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CN116547402A - 具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢 - Google Patents

具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢 Download PDF

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CN116547402A CN202180077816.2A CN202180077816A CN116547402A CN 116547402 A CN116547402 A CN 116547402A CN 202180077816 A CN202180077816 A CN 202180077816A CN 116547402 A CN116547402 A CN 116547402A
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金鹤
河万琎
金志洙
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Posco Co Ltd
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Abstract

公开了具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢。根据本公开内容的具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢，按重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.035％的C、0.5％或更少的Si、0.5％至1.5％的Mn、17％至22％的Cr、6％至11％的Ni、1％或更少的Mo、1％或更少的Cu、0.1％至0.22％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，其中下式(1)的值为1.9或更大，或者氮化铬的析出温度满足由下式(2)表示的值或更小。(1)3×(Cr+Mo)+5×Si‑2×Ni‑Mn‑70×(C+N)‑27(2)1180+36×C+12×Mo+17×Cu+411×N‑35×Mn。

Description

具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢
技术领域
本公开内容涉及具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢，并且更具体地，涉及具有优异的热加工性从而具有优异的表面品质和高硬度的高强度奥氏体不锈钢。
背景技术
由于近来产品的价格竞争加剧，因此正在不断努力降低部件中使用的材料的成本。降低所使用的材料的量的方法对于降低部件中使用的材料的成本是有效的。为此，对高强度材料进行了研究，并且可以通过使用高强度材料来减小部件的厚度。
在用于制造部件的材料中，奥氏体不锈钢是广泛用于各个领域的钢种，原因是奥氏体不锈钢由于优异的延展性而易于形成复杂的形状，并且具有优异的加工硬化能力。奥氏体不锈钢的强度可以通过使用在向其施加应力时阻碍位错迁移的间隙元素来提高。
在间隙元素中，作为低价格元素的碳和氮是在不增加成本的情况下用于提高强度的非常有用的元素。然而，由于碳和氮显著提高了奥氏体相的稳定性，因此在凝固期间减少了δ铁素体的形成从而在热轧期间热加工性劣化。
发明内容
技术问题
提供了在防止热加工性劣化的同时具有高硬度的高强度奥氏体不锈钢。
技术方案
根据本公开内容的一个方面，具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.035％的C、0.5％或更少的Si、0.5％至1.5％的Mn、17％至22％的Cr、6％至11％的Ni、1％或更少的Mo、1％或更少的Cu、0.1％至0.22％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，其中下式(1)的值为1.9或更大，或者氮化铬的析出温度满足由下式(2)表示的值或更小。
(1)3×(Cr+Mo)+5×Si-2×Ni-Mn-70×(C+N)-27
(2)1180+36×C+12×Mo+17×Cu+411×N-35×Mn
(其中Cr、Mo、Si、Ni、Mn、C、N和Cu表示相应元素的重量％。)
此外，表面裂纹的数量可以为0.3个/米(m)或更少。
此外，具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢的硬度可以为190Hv或更大。
具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计还可以包含：0.05％或更少的P、0.01％或更少的S、0.1％或更少的Al、0.01％或更少的Ti、和0.005％或更少的B。
有益效果
根据本公开内容的一个实施方案的具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢可以通过使用间隙元素通过在凝固期间形成铁素体在不使表面品质劣化的情况下实现高强度。
根据本公开内容的一个实施方案的具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢，可以通过控制CrN相的析出温度来抑制在热加工期间引起的裂纹的发生，并且可以通过省略后续的用于获得表面品质的表面处理过程来降低制造成本。
具体实施方式
根据本公开内容的一个实施方案的具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.035％的C、0.5％或更少的Si、0.5％至1.5％的Mn、17％至22％的Cr、6％至11％的Ni、1％或更少的Mo、1％或更少的Cu、0.1％至0.22％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，其中下式(1)的值为1.9或更大，或者氮化铬的析出温度满足由下式(2)表示的值或更小。
(1)3×(Cr+Mo)+5×Si-2×Ni-Mn-70×(C+N)-27
(2)1180+36×C+12×Mo+17×Cu+411×N-35×Mn
(其中Cr、Mo、Si、Ni、Mn、C、N和Cu表示相应元素的重量％。)发明实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开内容的实施方案。提供以下实施方案是为了向本公开内容所属领域中的普通技术人员充分传达本公开内容的精神。本公开内容不限于本文示出的实施方案，而是可以以其他形式呈现。在附图中，为了清楚地描述本公开内容而省略了与描述无关的部分，并且为了清楚起见可以夸大元件的尺寸。
根据本公开内容的一个实施方案的具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢按重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.035％的C、0.5％或更少的Si、0.5％至1.5％的Mn、17％至22％的Cr、6％至11％的Ni、1％或更少的Mo、1％或更少的Cu、0.1％至0.22％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质。
在下文中，将描述关于本公开内容的实施方案中合金元素的含量的数值限定的原因。在下文中，除非另有说明，否则单位为重量％。
碳(C)的含量为0.01％至0.035％。
C是对改善强度有效的代表性间隙元素。为了改善强度，需要以0.01％或更多的量添加C。然而，当C含量过多时，由于奥氏体稳定化作用，在凝固期间抑制了δ铁素体的形成，导致热加工性劣化。因此，为了获得热加工性，可以将C含量控制在0.035％或更少。
硅(Si)的含量为0.5％或更少。
作为铁素体稳定化元素的Si有效的防止因添加C和N而导致的铁素体相形成的减少。然而，过量的Si可能促进金属间化合物例如sigma(σ)相的析出，导致机械特性和耐腐蚀性劣化，因此可以将Si含量控制在0.5％或更少。
锰(Mn)的含量为0.5％至1.5％。
由于Mn增加N的固溶度以防止由N气体引起的缺陷，因此优选以0.5％或更多的量添加Mn。然而，作为与Ni作用相似的元素Mn，与C和N一样为奥氏体相稳定化元素，因此为了获得热加工性，优选将其上限控制在1.5％或更少。
铬(Cr)的含量为17％至22％。
Cr是改善不锈钢的耐蚀性最重要的元素。此外，作为增加强度的重要元素的Cr可以以17％或更多的量添加。然而，过量的作为铁素体相稳定化元素的Cr降低了奥氏体相的稳定性，导致Ni含量的增加，从而导致制造成本的增加。此外，金属间化合物例如sigma(σ)相析出，因此可能发生机械特性和耐腐蚀性劣化的问题。因此，在本公开内容中可以将其上限控制在22％。
镍(Ni)的含量为6％至11％。
Ni是最强的奥氏体相稳定化元素，并且为了在奥氏体不锈钢中获得奥氏体相的足够稳定性，应以6％或更多的量添加。然而，由于Ni含量的增加与原材料成本的增加直接相关，因此可以将Ni含量控制在11％或更少。
钼(Mo)的含量为1％或更少。
Mo是对改善耐蚀性有效的元素，但由于Mo为高价格元素，因此在以大量添加的情况下导致制造成本增加。此外，由于由此析出诸如sigma(σ)相的金属间化合物，因此出现机械特性和耐腐蚀性劣化的问题。因此，在本公开内容中可以将Mo含量控制在1％或更少。
铜(Cu)的含量为1％或更少。
作为对稳定奥氏体相有效的元素的Cu可以用作高价格元素Ni的替代物。然而，过量的Cu导致形成具有低熔点的相而使热加工性劣化，由此使表面品质劣化。因此，可以将Cu含量控制在1％或更少。
氮(N)的含量为0.1％至0.22％。
作为对增加强度有用的低价格元素的N是高强度奥氏体不锈钢中的必需元素。因此，N应以0.1％或更多的量添加。然而，过量的N促进氮化铬(CrN)的形成而使热加工性劣化，从而使表面品质劣化。因此，可以将N含量控制在0.22％或更少。
根据本公开内容的一个实施方案的奥氏体不锈钢除了上述合金元素之外还可以包含：0.05％或更少的P、0.01％或更少的S、0.1％或更少的Al、0.01％或更少的Ti、和0.005％或更少的B，更优选地包含：0.035％或更少的P、0.0035％或更少的S、0.04％或更少的Al、0.003％或更少的Ti、和0.0025％或更少的B。
磷(P)的含量为0.05％或更少，以及硫(S)的含量为0.01％或更少。
P和S是钢中不可避免地包含的杂质，并且当P和S的含量分别超过0.05％和0.01％时，它们在钢中偏析，导致表面裂纹。因此，可以将P含量和S含量分别控制在0.05％或更少和0.01％或更少，更优选地分别控制在0.035％或更少和0.0035％或更少。
铝(Al)的含量为0.1％或更少。
Al改善抗高温氧化性。然而，过量的Al由于形成Al夹杂物而使表面品质劣化。因此，可以将Al含量控制在0.1％或更少，更优选地控制在0.04％或更少。
钛(Ti)的含量为0.01％或更少。
在加热板坯时Ti防止板坯的高温腐蚀，从而防止在热轧期间出现表面裂纹。然而，添加大量的Ti可能导致形成粗析出物，从而导致冲击韧性劣化的问题。因此，可以将Ti含量控制在0.01％或更少，更优选地，控制在0.003％或更少。
硼(B)的含量为0.005％或更少。
B在奥氏体的晶界中偏析以抑制晶界断裂，并改善延性。然而，过量的B可能使钢板的韧性劣化。因此，可以将B含量控制在0.005％或更少，更优选地，控制在0.0025％或更少。
除上述合金元素之外，不锈钢的剩余合金元素为Fe和其他不可避免的杂质。
在奥氏体不锈钢凝固的同时，δ铁素体以少量形成，并因此防止热裂纹的发生。然而，由于C和N减少了δ铁素体的量，因此在添加C和N的情况下，由δ铁素体减少而引起的热裂纹的发生趋于增加。
在本公开内容中，通过添加C和N来增加奥氏体不锈钢的强度。在这种情况下，通过确保铁素体的量或控制氮化铬(CrN)相来防止由凝固期间δ铁素体的形成减少引起的热加工性的降低。
在本公开内容中，得到如下式(1)所示的合金元素的适当组成范围。虽然C和N的含量增加，但可以在凝固期间获得适当量的铁素体，使得热加工性不因组成范围而劣化。
(1)3×(Cr+Mo)+5×Si-2×Ni-Mn-70×(C+N)-27
(在式(1)中，Cr、Mo、Si、Ni、Mn、C和N表示相应元素的重量％。)
当式(1)的值小于1.9时，热加工性劣化导致表面上出现裂纹。相反，当式(1)的值为1.9或更大时，在热退火之后表面裂纹的数量为0.3个/米(m)或更少。
虽然可以通过利用如上所述的式(1)改善热加工性来获得表面品质，但是合金元素的组成范围是有限的。因此，已经对除δ铁素体之外的因素进行了研究，因此得到表面品质与CrN相的析出温度之间的相关性。
为获得高强度而添加的N提高了CrN相的析出温度，并且升高的析出温度引起CrN相在热轧期间的残留，从而使热加工性劣化。
CrN相的析出温度可以通过使用量热评估装置(例如TGA和DSC)进行实验评估或者使用相变分析程序通过数值计算得到。
在本公开内容中，得到如下式(2)所示的CrN相的分解极限温度，并且确定在CrN相的析出温度为分解极限温度或更低的情况下改善了热加工性。
(2)1180+36×C+12×Mo+17×Cu+411×N-35×Mn
(在式(2)中，C、Mo、Cu、N和Mn表示相应元素的重量％。)
当式(2)的值低于氮化铬(CrN)的析出温度(℃)时，由于热加工性劣化而出现表面裂纹。相反，当式(2)的值为氮化铬(CrN)的析出温度(℃)或更高时，可以提供表面裂纹的数量为0.3个/米或更少的经热轧经退火的材料。
根据本公开内容的一个实施方案，奥氏体不锈钢在热退火之后可以具有190Hv或更大的硬度和0.3个/米(m)或更少的表面裂纹的数量。
在下文中，将描述制造根据本公开内容的一个实施方案的具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢的方法。
根据本公开内容的一个实施方案的具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢可以通过本领域中通常用于制造奥氏体不锈钢的任何方法来制造，并且所述方法包括对板坯进行热轧，所述板坯按重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.035％的C、0.5％或更少的Si、0.5％至1.5％的Mn、17％至22％的Cr、6％至11％的Ni、1％或更少的Mo、1％或更少的Cu、0.1％至0.22％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质；以及对通过热轧制备的热轧钢板进行退火。
通过满足下式(1)和(2)中的至少一者，板坯可以具有改善的热加工性，并且更具体地，退火之后的表面裂纹的数量可以为0.3个/米(m)或更少。此外，经热轧经退火的材料的硬度可以为190Hv或更大。
(1)3×(Cr+Mo)+5×Si-2×Ni-Mn-70×(C+N)-27≥1.9
(在式(1)中，Cr、Mo、Si、Ni、Mn、C和N表示相应元素的重量％。)
(2)1180+36×C+12×Mo+17×Cu+411×N-35×Mn≥氮化铬(CrN)的析出温度(℃)
(在式(2)中，C、Mo、Cu、N和Mn表示相应元素的重量％。)
式(1)和(2)的限制原因如上所述，并因此将省略其详细描述。
在下文中，将通过实例更详细地描述本公开内容。
实施例
将具有表1和表2所示的化学组成的钢通过连铸铸造成200mmt板坯，并进行热轧和退火以制备热轧钢板。在1250℃下加热2小时之后，进行热轧至4mmt至8mmt的厚度，以及在热轧之后在1150℃下进行退火热处理。
表1
表2
表1和表2所示的钢种的式(1)和(2)的值以及CrN相的析出温度在下表3中示出。CrN相的析出温度可以通过使用量热评估装置(例如TGA和DSC)进行实验评估或者使用相变分析程序通过数值计算得到。表3示出了使用相变分析程序的值。
在制备了具有上述组成和4mmt至8mmt的厚度的热轧卷材之后，评估热轧卷材的表面缺陷数量和硬度，并且其评估结果示于下表3中。缺陷的数量是通过将热轧卷材在退火和酸洗之后的表面缺陷的总数量除以卷材的长度而获得的每米的缺陷数量。通常，在数量为0.3或更少的情况下，将卷材评估为具有优异的品质。使用Hv硬度作为硬度，并且使用10kgf的载荷、1mm的测量间隔和10秒的还原时间进行测试。
表3
参照表1至表3，在钢种编号1至10的经热轧经退火的钢板中，式(1)的值为1.9或更大，以及表面裂纹的数量为0.24个数/m或更少，表明表面品质优异。
在钢种编号11至29中，式(1)的值小于1.9，但CrN的析出温度为式(2)的值或更低，以及表面裂纹的数量为0.25个数/m或更少，表明表面品质优异。
相反，在钢种编号30至37中，式(1)的值小于1.9，以及CrN的析出温度超过式(2)的值，表明裂纹的数量增加。
如上所述，当式(1)的值为1.9或更大或者CrN的析出温度为式(2)的值或更低时，确定由于奥氏体不锈钢的热加工性改善而使表面缺陷的数量减少。
此外，确定根据本公开内容的满足合金元素的化学组成的钢种编号1至29的经热退火的钢板的硬度为190Hv或更大。
虽然已经参照示例性实施方案具体描述了本公开内容，但是本领域技术人员应理解，可以在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下做出形式和细节上的各种改变。
[工业适用性]
根据本公开内容的奥氏体不锈钢可以通过在凝固期间形成铁素体而在不使表面品质劣化的情况下具有高强度，可以抑制在热加工期间引起的裂纹的发生，并且可以通过省略后续的用于获得表面品质的表面处理过程以降低的成本来制造，因此该奥氏体不锈钢是工业上适用的。

Claims (4)

1.一种具有优异的热加工性的高强度奥氏体不锈钢，按重量百分比(重量％)计包含：0.01％至0.035％的C、0.5％或更少的Si、0.5％至1.5％的Mn、17％至22％的Cr、6％至11％的Ni、1％或更少的Mo、1％或更少的Cu、0.1％至0.22％的N、以及余量中的Fe和不可避免的杂质，
其中下式(1)的值为1.9或更大，或者氮化铬的析出温度满足由下式(2)表示的值或更小：
(1)3×(Cr+Mo)+5×Si-2×Ni-Mn-70×(C+N)-27
(2)1180+36×C+12×Mo+17×Cu+411×N-35×Mn
其中，Cr、Mo、Si、Ni、Mn、C、N和Cu表示相应元素的重量％。
2.根据权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢，其中表面裂纹的数量为0.3个/米(m)或更少。
3.根据权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢，其中硬度为190Hv或更大。
4.根据权利要求1所述的高强度奥氏体不锈钢，按重量百分比(重量％)计还包含：0.05％或更少的P、0.01％或更少的S、0.1％或更少的Al、0.01％或更少的Ti、和0.005％或更少的B。
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