一種高成形性低鉻鐵素體不銹鋼及制造方法
【專利摘要】一種高成形性低鉻鐵素體不銹鋼及其制造方法，其化學成分重量百分比為：C≤0.015％，Si0.010～0.35％，Mn0.015～0.25％，Cr9.5～11％，Ti0.15～0.20％，P≤0.025％，S≤0.002％，N≤0.010％，(C+N)≤0.025％，Ca0.0010～0.0050％，Al≤0.05％，Ti單穩(wěn)定：6(C+N)≤Ti，其余Fe和不可避免的雜質，雜質元素Ni≤0.3％，Cu≤0.3％，O≤0.0050％，且Ni+0.5Cu≤0.35％，其它雜質元素總量低于0.05％。本發(fā)明通過降低Cr、Si、Mn含量，通過控制其在鋼中的固溶量，降低固溶強化作用，以降低強度、硬度以提高成形性；嚴格控制Ni、Cu含量，減少馬氏體相形成的可能性，以降低不銹鋼硬度和強度，提高成形性能。通過控制鐵水和廢鋼混合使用的比例，來控制鋼中雜質元素Ni、Cu含量，最終控制雜質元素Ni、Cu對硬度、強度等性能的影響。
【專利說明】一種高成形性低鉻鐵素體不銹鋼及制造方法 【技術領域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及鐵素體不銹鋼及制造方法，特別涉及一種高成形性低鉻鐵素體不銹鋼 及制造方法，本發(fā)明產品還可以在滿足一定的耐高溫、抗氧化的前提下，應用于其它對成形 性要求較高的環(huán)境，特別適用于制作摩托車排氣管等小管徑產品或者成形性要求較高的產 品，包含晶粒度為6?8級。 【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)摩托車排氣系統(tǒng)采用碳鋼或者碳鋼鍍鋁板進行制作，目前由于環(huán)境保護的壓 力，對摩托車的尾氣排放也提出了更高的要求，國內各大摩托車行業(yè)、環(huán)保企業(yè)及相關科研 院所圍繞著如何進一步降低摩托車尾氣排放問題，進行深入細致研究摩托車排氣管的升級 換代。為了提高汽油的燃燒效率，使用催化梅技術，加裝催化轉化器，這樣排氣管使用溫度 達到300?750°C，碳鋼在這種環(huán)境下耐熱性，抗氧化性都達不到要求，而不銹鋼具有抗氧 化性和耐熱性能的優(yōu)點。
[0003] 其中，鐵素體不銹鋼具有的省鎳、抗腐蝕性優(yōu)良及低的熱膨脹系數(shù)、高的強度等物 理和力學性能等綜合成本有性能的優(yōu)勢，使其成了汽車、摩托車等排氣系統(tǒng)的首選材料，而 排氣管管件要進行彎曲、縮徑、擴管等復雜的加工，廉價低檔次的鐵素體不銹鋼的成型性能 達不到，這樣就不得不使用更高檔的不銹鋼，兼顧成本問題，摩托車廠家一般選用SUH409L 等材料制作摩托車排氣管。而摩托車排氣量一般低于汽車，相應的排氣系統(tǒng)的管徑也比汽 車排氣系統(tǒng)的管徑小，在摩托車排氣管生產中，采用常規(guī)用于汽車排氣系統(tǒng)的SUH409L材 料制作摩托車排氣管，尤其是在原碳鋼焊管生產線上，在生產過程中經常出現(xiàn)回彈過大，材 料制管成形后無法進行焊接的問題，另外在擴管還經常出現(xiàn)擴管、擴徑開裂的問題。
[0004] 市場上常見的 SUH409L 的化學成分為：C0. 013%，Si0. 56%，ΜηΟ· 21%，Ρ0· 031%， 50. 0016%，TiO. 19%，Crll. 37%，NO. 009%，CaO. 001%，Α10· 01%，NiO. 11% ;和力學性能 S:Rp(l.2,215MPa，Rm，400MPa，A5(l39%，HV125。
[0005] 在滿足耐一定溫度、抗氧化性的基礎之上，適當降低材料的強度和表面硬度，提高 加工性能。其中Si、Mn、Cr等元素含量的降低對材料的屈服強度及表面硬度的降低，以及雜 質元素 Ni、Cu的降低對提高延伸率和擴管率都是有好處的。
[0006] 現(xiàn)有大多數(shù)專利的技術方案都是通過添加較多的他、1^41、稀土等元素的方法 來保證材料的塑形和耐腐蝕性能的，但是上述這些合金元素過多會明顯提高材料的合金成 本和制造成本，同時也提高了材料的強度和表面硬度，同時對Ni、Cu等殘余元素的含量對 材料性能的影響沒有做出明確的研究。而在大生產過程中使用的廢鋼會帶有一定量的Ni、 Cu等殘余元素，會對鐵素體不銹鋼的強度、硬度等性能產生影響，Ni、Cu是奧氏體形成元 素，含量過高，在熱軋空冷過程中會促進馬氏體相產生，提高了強度和硬度；同時常規(guī)元素 51、 Mn、Cr含量的提高也會增加材料的強度和硬度，因此研究殘余元素 Ni、Cu以及常規(guī)元素 Si、Mn、Cr對材料強度、硬度的影響研究是非常有必要的。
【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種高成形性低鉻鐵素體不銹鋼及其方法，該鐵素體不 銹鋼具有高成形性、耐腐蝕性和抗氧化性良好；具有在300?750°C之間具有抗氧化性良 好，并且具有低的屈服強度和表面硬度、高的延伸率和擴孔率等特點，其中屈服強度不大于 200MPa，表面顯微硬度不大于120HV，擴孔率不小于35%。本發(fā)明產品適合于摩托車及汽車 尾氣排放系統(tǒng)等小口徑不銹鋼焊管高成形性的經濟型鐵素體不銹鋼。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是：
[0009] 一種高成形性低鉻鐵素體不銹鋼，其化學成分重量百分比為：C< 0.015%，Si : 0· 010 ?0· 35%，Mn :0· 015 ?0· 25%，Cr :9. 5 ?11%，Ti :0· 15 ?0· 20%，P 彡 0· 025%， 5 彡 0· 002 %，N 彡 0· 010 %，（C+N)彡 0· 025 %，Ca :0· 0010 ?0· 0050 %，A1 彡 0· 05 %， Ti單穩(wěn)定：6(C+N) < Ti，其余Fe和不可避免的雜質，雜質元素 Ni < 0. 3%，Cu < 0. 3%， 0 < 0. 0050 %，且Ni+0. 5Cu < 0. 35 %，其它雜質元素總量低于0. 05 %。
[〇〇1〇] 本發(fā)明的鐵素體不銹鋼化學成分設計的選擇原因如下：
[0011] C、N :當材料中C、N過高時，對腐蝕性能、成形性能等有不利的影響；并且C、N是強 烈的奧氏體形成元素，當奧氏體相增多時，在熱軋后空冷時，促進了馬氏體相的生成，提高 了強度和硬度，使得延伸率惡化，因此必須嚴格控制其含量，在目前冶煉設備保證生產能力 的情況下，比較容易實現(xiàn)C的含量限制為0. 015%以下，N的含量限制為0. 01 %以下的目標， 降低C、N含量也是為了降低對Ti的使用，以保證良好的表面質量。
[0012] Si :Si是鐵素體相形成元素，當Si的含量增加時，鐵素體相的穩(wěn)定性變高并且改 變了抗氧化性、耐硝酸和硫酸腐蝕性，但是Si提高了硬度、屈服強度和抗拉強度，降低了延 伸率，劣化了成形性，因此Si的含量控制在0. 35%以下。
[0013] Μη :Mn可以抑制鋼種硫的作用，提高熱塑性，但是當Μη的含量變高時，MnS形成容 易引起點蝕，降低了不銹鋼的抗腐蝕性能，因此Μη的含量控制在0. 25%以下。
[0014] Ρ :Ρ在不銹鋼中被視為有害元素，應盡量控制得越低越好。
[0015] S :S在不銹鋼中也被視為有害元素，須嚴格控制硫的含量，越低越好。
[0016] Ti :Ti主要用于防止C與Cr形成碳鉻化物引起的貧鉻區(qū)，從而導致耐腐蝕性能降 低，特別是晶間腐蝕。Ti還可以提高鐵素體不銹鋼的冷成型性能和焊接性能，但當加入高 Ti時，使得煉鋼時夾雜物變多，導致表面出現(xiàn)條紋狀的缺陷等，添加穩(wěn)定性元素 Ti時按照 6 (C+N)添加，因此Ti的含量控制在0. 15%?0.2%之間。
[0017] Cr :Cr是不銹鋼中最重要的合金元素，鉻形成Cr203致密的氧化膜，阻礙氧和金屬 離子的擴散，從而提高鋼的抗氧化性和抗腐蝕性能；但Cr的含量太高時，延伸率降低，成形 性能變差，本發(fā)明中Cr含量控制在10?11 %之間。
[0018] Ni、Cu :Ni是奧氏體相形成元素，當奧氏體含量增加時，在熱軋后空冷時，促進了 馬氏體相的生成，提高了強度和硬度，使得延伸率惡化，因此盡量控制Ni的含量，其含量控 制在0.3%以下。Ni含量對材料力學性能的影響如圖1所示。Cu也是奧氏體形成元素，與 Ni對強度和硬度的影響方式相同，其含量也控制在0. 3%以下，且Ni+0. 5Cu < 0. 35%。
[0019] A1 :A1作為不銹鋼煉鋼脫氧劑使用有利于減少其夾雜物。當其過高時，會導致A1 氧化物形成造成韌性降低并影響產品表面質量。實際生產中比較難以控制加入量，合金中 含有較高的Si時，可以少用A1脫氧。本申請鋼種采用一定含量的Si脫氧并添加少量的A1 脫氧，因此A1彡0· 05wt%。
[0020] 0 :0是鋼中的雜質元素之一，主要以形成的氧化物夾雜形式存在，較高的0表明夾 雜物較高。降低鋼中〇含量就可以確保鋼中夾雜物含量較低，有利于提高成形性和點蝕性 能。鋼中0 < 0. 0050時可以確保材料具有較高的沖壓成型性能和抗點蝕性能。
[0021] 本發(fā)明一種高成形性低鉻鐵素體不銹鋼的制造方法，其包括如下步驟：
[0022] 1)煉鋼：
[0023] 按下述成分冶煉，其化學成分重量百分比為：C:彡0.015%，Si彡0.35%， Μη 彡 0· 25 %，Cr :9· 5 ?11 %，Ti :0· 15 ?0· 2 %，P :彡 0· 025 %，S :彡 0· 002 %，N : 彡 0· 010 %，（C+N)彡 0· 025 %，Ca :0· 0010 ?0· 0050 %，A1 彡 0· 05 %，Ti 單穩(wěn)定： 6(C+N) <Ti，其余Fe和不可避免的雜質，雜質元素 Ni <0. 3%，Cu<0. 3%，0<0. 0050%， 且Ni+0. 5Cu < 0. 35%，其它雜質元素總量低于0. 05% ;采用鐵水+廢鋼，或者單獨使用鐵 水，通過電爐煉鋼、A0D脫碳、V0D脫氧三步法煉鋼并在V0D結束后進行喂硅鈣鋇絲和鈦絲處 理，綜合成分滿足設計要求后就可以獲得滿足成分要求的鋼液；
[0024] 2)連鑄
[0025] 通過控制連鑄過程拉速0. 9?1. 05m/min、加強電磁攪拌，電流1200?1600安培， 使鋼液經過連鑄獲得連鑄坯，且連鑄坯中等軸晶比例不低于40% ;
[0026] 3)修磨：連鑄坯進行帶溫表面修磨，修磨起始溫度不低于340°C，修磨終了溫度不 低于200°C，修磨后帶溫送加熱爐加熱1050?1140°C并保溫時間不小于160min進行熱軋；
[0027] 4)熱軋：
[0028] 首先進行5?7道次粗乳，溫度區(qū)間1050?900°C，并去表面氧化皮，中間坯經過 5?7道次精軋，溫度區(qū)間950?800°C、冷卻和卷取獲得熱軋板卷；
[0029] 5)退火酸洗：熱軋退火溫度為850?950°C ;退火時間為150?350s ;
[0030] 6)冷軋：冷軋加工確保一定的軋制壓下率60?80% ;
[0031] 7)退火酸洗：冷軋板軋后還需要經過冷軋退火和酸洗，退火溫度900?950°C，時 間為30?200s，通過控制退火溫度和時間使冷軋不銹鋼可以充分再結晶，且晶粒度等級達 到6-8級，最終獲得厚度為0. 5?2. 5mm的冷軋不銹鋼板。
[0032] 進一步，步驟1)中，采用鐵水+廢鋼冶煉時，鐵水百分含量大于20wt%。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下特點：
[0034] (1)在成分中通過降低Cr、Si、Μη的含量，通過控制其在鋼中的固溶量，降低固溶 強化的作用以降低強度、硬度以提高成形性；嚴格控制奧氏體化元素 Ni、Cu的含量，減少馬 氏體相形成的可能性，以降低不銹鋼的硬度和強度，提高成形性能，本發(fā)明不銹鋼可制作形 狀比較復雜和小管徑的零部件。
[0035] (2)通過控制鐵水和廢鋼混合使用的比例，來控制鋼中奧氏體形成元素 Ni、Cu的 含量，當Ni、Cu含量增加時，在熱軋后空冷時，促進了馬氏體相的生成，提高了強度和硬度， 使得延伸率惡化，因此需要控制雜質元素 Ni、Cu的含量，當Ni+0. 5Cu < 0. 35%時，滿足低 硬度、低強度和高擴口率的要求。
[0036] (3)廢鋼中含有超純鐵素體不銹鋼中不需要的Ni、Cu等奧氏體形成元素，如果直 接用廢鋼煉鋼冶煉，則鋼種會含有過高的Ni和Cu，對強度、硬度會帶來不利的影響，而鐵水 作為一種相對比較純凈的原料，當使用純鐵水煉鋼或者鐵水（質量分數(shù)大于20%)和廢鋼 混合使用時，可以控制Ni+O. 5Cu < 0. 35%。
[0037] (4)本發(fā)明所使用的材料合金成本低（低Cr)，具有較高的經濟效益。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 圖1為Ni含量對力學性能（硬度）影響的示意圖。
[0039] 圖2為Ni含量對力學性能（強度）影響的示意圖。 【具體實施方式】
[〇〇4〇] 下面結合實施例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0041] 通過圖1、圖2可以看出，隨著雜質元素 Ni含量的提高，硬度和強度都有增加的趨 勢，因此要嚴格控制Ni的含量，其中Cu對強度和硬度的影響機理與Ni對強度和硬度的影 響相同。
[0042] 在煉鋼中通過控制鐵水與廢鋼的比例，可以控制雜質元素 Ni和Cu的含量，當鐵水 的質量分數(shù)大于20%時，附+0.5(：11<0.35%。
[0043] 本發(fā)明通過降低Si、Mn、Cr的含量，嚴格雜質控制Ni、Cu的含量，實施例成分如表 1所示，表2為本發(fā)明實施例的工藝控制，表3所示本發(fā)明實施例性能。通過實施例與對比 例的性能對比可以看出，本發(fā)明鋼屈服強度控制在不大于200MPa ;顯微硬度不大于120HV， 擴口率不小于38. 7%，與對比例相比，擴口率有明顯的提高，滿足了成形性的要求。
[0044]
[0045]
【權利要求】
1. 一種高成形性低鉻鐵素體不銹鋼，其化學成分重量百分比為：c< 0.015%，Si : 0· 010 ?0· 35%，Μη :0· 015 ?0· 25%，Cr :9. 5 ?11%，Ti :0· 15 ?0· 2%，P 彡 0· 025%， S 彡 0· 002 %，N 彡 0· 010 %，（C+N)彡 0· 025 %，Ca :0· 0010 ?0· 0050 %，A1 彡 0· 05 %， Ti單穩(wěn)定：6(C+N) < Ti，其余Fe和不可避免的雜質，雜質元素 Ni < 0. 3%，Cu< 0. 3%， Ο < 0. 0050 %，且Ni+0. 5Cu < 0. 35 %，其它雜質元素總量低于0. 05 %。
2. -種高成形性低鉻鐵素體不銹鋼的制造方法，其包括如下步驟： 1) 煉鋼： 按下述成分冶煉，其化學成分重量百分比為：c < 0.015%，Si :0.010?0.35%， Μη :0· 015 ?0· 25 %，Cr :9. 5 ?11 %，Ti :0· 15 ?0· 2 %，P 彡 0· 025 %，S 彡 0· 002 %， N 彡 0· 010 %，（C+N)彡 0· 025 %，Ca :0· 0010 ?0· 0050 %，A1 彡 0· 05 %，Ti 單穩(wěn)定： 6(C+N) <Ti，其余Fe和不可避免的雜質，雜質元素 Ni <0. 3%，Cu<0. 3%，0<0. 0050%， 且Ni+O. 5Cu < 0. 35%，其它雜質元素總量低于0.05% ;采用鐵水+廢鋼，或者單獨使用鐵 水，通過電爐煉鋼、AOD脫碳、VOD脫氧三步法煉鋼并在VOD結束后進行喂硅鈣鋇絲和鈦絲處 理，獲得滿足成分要求的鋼液； 2) 連鑄 通過控制連鑄過程拉速0. 9?1. 05m/min、加強電磁攪拌，電流1200?1600安培，使鋼 液經過連鑄獲得連鑄坯，且連鑄坯中等軸晶比例不低于40% ; 3) 修磨：連鑄坯進行帶溫表面修磨，修磨起始溫度不低于340°C，修磨終了溫度不低于 200°C，修磨后帶溫送加熱爐加熱1050?1140°C并保溫時間不小于160min進行熱軋； 4) 熱軋 首先進行5?7道次粗軋，溫度區(qū)間1050?900°C，并去表面氧化皮，經過5?7道次 精軋，溫度區(qū)間950?800°C、冷卻和卷取獲得熱軋板卷； 5) 退火酸洗：熱軋退火溫度為850?950°C，退火時間為150?350s ; 6) 冷軋：冷軋加工確保一定的軋制壓下率60?80% ; 7) 退火酸洗：冷軋板軋后還需要經過冷軋退火和酸洗，退火溫度900?950°C，時間 為30?200s，通過控制退火溫度和時間使冷軋不銹鋼可以充分再結晶，且晶粒度等級達到 6?8級，最終獲得厚度為0. 5?2. 5mm的冷軋不銹鋼板。
3. 如權利要求2所述的高成形性低鉻鐵素體不銹鋼的制造方法，其特征是，步驟1)中， 采用鐵水+廢鋼冶煉時，鐵水百分含量大于20wt %。
【文檔編號】C22C38/28GK104109809SQ201410280847
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權日:2014年6月20日
【發(fā)明者】劉春粟, 翟瑞銀, 畢洪運, 李鑫, 張志霞, 楊宴賓, 方徽源, 常鍔 申請人:寶鋼不銹鋼有限公司