一种具有良好抗皱性能的铁素体不锈钢及其制造方法
阅读：1019发布：2020-10-22
专利汇可以提供一种具有良好抗皱性能的铁素体不锈钢及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种具有良好抗皱性能的 铁 素体不锈 钢 及其制造方法，该钢的化学成分 质量 百分数为：C：0.02～0.08％，N：0.02～0.08％，Si：0.05～0.60％，Mn：0.05～0.50％，Cr：12.0～19.0％，Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～2.0％，P 热轧 后进行高温短时间 退火 ，再经过后续的 冷轧 和再结晶退火，使成品薄板中具有不同织构取向的晶粒随机分布，起皱高度在15μm以下，获得了优良的抗起皱性能。，下面是一种具有良好抗皱性能的铁素体不锈钢及其制造方法专利的具体信息内容。
1.一种具有良好抗起皱性能的铁素体不锈钢，其化学成分质量百分数为：C：0.02～
0.08％，N：0.02～0.08％，Si：0.05～0.60％，Mn：0.05～0.50％，Cr：12.0～19.0％，Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～2.0％，P<0.05％，S<0.02％，其余为Fe及不可避免杂质；且上述元素同时需满足如下关系：
2.根据权利要求1所述的具有良好抗起皱性能的铁素体不锈钢，其特征在于，所述铁素体不锈钢的起皱高度在15μm以下。
3.一种具有良好抗起皱性能的铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤：
1)冶炼、锻造
按如下化学成分进行冶炼、锻造成板坯；所述化学成分质量百分数为：C：0.02～
0.08％，N：0.02～0.08％，Si：0.05～0.60％，Mn：0.05～0.50％，Cr：12.0～19.0％，Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～2.0％，P<0.05％，S<0.02％，其余为Fe及不可避免杂质；且上述元素同时需满足如下关系：
2)热轧
加热温度≤1200℃，终轧温度为800～900℃；
3)热轧后退火
热轧后退火温度为900～1050℃，退火时间5～6min；
4)冷轧
冷轧压下率＞70％；
5)冷轧后退火
冷轧后退火温度为850～1000℃，退火时间1～2min，并控制平均晶粒尺寸在20μm以下。
4.根据权利要求3所述的具有良好抗起皱性能的铁素体不锈钢的制造方法，其特征在于，所述铁素体不锈钢的起皱高度在15μm以下。
一种具有良好抗皱性能的铁素体不锈钢及其制造方法
技术领域
背景技术
[0002] 铁素体不锈钢不含或只含少量镍，成本较低，同时其兼具良好的冲压成形性能，因此被广泛应用在建筑物，家用电器，厨房用品，汽车排气等生活中的各个方面。但是由于铁素体不锈钢基体为BCC体心立方结构，在冲压过程中存在明显的冲压起皱缺陷，需要增加额外的抛光成本，同时也会导致严重的抛光粉尘污染，限制了铁素体不锈钢的广泛应用，因此，降低铁素体不锈钢薄板的冲压起皱高度成为目前急需解决的技术难题。
[0003] 起皱是铁素体不锈钢在成形过程中应变量较大时产生的一种表面缺陷，这种缺陷发生在平行于板的轧制方向，表现为狭窄凸起条纹，即表面皱折。起皱破坏了成形部件的外观，消除它需要昂贵的研磨和抛光操作。起皱是由于与钢板的轧制方向平行延伸的、结晶方位近的晶粒群的塑性变形不同而产生的，也可以说是由混合织构的各向异性塑性流动引起的。因此，要获得低起皱高度，需要薄板中具有不同取向的晶粒随机分布。
[0004] 中国专利98801478.5主要通过稳定化元素铌钛复合添加，并设定Ti/N含量比大于12，Nb和V总含量小于0.1％同时满足V/Nb＝2-5，同时将热轧加热温度控制在1170℃以下，在950℃以上完成粗轧过程，进而获得低的起皱高度。中国专利200910048291.0采用单Nb稳定铁素体不锈钢，形成碳氮化铌析出相，并赋予了相应的冶金工艺制度：高的粗轧温度和低的终轧温度，从而降低冷轧板的表面起皱。中国专利CN00800983.X中，在不追求超低碳氮原子的情况下，添加了V元素满足：0.06≤(C+N)≤0.12，1≤C/N，进而满足1.5×10-3≤(V×N)≤1.5×10-2，通过成分的控制获得了较低的皱褶高度。中国专利200680049702.2通过精确控制钢水中的氧化铝夹杂物的浓度，并加入稳定化元素Ti，通过TiN的作用提高板坯中的等轴晶的 比例，进而获得低的起皱高度。因此，现有技术重点在Nb、Ti、V、Al等稳定化元素的添加来降低皱褶高度，工艺控制起到辅助作用，都没有涉及铁素体不锈钢的高温相变理论。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种具有良好抗起皱性能的铁素体不锈钢及其制造方法，使得最终成品薄板中具有不同织构取向的晶粒随机分布，从而获得极低的起皱高度，并提高了钢的抗拉强度。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] 一种具有良好抗起皱性能的铁素体不锈钢，其化学成分质量百分数为：C：0.02～0.08％，N：0.02～0.08％，Si：0.05～0.60％，Mn：0.05～0.50％，Cr：12.0～19.0％，Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～2.0％，P<0.05％，S<0.02％，其余为Fe及不可避免杂质；且上述元素同时需满足如下关系：
[0008] 进一步，所述铁素体不锈钢的起皱高度在15μm以下。
[0009] 本发明的成分设计中：
[0010] C：铁素体不锈钢性能上的很多缺点，例如：韧脆转变温度高，缺口敏感性大，耐蚀性差都与钢中的碳有关。但是碳是奥氏体形成元素，在本发明中起关键作用，其含量不能太低，所以下限设置为0.02％，但是含量过高，会恶化铁素体不锈钢的性能，因此，本发明控制C含量为0.02～0.08％。
[0011] N：同C一样，N也为奥氏体形成元素，在本发明中起关键作用，含量过高会导致不锈钢成形性和耐腐蚀性的下降，因此，本发明控制N0.08～0.02％。C、N含量的适量添加有利于增加本发明高温条件下奥氏体的比例，进而有利于起皱性能的改善。
[0012] Si：固溶强化元素，其含量的增加会导致延伸率和韧性的下降，其含量越少越好，其上限设定为0.6％，但有时Si作为脱氧元素进行添加，同时考虑到冶炼成本，其下限设定为0.05％。因此，本发明控制Si含量为0.05～0.6％。
[0013] Mn：弱的奥氏体形成元素，同时也是固溶强化元素，可以抑制钢中 硫的有害作用，但是其含量增加会恶化腐蚀性能，因此Mn含量需要控制在0.5％以下。
[0014] Cu：同Mn类似，Cu为奥氏体形成元素，可以提高钢种的耐腐蚀性，扩大不锈钢高温奥氏体含量，适量添加有利于改善冲压性能，但是过量添加会恶化加工性能，因此本发明控制Cu含量为0.1～1.0％。
[0015] Cr：提高耐腐蚀性的主要元素，其含量的增加可以明显增强在氧化性酸的耐腐蚀性，提高其在氯化物溶液中的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能，但是其含量的增加又会导致韧性和加工性的降低，因此，本发明控制Cr含量为12～19％。
[0016] P和S：都是有害元素，P对于热加工性是有害的，而S会在晶粒边缘分离，并使晶粒边缘变脆，另外MnS的形成也对钢的耐蚀性及其有害。因此P和S的含量应该在现有炼钢能力的基础上尽量偏低。因此，控制P<0.05％，S<0.02％。
[0017] Ni：在常规的铁素体不锈钢中，Ni含量极少，但Ni作为奥氏体形成元素，一方面可以提高耐腐蚀性能，另一方面能够有效扩大铁素体不锈钢高温下的奥氏体比例，充分利用热处理工艺促进奥氏体向马氏体转变，进而获得低的织构强度，并使得各种不同取向的晶粒随机化，最终降低薄板拉伸后的起皱高度。但是当Ni含量过高，会增大铁素体不锈钢热轧过程中的边裂风险，因此，本发明控制Ni含量为0.1～2.0％。
[0018] 同时，为了保证高温下奥氏体的比例，需要同时满足(其中，元素符号代表相应元素的质量百分数×100)，本发明中C、N和Ni都为奥氏体形成元素，控制 有助于扩大高温奥氏体比例，从而保证后续的热轧后
退火在双相区间完成，充分利用高温奥氏体向铁素体转变时的相变织构演化，进而抑制了热轧变形织构的形成，最终有利于各种不同取向的晶粒随机分布，获得低的起皱高度。且本发明所述铁素体不锈钢高温奥氏体的峰值摩尔比例大于30％。
退火在双相区间完成，充分利用高温奥氏体向铁素体转变时的相变织构演化，进而抑制了热轧变形织构的形成，最终有利于各种不同取向的晶粒随机分布，获得低的起皱高度。且本发明所述铁素体不锈钢高温奥氏体的峰值摩尔比例大于30％。
[0019] 本发明所述具有良好抗起皱性能的铁素体不锈钢的制造方法，其包括如下步骤：
[0020] 1)冶炼、锻造
[0021] 按如下化学成分进行冶炼、锻造成板坯；所述化学成分质量百分数为： C：0.02～0.08％，N：0.02～0.08％，Si：0.05～0.60％，Mn：0.05～0.50％，Cr：12.0～19.0％，Cu：0.1～1.0％，Ni：0.1～2.0％，P<0.05％，S<0.02％，其余为Fe及不可避免杂质；且上述元素同时需满足如下关系：
[0022] 2)热轧
[0023] 加热温度≤1200℃，终轧温度为800～900℃；
[0024] 3)热轧后退火
[0025] 热轧后退火温度为900～1050℃，退火时间5～6min；
[0026] 4)冷轧
[0027] 冷轧压下率＞70％；
[0028] 5)冷轧后退火
[0029] 冷轧后退火温度为850～1000℃，退火时间1～2min，并控制平均晶粒尺寸在20μm以下。
[0030] 本发明的制造工艺设计中：
[0031] 本发明的热轧加热温度控制在1200℃以下，终轧温度在800～900℃之间，终轧温度的降低有利于促进热轧板的再结晶、晶粒细化，有利于起皱性能改善，但是过低的终轧温度会导致轧制时变形抗力的增大，同时由于轧制时表层剪切变形和中心层平面变形的差异的增大，导致热轧板微观组织在厚度方向上梯度过大，导致严重的起皱，因此终轧温度控制在800℃以上。
[0032] 热轧后退火为本发明关键工艺，传统工艺采用的是铁素体向奥氏体转变点以下进行退火处理，避免进入奥氏体和铁素体的双相区间。本发明钢中含有较高的碳氮奥氏体形成元素，并添加少量Ni，因此高温下全部为两相组织，为了获得低的起皱高度，充分利用相变使织构随机化理论，热轧后退火必须在两相区完成，为了使相变的作用更大，需要在奥氏体含量最大的温度进行高温短时间退火，因此设定退火温度在900℃以上，这是本发明同传统工艺的最大区别。另外，如果退火温度超过1050℃，铁素体晶粒异常长大，即使增大冷轧压下率也很难实现成品板晶粒细化，导致表面粗糙度的增大，同时温度过高增大了现场的工业化生产难度。因此，本发明控制热轧退火区间为900～1050℃。
[0033] 本发明设定冷轧压下率大于70％，要想获得低的起皱高度，并实现成品板组织均匀性，必须有相应的冷轧压下率，但过高的压下率又会增加轧机的负荷，导致生产难度极大。
[0034] 冷轧后退火处于冶金工艺流程的最后阶段，需要适宜的温度进行最终退火。如果冷轧后退火温度过低，难以获得完全的再结晶，易出现明显的混晶；对于铁素体不锈钢来讲，冷轧后退火温度过高也会导致晶粒的过分粗大，引起晶界弱化以及表面粗糙度增大。因此，冷轧后退火温度选择在850～1000℃之间，并控制平均晶粒尺寸在20μm以下。
[0035] 本发明主要通过优化铁素体不锈钢合金成分，充分利用铁素体不锈钢高温有限相变，合理设计热轧后退火工艺，并结合后续的冷轧压下规程和再结晶退火制度，使得最终成品薄板中具有不同织构取向的晶粒随机分布，从而在拉伸后获得极低的起皱高度。
[0036] 本发明的有益效果：
[0037] 本发明通过C、N和Ni奥氏体形成元素的适量添加，并充分利用本发明钢中的高温有限相变，不仅提高了铁素体不锈钢的抗起皱性能，还可以获得较高的拉伸强度，进一步扩大了铁素体不锈钢的应用范围。
具体实施方式
[0040] 下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
[0041] 表1为本发明实施例钢和对比例钢的成分，表2为本发明实施例及对比例钢的制造工艺，表2为本发明实施例及对比例钢的性能。
[0042] 按表1所示成分进行冶炼并将其锻造成板坯(35mm厚)，然后按照上述冶金制造工艺控制，对板坯进行加热，经过3-6道次的热轧制成板厚为3～5mm的热轧钢板；而后经过热轧中间退火工艺，再将退火板进行酸 洗以去除表面的氧化铁皮，经过多道次冷轧压下后进行最终冷轧后退火，制造成板厚为0.6～2mm的制品，具体工艺参数如表2所示。通过金相组织确定再结晶晶粒大小，冷轧退火后平均晶粒尺寸在20μm以下。
[0043] 在成品板沿轧制方向上截取试样，并加工成日本JIS5标准的拉伸试样预拉伸25％然后用表面粗糙度仪在垂直于轧制方向上测量其起皱高度Pt(波峰和波谷的高度差)，测量距离为4mm。Pt值在15μm以下为优，在15～20μm为良，20～30μm为中，30μm以上为差。最后，通过EBSD分析成品板纵截面的晶粒簇聚集情况：钢中微观织构的组成和分布状况采用背散射电子衍射(EBSD)进行解析，{001}取向聚集在一起，并且沿着轧制方向的长度大于5个晶粒尺寸，就判定为{001}晶粒簇聚集。具体结果如表2所示。
[0044] 由表2可知，本发明制造得到的铁素体不锈钢中具有不同取向的晶粒随机分布，起皱高度在15μm以下，起皱等级为优，获得了优良的抗起皱性能。
[0045] 如图1所示，在860～1240℃为高温奥氏体+铁素体两相区间，在950℃时奥氏体比例最大，因此，本发明热轧后的退火在双相区间完成，保证了相变的作用更大，使最终的冷轧薄板可以获得最佳的抗起皱性能。
[0046] 表1 单位：wt％
[0047]C Si Mn P S Cr Ni Cu N
实施例1 0.030 0.10 0.21 0.02 0.004 12.83 0.11 0.13 0.025 实施例2 0.045 0.29 0.49 0.02 0.003 16.13 0.32 0.09 0.039 实施例3 0.073 0.49 0.31 0.01 0.003 17.24 0.84 0.86 0.035 实施例4 0.038 0.56 0.15 0.03 0.001 18.79 1.28 0.42 0.072 对比例1 0.012 0.51 0.24 0.01 0.006 12.59 0.10 0.25 0.015 对比例2 0.015 0.27 0.33 0.02 0.004 18.39 0.15 0.18 0.014 [0048] 表2
实施例1 0.030 0.10 0.21 0.02 0.004 12.83 0.11 0.13 0.025 实施例2 0.045 0.29 0.49 0.02 0.003 16.13 0.32 0.09 0.039 实施例3 0.073 0.49 0.31 0.01 0.003 17.24 0.84 0.86 0.035 实施例4 0.038 0.56 0.15 0.03 0.001 18.79 1.28 0.42 0.072 对比例1 0.012 0.51 0.24 0.01 0.006 12.59 0.10 0.25 0.015 对比例2 0.015 0.27 0.33 0.02 0.004 18.39 0.15 0.18 0.014 [0048] 表2
[0049]
[0050] 备注：×：{001}晶粒簇聚集；○：{001}晶粒弥散分布。
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