奧氏體系不銹鋼的制造方法
【專利摘要】將熱軋時(shí)的加熱溫度設(shè)為Th，將具有如下化學(xué)組成的不銹鋼的板坯加熱至式（1）：Th=1135-90Si-2.9Cr+40Ni-ΔT中的ΔT為30℃以上的加熱溫度Th從而進(jìn)行熱軋，接著進(jìn)行加熱至1100～1160℃的溫度后以100℃/分鐘以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻的熱處理，所述化學(xué)組成為含有C：0.04%以下、Cr：7～20%、Ni：10～22%、Si：2.5～7%、Mn：10%以下、sol.Al：0.03%以下、P：0.03%以下、S：0.03%以下、N：0.035%以下、總計(jì)0.05～0.7%的Nb、Ti、Ta、Zr中的1種或2種以上、余量由Fe及雜質(zhì)組成，由此可以不產(chǎn)生痂痕地可靠地制造具備能夠在高溫、高濃度硝酸環(huán)境中使用的耐腐蝕性的高Si含量奧氏體系不銹鋼。
【專利說明】奧氏體系不銹鋼的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)濃硝酸顯示耐蝕性的奧氏體系不銹鋼的制造方法。更具體而言，涉及能夠在高溫、高濃度的硝酸環(huán)境中使用的高Si含量奧氏體系不銹鋼的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硝酸制造設(shè)備的主要構(gòu)成材料暴露在高溫、高濃度的硝酸環(huán)境中。通?？梢允褂貌讳P鋼作為設(shè)備用的耐蝕性材料。不銹鋼在硝酸中形成穩(wěn)定的鈍化皮膜，發(fā)揮優(yōu)異的耐蝕性。但是，高溫、高濃度的硝酸的氧化性極強(qiáng)，普通的不銹鋼會(huì)發(fā)生過鈍化腐蝕。過鈍化腐蝕中隨著形成鈍化皮膜的Cr2O3的溶出而發(fā)生全面腐蝕、以及在敏化(晶界腐蝕的敏感性增大)的晶界附近發(fā)生晶界腐蝕。
[0003]作為在這種環(huán)境下也具有耐蝕性的材料，已知有17Cr-14Ni_4Si (專利文獻(xiàn)I)、llCr-17N1-6Si (專利文獻(xiàn)2)等高Si奧氏體系不銹鋼。關(guān)于這些高Si不銹鋼，由于在過鈍化區(qū)域因腐蝕而溶出的Si被再度氧化而生成硅酸鹽皮膜，因而顯示優(yōu)異的耐硝酸腐蝕性。這些高Si不銹鋼中添加有Nb、Ta、T1、Zr中的I種或2種以上。這些添加元素具有固定鋼中C、抑制敏化的效果。特別是對(duì)抑制焊接熱影響部的敏化有效，且對(duì)改善在高濃度硝酸中的晶界耐蝕性具有顯著效果。
[0004]關(guān)于熱加工中板坯的加熱溫度，從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，盡可能設(shè)為高溫是有利的。但是，高Si不銹鋼在熱加工時(shí)若被加熱至高于規(guī)定溫度的溫度，則會(huì)有在熱加工的途中板坯出現(xiàn)裂紋的問題。Si相對(duì)于奧氏體相的固溶度低，越是大量含Si，高溫下越會(huì)生成金屬間化合物、δ鐵素體等脆化相，從而使得高溫延性劣化。因此，為了以工業(yè)規(guī)模穩(wěn)定地制造高Si不銹鋼，需要適當(dāng)管理熱加工中的加熱溫度。
[0005]專利文獻(xiàn)3中公開了一種方法，對(duì)于含有5?8%(本說明書中若無特別說明，則涉及化學(xué)組成的“％”表示“質(zhì)量％”)的Si的高Si不銹鋼的鑄錠在滿足1050?1100°C且T(0C) <1470-35 X S1-5 XNi (%)的溫度范圍均熱后，在900°C以上的溫度范圍進(jìn)行熱軋或熱鍛造。隨著Si含量的增加，在鑄造凝固組織中形成低熔點(diǎn)的金屬間化合物，均熱溫度提高時(shí)，該金屬間化合物發(fā)生部分熔融，導(dǎo)致在熱加工中產(chǎn)生裂紋。為了防止該裂紋而規(guī)定均熱溫度。
[0006]非專利文獻(xiàn)I中報(bào)告了關(guān)于高Si不銹鋼(6.5S1-17Cr-22N1-0.0lPd)中金屬間化合物與熱加工性的關(guān)系:(a)富含S1-Ni的金屬間化合物在鑄造組織的樹枝狀間析晶，其大量存在時(shí)熱加工性變低；以及(b)將金屬間化合物析晶的鋼錠在1000?1150°C下均熱時(shí)，1150°C下金屬間化合物部分熔化而產(chǎn)生裂紋，而1100°C下看不到金屬間化合物的熔融，通過使其固溶而不在熱加工中產(chǎn)生裂紋。
[0007]即，對(duì)于非專利文獻(xiàn)I的高Si不銹鋼，推測(cè)超過1100°C時(shí)低熔點(diǎn)的N1-Si系金屬間化合物部分熔化，裂紋沿著晶界傳播以致破壞，實(shí)質(zhì)上將熱加工中的加熱溫度規(guī)定為1100°C 以下。
[0008]專利文獻(xiàn)4中公開了一種方法，將含有4?10%的Si并且S和O被限制在30ppm以下的高Si不銹鋼的板坯在1100°C以上且1250°c以下均熱處理2小時(shí)以上，然后進(jìn)行熱車L，在950°C以上結(jié)束熱軋，在1000°C以上且1200°C以下進(jìn)行熔體化熱處理。專利文獻(xiàn)4中公開了以下內(nèi)容:影響高Si奧氏體系不銹鋼的高溫延性的因素為(I) S、0的雜質(zhì)元素和
(2)在鑄坯的冷卻中析出的金屬間化合物；以及通過減少S和O及對(duì)鑄坯進(jìn)行均熱而使金屬間化合物消失來改善熱加工性。雖然該金屬間化合物的成分未被明確示出，但可以推測(cè)與非專利文獻(xiàn)I同樣為低熔點(diǎn)的N1-Si系金屬間化合物。
[0009]專利文獻(xiàn)3、4所公開的技術(shù)通過將加熱溫度設(shè)為N1-Si金屬間化合物的熔融溫度以下來改善熱加工性。但是，對(duì)于在高溫、高濃度硝酸環(huán)境中使用的高Si含量奧氏體系不銹鋼，由于含有大量Si使C的固溶度降低而變得容易敏化，因此高濃度硝酸中的耐晶界腐蝕性差。
[0010]專利文獻(xiàn)1、2中公開的高Si不銹鋼通過含有Nb、Ta、T1、Zr而抑制了敏化、大幅改善耐硝酸腐蝕性，但存在熱軋過程中容易產(chǎn)生被稱為痂痕的表面缺陷這一新問題。
[0011]其原因不明，雖然降低板坯加熱溫度時(shí)表面缺陷會(huì)有減輕的傾向，但依靠鋼的化學(xué)組成有時(shí)仍難以獲得充分的減輕效果，不得不在必要以上的低溫下加熱或進(jìn)行用于去除熱軋后的痂痕的研削等修整，成為成本大幅上升的原因。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:日本特許3237132號(hào)說明書
[0015]專利文獻(xiàn)2:日本特許1119398號(hào)說明書
[0016]專利文獻(xiàn)3:日本特開平6-93389號(hào)公報(bào)
[0017]專利文獻(xiàn)4:日本特開平5-51633號(hào)說明書
[0018]非專利文獻(xiàn)
[0019]非專利文獻(xiàn)1: NKK 技報(bào)、N0.154、1996、14-19 頁
【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的目的在于可靠地制造熱軋過程中不產(chǎn)生痂痕、具備適合在高溫、高濃度硝酸環(huán)境中使用的耐蝕性的高Si含量奧氏體系不銹鋼。
[0021]本發(fā)明人等研究了用于可靠地制造熱軋過程中不產(chǎn)生痂痕、適合在高溫、高濃度硝酸環(huán)境中使用的高Si含量奧氏體系不銹鋼(以下有時(shí)將奧氏體系不銹鋼簡(jiǎn)稱為不銹鋼)的條件，結(jié)果弄清了以下事項(xiàng)(i)?(iii)。
[0022](i)大量含Si的不銹鋼中生成N1-Si金屬間化合物。推測(cè)該金屬間化合物的熔點(diǎn)處于非專利文獻(xiàn)I中所公開的1100?1150°C的范圍，該金屬間化合物的生成會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大至難以熱軋的板坯裂紋。
[0023](ii)大量含Si的不銹鋼含有Nb、Ta、T1、Zr等時(shí)，作為金屬間化合物生成Ni_Si_X(X=Nb、T1、Zr)。該金屬間化合物的熔點(diǎn)大致為1150?1200°C的范圍，例如N1-S1-Nb時(shí)由相圖計(jì)算的結(jié)果為1160°C左右。由于Nb、Ta、T1、Zr等是不容易在鋼中發(fā)生偏析的元素，因此該N1-S1-X三元系(X=Nb、Ta、T1、Zr)金屬間化合物細(xì)小分散地存在。N1-S1-X金屬間化合物由于在如此高的熔點(diǎn)下微細(xì)分散，因此不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生大至難以熱軋的板坯裂紋。
[0024](iii)然而，在板坯表面附近產(chǎn)生以金屬間化合物N1-S1-X為起點(diǎn)的裂紋時(shí)，裂紋傳播至表面,裂紋內(nèi)部被氧化，由此大量產(chǎn)生痂痕。由于金屬間化合物N1-S1-X細(xì)小分散而導(dǎo)致該痂痕的量極多，形成了大量痂痕。
[0025]由以上結(jié)果可知，熱軋過程中的痂痕的出現(xiàn)通過以上述N1-S1-X三元系金屬間化合物為起點(diǎn)、裂紋傳播至表面而產(chǎn)生。從防止?jié)庀跛岘h(huán)境下腐蝕的觀點(diǎn)出發(fā)，必須含有Si和X元素，因此針對(duì)抑制上述表面附近裂紋的傳播的方法進(jìn)行了研究。
[0026]通常，達(dá)到高溫且延性下降時(shí)，裂紋容易傳播，因此研究了鋼中的成分與延性的關(guān)系。結(jié)果得到以下見解。
[0027](A)通過以與鋼組成中S1、Cr、Ni含量的關(guān)系規(guī)定熱軋時(shí)的加熱溫度，能夠防止制品表面的缺陷(痂痕)。
[0028](B)通過規(guī)定軋制后最終退火的溫度范圍和冷卻方法，能夠在確保伸長(zhǎng)率和彈性極限應(yīng)力的同時(shí)抑制敏化。
[0029]基于以上見解的本發(fā)明為一種奧氏體系不銹鋼的制造方法，其特征在于，將熱軋時(shí)的加熱溫度設(shè)為Th，將具有如下化學(xué)組成的不銹鋼的板坯加熱至式(I):Th=1135-90S1-2.9Cr+40N1-Λ T中的Λ T為30°C以上的加熱溫度Th從而進(jìn)行熱軋，所述化學(xué)組成為含有 C:0.04% 以下、Cr:7 ?20%、Ni:10 ?22%、Si:2.5 ?7%、Mn:10% 以下、sol.Al:0.03% 以下、P:0.03% 以下、S:0.03% 以下、N:0.035% 以下、總計(jì) 0.05 ?0.7% 的 Nb,Ti,Ta、Zr中的I種或2種以上、余量由Fe和雜質(zhì)組成。
[0030]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法還包括在1100?1160°C的溫度范圍對(duì)實(shí)施了前述熱軋的奧氏體系不銹鋼進(jìn)行熱處理，接著以100°c /分鐘以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，能夠可靠地制造熱軋過程中不產(chǎn)生痂痕、適合在高溫、高濃度硝酸環(huán)境中使用的高Si含量奧氏體系不銹鋼。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1所示為供試鋼I的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果圖。
[0033]圖2所示為供試鋼I的Λ T與痂痕產(chǎn)生率的關(guān)系圖。
[0034]圖3所示為供試鋼I的軋制后熱處理溫度與0.2%彈性極限應(yīng)力、伸長(zhǎng)率的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的奧氏體系不銹鋼的制造方法進(jìn)行更詳細(xì)的說明。如前所述，涉及鋼的化學(xué)組成的％為質(zhì)量％。另外，鋼的化學(xué)組成的余量為Fe和雜質(zhì)。
[0036][鋼的化學(xué)組成]
[0037][C:0.04% 以下]
[0038]C是提高鋼的強(qiáng)度的元素，也是在焊接部的熱影響部中晶界處生成Cr碳化物、成為敏化的原因等使耐蝕性劣化的元素。因此，C含量設(shè)為0.04%以下。C含量?jī)?yōu)選為0.03%以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.02%以下。
[0039][Cr:7 ?20%]
[0040]Cr是用于確保不銹鋼的耐蝕性的基本元素，其含量設(shè)為7%以上且20%以下。Cr含量低于7%時(shí)，無法獲得充分的耐蝕性。另一方面，Cr含量過量時(shí)，由于Si和Nb的共存而形成大量鐵素體析出的二相組織，導(dǎo)致加工性、耐沖擊性下降，因此將Cr含量的上限設(shè)為20%。Cr含量的下限優(yōu)選為10%，進(jìn)一步優(yōu)選為11%。另一方面，Cr含量的上限優(yōu)選為19%，進(jìn)一步優(yōu)選為18%。
[0041][N1: 10 ?22%]
[0042]Ni為奧氏體相的穩(wěn)定化元素，而且還具有提高零延性溫度(zero ductilitytemperature)的效果。以10%以上且22%以下的量含有Ni。Ni含量低于10%時(shí)，無法獲得目標(biāo)的耐蝕性和韌性。Ni含量超過22%時(shí)，成本顯著提高。Ni含量的下限優(yōu)選為12%，進(jìn)一步優(yōu)選為13%。另外，Ni含量的上限優(yōu)選為20%，進(jìn)一步優(yōu)選為16%。
[0043][S1:2.5 ?7%]
[0044]為了提高在濃硝酸中的耐蝕性，以2.5%以上且7%以下的量含有Si。為了形成確保在硝酸中的耐蝕性的硅酸鹽皮膜，含有2.5%以上的Si。另一方面，過量含有Si時(shí)，零延性溫度降低。此外，不僅成本上漲，而且導(dǎo)致焊接性下降，因此將Si含量的上限設(shè)為7%。Si含量的下限優(yōu)選為3.0%，進(jìn)一步優(yōu)選為3.5%。Si含量的上限優(yōu)選為6%，進(jìn)一步優(yōu)選為5%。
[0045][Mn: 10% 以下]
[0046]Mn為奧氏體相的穩(wěn)定化元素，并且也作為脫氧劑而含有，因此以10%以下的量含有。Mn含量超過10%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致耐蝕性的下降、焊接時(shí)的高溫裂紋、以及加工性的降低。Mn含量的上限優(yōu)選為6%，進(jìn)一步優(yōu)選為4%。另外，為了可靠地獲得Mn的上述效果，Mn含量?jī)?yōu)選為0.5%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為1.0%以上。
[0047][sol.Al:0.03% 以下]
[0048]Al作為脫氧劑而含于鋼中，但過量含有Al時(shí)，會(huì)生成有害的夾雜物，因此將sol.Al的含量設(shè)為0.03%以下。
[0049][P:0.03% 以下、S:0.03% 以下]
[0050]P和S均是對(duì)耐蝕性、焊接性有害的元素，各自的含量越低越優(yōu)選。因此，P含量設(shè)為0.03%以下、S含量設(shè)為0.03%以下。
[0051][N:0.035% 以下]
[0052]N與Nb、T1、Ta、Zr的親和性高，阻礙利用這些元素來固定C，因此優(yōu)選N含量盡可能低。因此，N含量設(shè)為0.035%以下。
[0053][總計(jì)0.05?0.7%的Nb、T1、Ta、Zr中的一種或2種以上]
[0054]Nb、T1、Ta、Zr均具有固定C從而抑制敏化所引起的晶界耐蝕性下降的效果，是對(duì)改善焊接熱影響部的耐蝕性特別有效的元素。這些元素的總計(jì)含量低于0.05%時(shí)，無法獲得耐晶界腐蝕性的改善效果，而且低熔點(diǎn)N1-Si系金屬間化合物的形成導(dǎo)致熱加工裂紋變大。另一方面，這些元素的總計(jì)含量超過0.7%時(shí)，使加工性。因此，這些元素的含量按照I種或多種的總計(jì)設(shè)為0.05%以上且0.7%以下。
[0055][制造條件]
[0056]本發(fā)明的奧氏體系不銹鋼的制造方法包括:熱軋工序，其中，將熱軋時(shí)的加熱溫度設(shè)為Th，將具有上述化學(xué)組成的不銹鋼的板坯加熱至式(l):Th=1135-90S1-2.9Cr+40N1-AT中的AT為30°C以上的加熱溫度Th從而進(jìn)行熱軋；以及熱處理工序(退火工序)，其中，優(yōu)選進(jìn)一步在1100?1160°C的溫度范圍進(jìn)行熱處理后，以100°C /分鐘以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻。[0057]“熱軋工序”
[0058]為了明確最適合熱軋的加熱溫度范圍，通過高溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)來調(diào)查化學(xué)組成與高溫變形能力的關(guān)系。由此能夠調(diào)查熱軋中的零延性。
[0059]高溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，將平行部分直徑8mm、長(zhǎng)度30mm的試驗(yàn)片一端固定，在保持為規(guī)定溫度的狀態(tài)下以轉(zhuǎn)速300rpm (應(yīng)變速度4.2秒_0、軸向力Okgf沿一個(gè)方向施加扭轉(zhuǎn)，將直到斷裂為止的轉(zhuǎn)數(shù)記作扭轉(zhuǎn)次數(shù)。
[0060]作為一例，使用具有表1中供試鋼I所示化學(xué)組成的高Si不銹鋼的試驗(yàn)片實(shí)施高溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，將結(jié)果作為加熱溫度與扭轉(zhuǎn)次數(shù)的關(guān)系而示于圖1。
[0061][表 I]
[0062]
【權(quán)利要求】
1.一種奧氏體系不銹鋼的制造方法，其特征在于，包括熱軋工序，其中，將熱軋時(shí)的加熱溫度設(shè)為Th，將具有如下化學(xué)組成的不銹鋼的板坯加熱至下述(I)中的AT為30°C以上的加熱溫度Th從而進(jìn)行熱軋， 所述化學(xué)組成以質(zhì)量％計(jì)含有C:0.04%以下、Cr:7?20%、N1: 10?22%、S1:2.5?7%、Mn:10% 以下、sol.Al:0.03% 以下、P:0.03% 以下、S:0.03% 以下、N:0.035% 以下、總計(jì)0.05?0.7%的Nb、T1、Ta、Zr中的I種或2種以上、余量由Fe和雜質(zhì)組成。 Th=I135-90S1-2.9Cr+40N1-Δ T (I)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括熱處理工序，其中，在1100?1160°C的溫度范圍對(duì)由所述熱軋獲得的奧氏體系不銹鋼進(jìn)行熱處理，接著以100°C /分鐘以上的冷卻速度進(jìn)行冷卻。
【文檔編號(hào)】B21B1/02GK103826766SQ201280046368
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月29日
【發(fā)明者】喜多勇人, 澀谷將行, 吉田修二, 須川朋之 申請(qǐng)人:新日鐵住金株式會(huì)社