專利名稱：不銹鋼板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種抗斷裂的不銹鋼板及其制造方法，尤其涉及一種用作內(nèi)徑鋸條(inner diameter saw blades)襯底的不銹鋼板及其制造方法，例如，該鋸條用于將硅錠切割成硅片。
迄今，主要使用介穩(wěn)奧氏體不銹鋼與沉淀硬化(pH)不銹鋼作為內(nèi)徑鋸條襯底的基礎材料。
一般由SUS301與SUS304代表的介穩(wěn)奧氏體不銹鋼，是通過退火后的冷加工硬化與成型加工形成的馬氏體相及進一步時效而獲得高強度的。
JP-B-2-44891(本文中涉及的術語“JP-B-”表示“已經(jīng)審查的日本專利公告公報”)公開了一種有關上述類型不銹鋼的技術。根據(jù)該公開的技術，含有可控組成以獲得所需奧氏體相穩(wěn)定性程度的一種鋼板，以40%或更高的壓下率進行表面光軋(temper rolling)以及精冷軋前的第一次與第二次冷軋，其中，第一次冷軋與第二次冷軋之比為0.8或更大。這種方法旨在通過獲得130kgf/mm2或更大的抗拉強度和使強度(0.2%彈性極限應力)的平面各向異性減至最小而改進拉緊期間鋼的平整度。
沉淀硬化不銹鋼的典型實施例是SUS631。通過退火后鋼的冷加工或(零度下)低溫處理，產(chǎn)生馬氏體組織或奧氏體與馬氏體雙相組織。在連續(xù)的時效處理中，發(fā)生沉淀硬化從而獲得高強度。在JP-A-61-295356和JP-A-63-317628(本文中涉及的術語“JP-A-”表示“未經(jīng)審查的日本專利公開公報”)中介紹了這種類型的鋼。根據(jù)這些專利，通過添加Si和Cu發(fā)生沉淀硬化以獲得Hv＝580的高硬度。此外，還獲得很高的裂縫應力(cracking stress)并改進拉緊性能。
為改進切片的表面質(zhì)量和使錠材的切割損失減至最小，必需保證內(nèi)徑鋸條的平整度。此外，為了抑制鋸條上的局部應力強度以使切片期間鋸條的斷裂減至最小，還必需保證內(nèi)徑鋸條在精確園度。為進一步改進內(nèi)徑鋸條的剛性，在切片期間對該鋸條在園周方向施加拉力(在下文中簡稱為“拉緊”(tensioning))。特別是，通過提高鋸條的剛性來降低鋸條振動以減少錠料的切割損失已成為提高生產(chǎn)率必不可少的措施。因此，要求在拉緊步驟期間通過在園周方向上施加1.0%的高應變而賦于鋸條極高的剛性。
然而，各種常規(guī)不銹鋼鋸條存在一些缺點，它們經(jīng)常是在獲得足夠拉緊前就發(fā)生斷裂，即使具有良好拉緊性能的鋸條在切片操作期間也會發(fā)生斷裂。
在JP-B-2-44891中，考慮了強度的平面各向異性，但完全未注意斷裂特性。在JP-A-61-295356和JP-A-63-317628中，已將拉緊前的強度改進到某種程度，但完全沒考慮到拉緊后切片期間的斷裂。在拉緊期間約1.0%的高應變條件下，上述兩種技術都不能改進抗斷裂性能。事實上，上述三種先有技術中所用的不銹鋼板都顯示出高的抗拉強度，而當施加1.0%應變(在下文中被簡稱為“1.0%起始應力(On-set stress)”)時表現(xiàn)出變形應力低，或表現(xiàn)出韌性低。因此，使用這些材料的內(nèi)徑鋸條在拉緊期間經(jīng)常發(fā)生斷裂，即使它們具有良好的拉緊性能也會在切片操作期間發(fā)生斷裂。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高抗斷裂性的不銹鋼板及其制造方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種高抗斷裂性的不銹鋼板，該不銹鋼板包含不可避免地存在于不銹鋼中的Al2O3、MnO和SiO2非金屬夾雜物;
該非金屬夾雜物具有位于由“Al2O3-MnO-SiO2”三元系相圖中按重量百分比給出的以下九個點規(guī)定范圍內(nèi)的組成，點1(Al2O321wt·%，MnO12wt·%，SiO267wt·%)，點2(Al2O319wt·%，MnO21wt·%，SiO260wt·%)，點3(Al2O315wt·%，MnO30wt·%，SiO255wt·%)，點4(Al2O35wt·%，MnO46wt·%，SiO249wt·%)，點5(Al2O35wt·%，MnO68wt·%，SiO227wt·%)，點6(Al2O320wt·%，MnO61wt·%，SiO219wt·%)，點7(Al2O327.5wt·%，MnO50wt·%，SiO222.5wt·%)，點8(Al2O330wt·%，MnO38wt·%，SiO232wt·%)，點9(Al2O333wt·%，MnO27wt·%，SiO240wt·%);
所述不銹鋼板具有155kgf/mm2或更高的1.0%起始應力，其中1.0%起始應力是當鋼板經(jīng)受1.0%應變時的變形應力。
所述不銹鋼板具有196N/mm2(20kgf/mm2)或更低的1.0%起始應力的各向異性差，其中各向異性差是在軋制方向與其垂直方向上的1.0%起始應力之差的絕對值;
所述不銹鋼板具有至少0.24J(25kgf·mm)的沖壓試驗功載荷。
此外，本發(fā)明提供一種制造高抗斷裂性不銹鋼板的方法，該方法包括以下各步驟制取主要含有以下各元素的不銹鋼帶0.01-0.2wt·%的C、0.1-2wt·%的Si、0.1-2wt·%的Mn、4-11wt·%的Ni、13-20wt·%的Cr、0.01-0.2wt·%的N、0.0005-0.0025wt·%的可溶性Al、0.002-0.013wt·%的O、0.08-0.9wt·%的Cu、0.009wt·%或更低的S，其余是Fe和不可避免的雜質(zhì);
作為非金屬夾雜物存在的不可避免的所述雜質(zhì)具有位于由“Al2O3-MnO-SiO2”三元系相圖中按重量百分比給出的以下九個點圍繞范圍內(nèi)的組成，點1(Al2O321wt·%，MnO12wt·%，SiO267wt·%)，點2(Al2O319wt·%，MnO21wt·%，SiO260wt·%)，點3(Al2O315wt·%，MnO30wt·%，SiO255wt·%)，點4(Al2O35wt·%，MnO46wt·%，SiO249wt·%)，點5(Al2O35wt·%，MnO68wt·%，SiO227wt·%)，點6(Al2O320wt·%，MnO61wt·%，SiO219wt·%)，點7(Al2O327.5wt·%，MnO50wt·%，SiO222.5wt·%)，點8(Al2O330wt·%，MnO38wt·%，SiO232wt·%)，點9(Al2O333wt·%，MnO27wt·%，SiO240wt·%);
對該不銹鋼板施加退火-酸洗-第一次冷軋(CR1)-第一次中間退火-第二次冷軋(CR2)-第二次中間退火-第三次冷軋(CR3)-最終退火-第四次冷軋(CR4)-低溫熱處理過程;
所述第一次冷軋、所述第二次冷軋和所述第三次冷軋的壓下率各為30%-60%;
所述第四次冷軋的壓下率為60-76%，該第四次冷軋的每道次壓下率為3-15%;
所述第一次退火、第二次退火和最終退火的退火溫度分別各為950℃-1100℃;
在300℃-600℃溫度進行0.1-300秒的所述低溫熱處理;
在含有70Vol%或更高H2的非氧化氣氛中進行所述最終退火和所述低溫熱處理。


圖1是表示“Al2O3-MnO-SiO2”三元系相圖中本發(fā)明夾雜物組成范圍的圖形;
圖2是表示1.0%起始應力的測定方法曲線;
圖3是表示微型沖壓試驗裝置的總裝配圖;
圖4是表示測定沖壓試驗功的方法圖;
圖5是表示在196N/mm2(20kgf/mm2)范圍的1.0%起始應力的各向異性差條件下，1.0%起始應力和沖壓試驗功對本發(fā)明斷裂特性影響的圖形;
圖6是表示在大于196N/mm2(20kgf/mm2)的1.0%起始應力的各向異性差條件下，1.0%起始應力和沖壓試驗功對本發(fā)明斷裂特性影響的圖形;
圖7是表示1.0%起始應力和馬氏體數(shù)量對本發(fā)明斷裂性影響的圖形。
發(fā)明者們對例如楊氏模量、約1.0%應變下的變形應力、平面各向異性差與韌性等機械性能的最佳化，以及為獲得這些機械性能的組成與生產(chǎn)條件都進行了一系列的廣泛研究，他們發(fā)現(xiàn)了有關不銹鋼板的以下認識，這些不銹鋼板都顯示出具有良好拉緊性能同時具有高抗斷裂性并且在拉緊階段和切片階段具有高抗斷裂性。
(1)為了改進鋸條拉緊期間與切片階段時的抗斷裂性，減少勢必成為斷裂源的非金屬夾雜物的厚度與數(shù)量，以及引進具有優(yōu)良延展性的夾雜物都是有效的措施。為此，在鋼板中不可避免存在的非金屬夾雜物的組成必需包括Al2O3、MnO與SiO2，這些夾雜物必需位于由“Al2O3-MnO-SiO2”三元系相圖中給出的九個點(1-9)規(guī)定的范圍內(nèi)。
(2)為了改進拉緊期間的抗斷裂性，要求使決定韌性和拉緊性能的楊氏模量最佳化并要求控制(1)中所述的非金屬夾雜物。換句話說，要求沖壓試驗功載荷(在沖壓試驗中發(fā)生塑性變形的工作載荷)為0.24J(25kgf·mm)或更大，并且楊氏模量優(yōu)選為166，600N/mm2(17.000kgf/mm2)或更大。
(3)為了改進切片操作期間的抗斷裂性，在控制(1)中所述的非金屬夾雜物的同時還要求1.0%起始應力、1.0%起始應力的平面各向異性與韌性之間的平衡最佳化。換句話說，1.0%起始應力為1520N/mm2(155kgf/mm2)或更大、1.0%起始應力的各向異性差(軋制方向上的1.0%起始應力與垂直于軋制的方向上的1.0%起始應力之差的絕對值)為196N/mm2(20kgf/mm2)或更低以及沖壓試驗功為0.24J(25kgf·mm)或更大是必要的。
(4)在用介穩(wěn)奧氏體不銹鋼制造具有上述材料特性的不銹鋼板情況下，必需控制(1)中所述的非金屬夾雜物、在規(guī)定組成下的馬氏體數(shù)量最佳化以及使有效的結(jié)晶粒度減至最小和均勻化。具體地說，用不銹鋼板制成的內(nèi)徑鋸條應該包含40%-90%的馬氏體含量，其中主要含有上述組成的不銹鋼帶經(jīng)過包括退火、酸洗、第一次冷軋、中間退火、第二次冷軋、中間退火、第三次冷軋、最終退火、第四次冷軋與低溫熱處理的制造工藝過程。在該工藝過程中，應該滿足以下條件。第一次、第二次和第三次冷軋的壓下率各為30%-60%;第四次冷軋(表面光軋)壓下率為60%-76%;與每道次(第四次冷軋的壓下率除以道次數(shù))的壓下率為3.0%-15%;在含有70Vol%或更多H2的非氧化氣氛中進行最終退火和低溫熱處理;在950°-1150℃溫度范圍內(nèi)進行中間和最終退火;以及進行1-300秒的時效處理。
以下詳細敘述本發(fā)明以及限制各條件的原因。
用于內(nèi)徑鋸條襯底的基礎材料應該在切片(例如硅錠切片)期間具有足夠的抗腐蝕性，它們必須用不銹鋼制造。因為用于內(nèi)徑鋸條襯底的基礎材料是非常薄的板材(通常厚度為0.3mm或更薄)，因此降低勢必成為斷裂源的非金屬夾雜物的厚度與數(shù)量并使這些夾雜物具有優(yōu)良的延展性能以改進抗斷裂性是有效的。具體地說，不可避免的非金屬夾雜物的組成必需含有Al2O3、MnO與SiO2，它們應包括在圖1所示“Al2O3-MnO-SiO2”三元系相圖中按重量百分比給出的以下九個點連線所圍的范圍內(nèi)，點1(Al2O321wt·%，MnO12wt·%，SiO267wt·%)，點2(Al2O319wt·%，MnO21wt·%，SiO260wt·%)，點3(Al2O315wt·%，MnO30wt·%，SiO255wt·%)，點4(Al2O35wt·%，MnO46wt·%，SiO249wt·%)，點5(Al2O35wt·%，MnO68wt·%，SiO227wt·%)，點6(Al2O320wt·%，MnO61wt·%，SiO219wt·%)，點7(Al2O327.5wt·%，MnO50wt·%，SiO222.5wt·%)，點8(Al2O330wt·%，MnO38wt·%，SiO232wt·%)，點9(Al2O333wt·%，MnO27wt·%，SiO240wt·%);
通過將非金屬夾雜物中的Al2O3、MnO與SiO2之間的組成比限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，可以提高抗斷裂性。
為了獲得以上規(guī)定的夾雜物組成，優(yōu)選用含有50%或更低CaO的MgO-CaO制造盛鋼桶，并在出鋼后的桶內(nèi)精煉中使用含有[CaO]/[SiO2]＝1.0-4.0、3%或更低Al2O3、15%或更低MgO和30-80%CaO的CaO-SiO2-Al2O3渣。
發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，對于用作內(nèi)徑鋸條的不銹鋼板來說，楊氏模量、1.0%起始應力和沖壓試驗功載荷是抗斷裂性的關鍵因素。
圖2圖解說明了1.0%起始應力的測定方法。在應力-應變圖中，發(fā)生1.0%應變的變形應力被稱為1.0%起始應力(On-Setstress)。如上所述，在拉緊條件以及錠材切片載荷下，內(nèi)徑鋸條在園周方向上承受相應于1.0%應變大小的強拉力。因此，評價1.0%起始應力對于測定抗斷裂性是有效的。
圖3圖解說明了沖壓試驗功的測定方法。在該方法中，如圖所示，將大小為10mm2的薄板試件附著在夾具上，使用Instron型試驗機將直徑為2.4mm的鋼球加載在試件上來進行打壓試驗。獲得圖4所示的載荷-變形曲線，由該曲線得到了施于試件直到該試件發(fā)生斷裂的沖壓載荷與沖壓深度之積(圖中的螺紋線面積)，將該乘積用作發(fā)生塑性變形的沖壓功載荷的指數(shù)，并稱其為沖壓試驗功。已證實該沖壓試驗功載荷對于評價抗斷裂性及1.0%起始應力是有效的。
圖5和圖6示出了1.0%起始應力和沖壓試驗功對抗斷裂性的影響。圖5示出了196N/mm2(20kgf/mm2)或更低的1.0%起始應力的各向異性差條件下的情況，圖6示出了大于196N/mm2(20kgf/mm2)的1.0%起始應力的各向異性差條件下的情況。兩圖僅僅示出了具有166，600N/mm2(17，000kgf/mm2)或更大的楊氏模量和良好拉緊性能的材料。楊氏模量會改變由于拉緊而施于鋸條的拉力大小，為得到良好的拉緊性能必需具有166，600N/mm2(17kgf/mm2)或更大的楊氏模量。如果楊氏模量低于17，000kgf/mm2，則拉緊要求施于鋸條的拉力顯著地增加，這可能會降低抗斷裂性。
根據(jù)圖5，在沖壓試驗功載荷低于25kgf·mm的范圍內(nèi)，在拉緊期間材料會發(fā)生斷裂。另一方面，在沖壓試驗功載荷為0.24J(25kgf·mm)或更大和1.0%起始應力低于1520N/mm2(155kgf/mm2)的范圍內(nèi)，在切片期間材料會出現(xiàn)斷裂。在0.24J(25kgf·mm)或更大的沖壓試驗功載荷和1520N/mm2(155kgf/mm2)或更大的1.0%起始應力的范圍內(nèi)，該材料既不會在拉緊期間也不會在切片期間發(fā)生斷裂。
具有大于196N/mm2(20kgf/mm2)的1.0%起始應力的各向異性差的所有材料都會發(fā)生斷裂，這已在圖6中示出。較大的各向異性差會由于拉緊作用而增加園周方向上的拉力差異。結(jié)果在鋸條平面內(nèi)產(chǎn)生明顯的拉力的不均勻性，從而在切片期間發(fā)生斷裂。因此，基礎材料強度的平面各向異性差最好盡可能的小。如圖5所示，當將1.0%起始應力的各向異性差保持在196N/mm2(20kgf/mm2)或更小，則可在規(guī)定的沖壓試驗功和1.0%起始應力的范圍內(nèi)獲得極好的抗斷裂性。
從以上討論來看，本發(fā)明將必需保證基礎材料在拉緊時或切片時不會斷裂的機械性能規(guī)定為1.0%起始應力1520N/mm2(155kgf/mm2)或更大;1.0%起始應力的各向異性差196N/mm2(20kgf/mm2)或更小;沖壓試驗功載荷0.24J(25kgf·mm)或更大。盡管0.24J(25kgf·mm)或更大的沖壓試驗功載荷條件會獲得良好的拉緊性能，但從進行數(shù)千次的切割錠材的觀點來看，為進一步改進抗斷裂性優(yōu)選0.34J(35kgf·mm)的沖壓試驗功載荷。
介穩(wěn)奧氏體不銹鋼是用作上述內(nèi)徑鋸條襯底的不銹鋼板基礎材料的不銹鋼中的一種。以下敘述介穩(wěn)奧氏體不銹鋼的組成與制造工藝的條件及其原因。
以下說明規(guī)定的各個成分及其含量。
碳是一種形成奧氏體相的元素，并有助于抑制δ-鐵素體相形成和強化馬氏體相的固溶。然而，低于0.01wt·%的C濃度不會產(chǎn)生充分效用，而超過0.2wt·%的C將導致Cr的碳化物沉淀從而降低抗腐蝕性和韌性。因此，C含量被規(guī)定為0.01-0.2wt·%。
錳也是一種形成奧氏體相的元素。為了通過固溶熱處理而形成奧氏體單相和脫氧需要0.1wt·%或更高的Mn含量。然而，當Mn含量超過2.0wt·%時，奧氏體相會變得過分穩(wěn)定，這會極大地抑制馬氏體相的形成。因此，Mn含量范圍被規(guī)定為0.1-2.0wt·%。
鎳是一種形成強奧氏體相的元素。當Ni含量低于4.0wt·%時，在退火后不會產(chǎn)生單相奧氏體。另一方面，當Ni含量高于11wt·%時，奧氏體相會變得過分穩(wěn)定，這會極大地抑制馬氏體相的形成。因此，Ni含量范圍被規(guī)定為4.0-11wt·%。
鉻是一種不銹鋼必不可少的元素。為了獲得足夠的抗腐蝕性，Cr含量必需為13.0wt·%或更高。然而，20.0wt·%或更高的Cr含量會在高溫時產(chǎn)生大量的δ-鐵素體相，這會降低熱加工性。因此，Cr含量范圍被規(guī)定為13.0-20.0wt·%。
氮是一種形成奧氏體相的元素，也有助于強化馬氏體相的固溶。低于0.01wt·%的N含量不會產(chǎn)生效用，高于0.20wt·%的N含量在澆鑄期間會產(chǎn)生氣孔。因此，N含量范圍被規(guī)定為0.01-0.20wt·%。
鋁(可溶性Al)含量決定非金屬夾雜物的數(shù)目和組成。當Sol Al含量低于0.0005wt·%時，鋼水的氧含量超過0.013wt·%以致產(chǎn)生MnO和SiO2含量高的夾雜物和高沸點的夾雜物(例如Cr2O3)，這將大大地降低鋼的熱加工性并增加鋸條斷裂的可能性。另一方面，當Sol Al含量超過0.0025wt·%時，鋼水中的O含量變得低于0.002wt·%，并且夾雜物的數(shù)目也減少。然而，在后者情況中，出現(xiàn)了含有大量Al2O3的夾雜物，這會導致表面缺陷和增加鋸條斷裂的可能性。所以，為了在鋼中具有如圖1所示低熔點熱延展性的Al2O3-MnO-SiO2系非金屬夾雜物、進一步使夾雜物厚度變薄并減少夾雜物數(shù)目，Sol Al含量必需規(guī)定在0.0005-0.0025wt·%范圍內(nèi)并將O含量規(guī)定在0.002-0.013wt·%范圍。
銅是一種用作內(nèi)徑鋸條所必需的強化鈍態(tài)表面層和提高抗腐蝕性的元素。盡管如此，低于0.08wt·%的Cu含量不能顯示出足夠的效用。然而，高于0.90wt·%的Cu含量使該效用處于飽和狀態(tài)，并由于Cu沒完全被固留在奧氏體相中而降低了熱加工性。因此，Cu含量的范圍被規(guī)定為0.08-0.90wt·%。
硅是一種有助于強化奧氏體相與馬氏體相固溶的元素。低于0.1wt·%的Si含量不會產(chǎn)生充分效用，高于2.0wt·%的Si含量形成δ-鐵素體相從而降低熱加工性。因此，Si含量范圍被規(guī)定為0.1-2.0wt·%。
硫形成例如MnS夾雜物。這些夾雜物勢必成為鋸條的斷裂源。特別是，高于0.0090wt·%的S含量會降低韌性從而增加斷裂可能性。因此，S含量上限被規(guī)定為0.0090wt·%。
除了上述成分以外，本發(fā)明的介穩(wěn)奧氏體不銹鋼板還可以適當?shù)匕荚诳刂屏蚧镄螒B(tài)與提高熱加工性的Ca和稀土金屬(REM)，以及旨在提高熱加工性的B或其它元素。添加這些元素不會影響本發(fā)明的基本特征。
發(fā)明者們對于提高介穩(wěn)奧氏體不銹鋼情況下的1.0%起始應力的材料因素進行了詳細研究，并發(fā)現(xiàn)使上述條件下的馬氏體相數(shù)量最佳化是必要的。圖7示出了1.0%起始應力和馬氏體數(shù)量對抗斷裂性的影響。該圖僅僅示出了滿足1.0%起始應力的各向異性差、楊氏模量和沖壓試驗功的適宜條件下的各種材料。根據(jù)圖7，必須通過使冷軋條件與時效條件最佳化保證40%或更多的馬氏體數(shù)量以獲得1520N/mm2(155kgf/mm2)或更大的1.0%起始應力。另一方面，當馬氏體數(shù)量超過90%時，沖壓試驗功顯著降低，拉緊期間斷裂的可能性極大地增加。所以，被敷貼于內(nèi)徑鋸條板厚處的馬氏體含量被規(guī)定為40-90%。在圖7中，具有40-90%的馬氏體數(shù)量和具有低于1520N/mm2(155kgf/mm2)的1.0%起始應力的材料是對比材料No.19和No.22，它們在以后敘述。
以下敘述上述介穩(wěn)不銹鋼薄板的制造方法。對具有上述化學組成的不銹鋼帶進行如下一系列的處理。
退火與酸洗-第一次冷軋-中間退火-第二次冷軋-中間退火-第三次冷軋-在含有70Vol%或更多H2的非氧化氣氛中的最終退火-第四次冷軋-在含有70Vol%或更多H2的非氧化氣氛中的低溫熱處理。
重復冷軋與退火循環(huán)過程導致每次退火中形成更細的再結(jié)晶織構，在某些情況下，通過使表面光軋(第四次冷軋)后的馬氏體相變得更細來增強極細的碳化物顆粒均勻分散。結(jié)果，提高了1.0%起始應力和沖壓試驗功，并且使織構變成無序類型，這也使1.0%起始應力的各向異性差變小。所以，優(yōu)選多次重復冷軋與退火循環(huán)過程。然而，過多地重復該循環(huán)過程使生產(chǎn)線復雜化并使該效用飽和。所以將冷軋與退火循環(huán)過程的重復次數(shù)選擇為三次，隨后進行表面光軋(第四次冷軋)。
第一次冷軋、第二次冷軋和第三次冷軋的壓下率分別都低于30%時，由于退火后的混合織構勢必產(chǎn)生非均勻性材料。當這些軋制的壓下率超過60%時，使結(jié)晶粒度減至最小的效用達到飽和狀態(tài)，該織構變得過分穩(wěn)固從而增加了平面各向異性，軋制載荷也增加了，這將降低操作性。因此，第一次冷軋、第二次冷軋和第三次冷軋的壓下率選擇為30-60%范圍。
精軋或第四次冷軋選擇60-76%壓下率的原因是尤其能用在40-90%范圍內(nèi)的馬氏體數(shù)量來提高1.0%起始應力，當壓下率在60%以下時，馬氏體數(shù)量變得低于40%，楊氏模量或1.0%起始應力的大小不夠。另一方面，當壓下率在76%以上時，馬氏體數(shù)量超過90%，楊氏模量和1.0%起始應力增加，但沖壓試驗功下降，這不能導致強度與韌性之間的穩(wěn)固平衡。
表面光軋期間每道次壓下率(由精軋壓下率除以道次數(shù)來確定該壓下率)低于3.0%時，沖壓試驗功下降，生產(chǎn)成本由于軋制次數(shù)增加而提高。當壓下率超過15%時，1.0%起始應力的各向異性差增加，而沖壓試驗功由于材料的不均勻性而降低。因此，精軋期間每道次的壓下率被規(guī)定為3.0-15%。
進行低溫熱處理以改進1.0%起始應力和其它特性。300℃或300℃以下的低溫熱處理得不到足夠的效果，也不能提高1.0%起始應力。另一方面，在600℃或600℃以上的低溫熱處理溫度將導致顯著數(shù)量的逆向轉(zhuǎn)化奧氏體相，這會降低1.0%起始應力和其它特性。因此，低溫熱處理的溫度被規(guī)定為300℃-600℃。關于在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的時效時間，少于1秒的時間達不到足夠的效果，預計不能提高1.0%起始應力。多于300秒的低溫熱處理時間顯示不出進一步改進特性的作用。特別是，在接近600℃的溫度區(qū)域時明顯地出現(xiàn)了逆向轉(zhuǎn)化奧氏體相，這會降低1.0%起始應力和其它特性。因此，低溫熱處理時間被規(guī)定為1-300秒。通過在400℃-500℃溫度范圍內(nèi)進行2-15秒的低溫熱處理，可期望進一步改進各種特性。
在氧化氣氛中進行最終退火或低溫熱處理時，則需要酸洗步驟。酸洗會在鋼板表面上產(chǎn)生晶界腐蝕，腐蝕妨礙板材獲得必需的抗斷裂性和抗腐蝕性。當這些熱處理是在含有低于70Vol%H2的非氧化氣氛中進行時，會在鋼板表面上產(chǎn)生沉積，這會妨礙鋼板獲得必需的抗斷裂和抗腐蝕的質(zhì)量。因此，應在含有70Vol%或更高H2的非氧化氣氛中進行最終退火和低溫熱處理。
按照上述各種條件，就可以生產(chǎn)出一種具有高強度、斷裂可能性極低同時質(zhì)量穩(wěn)定、小的平面各向異性差和韌性的用于內(nèi)徑鋸條襯底的不銹鋼板。
本發(fā)明用于內(nèi)徑鋸條的不銹鋼板，除了介穩(wěn)奧氏體不銹鋼以外還可使用馬氏體pH不銹鋼、奧氏體pH不銹鋼與介穩(wěn)奧氏體pH不銹鋼。生產(chǎn)用于本發(fā)明內(nèi)徑鋸條襯底不銹鋼的基礎鋼板還可使用澆鑄薄板和用這些澆鑄薄板制取的鋼板。
實施例對具有表1所示組成的鋼材進行熔煉以制取錠材，該錠材進行開坯初軋、然后進行熱軋?zhí)幚硪灾迫Р?。A-H各鋼材是本發(fā)明的鋼材，I-M各鋼材是用于對比的鋼材。除了I、J、L與M以外其它所有鋼材，在出鋼后的桶內(nèi)精煉期間都是使用含有50%或更低CaO的MgO-CaO耐火材料制造的盛鋼桶，并施用具有組成為[CaO]/[SiO2]＝1.0-4.0(重量)、3%或更低Al2O3、15%或更低MgO與30-80%CaO的CoO-SiO2-Al2O3渣而生產(chǎn)出來的。具備上述那些條件時，出現(xiàn)的主要夾雜物是熔點為1400℃或更低Al2O3-MnO-SiO2。另一方面，對于含有大量S的鋼材K來說，Al2O3-MnO-SiO2夾雜物的熔點雖為1400℃或更低，但包含了極大量的各種硫化物。
按照表2和表3列出的制造條件，生產(chǎn)各熱軋鋼帶以制取No.1-No.29材料。在這些材料之中，No.1-No.15是本發(fā)明的材料，No.16-No.29是對比材料。No.1-No.15是本發(fā)明的材料，No.16-No.29是對比材料。No.1-No.15材料是用A-H鋼材生產(chǎn)的本發(fā)明的材料，它們含有具有低熔點和良好熱延展性的非金屬夾雜物，該夾雜物在軋制方向上能很好地進行擴散，大多數(shù)夾雜物都是5μm或5μm以下一樣薄的薄狀物。表4-表6示出了對No.1-No.29各材料的馬氏體數(shù)量、各機械特性與抗斷裂性的評價。
以下給出在表4-表6中所用的平面硬度差、各向異性差、沖壓試驗功載荷與抗斷裂性的定義。
平面硬度差是在鋸條平面內(nèi)最大硬度與最小硬度之差的絕對值。
各向異性差是在軋制方向與其垂直方向上的1.0%起始應力之差的絕對值。
沖壓試驗功載荷是在小型沖壓試驗機上使試件發(fā)生塑性變形直到斷裂的工作載荷。該工作載荷是載荷(kgf)與沖壓深度(mm)的乘積。
抗斷裂性是通過僅僅使用具有良好拉緊性能的鋸條進行切片試驗來確定的。經(jīng)過試驗無斷裂的鋸條用(O)標志，斷裂可能性高的鋸條用(X)標志。
本發(fā)明實施例的No.1-No.15各材料顯示出1520N/mm2(155kgf/mm2)更高的1.0%起始應力、196N/mm2(20kgf/mm2)或更低的1.0%起始應力的各向異性差、0.24J(25kgf·mm2)或更高的沖壓試驗功載荷與166，600N/mm2(17，000kgf/mm2)或更高的楊氏模量。
用上述材料制造的內(nèi)徑鋸條具有良好的拉緊性能，在拉緊階段和切片階段都沒有發(fā)生斷裂。本發(fā)明的這些材料具有穩(wěn)定的材料質(zhì)量，并在鋸條平面內(nèi)的最大硬度與最小硬度之間存在極小的差別。另一方面，對比材料No.16-No.29在某些機械性能方面很差，以致用這些材料制造的內(nèi)徑鋸條或在拉緊階段或在切片階段都發(fā)生了斷裂。
在上述對比例中，No.16材料在表面光軋期間的每道次壓下率很低，該材料的沖壓試驗功載荷小，勢必在拉緊時發(fā)生斷裂。
No.17材料表面光軋期間的壓下率高，該材料1.0%起始應力的各向異性差大，它在拉緊期間具有斷裂傾向。
No.18材料表面光軋期間的壓下率低，該材料的馬氏體數(shù)量少，這會導致很低的楊氏模量和很低的1.0%起始應力，也會在切片期間發(fā)生斷裂。
No.19材料表面光軋期間的壓下率低，該材料的1.0%起始應力很低，很容易在切片期間發(fā)生斷裂。
No.20材料表面光軋期間的壓下率高，該材料富含馬氏體，但沖壓試驗功載荷很低，很容易在拉緊期間發(fā)生斷裂。
No.21材料經(jīng)歷了三次冷軋(包括精軋)循環(huán)，所以1.0%起始應力的各向異性差變大，該材料很容易在切片期間發(fā)生斷裂。
No.22材料在低溫熱處理期間進行了低溫處理，所以該材料的時效不夠。結(jié)果，該材料的1.0%起始應力很低，并在切片期間很容易發(fā)生斷裂。
No.23材料在低溫熱處理期間進行了高溫處理，所以該材料產(chǎn)生了大量的逆向轉(zhuǎn)化奧氏體相，這會大大地降低楊氏模量和1.0%起始應力。該材料的1.0%起始應力的各向異性差也很大，很容易在拉緊期間發(fā)生斷裂。
No.24材料在最終退火期間在H2濃度低的氣氛中進行處理。所以其表面上產(chǎn)生沉積，這會導致很低的沖壓試驗功載荷，很容易在拉緊期間發(fā)生斷裂。
No.25材料含有大量的Al2O3和大量厚度超過5μm的夾雜物，No.26材料含有大量的SiO2和大量厚度超過5μm的夾雜物。結(jié)果，兩種材料的沖壓試驗功載荷都下降了，并在拉緊期間發(fā)生斷裂。
No.27材料含有許多硫化物夾雜，所以該材料的沖壓試驗功載荷很低，并在拉緊期間發(fā)生斷裂。
No.28和No.29材料的SiO2含量高并含有厚度超過5μm的夾雜物，所以它們的沖壓試驗功載荷很低，并在拉緊期間發(fā)生斷裂。






權利要求
1.一種具有高抗斷裂性的不銹鋼板，它包含不可避免地存在于不銹鋼中的Al2O3、MnO與SiO2非金屬夾雜物；該非金屬夾雜物具有位于由“Al2O3-MnO-SiO2”三元系相圖中按重量百分比給出的以下九個點規(guī)定范圍內(nèi)的組成點1(Al2O321wt·%，MnO12wt·%，SiO267wt·%)，點2(Al2O319wt·%，MnO21wt·%，SiO260wt·%)，點3(Al2O315wt·%，MnO30wt·%，SiO255wt·%)，點4(Al2O35wt·%，MnO46wt·%，SiO249wt·%)，點5(Al2O35wt·%，MnO68wt·%，SiO227wt·%)，點6(Al2O320wt·%，MnO61wt·%，SiO219wt·%)，點7(Al2O327.5wt·%，MnO50wt·%，SiO222.5wt·%)，點8(Al2O330wt·%，MnO38wt·%，SiO232wt·%)，點9(Al2O333wt·%，MnO27wt·%，SiO240wt·%)；所述不銹鋼板具有1520N/mm2(155kgf/mm2)或更高的1.0%起始應力，其中1.0%起始應力是當承受1.0%應變時的變形應力；所述不銹鋼板具有196N/mm2(20kgf/mm2)或更低的1.0%起始應力的各向異性差，其中各向異性差是在軋制方向與其十字交叉方向上的1.0%起始應力之差的絕對值；和所述不銹鋼板具有至少0.24J(25kgf·mm)的沖壓試驗功載荷。
2.根據(jù)權利要求1的不銹鋼板，其中，所述不銹鋼板主要含有以下元素0.01-0.2wt·%的C、0.1-2wt·%的Si、0.1-2wt·%的Mn、4-11wt·%的Ni、13-20wt·%的Cr、0.01-0.2wt·%的N、0.0005-0.0025wt·%的可溶性Al、0.002-0.013wt·%的O、0.08-0.9wt·%的Cu、0.009wt·%或更低的S，其余是Fe。
3.根據(jù)權利要求2的不銹鋼板，其中，所述C含量為0.032-0.177wt·%。
4.根據(jù)權利要求2的不銹鋼板，其中，所述的Si含量為0.24-1.90wt·%。
5.根據(jù)權利要求2的不銹鋼板，其中，所述Mn含量為0.47-1.82wt·%。
6.根據(jù)權利要求2的不銹鋼板，其中，所述的Ni含量為5.20-8.82wt·%。
7.根據(jù)權利要求2的不銹鋼板，其中，所述Cr含量為13.8-18.5wt·%。
8.根據(jù)權利要求2的不銹鋼板，其中，所述N含量為0.013-0.191wt·%。
9.根據(jù)權利要求2的不銹鋼板，其中，所述可溶性Al含量為0.0006-0.0024wt·%。
10.根據(jù)權利要求2的不銹鋼板，其中，所述O含量為0.0025-0.0124wt·%。
11.根據(jù)權利要求2的不銹鋼板，其中，所述Cu含量為0.11-0.45wt·%。
12.根據(jù)權利要求1的不銹鋼板，其中，所述非金屬夾雜物含有13-31wt·%的Al2O3、25-50wt·%的MnO與31-54wt·%的SiO2。
13.根據(jù)權利要求1的不銹鋼板，其中，所述不銹鋼板在其厚度方向上含有40-90%的馬氏體。
14.根據(jù)權利要求1的不銹鋼薄板，其中，所述1.0%起始應力為1520-1960N/mm2(155-200kgf/mm2)。
15.根據(jù)權利要求1的不銹鋼板，其中，所述1.0%起始應力的各向異性差為39.2-176.4N/mm2(4-18kgf/mm2)。
16.根據(jù)權利要求1的不銹鋼板，其中，所述沖壓試驗功載荷為0.32-0.67J(33-68kgf·mm)。
17.一種制造具有高斷裂性不銹鋼薄板的方法，該方法包括以下步驟制取主要含有以下元素的不銹鋼帶0.01-0.2wt·%的C、0.1-2wt·%的Si、0.1-2wt·%的Mn、4-11wt·%的Ni、13-20wt·%的Cr、0.01-0.2wt·%的N、0.0005-0.0025wt·%的可溶性Al、0.002-0.013wt·%的O、0.08-0.9wt·%的Cu、0.009wt·%或更低的S，其余是Fe和不可避免的雜質(zhì);作為非金屬夾雜物存在的所述不可避免的雜質(zhì)具有位于由“Al2O3-MnO-SiO2”三元系相圖中按重量百分比給出的以下九個點規(guī)定范圍內(nèi)的組成點1(Al2O321wt·%，MnO12wt·%，SiO267wt·%)，點2(Al2O319wt·%，MnO21wt·%，SiO260wt·%)，點3(Al2O315wt·%，MnO30wt·%，SiO255wt·%)，點4(Al2O35wt·%，MnO46wt·%，SiO249wt·%)，點5(Al2O35wt·%，MnO68wt·%，SiO227wt·%)，點6(Al2O320wt·%，MnO61wt·%，SiO219wt·%)，點7(Al2O327.5wt·%，MnO50wt·%，SiO222.5wt·%)，點8(Al2O330wt·%，MnO38wt·%，SiO232wt·%)，點9(Al2O333wt·%，MnO27wt·%，SiO240wt·%);對該不銹鋼板施加退火-酸洗-第一次冷軋(CR1)-第一次中間退火-第二次冷軋(CR2)-第二次中間退火-第三次冷軋(CR3)-最終退火-第四次冷軋(CR4)-低溫熱處理過程;所述第四次冷軋的壓下率為60-76%，該第四次冷軋的每道次壓下率為3-15%;所述第一次退火、第二次退火與最終退火中的退火溫度分別各為950℃-1100℃;在300℃-600℃溫度進行0.1-300秒的所述低溫熱處理;和在含有70Vol%或更高H2的非氧化氣氛中進行所述最終退火與所述低溫熱處理。
18.根據(jù)權利要求17的不銹鋼板，其中，在400-500℃的溫度進行2-15秒的所述低溫熱處理。
全文摘要
一種抗斷裂性的不銹鋼板包含不可避免地存在于不銹鋼中的Al
文檔編號C21D8/02GK1103436SQ94102540
公開日1995年6月7日 申請日期1994年3月1日 優(yōu)先權日1993年11月30日
發(fā)明者山內(nèi)克久, 三佐尾均, 井上正, 橘浩史 申請人:日本鋼管株式會社