具有优异表面特性的奥氏体钢及其制造方法与流程

本公开涉及具有优异的表面特性的奥氏体钢及其制造方法。本公开涉及在油气业中的采矿、运输和储存领域中使用的如用于工业机械、结构材料、浆料管用的钢材和酸性环境中的钢材的在耐磨性方面优异的奥氏体钢材以及用于生产该奥氏体钢材的方法，并且更特别地涉及具有优异的表面特性并且在耐磨性、韧性和耐腐蚀性等以及延展性方面优异的奥氏体钢材以及用于生产该奥氏体钢材的方法。

背景技术：

奥氏体钢由于其比如可加工硬化性、非磁性等特性而可以用于各种目的。特别地，由于具有铁素体和马氏体作为主要组织的碳钢在其性能方面具有限制，因此奥氏体钢越来越多地用作可以克服碳钢的缺点的可替代材料。

特别地，由于采矿业以及油气业的发展，在采矿、运输、精炼和储存过程中所使用的钢材的磨损正在成为显著的问题。特别地，随着作为用以代替石油的化石燃料的来源的油砂的开发已经被常规化，由包含油、砾石、砂等的浆料导致的钢材的磨损是生产成本增加的主要原因。因此，对在耐磨性和韧性方面优异的钢材的开发和应用的需求显着增加。

哈德菲尔德(hadfield)钢由于其优异的耐磨性已作为耐磨部件广泛地用于各种工业。持续且稳定地试图通过包含高含量的碳和大量的锰来增大奥氏体组织和耐磨性从而增大钢材的耐磨性。

然而，哈德菲尔德钢的碳的高含量可能导致网状碳化物在高温处沿着奥氏体晶界形成，从而大大地降低了钢材的性能，特别是延展性。为了抑制网状碳化物的析出，已经提出了在高温处通过淬火或固溶处理制造高锰钢并且然后在热处理之后将该高锰钢迅速冷却至室温的方法。

然而，哈德菲尔德钢在一般的机械磨损环境中具有优异的耐磨性，但其在伴随有腐蚀磨损的环境中难以表现出优异的耐磨性，因此难以应用于复杂磨损发生的恶劣环境中。

近来，考虑到上述问题，已经开发出奥氏体耐磨钢以确保耐腐蚀性。然而，在具有非常高含量的碳的奥氏体耐磨钢中，由于碳化物的析出导致的韧性劣化可能是个问题。此外，在高锰钢的铸锭或铸件的情况下，可能不可避免地产生在凝固时由于合金元素如锰、碳等导致的偏析。在这种情况下，偏析的发生在比如热轧等的后处理中可能会进一步加剧。因此，碳化物的部分析出可能会沿着偏析区以网状的形式发生并在最终产品中加深。因此，可能促使显微组织的不均匀性，并且其性能可能被劣化。因此，主要进行的研究在于防止主要是在奥氏体耐磨钢中由于碳化物的析出导致的性能的劣化。

另一问题可能是在表面上发生不均匀的氧化。这种不均匀的氧化可能尤其是沿着晶界发生，从而在板坯的再加热过程中导致裂缝，并且在应力发生的轧制过程期间使裂缝扩展，从而使最终产品的表面特性劣化。表面上的裂缝可能导致产品弯曲或张紧过程中的过早失效，并且可能降低其耐磨性。

(现有技术文献)

(专利文献1)韩国专利公开no.2010-0106649

技术实现要素：

技术问题

本公开的一个方面是提供一种通过抑制不均匀的氧化而具有改善的表面品质的优异的表面特性的奥氏体钢。

本公开的另一方面是提供一种用于生产通过抑制不均匀的氧化而具有改善的表面品质的优异表面特性的奥氏体钢的方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，一种具有优异的表面特性的奥氏体钢，该奥氏体钢包含按重量计0.6％至1.3％的碳(c)、14％至22％的锰(mn)、5％或更少(不包括0％)的铜(cu)、5％或更少(不包括0％)的铬(cr)、1.0％或更少(不包括0％)的硅(si)、0.5％或更少(不包括0％)的铝(al)、0.1％或更少(包括0％)的磷(p)、0.02％或更少(包括0％)的硫(s)，其余部分为铁(fe)和不可避免的杂质，其中奥氏体钢的显微组织包含按面积计5％或更少的碳化物以及剩余的奥氏体组织，以及奥氏体钢的表面缺陷尺寸为0.3mm或更小。

根据本公开的另一方面，一种用于生产具有优异的表面特性的奥氏体钢的方法，该方法包括：将板坯再加热至1000℃或更高至1150℃或更低的温度，该板坯包含按重量计0.6％至1.3％的碳(c)、14％至22％的锰(mn)、5％或更少(不包括0％)的铜(cu)、5％或更少(不包括0％)的铬(cr)、1.0％或更少(不包括0％)的硅(si)、0.5％或更少(不包括0％)的铝(al)、0.1％或更少(包括0％)的磷(p)、0.02％或更少(包括0％)的硫(s)，其余部分为铁(fe)和不可避免的杂质；

将经再加热的板坯在850℃至950℃的精轧温度处进行热轧以获得经热轧的钢；以及

将经热轧的钢以5℃/s或更高的冷却速率冷却至600℃或更低的温度。

有益效果

根据本公开的一个方面，可以提供一种具有优异的表面特性的奥氏体钢。

通过以上，由于优异的耐磨性，可以在产生大量磨损并且因此需要耐磨性的油气业中的采矿、运输、储存或工业机械领域中应用于需要耐磨性的领域。特别地，应用范围可以扩展至需要优异的表面品质的领域。此外，由于就钢材的生产而言减少的产品表面修复，生产率和效率可以预期得到提高。

附图说明

图1是本发明的钢3和比较钢5的组织的照片。

具体实施方式

本公开的发明人一直研究在需要耐磨性的技术领域中使用的与常规钢材相比具有优异的强度和耐磨性的钢。就此而言，应当认识的是，在高锰钢的情况下，可以确保针对奥氏体钢材的优异的强度和延伸率。并且，当加工硬化率提高时，在磨损环境中硬度可以由于材料本身的加工硬化而增大，并且可以确保优异的耐磨性。基于该认识，完成了本公开。

此外，应当认识的是，为了改善作为常规奥氏体耐磨钢的问题的不良表面特性，通过在热轧之前得出板坯的再加热条件以抑制不均匀的氧化，可以生产具有优异的耐磨性和优异的表面特性的耐磨钢。

在下文中，将描述根据本公开的一个优选方面的具有优异的表面特性的奥氏体钢。

根据本公开的一个优选方面的具有优异的表面特性的奥氏体钢可以包含按重量计0.6％至1.3％的碳(c)、14％至22％的锰(mn)、5％或更少(不包括0％)的铜(cu)、5％或更少(不包括0％)的铬(cr)、1.0％或更少(不包括0％)的硅(si)、0.5％或更少(不包括0％)的铝(al)、0.1％或更少(包括0％)的磷(p)、0.02％或更少(包括0％)的硫(s)，其余部分为铁(fe)和不可避免的杂质，其中，奥氏体钢的显微组织包含按面积计5％或更少的碳化物以及剩余的奥氏体组织，并且奥氏体钢的表面缺陷尺寸为0.3mm或更小。

首先，将描述钢的组分和组分范围。

c：0.6重量％至1.3重量％(下文中被称为“％”)

碳(c)可以是奥氏体稳定元素，其可以改善均匀延伸率并且可以有利于提高强度和可加工硬化性。当碳的含量小于0.6％时，可能难以在室温处形成稳定的奥氏体，使得可能存在难以确保足够的强度和可加工硬化性的问题。当碳的含量超过1.3％时，可能析出大量的碳化物，使得均匀延伸率可能被降低，并且可能因此难以确保优异的延伸率，从而导致耐磨性降低和早期破坏的发生。为了提高耐磨性，优选的是将碳的含量增大至最大，但碳的溶解度存在限制并且存在关于性能劣化的担忧。因此，碳含量的上限优选地被限制至1.3％。

因此，c含量优选地被限制于0.6％至1.3％。

更优选的c含量可以为0.6％至1.25％。

mn：14％至22％

锰(mn)可以是稳定奥氏体并改善均匀延伸率的非常重要的元素。为了在本公开中获得奥氏体作为主要组织，mn优选地以14％或更多的量被包含。

当mn的含量小于14％时，奥氏体的稳定性可能降低，并且可能形成马氏体组织。因此，当奥氏体组织没有被充分地确保时，可能难以确保足够均匀延伸率。当mn的含量超过22％时，不仅生产成本可能增大，而且由于锰的添加，还可能存在耐腐蚀性劣化、制造过程困难等问题。

因此，mn的含量优选地被限制于14％至22％。

cu：5％或更少(不包括0％)

铜(cu)可以在碳化物中具有显著较低的固溶度并且可以缓慢地分散在奥氏体中，使得铜可以集中在通过奥氏体成核的碳化物界面上。因此，铜可以干扰碳的分散，使得铜可以有效地减缓碳化物的生长，并且可以因此具有防止碳化物形成的效果。此外，铜可以有助于改善耐腐蚀性。当cu的含量超过5％时，可能存在钢的热加工性劣化的问题。因此，cu的上限优选地被限制至5％。用于获得上述碳化物抑制效果的铜的含量更优选为0.05％以上。

更优选地，cu的含量可以为0.05％至3.0％。

cr：5％或更少(不包括0％)

可以在奥氏体中溶解用以增大钢材的强度的铬直至添加适当的量。铬也可以是提高钢材的耐腐蚀性的元素。铬可以是碳化物元素，并且也可以是通过在奥氏体晶界中形成碳化物来降低韧性的元素。因此，优选的是在考虑与碳和要被一起添加的其他元素的关系时对本公开中所添加的铬的含量进行确定。为了防止碳化物的形成，cr的含量的上限优选地被限制至5％。当cr的含量超过5％时，可能难以有效地抑制铬基碳化物在奥氏体晶界中的形成，并且因此可能降低冲击韧性。因此，铬的含量优选被限制至5％或更少。

硅(si)：1.0％更少(不包括0％)，铝(al)：0.5％或更少(不包括0％)

铝(al)和硅(si)可以是在炼钢过程期间可以作为脱氧剂而被包含的组分。本公开的钢材可以包含在以上限定的范围内的铝(al)和硅(si)。

磷(p)：0.1％或更少(包括0％)，硫(s)：0.02％或更少(包括0％)

磷(p)和硫(s)可以是在过量地添加时可能导致质量劣化的代表性杂质。因此，优选的是磷(p)被限制至0.1％或更少，并且硫(s)被限制至0.02％或更少。

本发明的其余部分可以是铁(fe)和其他不可避免的杂质。在一般的钢制造过程中，可能不可避免地会从原材料或周围环境添加不可避免的杂质，并且因此可能不排除杂质。

本领域技术人员可能知道杂质，并且因此在本公开中可能不提供杂质的描述。

根据本公开的一个优选方面的奥氏体钢材可以具有包含5％或更少的碳化物和剩余的奥氏体组织的显微组织，并且表面缺陷尺寸可以为0.3mm或更小。更优选地，表面缺陷尺寸可以为0.2mm或更小。

当碳化物的含量超过5％时，碳化物可能围绕着晶界，并且存在大大地降低延伸率和冲击韧性的可能。

当表面缺陷尺寸超过0.3mm时，所产生的表面裂缝可能会在进一步加工期间扩展而引起早期破坏，或者在保证目标最终产品厚度方面存在问题。

所提出的表面缺陷尺寸可以被限定为例如自裂缝开始的点至裂缝停止的点的距离。

在下文中，将描述根据本公开的另一优选实施方案的用于生产具有优异的表面特性的奥氏体钢的方法。

根据本公开的另一方面，提供了一种制造具有优异的表面特性的奥氏体钢的方法，该方法可以包括：将板坯再加热至1000℃或更高至1150℃或更低的温度，其中该板坯包含按重量计0.6％至1.3％的碳(c)、14％至22％的锰(mn)：，5％或更少(不包括0％)的铜(cu)、5％或更少(不包括0％)的铬(cr)、1.0％或更少(不包括0％)的硅(si)、0.5％或更少(不包括0％)的铝(al)，0.1％或更少(包括0％)的磷(p)、0.02％或更少(包括0％)的硫(s)，其余部分为铁(fe)和不可避免的杂质；

将经再加热的板坯在850℃至950℃的精轧温度处进行热轧以获得经热轧的钢；以及

将经热轧的钢以5℃/s或更高的冷却速率冷却至600℃或更低的温度。

再加热板坯

在热轧之前，可以将板坯在1000℃或更高至1150℃或更低的温度处进行再加热。必须是在1000℃或更高处再加热以确保热轧时的足够温度，并且必须在1150℃或更低处再加热以抑制高mn钢板坯的表面不均匀氧化。

热轧

如上所述，可以对经再加热的板坯进行热轧以获得具有850℃至950℃的精轧温度的经热轧的钢板。

当精轧温度低于850℃时，碳化物可能析出且均匀延伸率可能降低，并且显微组织可能被压扁而由于组织的各向异性导致不一致的拉伸。当精轧温度超过950℃时，轧制终止温度可能太高并且在实际工艺中可能难以达到目标温度。

冷却

通过热轧获得的经热轧的钢可以以5℃/s或更高的冷却速率冷却至600℃或更低的温度。

当冷却速率低于5℃/s或冷却停止温度高于600℃时，碳化物可能析出并且延伸率可能降低。快速冷却过程也可以有助于确保在基质中c和n元素的高使用率。因此，优选的是以5℃/s或更高的冷却速率进行冷却直至600℃或更低的温度。冷却速率更优选地为10℃/s或更高，并且更优选为15℃/s或更高。

发明实施方式

在以下描述中，将更详细地描述本公开的实例实施方案。应当指出的是，提供实例实施方案以更详细地描述本公开且不限制本公开的权利范围。可以基于权利要求中记载的主题和从该主题内容合理推断的内容来确定本公开的权利范围。

(实施例)

通过以下表2中示出的再加热条件和轧制条件将满足如以下表1中所示的组成和组成范围的板坯制备为具有12mm的厚度的经热轧的钢板。

然后，对每个所制造的经热轧的钢板的显微组织、屈服强度、均匀延伸率和冲击韧性进行测量，并且该结果在以下表3中被示出。经热轧的钢板的表面缺陷尺寸被测量并在以下表3中示出。

对本发明的钢3和对比钢5针对其组织进行观察，并且结果示在图1中示出。

[表1]

[表2]

[表3]

如表1至表3中所示，本发明的钢1至4满足组成范围和制造条件两者，并且本发明的钢1至4表现出良好的表面特性。

对比钢1示出由于c非常低而没有确保足够的强度。

对比钢2示出由于c的过量添加而导致碳化物的形成增多，并且延伸率和冲击韧性的值迅速降低。

在对比钢3中，由于mn含量不足而未形成稳定的奥氏体相，并且形成马氏体，并且冲击韧性的值迅速降低。

对比钢4示出当cr含量过量时由于过量的碳化物形成而导致延伸率和冲击韧性迅速降低。

对比钢5示出再加热温度超过参考值，并且在产品的表面上产生相对较大的缺陷。

对比钢6至8示出如精轧温度、冷却速率和冷却停止温度的条件没有落入本公开的范围内，并且由于碳化物的过度析出，冲击韧性迅速降低。

如图1所示，具有相对较高的再加热温度的对比钢5具有形成在其表面上的较大的裂缝。在具有相对较低的再加热温度的本发明的钢3中，可以看到表面层是均匀的，并且没有发生相对较大的缺陷。尽管在上面已经示出并描述了实例实施方案，但是本公开的范围不限于此，并且对于本领域技术人员来说明显的是在不脱离本发明的由所附权利要求限定的范围的情况下可以做出修改和变型。