專利名稱：韌性優(yōu)異的高耐腐蝕性鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及韌性(toughness)優(yōu)異的高耐腐蝕性鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板(high-corrosion resistance hot rolled ferritic stainless steel sheet)。
背景技術(shù)：
不銹鋼中由于其優(yōu)異的耐腐蝕性和韌性而奧氏體系不銹鋼(austeniticstainless steel)SUS304(18%Cr-8%Ni)(Japanese Industrial Standards,JIS G 4305)廣泛被使用。但是，該鋼種由于含有大量Ni而價格高。在沒有大量含有Ni的鐵素體系不銹鋼中，作為具有相當于SUS304的優(yōu)異的耐腐蝕性的鋼種，有含有Mo的SUS436L(18%Cr-l%Mo)(JIS G 4305)。但是，由于Mo也是價格高的元素，所以即便僅含有1%也大幅增加成本 (increase in cost)。此外，作為結(jié)構(gòu)部件(structural member)不能說該SUS436L具有足夠的韌性。在沒有含Mo的鐵素體系不銹鋼中有SUS430J1L (19%Cr-0. 5%Cu-0. 4%Nb) (JISG 4305)，但作為結(jié)構(gòu)部件也很難說其具有足夠的韌性。近年，一直在尋求具有與不銹鋼通用鋼種SUS430、SUS304相當?shù)哪透g性，并且還可適用于結(jié)構(gòu)部件用途的韌性優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼板。另外，為了在結(jié)構(gòu)部件用途中穩(wěn)定地使用，優(yōu)選鋼板的板厚為5_以上。對此，作為改善鐵素體系不銹鋼板的韌性的技術(shù)，專利文獻I中公開了一種熱水器用鐵素體系不銹鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有c :0. 020%以下、Si :0. 3(Tl.00%、Mn 1. 00% 以下、P :0. 040% 以下、S :0. 010% 以下、Cr :20. 0 28. 0%、Ni :0. 6% 以下、Al :0. 03 0. 15%、N 0. 020% 以下、O 0. 0020 0. 0150%、Mo :0. 3 I. 5%、Nb 0. 25 0. 60%、Ti 0. 05%以下，剩余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并且滿足25 ( Cr+3. 3Mo ( 30和0. 35 ( Si+Al ( 0. 85。另外，專利文獻2中公開了一種加工性和韌性優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼板，其化學組成以質(zhì)量 % 計，C 0. 1% 以下、N 0. 003 0. 05%、Si 0. 03 I. 5%、Mn 1. 0% 以下、P 0. 04%以下、S :0. 03% 以下、Cr :10 30%、Cu 2% 以下、Ni 2% 以下、Mo 3% 以下、V 1% 以下、Ti :0. 02 0. 5%、0 0. 00Γ0. 005%,Nb :0. 8% 以下、Al 0. 00Γ0. 15%,Zr :0. 3% 以下、B 0. 1% 以下、Ca :0. 003%以下、Mg :低于0. 0005%、TiXN :0. 0005以上、剩余部分為Fe和不可避雜質(zhì)，鋼中分散了以0. 3^0. 5的Mg和Al的含量比含有Al和Mg的夾雜物與Ti系夾雜物的復合夾雜物。但是，專利文獻I的目的在于確保防止熱軋板退火時和冷軋時的鋼帶的斷裂這種制造性(productivity),是改善0°C時的板厚4mm的熱軋鋼板的韌性的技術(shù),并且由于大量含有Mo,所以也容易生成使韌性降低的金屬間化合物(intermetallic compound)等。因此，認為如果適用于更厚板厚的用途，則韌性不充分。另外，專利文獻2中，Ti系夾雜物的分散控制(dispersion control)較困難,因其粗大化容易降低熱軋鋼板的韌性，不能得到足夠的韌性。應予說明，在考慮假定在寒冷地區(qū)(cold latitudes)使用的建材領(lǐng)域的情況下，認為需要-50°C的夏比沖擊值為100J / cm2以上的韌性。
專利文獻I:日本特開2008-190035號公報專利文獻2:日本特開2001-020046號公報

發(fā)明內(nèi)容
如以上所述，在基于含有Mo、Ti的技術(shù)中，還未充分實現(xiàn)鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板的韌性改善。本發(fā)明的目的在于提供-50°c的夏比沖擊值為100J / cm2以上的韌性優(yōu)異的高耐腐蝕性鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板。發(fā)明人等為了解決上述課題，對如專利文獻1、2那樣含有Nb，但不含高價的Ni或 Mo的、耐腐蝕性和韌性優(yōu)異的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板的獲取方法進行了深入研究。以下，只要沒有特別說明，化學成分的％全部表示質(zhì)量％的意思。首先，對實現(xiàn)本發(fā)明的實驗結(jié)果進行說明。發(fā)明人等為了評價Al對鐵素體系不銹鋼的韌性的影響，熔煉了 21%Cr-0. 25%Nb-低C-低N鋼且使Al量在O. 03、. 50%間進行了變化的鋼，制作板厚5mm和6mm的熱乳退火板(hot rolled and annealed steel sheet)(熱乳鋼板)，在-50°C下進行了夏比沖擊試驗(Charpy impact test)。其結(jié)果在圖I示出?？芍ㄟ^使Al量在O. 2(Γ0. 40%的范圍，夏比沖擊值成為100J / cm2以上，能夠得到優(yōu)異的韌性。推斷其原因是通過使Al量在O. 20%以上，降低了鋼中的O量、減少了夾雜物(inclusion)等所致的。另外，關(guān)于Al量超過O. 40%的范圍時的韌性的降低，認為是由于固溶Al的增加所致。接著，為了評價Ti、N對韌性的影響，熔煉了表I和2所示的21%Cr_0. 25%Nb_低C-低N鋼且使Ti、N量變化的鋼，使用表I的鋼制作板厚5mm的熱軋退火板，在_50°C下進行了夏比沖擊試驗。另外，使用表2的鋼制作板厚6mm的熱軋退火板，在_50°C下進行了夏比沖擊試驗。應予說明，這些實驗中，夏比沖擊值(charpy impact value)表示將通過夏比沖擊試驗得到的吸收能的值除以沖擊試驗片的缺口部的截面積，由此換算成每單位面積的吸收能的值。將其結(jié)果在表I、表2以及圖2中示出?？芍绻喈斢赥i和N的溶度積(solubility product constant)的 Ti (%) XN (%)(以下稱為“溶度積”)為 8. OX ICT5 以下，則夏比沖擊值穩(wěn)定且為100J / Cm2以上，能夠得到優(yōu)異的韌性。為了調(diào)查該原因，對溶度積為8.0X10_5以下和超過8.0 X 10_5的表I的實驗1-5和實驗1_6的試樣以及表2的實驗2-4和實驗2-5的試樣的截面組織(sectional structure)進行研磨后,用王水(aquaregalis)腐蝕,用掃描電子顯微鏡(electron scanning microscope) (SEM)和能量色散型X射線分析儀(energy dispersive X-ray analyzer) (EDX)進行了析出物的觀察、分析。其結(jié)果，在溶度積為8. OX 10_5以下且高韌性的表I的實驗1-5和表2的實驗2-4的試樣中觀察到了直徑為20(T300nm的微小球狀的Nb碳化物(carbide)。另一方面，在溶度積超過8. OX 10_5的低韌性的表I的實驗1-6和表2的實驗2-5的試樣中，觀察到了多個直徑為2 5 μ m的粗大的長方體狀(rectangular solid like)的Ti氮化物(nitride)。認為這是由于溶度積超過8. OX 10_5時，從鋼水的凝固階段析出Ti氮化物并粗大化，因缺口效應(notch effect)降低韌性。由以上實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從其耐腐蝕性和制造性的觀點出發(fā)，將Cr的含量設(shè)為18. (Γ24. 0%，如上所述地對Al量和Ti與N的溶度積進行控制，從而能夠抑制屬于降低韌性重要因素的、鋼水的凝固階段的粗大的Al的夾雜物、Ti氮化物的生成，能夠得到韌性優(yōu)異的高耐腐蝕性鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板。本發(fā)明是基于以上見解而完成的。即，本發(fā)明的構(gòu)成如下。(I)一種鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C :0. 020%以下、Si 1. 0% 以下、Mn 1. 0% 以下、P 0. 06% 以下、S 0. 01% 以下、Cr 18. 0 24· 0%、Mo 0. 3% 以下、Nb 0. 15 O. 40%,Ti 0. 015% 以下、N 0. 020% 以下、Al 0. 20 0· 40%，并且滿足下述式(A)和(B)，剩余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成；TiXN 彡 8·0Χ1(Γ5··· (A)IOX (C + N)彡 Nb 彡 O. 25 + (C / 12 + N / 14) X93. . . (B) 其中，各元素符號表示鋼中的成分含量(質(zhì)量％)。(2)根據(jù)(I)所述的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計，為C O. 015% 以下、Si :0. 5% 以下、Mn :0. 8% 以下、Nb :0. 15 O. 35%, Ti :0. 010% 以下、N :0. 015% 以下、Al 0. 20 0· 35%。(3)根據(jù)(I)或(2)所述的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計，還含有選自Cu :0. 3 O. 8%、Ni 1. 0%以下、Co :1. 0%以下中的至少一種。(4)根據(jù)(I) (3)中任一項所述的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，其特征在于，以質(zhì)量%計，還含有B 0. 0002 O. 0020%。根據(jù)本發(fā)明，能夠得到_50°C的夏比沖擊值為100J / cm2以上的韌性優(yōu)異的高耐腐蝕性鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板。


圖I是表示Al量對_50°C的夏比沖擊值的影響的圖。圖2是表示Ti (%) XN (%)對_50°C的夏比沖擊值的影響的圖。
具體實施例方式以下，對用于實施本發(fā)明的方式進行詳細說明。首先，說明本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板的成分的限定理由。C 0. 020% 以下C容易形成Cr碳化物，如果超過O. 020%,則焊接時在熱影響部(heat-affectedzone)形成Cr碳化物,成為晶界腐蝕(intergranular corrosion)的原因。因此,將C設(shè)為O. 020%以下。優(yōu)選為O. 015%以下。進一步要求高耐腐蝕性時，更優(yōu)選設(shè)為O. 010%以下。應予說明，當精煉成本(refining cost)成為問題時,優(yōu)選設(shè)為0. 003%以上。Si :1.0% 以下如果Si超過I. 0%則使韌性降低。因此，將Si設(shè)為I. 0%以下。優(yōu)選為0. 5%以下，更優(yōu)選為0.3%以下。應予說明，由于Si是作為脫氧劑(deoxidizing agent)有用的元素，所以優(yōu)選設(shè)為0. 05%以上。Mn :1.0% 以下如果Mn超過I. 0%,則形成可溶性硫化物(fusible sulfide) MnS,使耐腐蝕性降、低。因此，Mn設(shè)為I. 0%以下。優(yōu)選為O. 8%以下，更優(yōu)選為O. 6%以下。P 0. 06% 以下如果P超過O. 06%,則不僅對耐腐蝕性有害，還由于固溶強化(solid solutionstrengthening)而使加工性(workability)降低。因此，將P設(shè)為O. 06%以下。如果考慮加工性和韌性，則優(yōu)選為O. 04%以下。S 0. 01% 以下
如果S超過O. 01%,則對耐腐蝕性有害。因此，將S設(shè)為O. 01%以下。從高耐腐蝕性的觀點出發(fā)，優(yōu)選為O. 006%以下。Cr 18. 0^24. 0%Cr是在表面形成鈍化膜(passive film)而提高耐腐蝕性的元素。如果Cr低于
18.0%，則不能夠得到充分的耐腐蝕性。另一方面，如果超過24. 0%，則容易產(chǎn)生σ相脆化(sigma phase embrittlement)和475°C脆性，容易降低朝性。因此，將Cr設(shè)為18. O 24. 0%。從高耐腐蝕性的觀點，優(yōu)選為20. (Γ24. 0%。Mo 0. 3% 以下如果Mo超過O. 3%，則生成Laves相等粗大的金屬間化合物，降低韌性。因此，將Mo設(shè)為O. 3%以下。應予說明，在較之成本上升，高耐腐蝕性更為重要的情況下，優(yōu)選設(shè)為O. 1%以上。Nb 0. 15 O. 40%如果含有O. 15%以上的Nb，則具有固定C、N從而抑制敏化的效果。另一方面，如果超過O. 40%,則生成Laves相(Laves phase)等粗大的金屬間化合物，降低韌性。因此,將Nb設(shè)為O. 15 O. 40%。如果考慮韌性，則優(yōu)選為O. 15 O. 35%，更優(yōu)選為O. 15 O. 30%。Ti 0. 015% 以下Ti形成粗大的氮化物，降低韌性。因此，將Ti設(shè)為O. 015%以下。優(yōu)選為O. 010%以下。進一步要求高韌性的情況下，更優(yōu)選設(shè)為O. 005%以下。N 0. 020% 以下如果N超過O. 020%，則形成氮化物，降低韌性。特別是與Ti共存的情況下，從鋼水的凝固階段生成粗大的Ti氮化物，因其缺口效應而使韌性顯著降低。因此，將N設(shè)為O. 020%以下。優(yōu)選為O. 015%以下。進一步要求高韌性的情況下，更優(yōu)選設(shè)為O. 010%以下。Al 0. 20 0· 40%Al是本發(fā)明中的重要元素，具有提高韌性的效果。對于作為本發(fā)明的目的的韌性，如果低于O. 20%,則其效果不充分。另外，超過O. 40%時，熱加工性(hot-workability)降低。因此，將Al設(shè)為0. 20 0. 40%。優(yōu)選為0. 20 0. 35%。進一步要求高韌性的情況下，更優(yōu)選設(shè)為0. 20 0· 30%οTiXN 彡 8· 0Χ1(Γ5如上所述，屬于鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板的韌性降低的重要因素的粗大的Ti氮化物，從鋼水的凝固階段生成。為了抑制該Ti氮化物的生成，需要將溶度積TiXN限定為8.0X10_5以下。優(yōu)選為5. OX 10_5以下。這里，Ti、N表示各自成分的含量(質(zhì)量％)。10X (C + N)彡 Nb 彡 0. 25 + (C / 12 + N / 14) X93Nb具有將對耐腐蝕性有害的C、N固定為Nb碳化物、Nb氮化物、它們的復合析出物而使它們無害化來提高耐腐蝕性的效果。但是，如果Nb量低于(C + N)量的10倍，則Nb碳化物、Nb氮化物、它們的復合析出物的析出變得不充分，Cr碳化物、Cr氮化物、它們的復合析出物析出，耐腐蝕性下降。因此，將Nb限定為IOX (C + N)%以上。優(yōu)選為12X (C +N)%以上。另一方面，含有超過[O. 25 + (C / 12 + N / 14) X 93]%的Nb，則會增加固溶Nb，降低韌性。因此，將Nb限定為[O. 25 + (C / 12 + N / 14) X 93]%以下。這里，C、N、Nb表示各自成分的含量(質(zhì)量％)。上述化學成分以外的剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。應予說明，作為不可避免的雜質(zhì)，例如可允許Mg :0. 0020%以下、Ca :0. 0020%以下、V :0. 10%以下，但并不限于這些。應予說明，如果為C 0. 015% 以下、Si 0. 5% 以下、Mn 0. 8% 以下、Nb 0. 15 O. 35%、Ti :0. 010% 以下、N :0. 015% 以下、Al :0. 20 0· 35%，則 _50°C 的夏比沖擊值為 150J / cm2 以上，能夠得到更優(yōu)異的韌性，并且能夠得到更優(yōu)異的耐腐蝕性。本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板因上述必須元素而得到目的特性，但根據(jù)所希 望的特性還可以含有以下元素。Cu 0. 3 O. 8%Cu是用于提高耐腐蝕性的元素,特別是在降低縫隙腐蝕(crevice corrosion)方面有效的元素。為了發(fā)揮該效果，必須為O. 3%以上。另一方面，如果超過0.8%，則熱加工性降低。因此，將Cu設(shè)為O. 3 0.8%。優(yōu)選為O. 3 0.5%。Ni :1.0% 以下Ni具有降低縫隙腐蝕的效果。另外，還有防止含有Cu時熱加工性下降的效果。為了得到這種效果，Ni優(yōu)選為O. 05%以上。但是，如果超過I. 0%，則導致成本增加，并且其效果飽和，反而降低熱加工性。因此，將Ni設(shè)為I. 0%以下。優(yōu)選為O. 05、. 4%。Co :1.0% 以下Co是有助于改善韌性的元素。為了得到這種效果，Co優(yōu)選為O. 05%以上。但是，如果超過I. 0%，則使延展性(ductility)降低。因此，將Co設(shè)為I. 0%以下。B 0. 0002 O. 0020%B是對拉深加工(deep drawing)時的耐二次加工脆性(resistance to cold-workembrittlement)的改善有效的元素。如果低于0. 0002%,則不能得到該效果。另一方面，如果超過0. 0020%,則降低熱加工性和拉深性能(deep drawability)。因此,將B設(shè)為0. 0002、· 0020%。接著，對本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板的制造方法進行說明。有效率地制造本發(fā)明的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板的方法是，連續(xù)澆注(continuous casting)成鋼還(slab),加熱至110(Tl300°C的范圍進行熱軋,形成熱軋鋼卷。如果熱軋時的鋼卷卷取溫度超過650°C，則卷取后析出碳化物、金屬間化合物，從而降低韌性，因此優(yōu)選設(shè)為650°C以下，要求更高韌性的情況下，更優(yōu)選設(shè)為450°C以下。得到的熱軋鋼板通過連續(xù)退火在90(Tl 150°C的范圍退火，接著，在酸洗線上進行酸洗。該熱軋退火板可直接作為產(chǎn)品。另外，也可以使用冷軋用的坯料，實施冷軋-最終退火得到冷軋退火板，將該冷軋退火板作為產(chǎn)品。實施例對表3-1和表4-1所示的化學成分的鐵素體系不銹鋼進行熔煉，利用連續(xù)澆注法制得250mm厚的鋼坯。將這些的鋼坯加熱至1200°C后，粗軋至35mm厚，使終軋從1050°C開始、在900°C結(jié)束，在500°C以圈狀卷取進行冷卻，得到板厚5mm和/或6mm的熱軋鋼板。將得到的熱軋鋼板在1050°C以上的條件下保持80秒(最高溫度1100°C)后，實施自然冷卻退火，得到熱軋退火板(熱軋鋼板)。然后，根據(jù)JIS Z 2202，從熱軋退火板采取各5片4號試驗片(其中，板厚為5mm時寬度為5mm,板厚為6mm時寬度為6mm)(軋制方向為采取方向,沖擊方向為軋制寬度方向)，在試驗溫度為_50°C的條件下實施夏比沖擊試驗，測定夏比沖擊值。對5片試驗片的夏比沖擊值進行平均得到夏比沖擊值。另外，根據(jù)JIS G 0577，對從熱軋退火板采取得到的試樣，在30°C的3. 5%NaCl溶液中測定點蝕電位(pitting potential),如果為180mV vs SCE以上則判斷為耐腐蝕性優(yōu) 巳將結(jié)果在表3-2和表4-2中示出?？芍蓾M足本發(fā)明的成分條件的鋼制造的熱軋鋼板的-50°C的夏比沖擊值均為100J / cm2以上，點蝕電位均為180mV vs SCE以上，均為韌性優(yōu)異的高耐腐蝕性鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明提供的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，耐腐蝕性和韌性優(yōu)異，所以有望作為卡車的裝貨臺面(back of the truck)、柵板(grating)、各種地板材料(variety of floormaterial)、零件(clasp)之類的土木、建筑用(civil engineering and construction)的結(jié)構(gòu)部件的坯料。
權(quán)利要求
1.一種鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有C :0.020%以下、Si .1.0% 以下、Mn 1. 0% 以下、P 0. 06% 以下、S 0. 01% 以下、Cr 18. 0 24· 0%、Mo 0. 3% 以下、Nb 0. 15 O. 40%、Ti 0. 015% 以下、N :0. 020% 以下、Al 0. 20 0· 40%,并且滿足下述式(A)和(B)，剩余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成；TiXN ≤ 8·0Χ1(Γ5··· (A)IOX (C + N)≤ Nb ≤ O. 25 + (C / 12 + N / 14) X93. . . (B) 其中，各元素符號表示鋼中的成分含量，單位為質(zhì)量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，其中，以質(zhì)量％計，C:0.015%以下、Si 0. 5% 以下、Mn 0. 8% 以下、Nb 0. 15 O. 35%、Ti 0. 010% 以下、N 0. 015% 以下、Al O. 2(Γθ. 35%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，其中，以質(zhì)量％計，還含有選自Cu 0. 3 O. 8%、Ni 1. 0%以下和Co 1. 0%以下中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求Γ3中任一項所述的鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，其中，以質(zhì)量％計，還含有 B 0. 0002 O. 0020%。
全文摘要
本發(fā)明提供-50℃的夏比沖擊值為100J/cm2以上的韌性優(yōu)異的高耐腐蝕性鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板。具體而言，一種鐵素體系不銹鋼熱軋鋼板，其特征在于，以質(zhì)量%計，含有C:0.020%以下、Si:1.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.06%以下、S:0.01%以下、Cr:18.0～24.0%、Mo:0.3%以下、Nb:0.15～0.40%、Ti:0.015%以下、N:0.020%以下、Al:0.20～0.40%，并且滿足下述式(A)和(B)，剩余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成；Ti×N≤8.0×10-5...(A)10×(C+N)≤Nb≤0.25+(C/12+N/14)×93...(B)；其中，各元素符號表示鋼中的成分含量(質(zhì)量%)。
文檔編號C22C38/28GK102725432SQ201180007210
公開日2012年10月10日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者井手信介, 加藤康, 宇城工, 寒川孝 申請人:杰富意鋼鐵株式會社