专利名称：一种高强度低铬铁素体不锈钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及铁素体不锈钢及其制造方法，特别是涉及一种低铬高强度的铁素体不锈钢及制造方法。
背景技术：
含C和N成分较低的超低碳氮铁素体不锈钢因其较强耐腐蚀性能，同时，该不锈钢因为省去了高价的Ni而具有较高的经济性，使得该不锈钢被广泛应用到各个领域。如，汽车排气系统用不锈钢几乎全部使用耐腐蚀的铁素体不锈钢。随着环保要求的不断提高，电动汽车的环保优势越来越受到青睐。特别是对于城市公交巴士汽车，因其行驶路途相对较短，路线固定，越来越多选择电动汽车。该类电动巴士对车身的使用寿命一般要求达到12-15年，因此，使用耐蚀性好的不锈钢成为首选。常规的SUS304不锈钢加工性能较好，但因为加入较高的Ni使得制造成本较高，没有优势。而高耐蚀性的铁素体不锈钢成为最佳选择。同时，考虑到交通运输车辆的碰撞要求，一般要求用于车架加工的材料要具备较高的屈服强度，规避使用过程出现的碰撞风险。常规中低铬铁素体不锈钢，例如OCrll和0Crl7等，虽然在耐腐蚀性能上能够满足要求，但其屈服强度较低，一般在250-300MPa以下，且冲击功低，不能满足交通运输装置对其高强度(屈服强度一般要大于350MPa)、冲击功(_30°C全尺寸冲击功大于20J)的要求及高塑性(延伸率大于20% )，而Cr含量更高的铁素体不锈钢则又不可避免地增加材料成本。CN1182458A涉及汽车排气系统装置中使用的铁素体不锈钢。其中C不大于
0.005%, N 不大于 O. 008%, C+N 不大于 O. 009%, Si 不大于 O. 45%, Mn 不大于 1%，Cr 为10-12. 5%,Nb为O. 05-0. 3%,Ti为8X (C+N) O. 3%，其余为铁和不可避免杂质。其常温成形性和高温强度都很好，适合用于汽车排气系统，但不适合作为车架用钢。特开平7-145453A涉及汽车排气系统岐管用铁素体不锈钢。该铁素体不锈钢，用于汽车排气系统高温端，C :0. 015%以下，Si :0. 80-1. 50 %, Mn :0. 20-0. 60 %, Cr
11.0-14. 0%, Ni 0. 50% 以下，N 0. 015% 以下，Ti 0-0. 20%, S 0-0. 10%, Mo :0_1· 5%,Al 0-0. 20%, Ca, Y, La, Ce等一种及以上，合计0-0. 10%,C+N ( O. 025%，其余为铁和不可避免杂质。其900°C以上优异的耐氧化性、高温强度、热疲劳特性，还对外侧的耐高温盐害腐蚀性优异，适合用于汽车排气歧管，但不适合作为车架用钢。EP1930461A1涉及汽车排气系统用不锈钢及焊管。其中C :0. 03 %以下，Si :
1.0% 以下，Mn :1. 5% 以下，Cr :10. 0-20%, Nb :0. 5% 以下，Ni :0. 6% 以下，N :0. 03 % 以下，Ti 0. 05-0. 30 %, S 0-0. 10 %, Mo :0_1· 5 %, Al 0. 03-0. 12 %, Cu 1-2 %, V 0. 2 %以下，B :0. 0005-0. 02 %, O :0. 01 %以下，其余为铁和不可避免杂质。Nb彡8X(C+N),O. 02 ( Al-(54/48)O ^ O. I。其高温强度和焊接韧性优异，适合用于汽车排气管，但不适合作为车架用钢。目前仍需要提供一种用于汽车车架的低成本高强度的低铬铁素体不锈钢。发明目的、
本发明的目的在于提供一种低成本高强度的低铬铁素体不锈钢。该不锈钢具有较高的屈服强度、高的室温冲击功及延伸率，同时，该不锈钢还具有较高的耐腐蚀性，适用于对强度和抗冲击性能要求较高的车身车架的使用。此外，该不锈钢采用常规的工业化生产工艺路径就可以获得满足性能要求的热轧钢板，材料制造工艺简单，成本低。为实现上述目的，本发明的高强度的低铬铁素体不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为c 0. 006-0. 02 %, N ≤ O. 015 %, Mn 0. 25-1. O %, Si :0. 25-1. O %, Cr
11.0-14. 0%, Ni ≤ O. 3%, Cu ≤ O. 3%, V ≤ O. 1%, Ti :0. 10-0. 15%, Nb :0. 05-0. 20%,且 O. 15 % ≤ Ti+Nb ≤ O. 30 %,O. 10 % ≤ Ti+V ≤ O. 20 %,O. 20 % ≤ Ti+V+Nb ≤ O. 40 %,P≤O. 035%, S≤O. 0030%，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明的另一目的在于提供上述高强度的低铬铁素体不锈钢的制造方法，该方法包括如下步骤经冶炼和连铸得到连铸坯，连铸坯中等轴晶比例不低于60% ；将连铸坯加热到1050-1150°C ；在1080-900°C的温度区间进行5_7道次粗轧，总的压下率均不低于85% ；在980_750°C的温度区间进行5_7道次精轧，总的压下率均不低于85% ；卷取温度为500_650°C。本发明的厚度为3. 0-8. Omm的热轧不锈钢板屈服强度为350MPa以上，抗拉强度达到500Mpa以上，母材全尺寸冲击功大于200J，母材延伸率大于20%。本发明的热轧板卷经过直接酸洗后即可以获得需要的不锈钢板。此外，通过连铸及控制热轧态组织，不仅可以获得理想的力学性能，同时，获得的组织也有利于抑制后续焊缝的组织粗大化。本发明既考虑了不锈钢必要的耐腐性，同时通过合理的冶炼、轧制等工艺，使该不锈钢在使用状态下为铁素体，但其强度远远高于常用的铁素体不锈钢。同时，该不锈钢常态下的母材的全尺寸冲击功超过200J，零下30度焊缝全尺寸冲击功高于20J。本发明钢特别适合用于新能源汽车车架的加工制造。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明的特点和优点进行详细的说明。本发明中，除非另有指明，含量均指重量百分比含量。为了满足钢的强度，可焊接性、耐腐蚀性及抗冲击性的要求，提供高强度的低铬铁素体不锈钢的本发明目的，各元素成分控制如下C和N :本发明钢种属于超低碳氮的铁素体不锈钢，因此在本发明钢中，碳和氮属于特别关注的控制元素，其中，N主要是杂质元素需要尽可能降低其含量。而C含量过低不利于保证材料的强度，C过高则会影响材料的耐腐蚀性能，因此本发明C的控制范围为O. 006-0. 02%。目前冶炼设备在保证生产能力的情况下能够比较容易满足将碳和氮控制在总量小于O. 025%，同时达到碳量O. 006-0. 02%、氮量彡O. 015%的要求。降低氮含量主要是尽可能降低稳定化元素用量，特别是减少Ti的使用，提高产品的表面质量和提高晶间腐蚀性能。Cr :是提高耐蚀性和强度的主要合金元素。Cr提高不锈钢耐蚀性，提高其耐大气腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀能力。Cr提高钢的强度，但过高降低钢的塑性，对成型和焊接性不利。过低不利于提高其腐蚀性能。因此，本发明Cr含量范围为11. 0-14.0%，优选为
11.2-13. 0%。Si :加入钢中起到脱氧和改善耐蚀性的作用，同时还可以进一步提高材料的强度。过低时不利于脱氧作用和提高强 度，因此，Si含量大于O. 25%。硅含量若大于1.0%，则对加工和韧性不利，对常温下成型也不利。考虑到整体性能，本发明中控制硅含量为O. 25-1. O %，优选为 O. 26-0. 9 %。Mn :是弱奥氏体元素，Mn在本发明中可以抑制不锈钢中硫的有害作用，提高热塑性。但过低时则不利于提高其热塑性，也不利于提高常温下的成型性能，过高时则不利于保证其耐腐蚀性。本发明中为了保证钢的强度和塑性，Mn含量的范围为O. 25-1.0%，优选为O. 26-0. 90%。Cu :Cu主要来自于不锈钢废钢，一般在保证使用性能前提下不加入Cu，加入铜既增加材料成本，同时也导致废钢管理成本增加，因此，本发明中，在满足腐蚀性能条件下，残余Cu含量控制在不超过0.3%，优选不超过0.2%。Ni :Ni在本发明的铁素体不锈钢中同Cu —样属于需要控制的杂质元素，尽可能减少为宜。本发明中控制因废钢冶炼而带入Ni的量，总量不超过O. 30%，优选不超过O. 20%。V :V对提高材料的强度有益，但含量不易过高，过高时会导致材料强度和硬度过高，不利于成型加工。本发明中，为了提高材料强度，控制钢中V < O. I %，优选为O. 02-0. 08%。Ti和Nb Ti和Nb主要用于防止钢中铬和碳结合形成铬碳化物而引起的铬浓度降低导致耐腐蚀性降低，特别是引起晶间腐蚀；Ti还可以与钢中硫结合形成TiC2SK合物以防止MnS所引起的点蚀。不锈钢中Ti和氮亲和力大于Nb，而Nb与碳亲和力大于Ti。Ti和Nb可以提高不锈钢的室温和高温强度，提高铁素体不锈钢的抗疲劳和冷成型性及焊接性，Nb过高对钢的脆性转变温度不利。Ti与氮形成的氮化物(TiN)作为夹杂物会影响钢的表面和内在质量，Nb与氮形成的氮化物(NbN)还会降低钢的热塑性。TI在连铸阶段形成的TiN还可以起到形核质点的作用，有利于进一步提高等轴晶的比例，改善加工型能。Ti含量小于O. 10%时效果不明显，但过多会产生表面缺陷，一般不超过O. 20%。Nb含量小于O. 05%时效果不明显，超过O. 30%会因Nb过多导致形成粗大的Fe2Nb,不利于材料成型性能和焊接冲击性能。综合考虑本发明中C，N含量，选择Nb和Ti两种作为稳定化添加元素，其含量范围为Ti 0. 10-0. 15% ；Nb :0. 05-0. 20% ;且0· 15%^ Ti+Nb ( O. 35%。同时，兼顾考虑 V的作用，还控制 O. 10%彡 Ti+V ^ O. 20% 以及 O. 20%彡 Ti+V+Nb 彡 O. 40%。P和S :铁素体不锈钢中磷和硫会严重影响不锈钢的耐蚀性和加工性能，必须严格控制，本发明中控制在P彡O. 035%，S彡O. 003%。优选地，P彡O. 030%。本发明的上述高强度低铬铁素体不锈钢通过如下方法制造将按照上述成分设计，通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢并在VOD结束后进行喂钛丝处理，综合成分满足设计要求后就可以获得满足成分要求的钢液。通过控制连铸过程拉速(O. 9-1. lm/min)、加强电磁搅拌(电流1000-1600安培)并结合稳定化元素等综合工艺使钢液经过连铸获得连铸坯且连铸坯中等轴晶比例不低于60%，连铸坯进行带温表面修磨，修磨起始温度不低于360°C，修磨终了温度不低于150°C。修磨后带温送加热炉加热并保温一定时间进行热轧。加热温度为1050-1150°C。热轧首先进行5-7道次粗轧(温度区间1080-900°C)并去表面氧化皮，粗轧坯经过5-7道次精轧(温度区间980-750°C )、粗轧及精轧总的压下率均不低于85%。控制终轧和卷取温度，特别是通过终轧和卷取工艺参数的控制(终轧温度为750-850°C，卷取温度为500-650°C )，使得热轧板卷具有上述要求的力学性能，即屈服强度为350MPa以上，抗拉强度达到500Mpa以上，母材全尺寸冲击功大于200J，母材延伸率大于20%。热轧板卷经过直接酸洗后即可以获得需要的不锈钢板。此外，通过连铸及控制热轧态组织，不仅可以获得理想的力学性能。同时，获得的组织也有利于抑制后续焊缝的组织粗大化。 按照本发明的方法，可以得到厚度为3. 0-8. Omm的热轧不锈钢板。
权利要求
1.铁素体不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为C0. 006-0. 02%, 0.015%,Mn 0. 25-1. 0%, Si 0. 25-1. 0%, Cr 11. 0-14. 0%, Ni ^ O. 3%, Cu ^ O. 3%, V^O. 1%,Ti 0. 10-0. 15%,Nb 0. 05-0. 20%，且O. 15%^ Ti+Nb ^ O. 30%,O. 10%^ Ti+V^ O. 20%,O.20%^ Ti+V+Nb ^ O. 40%, P ^ O. 035%, S ^ O. 0030%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。
2.如权利要求I所述的铁素体不锈钢，其特征在于，C:0. 008-0. 018%。
3.如权利要求I或2所述的铁素体不锈钢，其特征在于，Si:0. 26-0. 90%。
4.如权利要求1-3任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，Mn:0. 26-0. 90%。
5.如权利要求1-4任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，Cr11. 2-13. 0%。
6.如权利要求1-5任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，Ni< O. 20%。
7.如权利要求1-6任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，Cu< O. 20%。
8.如权利要求1-7任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，V:0. 02-0. 08%。
9.如权利要求1-8任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，P:0. 01-0. 03%。
10.如权利要求1-9任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，N< O. 012%。
11.如权利要求ι- ο任一所述的铁素体不锈钢制造方法，包括如下步骤 经冶炼和连铸得到连铸坯，连铸坯中等轴晶比例不低于60% ； 将连铸坯加热到1050-1150°C ； 在1080-900°C的温度区间进行5-7道次粗轧，总的压下率均不低于85% ； 在980-750°C的温度区间进行5-7道次精轧，总的压下率均不低于85% ； 卷取温度为500-650°C。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，冶炼包括 按照所述成分，通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢并在VOD结束后进行喂钛丝处理。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，连铸中拉速为O.9-1. lm/min。
14.如权利要求11-13任一所述的方法，其特征在于，连铸中电磁搅拌的电流为1000-1600 安培。
15.如权利要求11-14任一所述的方法，其特征在于，终轧温度为750-850°C。
16.如权利要求11-15任一所述的方法，其特征在于，连铸坯在加热轧制前，进行带温表面修磨，修磨起始温度不低于360°C，修磨终了温度不低于150°C。
全文摘要
本发明涉及铁素体不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为C0.006-0.02％，N≤0.015％，Mn0.25-1.0％，Si0.25-1.0％，Cr11.0-14.0％，Ni≤0.3％，Cu≤0.3％，V≤0.1％，Ti0.10-0.15％，Nb0.05-0.20％，且0.15％≤Ti+Nb≤0.30％，0.10％≤Ti+V≤0.20％，0.20％≤Ti+V+Nb≤0.40％，P≤0.035％，S≤0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质。其制造包括经冶炼和连铸得到连铸坯，连铸坯中等轴晶比例不低于60％；将连铸坯加热到1050-1150℃；在1080-900℃的温度区间进行5-7道次粗轧，总的压下率均不低于85％；在980-750℃的温度区间进行5-7道次精轧，总的压下率均不低于85％；卷取温度为500-650℃。得到的3.0-8.0mm厚的热轧不锈钢板，屈服强度为350MPa以上，抗拉强度达到500MPa以上，母材全尺寸冲击功大于200J，母材延伸率大于20％。适合用于汽车车架。
文档编号C21D8/02GK102618790SQ20121008258
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者方徽源, 李鑫, 毕洪运 申请人:宝山钢铁股份有限公司