CN114318146A

CN114318146A - 一种高韧性铁素体不锈钢及其制造方法和应用

Info

Publication number: CN114318146A
Application number: CN202111596625.5A
Authority: CN
Inventors: 潘鑫; 吴正华; 肖强强
Original assignee: Zhangjiagang Pohang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Zhangjiagang Pohang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明公开了一种高韧性铁素体不锈钢及其制造方法和应用，包括：0.004＜C＜0.015；0.10＜Si＜0.80；0.45＜Mn＜1.40；P＜0.03；S＜0.005；10.5＜Cr＜12.0；0.01＜Ni＜1.0；0.005＜Al＜0.090；0.01＜Cu＜0.60；0.10＜Ti＜0.30；0.004＜N＜0.015；余量为Fe及不可避免的杂质；320＜FF‑AF＜380，其中：FF＝69.6Si+261Al+35.1Cr+250Ti；AF＝1187C+816N+52.6Mn+82.0Ni+89.7Cu。通过成分设计、热轧、热退火工艺，获得铁素体不锈钢材料，制造汽车排气***法兰。

Description

一种高韧性铁素体不锈钢及其制造方法和应用

技术领域

本发明属于不锈钢制造技术领域，尤其涉及一种高韧性铁素体不锈钢及其制造方法和应用。

背景技术

铁素体不锈钢一般定义为从高温至室温均为铁素体或以铁素体为主体结构结构的不锈钢材料，其Cr含量10.5％以上，其中低铬型铁素体不锈钢作为超低碳氮铁素体不锈钢中的主流产品，已被广泛应用于汽车排气***的低温段等重要部件，特别是在汽车排气***中连接件法兰大量使用低铬型铁素体不锈钢热轧材料。目前，低铬型铁素体不锈钢的成分体系配合热轧及热退火工艺，可以生产满足法兰用途的铁素体热轧卷材料。缺点是，由于低铬型铁素体不锈钢由高温到低温均是铁素体组织，热轧后的黑皮卷在热退火后获得组织粗大的铁素体组织，导致该材料韧脆转变温度(DBTT)高，即在低温条件下抗冲击能力差，在冲压加工过程中易开裂，尤其是在冬季或者气温较低的北方地区。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中由于低铬型铁素体不锈钢由高温到低温均是铁素体组织，热轧后的黑皮卷在热退火后获得组织粗大的铁素体组织，导致该材料韧脆转变温度(DBTT)高，即在低温条件下抗冲击能力差，在冲压加工过程中易开裂等问题，本发明的目的在于提供一种高韧性铁素体不锈钢及其制造方法和应用，通过成分设计，匹配合适的热轧、热退火工艺，获得低温韧性优异的热轧铁素体不锈钢材料，该热轧铁素体不锈钢材料不增加原料、设备及制造成本，生产工艺简单，可用于制造汽车排气***法兰，特别是冲压加工的法兰，避免低温及北方地区加工环境的冲压开裂，也可用于对低温韧性要求高的应用场合。

2.技术方案

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用如下技术方案：

一种高韧性铁素体不锈钢，其特点是按质量百分比计，其化学成分包括：0.004＜C＜ 0.015；0.10＜Si＜0.80；0.45＜Mn＜1.40；P＜0.03；S＜0.005；10.5＜Cr＜12.0；0.01＜Ni＜1.0；0.005＜Al＜0.090；0.01＜Cu＜0.60；0.10＜Ti＜0.30；0.004＜N＜0.015；余量为Fe及不可避免的杂质；所述化学成分满足：320＜FF-AF＜380，其中：

FF＝69.6Si+261Al+35.1Cr+250Ti；

AF＝1187C+816N+52.6Mn+82.0Ni+89.7Cu。

C和N是影响铁素体不锈钢的韧性的重要元素，一般的，为了抑制脆性析出物(Cr的碳氮化物)的产生，将C、N含量控制在较低水平，但本发明涉及的铁素体不锈钢属于低铬型铁素体，因此适当放宽C、N含量；另一方面，粗大的晶粒尺寸是降低韧性最重要的因素，而本发明C、N范围的界定考虑晶粒细化作用，过低的C、N含量在本发明中不能结合生产工艺得到细晶的铁素体组织。基于以上，设定0.004＜C＜0.015，0.004＜N＜0.015。

Si能够提高一定的抗高温氧化能力，对排气***的高温运行有有利作用，同时也是脱氧元素，因此不能过低，设置下限为0.1；另外，过高的Si元素会抑制本发明材料的相变细化过程，因此设置上限为0.8。

Mn元素在本发明中主要作用为促进热加工相变，过低不能够体现本作用；而过高的Mn 元素或导致韧脆转变温度升高，因此，设置0.45＜Mn＜1.40。

Cr元素是不锈钢必不可缺的耐腐蚀性元素，一方面设置Cr＞10.5是为了保证材料具备基础的耐腐蚀性能，另一方面设置Cr＜12.0是为了保证材料的低铬性质，以及避免高Cr含量形成脆性析出物，降低材料的加工性能。

Ni元素能够提高材料韧性，但是添加Ni会显著提高产品成本，因此控制Ni在1.0以下；同时，为了保持Ni元素的提高韧性作用，设置Ni＞0.1。

Cu元素在电炉炼钢中不可避免有残留，设定0.01的下限处于电炉炼钢特点考虑；同时， Cu元素有利于降低材料韧脆转变温度，提高材料韧性，因此，在各成分匹配需求的情况下， Cu又作为必须额外添加的元素，但是Cu在超过0.60时，酸洗过程易发生Cu溶解-析出导致材料表面Cu附着色差缺陷，因此设置0.01＜Cu＜0.60。

Ti元素是C、N稳定化元素，可以和C、N结合，防止C、N和Cr元素结合形成脆性析出物，为了达到该效果，设置Ti＞0.10；然而，随着Ti元素的提高，炼钢连铸过程已发生堵水口现象，导致生产不稳定，因此设置Ti＜0.30。

Al元素主要是脱氧作用，同时也是铁素体形成元素，设置下限是为了保证具备一定脱氧能力，而上限的设置是为了抑制其铁素体形成，促性发生奥氏体相变，因此，设置0.005＜ Al＜0.090。

P和S元素作为残留有害元素控制，但又无法彻底避免。因此，设置P＜0.03；S＜0.005。

进一步地，所述高韧性铁素体不锈钢，按质量百分比计，其化学成分包括：0.004＜C＜ 0.015；0.10＜Si＜0.50；0.55＜Mn＜1.00；P＜0.03；S＜0.005；10.5＜Cr＜12.0；0.01＜ Ni＜1.0；0.005＜Al＜0.090；0.01＜Cu＜0.40；0.10＜Ti＜0.30；0.004＜N＜0.015；余量为Fe及不可避免的杂质；所述化学成分满足：320＜FF-AF＜380，其中：

FF＝69.6Si+261Al+35.1Cr+250Ti；

AF＝1187C+816N+52.6Mn+82.0Ni+89.7Cu。

本发明的另一个目的在于提供一种高韧性铁素体不锈钢制造方法，其特点是将原料通过炼钢获得满足成分要求的连铸坯，连铸坯经再加热后进行热轧，热轧变形温度区间为950℃～ 1100℃，热轧后卷曲进行空冷得到黑卷材料；黑卷材料经退火酸洗，获得白卷材料。

本发明的另一个目的在于提供一种上述高韧性铁素体不锈钢用于冲压制造汽车排气*** 法兰低温段部件的应用。

3.有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过成分设计，并在合适的温度区间进行热轧加工，获得高韧性的铁素体不锈钢热轧材料，材料获得晶粒度6.0以上(按ASTME112评级) 的铁素体组织，室温冲击韧性100J/cm²以上，DBTT值降低至-20℃，成功避免了材料的冲压开裂问题，特别是在冬季或北方地区使用时，更体现了高韧性的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明获得的显著提升效果，以下附图将对比传统材料和发明材料的差异：

图1是本发明实施例制备不锈钢材料的显微组织对比。

图2是对比例1制备不锈钢材料的显微组织对比。

图3是对比例1制备不锈钢材料和实施例制备不锈钢材料的韧脆转变(DBTT)曲线对比。

具体实施方式

以下结合优选实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

一种高韧性铁素体不锈钢，按质量百分比计，其化学成分包括：0.004＜C＜0.015；0.10 ＜Si＜0.80；0.45＜Mn＜1.40；P＜0.03；S＜0.005；10.5＜Cr＜12.0；0.01＜Ni＜1.0；0.005 ＜Al＜0.090；0.01＜Cu＜0.60；0.10＜Ti＜0.30；0.004＜N＜0.015；余量为Fe及不可避免的杂质；所述化学成分满足：320＜FF-AF＜380，其中：

FF＝69.6Si+261Al+35.1Cr+250Ti；

AF＝1187C+816N+52.6Mn+82.0Ni+89.7Cu。

按照目标成分进行电炉冶炼、连铸成连铸坯；连铸坯经再加热900℃～1100℃热轧加工、卷曲、空冷成黑卷，黑卷经常规退火酸洗成白卷，即成品材料。发明材料的化学成分、白卷晶粒度级别及室温的冲击韧性见表1，材料典型的金相组织见附图1，材料典型的DBTT曲线见附图2。

表1实施例与对比例的化学成分(wt.％,C,N,P,Sinppm)

将上述实施例1-9及对比例1-2进行室温冲击韧性试验，得到表2

表2实施例与对比例性能对比

由表2可以看出，与对比例1、对比例2采用成分进行对比，实施例1-9的成分得到的不锈钢材料获得了晶粒尺寸明显细小的组织结构，由此使材料的冲击韧性大幅上升，韧脆转变温度(DBTT)明显降低。实施例1-9的不锈钢材料用于冲压制造汽车排气***法兰时没有出现冲压开裂问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构系形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims

1.一种高韧性铁素体不锈钢，其特征在于按质量百分比计，其化学成分包括：0.004＜C＜0.015；0.10＜Si＜0.80；0.45＜Mn＜1.40；P＜0.03；S＜0.005；10.5＜Cr＜12.0；0.01＜Ni＜1.0；0.005＜Al＜0.090；0.01＜Cu＜0.60；0.10＜Ti＜0.30；0.004＜N＜0.015；余量为Fe及不可避免的杂质；所述化学成分满足：320＜FF-AF＜380，其中：

FF＝69.6Si+261Al+35.1Cr+250Ti；

AF＝1187C+816N+52.6Mn+82.0Ni+89.7Cu。

2.根据权利要求1所述一种高韧性铁素体不锈钢，其特征在于：所述高韧性铁素体不锈钢，按质量百分比计，其化学成分包括：0.004＜C＜0.015；0.10＜Si＜0.50；0.55＜Mn＜1.00；P＜0.03；S＜0.005；10.5＜Cr＜12.0；0.01＜Ni＜1.0；0.005＜Al＜0.090；0.01＜Cu＜0.40；0.10＜Ti＜0.30；0.004＜N＜0.015；余量为Fe及不可避免的杂质；所述化学成分满足：320＜FF-AF＜380，其中：

FF＝69.6Si+261Al+35.1Cr+250Ti；

AF＝1187C+816N+52.6Mn+82.0Ni+89.7Cu。

3.一种高韧性铁素体不锈钢制造方法，其特点是将上述权利要求1或2所述一种高韧性铁素体不锈钢的原料通过炼钢获得满足成分要求的连铸坯，连铸坯经再加热后进行热轧，热轧变形温度区间为950℃～1100℃，热轧后卷曲进行空冷得到黑卷材料；黑卷材料经退火酸洗，获得白卷材料。

4.一种由权利要求3所述一种高韧性铁素体不锈钢制造方法制备的高韧性铁素体不锈钢在冲压制造汽车排气***法兰低温段部件的应用。