同于C的杂质元素存在，并且其在制造过程中作为Cr2N氮化物析出，并起到提高强度的作用，因此添加0.02％或更多。然而，由于大量添加不仅损害可加工性，而且引起冷轧产品中的拉伸应变，因此将含量限制为0.1％或更小。
此外，根据本公开的一个实施方案，还可以包含选自以下的任一者或更多者：Ni：0.001％至0.5％、P：0.05％或更小、和S：0.005％或更小。
Ni的含量为0.001％至0.5％。Ni与Cu和Mn一起为奥氏体稳定元素，具有通过增加奥氏体分数来抑制起脊和起皱的作用，并且通过少量添加来改善耐腐蚀性。然而，当大量添加时，由于可加工性的劣化和制造成本的增加而将含量限制于上述范围。
P的含量为0.05％或更小。P是钢中包含的不可避免的杂质，并且由于其在酸洗期间引起晶间腐蚀或损害热加工性，因此将其含量调节在上述范围内。
S的含量为0.005％或更小。S是钢中包含的不可避免的杂质，并且在晶界处偏析而损害热加工性，因此将其含量限制于上述范围。
除以上合金元素之外，不锈钢的其余部分由铁和其他不可避免的杂质构成。
此外，以上述组分组成，其同时满足下式(1)和(2)。
(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2)0.09％≤C+N≤0.12％
在本公开中，为了实现高强度，屈服强度(YS)随着作为替代元素的Si、Al和V的含量的增加由于固溶强化效应而增加，使得屈服强度(YS)可以表现出320MPa或更大。当Si+Al+V值小于0.35％时，难以实现期望的屈服强度，而如果Si+Al+V值超过0.6％，则延伸率降低。
此外，通过增加C+N含量并通过省略热轧退火热处理来增加析出的Cr碳氮化物的量，通过析出物细化作用增加加工硬化的量，从而实现拉伸强度(TS)为510MPa或更大。当C+N值小于0.09％时，难以实现期望的拉伸强度，而如果C+N值超过0.12％，则延伸率降低。
根据上述合金元素控制的本公开的显微组织可以包含2.5×106个/mm2或更多的平均直径为0.5μm或更小的析出物。随着C+N含量的增加，析出物可以为(Cr，Fe)23C6、(Cr，Fe)7C3碳化物或Cr2N氮化物，即Cr-碳氮化物。通过析出大量的0.5μm或更小的细小析出物，可以增加拉伸期间加工硬化的量。
然而，为了析出Cr-碳氮化物，除了控制合金元素之外，还需要省略热轧退火热处理。
根据本公开的一个方面，用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢的制造方法包括：通过在1000℃至1200℃下再加热对板坯进行热轧，所述板坯以全部组成的重量百分比(％)计包含：C：0.04％至0.1％，Si：0.2％至0.6％，Mn：0.01％至1.5％，Cr：14.0％至18.0％，Al：0.005％至0.2％，V：0.005％至0.2％，N：0.02％至0.1％，剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并且满足式(1)和(2)；在700℃以上对热轧钢板进行卷绕；以60％或更大的压下率对经卷绕的热轧钢板进行冷轧；以及在550℃至950℃下对冷轧钢板进行退火热处理持续10分钟或更短。
热轧终止温度优选为800℃或更高。通过800℃或更高的精轧温度，并在700℃以上进行卷绕，在热轧卷材的状态下形成细小析出物，然后省略热轧退火热处理以防止析出物的粗化。
通常，用于夹紧装置的铁素体不锈钢在热轧之后进行批次炉内退火(BAF)作为热轧退火热处理，在本公开中，省略了热轧退火热处理。当进行BAF时，热轧卷材中析出的细小析出物***并且总数量减少，使得难以确保高强度。
在下文中，将通过本公开的优选实施方案更详细地进行描述。
实施例
将其中控制了表1的C、N、Si、Al和V的组分体系的铁素体不锈钢通过实验室真空熔融制备成板坯。将板坯在1000℃至1200℃下再加热，然后通过粗轧机和连续精轧机在800℃或更高的精轧温度下轧制以制备热轧板。
[表1]
Figure BDA0003032710050000071
下表2示出了具有表1中合金组分的钢的定义为Si+Al+V和C+N的式(1)和式(2)的值，并且示出了冷轧退火材料的热轧退火条件和析出物的数量。此外，示出了通过在室温下在冷轧退火材料的板表面上以20mm/分钟的十字头速度沿从轧制方向开始的0°方向进行拉伸试验而获得的屈服强度(YS)、拉伸强度(TS)和延伸率(EL)。
[表2]
Figure BDA0003032710050000081
发明例1和2
通过控制铁素体不锈钢的C、N、Si、Al和V使A钢种和B钢种真空熔融。在1000℃至1200℃的温度范围内将以上钢再加热之后，经由粗轧机和连续精轧机通过在800℃或更高的终止温度下进行轧制来制造热轧板。之后，进行酸洗而不进行热轧退火，接着进行冷轧和冷轧退火。
由于A钢种和B钢种满足Si+Al+V≥0.35％，因此可以看出满足屈服强度(YS)≥320MPa。此外，可以看出，由于满足C+N≥0.09％，A钢种和B钢种满足拉伸强度(TS)≥510MPa。
比较例1至3
C钢种至E钢种的C+N值为0.09％或更大，满足本公开的式(1)，但确定Si+Al+V值为0.35％或更小，并且屈服强度(YS)值低至300MPa。
比较例4和5
F钢种和G钢种的Si+Al+V值为0.35％或更小且C+N值为0.09％或更小，可以看出屈服强度(YS)和拉伸强度(TS)均不满足本公开的目标强度水平。
比较例6和7
H钢种满足Si+Al+V值为0.35％或更大和C+N值为0.09％或更大，但可以看出通过进行热轧BAF无法满足屈服强度(YS)≥320MPa和拉伸强度(TS)≥510MPa。
此外，I钢种不满足Si+Al+V值为0.355或更大和C+N值为0.09％或更大，并且由于热轧BAF，屈服强度(YS)降低至280MPa或更小。此外，拉伸强度(TS)也是低的，为490MPa或更小，使得无法满足本公开的目标强度。
图2是示出本公开的屈服强度(YS)随式(1)的值的图。图3是示出根据本公开的拉伸强度(TS)随式(2)的值的图。
参照图2和图3，为了在本公开中实现高强度，通过将定义为替代元素Si+Al+V之和的式(1)的值控制为0.35％或更大，可以通过由于基材的固溶强化效应而提高屈服强度来实现屈服强度为320MPa或更大。此外，通过将定义为C+N的式(2)的值控制为0.09％或更大，通过省略热轧退火过程由于析出物的细化作用以及Cr-碳氮化物析出的增加而使加工硬化的量增加，可以实现拉伸强度为510MPa或更大。
图4是用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)拍摄的根据本公开的一个实施方案的发明例的析出物和比较例的析出物的照片。未退火列是发明例1的钢种A的照片，以及BAF列是比较例7的钢种I的照片。
在发明例1的钢种A的情况下，可以看出形成了大量平均直径为0.5μm或更小的析出物。另一方面，在比较例7的钢种I的情况下，确定形成了尺寸为0.5μm至2.0μm的析出物。换言之，可以看出仅当满足合金组分控制和热轧未退火时，才可以实现本公开的目的。
如上所述，尽管已经描述了本公开的示例性实施方案，但是本公开不限于此。此外，本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离所附权利要求的概念和范围的情况下进行各种改变和修改。
工业适用性
根据本公开的高强度铁素体不锈钢满足屈服强度为320MPa或更大、拉伸强度为510MPa或更大、以及延伸率为20％或更大，并且可以用作汽车用夹紧装置。

Claims (8)

1.一种用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢，所述铁素体不锈钢以全部组成的重量百分比(％)计包含：C：0.04％至0.1％，Si：0.2％至0.6％，Mn：0.01％至1.5％，Cr：14.0％至18.0％，Al：0.005％至0.2％，V：0.005％至0.2％，N：0.02％至0.1％，剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并且满足下式(1)和(2)，并且
平均直径为0.5μm或更小的析出物的数量为2.5×106个/mm2以上，
(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2)0.09％≤C+N≤0.12％
在此，Si、Al、V、C和N意指每种元素以重量％计的含量。
2.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢，还包含选自以下的任一者或更多者：
Ni：0.001％至0.5％、P：0.05％或更小、和S：0.005％或更小。
3.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢，其中所述析出物包括Cr碳氮化物。
4.根据权利要求1所述的铁素体不锈钢，其中所述铁素体不锈钢具有320MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度、和20％或更大的延伸率。
5.一种用于夹紧装置的高强度铁素体不锈钢的制造方法，所述方法包括：
通过在1000℃至1200℃下再加热对板坯进行热轧，所述板坯以全部组成的重量百分比(％)计包含：C：0.04％至0.1％，Si：0.2％至0.6％，Mn：0.01％至1.5％，Cr：14.0％至18.0％，Al：0.005％至0.2％，V：0.005％至0.2％，N：0.02％至0.1％，剩余部分的铁(Fe)和其他不可避免的杂质，并且满足下式(1)和(2)；
在700℃以上对热轧钢板进行卷绕；
以60％或更大的压下率对经卷绕的热轧钢板进行冷轧；以及
在550℃至950℃对冷轧钢板进行退火热处理持续10分钟或更短，并且
所述方法的特征在于，省略了经卷绕的热轧钢板的退火热处理，
(1)0.35％≤Si+Al+V≤0.6％
(2)0.09％≤C+N≤0.12％
在此，Si、Al、V、C和N意指每种元素以重量％计的含量。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其中经受所述退火热处理的所述冷轧钢板具有2.5×106个/mm2或更多的平均直径为0.5μm或更小的析出物。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其中所述析出物包括Cr碳氮化物。
8.根据权利要求5所述的制造方法，其中经受所述退火热处理的所述冷轧钢板具有320MPa或更大的屈服强度、510MPa或更大的拉伸强度、和20％或更大的延伸率。
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