TW200907076A - Nickle-saving Austenitic stainless steel - Google Patents

Description

200907076 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種廉價的省鎳型沃斯田鐵系不鏽鋼， 其具有與SUS304不鏽鋼同等性能之冷間加工性以及耐腐 蝕性’而且在熱軋時不易產生耳部龜裂，具有與SUS 3 04 不鏽鋼同等程度之冷間輥軋特性，可使用於與SUS3 04不 鏽鋼類似的用途。 【先前技術】 作爲SUS 3 04不鏽鋼的主要代表的沃斯田鐵系不鏽鋼 係具有優異的冷間加工性、耐腐蝕性，已經有各種製品被 使用在各種用途、環境中。但是，作爲SUS3 04不鏽鋼的 代表之沃斯田鐵系不鏽鋼中，係使用大量昂貴的Ni作爲 原料。因此，會有因Ni資源的不足所導致的供需失衡問 題’還有一部分則是因爲鎳金屬被當成投機炒作對象所導 致的價格不穩定的問題。這些問題在沃斯田鐵系不鏽鋼的 生産中，是經常存在的大問題。 因此’爲了解決這種問題，以往就已經開始硏究以 Μη、N來取代沃斯田鐵系不鏽鋼中的Ni，已知的鋼材係 有以200系不鏽鋼爲首的由製造廠商所獨創的幾種鋼材。 但是’這些都是以Μη、N來取代Ni，所以雖然能夠某些 程度解決上述的價格面上的不穩定性，但是在其性質方面 仍然有許多點係不及於萬能的SUS 3 04不鏽鋼。 所存在的問題點，例如：這些替代鋼種在於製造性方 200907076 (2) 面’尤其是熱軋時發生耳部龜裂、冷軋時必 軋機的次數等等問題，在實際的製造過程中 降低、生産性的降低等等問題，因此在整體 是無法減少達到原料成本減少的程度。 、又，日本特開平3 -23 5 7號公報所揭示 .善了 ：含多量Μη的沃斯田鐵系不鏽鋼的熱 該例子中，係將Cu的過量添加視爲：會因 有損熱間加工性，因而限定了 Mn、Cu等的 是，其改善效果仍無法說是足夠，依然還是 時之耳部龜裂的問題。 【發明內容】 [發明所欲解決之課題] 本發明係有鑒於這種習知技術的問題點 。因此，本發明的主要課題係在於提供··一 田鐵系不鏽鋼，其具有與SUS304不鏽鋼同 性以及耐腐蝕性，而且價格更低廉。 [用以解決課題之手段] 本發明人等，針對沃斯田鐵系不鏽鋼的 製造性以及耐腐蝕性之關係加以硏究之結果 適量的Mn、Cu以及N來取代Ni，既可維 加工性’又可減少N i的比例之範圍，進而 須增加通過輥 ，發生良率的 成本價格上還 的例子，係改 間加工性。在 爲粒界脆化而 添加範圍，但 無法消除熱軋 而開發完成的 種省鎳型沃斯 等程度的製造 合金組成分、 ，找到了：以 持良好的熱間 完成了本發明 -5- 200907076 (3) 亦即，本發明的省鎳型沃斯田鐵系不鏽鋼，美 含有：以重量 ％ 計，0.〇4%SCS〇.12%、Si: 、3.00% SMnS 7.50%、PS 0.05%、SS 0.03% . SNiS 6.00%、16.00% SCrg 18.00%、Mo$〇 . 1.00% SCug 3.00%、0,05% $ NS 0.20% ’ 其餘

Fe以及不可避免的雜質所組成。 根據上述這樣的降低了 Ni添加率之成分範園 決熱軋時發生耳部龜裂等的問題，降低熱乳龜裂握 而且可成爲具有與SUS304不鏽鋼同等程度的耐肩 沃斯田鐵系不鏽鋼。 [發明之效果] 根據本發明的沃斯田鐵系不鏽鋼，係可提供： S U S 3 0 4不鏽鋼同等程度的製造性以及耐腐蝕性， 在與SUS304不鏽鋼類似的用途之廉價的省鎳型衫 系不鏽鋼。 【實施方式】 [用以實施本發明之最佳形態] 以下，將說明將本發明中的化學組成分加以 由。 (1) 0.04%SCS0.12% : C (碳）係沃斯 成元素，但是過量添加時’受到焊接所產生的熱 特徵爲 1.00% 2.00% 40 %、 部分由 ，可解 受性， 蝕性之 具有與 可使用 斯田鐵 定的理 鐵鋼形 響部、 -6 - 200907076 (4) 熱軋捲取後的熱軋鋼帶捲的熱的作用’ Cr碳化物將會在 粒界晶析出來，因而提高了粒界腐触感受性’進而變成也 很容易引起粒界型的應力腐蝕龜裂。此外，C的添加將會 導致固熔強化’使得冷間加工性降低。因此’將C添加率 . 的上限訂爲0.12重量％。又，如果C添加率變得太小的 話，沃斯田鐵鋼的穩定性降會降低’所以將c添加率的下 限訂爲〇.〇4重量％。 (2) SiS 1.00% ·· Si (砂）雖然是具有··熔解時的脫 氧劑的功能，同時又有強化耐腐蝕性的效果’但S1也是 肥粒鐵生成元素，如果過量添加的話’㈣於想要獲得沃斯 田鐵鋼組織很不利。又’如果S1的添加超過1 · 0 0重量％ 的話，不僅會妨礙熱間加工性，而且會助長σ相的生成’ 所以並不適宜。因此，將Si添加率的上限訂爲丨·00重量 %。 (3) 3·00%$Μη^7·50% : Μη (錳）係沃斯田鐵鋼 形成元素，可以抑制因加工所導致的麻田散鐵（α ’）的 生成，可降低加工硬化，所以對於提昇冷乳性係有利。想 要獲得這種效果’至少需要3·00重量％的添加率’但是 .如果Μη過量添加的話，會降低合金的耐腐蝕性，所以將 Μη添加率的上限訂爲7.50重量％。 (4) PS0.05% : Ρ (磷）的添加將會降低合金的耐 腐蝕性、熱間加工性，所以將其添加率的上限訂爲0.05 重量％。 (5) SSO.03% : S (硫）的添加量超過0.03重量％ 200907076 (5) 的話，將會增加夾雜物，且不僅會降低耐腐蝕性，在進行 熱間加工時又會明顯地提高龜裂感受性，所以將其添加率 的上限訂爲0·03重量％。 (6) 2.00%$NiS6.00% : Ni (鎳）係沃斯田鐵鋼 - 形成元素，想要獲得沃斯田鐵鋼組織的穩定化、良好的熱 . 間加工性以及冷間加工性的話，必須至少添加2.00重量 %。另一方面，N i係高價格的金屬，因此將其添加率的 上限訂爲6.00重量％。 (7) 16.00%gCr$18.00% : Cr (鉻）係用來提高 不鏽鋼的耐腐鈾性最有效的元素之一，想要使其發揮達到 與SUS3 04不鏽鋼同程度的耐腐蝕性’必須添加到達 16_00重量％以上。另一方面，Cr的添加超過18.00重量 %的話，將會導致ό肥粒鐵的生成、降低熱間加工性，所 以並不適宜。因此，C r的添加率的上限訂爲1 8 0 0重量％ 〇 (8 ) Mo S 0.40% : Mo (鋁）係與Cr同樣都是用來 提高不鏽鋼的耐腐蝕性很有效的元素。但是’因爲Mo的 價格昂貴，所以將其上限訂爲〇·4〇重量％。 . (9) 1.00%$CuS3.00% : Cu (銅）係具有沃斯田 鐵鋼形成元素的作用，並且具有軟化材料的效果’因此就 沃斯田鐵系不鏽鋼的冷間加工性而言’具有重要的作用’ 係可取代Ni的元素。想要使其發揮這種效果，必須至少 添加1.00重量％以上。但是，Cu的過量添加將會引起赤 熱脆性而使得熱間加工性惡化。因此’將Cu的添加率的 -8 - 200907076 (6) 上限訂爲3.00重量％，將下限定爲i.oo重量％。 (10) 0_05%SNS0.20% : N (氮）係與 C 同樣都是 沃斯田鐵鋼形成元素，具有穩定沃斯田鐵鋼組織的作用， 而可抑制肥粒鐵的生成，但是，想要使其充分地發揮這種 -效果’必須至少爲0 · 0 5重量％以上的添加率。另一方面 .，N具有很大的固熔強化能力，所以超過0.20重量％的 過量添加將會導致明顯的材料硬化，因此並不適宜。所以 將N的添加率的上限訂爲0.2〇重量％，將下限定爲〇 〇5 重量％。 已知熱間加工性係與鋼胚的5肥粒鐵量相關連。這是 與高溫領域時的沃斯田鐵鋼與肥粒鐵之間的轉換能量差値 所導致的龜裂有關。因此’將以表1所示的成分範圍進行 熔解和鑄造後的鑄錠的5肥粒鐵量，利用FISCHER製的 FERITSCOPE來加以測定，將該鑄錠進行120(TCx60分鐘 的加熱後’針對於以4段輥軋機進行熱軋時的熱龜裂狀況 加以調査。然後，解析該成分與5肥粒鐵量之間的關係， 而獲得了以式1所表示的<5肥粒鐵量（％ )的關係式。根 據式1可以得知：沃斯田鐵鋼形成元素係可降低<5肥粒鐵 量，肥粒鐵形成元素係可使得（5肥粒鐵量增加。又，特別 可加以說明的事情爲：Μη的添加量很少的話，將會變成 沃斯田鐵鋼形成元素，相反地，Μη的添加量很多的話， 將會變成肥粒鐵形成元素。這種事情係可藉由在式1中設 置Μη的項與設置Μη2的項來表示。 200907076 (7) [表l] C Si Μη Ni Cr Mo Cu N 0.018 0.30 2.0 1.2 15.6 0 0.50 0.06 0.160 1.10 1 1.3 5.6 18.9 0.55 3.2 0.23 5肥粒鐵量（％ ) = -3 2.1 - 1 3 5C + 4.7Si-0.043Mn + 0.0 135Mn2-3.3Ni + 4.3Cr + 3 _ 1 Mo-0.66Cu- 1 1 9N …式 1 從鑄錠實際測定的ό肥粒鐵量與式1的6肥粒鐵量之 關係以及熱軋時的熱龜裂發生狀況顯示到第1圖。根據第 1圖可以得知：從式1所算出的<5肥粒鐵量超過9 · 0 0 %的 話，熱龜裂的發生確率將會變高。 而且也確認出：熱間加工性與S含有率之關係將會受 到Ν含有率之影響。第2圖是顯示出熱龜裂發生之有無與 Ν以及S含有量之關係。可以得知· ν S 0 . 1 1 %的時候， 不會發生熱龜裂之S的上限値係隨著Ν的降低而變高。 亦即’得知··不會發生熱龜裂的S的範圍係隨著Ν的含 有量’而處於下列的式2的關係。此外，也得知：Ν的含 有量超過0.11%的話，S的範圍係處於式3的關係。 『/。$0.11的時候，8(??11〇$- 8 3 3.3"/。+ 116_7 …式 2 Ν%>0.11 的時候，S(ppm)S25 …式 3 N的含有量與S的含有量之間，會發生這種關係的機 制的原因，係被認爲是以下所述的理由。亦即，因N含 有量的降低，雖然<5肥粒鐵量會增加，但是同時沃斯田鐵 -10 - 200907076 (8) 鋼中的N固熔量也減少，沃斯田鐵鋼的高溫強度會降低 。另一方面，（5肥粒鐵中，n幾乎不會固熔，所以無論N 含有量是增或減，高溫強度的變化都很小。因此，在熱軋 溫度域中’沃斯田鐵鋼與5肥粒鐵之間的變形能量差値變 - 小’因N含有量的降低，熱龜裂感受性將會變低。 . 另一方面’一般而言，已知S含量的增加將會提高熱 龜裂感受性。這是因爲S會偏析在粒界，導致高溫時的粒 界變得脆弱的緣故。被認爲是：如果是較低的N的話’ 則因較低的N含量所導致的熱龜裂感受性的降低程度剛 好是與因S的增加所導致的熱龜裂感受性的增加程度兩者 互相抵消。因此，被認爲是：N的含量愈低的話，即使含 有較多的S，也不會造成熱龜裂。 此外，被作爲沃斯田鐵系不鏽鋼的耐腐蝕性的指標來 使用之「孔蝕電位」也會受到合金的成分組成之影響。因 此，將對於表2所示的基本成分，分別改變Mn、Ni、Cr 以及Cu的添加量後的材料予以熔解和鑄造之後的鑄錠， 進行冷軋以製作成冷軋鋼板，並且測定了這種冷軋鋼板的 孔蝕電位。然後，將合金的組成成分與所測定到的孔蝕電 位進行回歸分析，因而獲得：以式4來表示的用來取得與 孔蝕電位具有密接的相關關係的孔蝕電位指數（PRE )之 關係式。 -11 - 200907076 (9) [表2]

鋼種A 0.08C-0.3Si-10Mn-Ni-14Cr-2Cu-0.13N 鋼種B 0.05C-0.5Si-8Mn-4Ni-15Cr-1.5Cu-0.05N 鋼種C 0.05C-0.5Si-8Mn-4Ni-15Cr-1.5Cu-0.12N 鋼種D 0.06C-0.6Si-3.5Mn-4.5Ni-17Cr-2.5Cu-0.1N 鋼種E 0.05C-0.5Si-4Mn-6.5Ni-17Cr-2Cu-0.05N 孔蝕電位指數（％ ) =Cr+3 . 3 Mo + 3 ON-Mn …式 4 [實施例] 利用高周波熔解爐來製作出38mmx90mmxl50mm的 鑄錠，對於表面進行機械硏削之後，在電氣爐內進行 1 200 °C X6 0分鐘的加熱，再以4段輥軋機進行熱軋直到厚 度變成3mm爲止。然後，對於所製得的熱軋鋼板進行 1 100 °C x6分鐘的退火處理，藉由浸漬在氟硝酸中以除去 鏽皮之後，再以4段輥乳機進行冷軋直到厚度變成0.8mm 爲止。然後，將這個冷軋所製得的冷軋鋼板進行1 1 OOt X 2分鐘的退火處理，藉由浸漬在氟硝酸中以除去鏽皮。 表3係顯示出合金的組成成分、依據式1的5肥粒鐵 量、有無熱龜裂以及依據式4的孔蝕電位指數。開發鋼1 〜15係：5肥粒鐵量爲9.00%以下，熱軋時不會發生龜 裂’而且可獲得與SUS3 04不鏽鋼同等程度的孔蝕電位指 數。此外，比較鋼6則是與SUS 3 04不鏽鋼相當的鋼。 另一方面，比較鋼1的鋼材是因爲含有超過7.50重 量％的Μη，所以與比較鋼6 ( = SUS304 )比較時，孔蝕 電位指數大幅地變小，在耐腐蝕性方面也大幅地不及於 -12- 200907076 (10) SUS3 04不鏽鋼。而且，含有超過3.00重量％的Cu’並 且（5肥粒鐵量也多於9.0%，所以會發生熱龜裂。比較鋼 2的鋼材是因爲含有超過7.50重量％的Μη，所以孔蝕電 位指數變小，並且δ肥粒鐵量多於9.0 %，因此會發生熱 龜裂。比較鋼3以及4比較鋼的鋼材，因爲含有0.4重量 %以上的Μ〇，所以顯示出良好的孔鈾電位指數，但是， 因爲（5肥粒鐵量多於9.0%，所以會發生熱龜裂。比較鋼 5的鋼材，含有超過7_50重量％的]vin，而且含Cr未達 16.00重量％，因此與比較鋼6 ( = SUS304)互相比較時 ，孔蝕電位指數大幅地變小，是與比較鋼1同樣地，在耐 腐蝕性上遠不及SU S3 04不鏽鋼。 又，比較例7則是因爲含C u超過3. 〇 〇重量％，所以 會發生熱龜裂。 -13- 200907076(11) 孔蝕電位 指數(％) 17.2 17.4 17.2 17.8 16.5 16.7 18.3 18.2 17.3 18.8 17.3 17.2 ;17.5 17.9 18_4 13.3 卜 c> 18.0 19.4 \〇 00 19.4 17.2 熱龜裂 堞 裢 摧 塘 璀 摧 摧 璀 璀 摧 璀 璀 摧 璀 摧 璀 5-肥粒鐵 ΓΠ od Ο od so 00 ο 卜 寸· Ο σν ON 00 00 寸 〇\ 16..6 〇\ Q\ 11.7 〇\ 〇6 卜 〇6 CN 0.194 ; 0.109 0.108 1 0.156 ί 0.148 1 0.162 1 0.110 i 1 0.115 1 0.117 0.142 0.096 0.098 0.103 0.174 I 0.160 I \ 0.135 1 0.067 I 0.139 I 1 0.136 1 0.046 I 0.046 I 0.199 3 U 2.08 2.60 2.58 1 2.53 j 2.57 2.57 1 2.01 «ο in 2.51 2.63 2.60 1 2.66 ,2.74 2.57 I :2,65 3.12 2.59 2.60 1.64 0.30 1—^ cn 〇 1 0.10 0.27 I 0.23. 1 I 0.23 I 0.25 1 0.21 1 1 0.31 I 1 0.27 1 0.27 1 1 0.27 I 0.25 1 1 0.27 1 1 0.28 I 0.26 1—— 0.24 . I ! 0.27 I 0.08 I 0.95 I 1.41 ι 0.00 1 0.18 I 0.09 17.38 , 1 17.15 1 1 17.29 1 17.40 1 17.32 I 17.18 17.12 1 17.08 1 1 17.10 1 17.36 17.36 1 17.08 17.28 I___ _ I 17.55 J 17.76 16.67 117.0$ | 16.46 1 16.49 ,15.13 18.43 17.21 2 1 2.20 L—2.54 —1 L^-94 I L2-46 1 3.03 I L—..3.43 I L^78 I 4.75 1 L_4.75 1 4.70 4.64 ! 4.61 4.68 2.61 1 ! 3.60 2.19 ! 2.24 ! 2.20 2.20 4.07 8.08 2.18 on 1 0.0020 1 1 0.0020 1 1 0.0020 | 0.0020 I 0.0020 0.0020 0.0020 0.0020 O' s o o | 0.0006 | 0.0009 0.0003 0.0006 | 0.0024 | 0.0022 ! 0.0020 | 0.0020 | 0.0020 | 0.0020 ,0.0020 0.0020 0.0020 Oh 1 0.032 1 1 0.029 1 | 0.029 I 「0.028 | 「0.026 | 0.029 1 0.030 1 0.030 | 0.030 I 0.030 0.027 1 0.026 1 0.026 「0.027 | 「0.027 | Γ 0.034 | 0.032 Γ 0-032 | 0.031 ,0.028 ! 0.027 0.032 G S 1 6.38 1 [3.89 I 「4.04 1 5.06 I 6.08 | 6.01 1 3·18 [3.20 1 1 4-18 1 | 3.72 I 「3.75 1 [3.76 1 Γ 3-76^ 「5.69 1 493 1 J-31 Ί 9.59 1 5·78Ί 5.82 ,7.88 1.00 「6.30 0.32 , | 0.29 I [0.32 ] | 0.32 I 0.33 丨 0.32 ] [0.48 1 1 0.48 1 Γ〇.43 1 | 0.59 I 1 0.61 ] 0.59 0.61 ] [0.35 I 0.30 | | 0.34 °·31 1 ! 0.33 丨 0.44 0.52 0.32 u 1 0.0700 1 | 0.0940 | | 0.0910 1 | 0.0820 I | 0.0820 1 | 0.0820 I | 0.0580 1 0.0550 I 0.0580 Π | 0.0547 | 1 0.0653 1 ι 0.0629 1 0.0570 j | 0.0808 1 | 0.0808 | | 0.0560 I | 0.0800 | | 0.0580 | | 0.0600 | :0.0490 | 0.0670 | | 0.0730 開發鋼1 |開發鋼2 j開發鋼3 | |開發鋼4 j開發鋼5 |開發鋼6 1 I開發鋼7 i 1開發鋼8 ι j開發鋼9 j 開發鋼10 j開發鋼ιι 1 1開發鋼12 1 1開發鋼13 1 開發鋼14 |開發鋼15 I 比較鋼1 j比較鋼2 | 丨比較鋼3 | 丨比較鋼4 | |比較鋼5 | |比較鋼6 | |比較鋼7 | -14- 200907076 (12) 又，第3圖係顯示出開發鋼3〜6、9以及比較鋼6 ( =SUS 3 04 )進行冷軋時的硬度的變化。根據第3圖可知 :任何一種開發鋼都是與比較鋼6同等級或者加工硬化的 變化程度都很小。 .【圖式簡單説明】 第1圖係顯示出δ肥粒鐵量與熱龜裂的關係之圖表。 第2圖係顯示出相對於Ν量與S量之熱龜裂的發生 狀況之圖表。 第3圖係顯示出開發鋼3〜6、9以及比較鋼6之相對 於冷軋率之硬度變化之圖表。 -15-

Claims (1)

1. 200907076 (1) 十、申請專利範圍 1. 一種省鎳型沃斯田鐵系不鏽鋼，其特徵爲 含有：以重量％計，〇.〇4%SCS0.12%、S ' 3.00% ^ Μη ^ 7.50% > P^0.05% ' S^0.03% NiS 6.00% 、16.00% SCrS 18.00% 、MoS 1.00% SCuS 3.00% 、0.05% S NS 0.20% ，其 Fe以及不可避免的雜質所組成。 1.00% ' 2.00% 0.40 % 、 餘部分由 -16-