一种低镍型中铬铁素体不锈钢及其制造方法技术

一种低镍型中铬铁素体不锈钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：Ni：0.7～1.2％，C：0.002～0.012％，N：0.002～0.020％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.1～0.50％，Cr：17.00～22.50％，Mo：1.70～2.50％，Nb：0.15～0.45％，Ti：0.05～0.25％，O：0.005～0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足关系式：(C+N)≤0.030％，Nb/Ti＝1.5～4；(Nb+Ti)/(C+N)＝12～22。本发明专利技术获得的低镍型中铬铁素体不锈钢具有优良的低温韧性和高强度，其韧脆转变温度≤-40℃，屈服强度≥330MPa，抗拉强度≥445MPa，其金相组织为全铁素体等轴晶组织。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铁素体不锈钢领域，具体地涉及一种具备优良低温韧性的低镍型中铬铁素体不锈钢及其制造方法。
技术介绍
铁素体不锈钢由于其具有成本风险小(不含或含少量的Ni)、耐蚀性(特别是耐应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀)优良的特点，在汽车排气系统、家电制品、建筑结构、水处理系统等行业均有着广泛的应用和广阔的发展前景。欧美和日本等国已开始大量应用含钼型的超纯铁素体不锈钢，代表钢种是SUS444。传统的铁素体不锈钢具有韧脆转变温度高、强度低、加工性差等的缺点，采用现代先进的不锈钢生产技术，已经能够保证典型的杂质元素C、N、P、S等保持在较低的范围内。另外，还可根据不同需求加入Ti、Nb、Zr等稳定化元素来提高超纯铁素体不锈钢本身的性能以及加工性。当选择结构件钢板时，铁素体不锈钢板作为结构材料是一种选择。在满足耐蚀性的前提下，还必须有良好的力学性能，尤其是优良的低温韧性。但与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢低温状态下可移动滑移系少，容易产生裂纹且尖锐的裂纹会迅速的扩展而造成脆性开裂。具体表现为，常规工艺生产的铁素体不锈钢的低温韧性差，韧脆转变温度高，甚至某些铁素体不锈钢的韧脆转变温度在20℃以上，同时，铁素体不锈钢强度较低，由此限制了铁素体不锈钢作为结构件的应用。中国专利CN102643968从工艺方面对中铬铁素体不锈钢的低温韧性进行提高，具体方法是添加了范围为260～600℃的中温轧制的方法，可以降低韧脆转变温度达20～41℃，但低温韧性值不会很高，且其强度并未大幅度提高。美国专利US5302214(A)规定添加了1％～2.5％的Cu，添加4％以下的Ni，稳定化元素方面仅规定和控制添加Nb的含量，视必要添加Al，Ti，V，Zr，W，B和REM等，但Ni含量过高对钢板的耐应力腐蚀性能危害大；欧洲专利EP0478790(B1)同样规定添加0.1～2.5％的Cu，视必要添加Al，Ti，V，Zr，W，B和REM等；日本专利JP2010100877(A)规定添加0.3％～0.8％的Cu和0.02％～0.08％的Al。以上几个外国专利中均规定要加一定量的Cu，Cu有利于提高冷加工成型性能和深加工性能，但Cu对钢的抗应力腐蚀性能危害很大，甚至高于Ni。日本专利JP2013209705(A)规定添加0.01％～0.30％的Ni，0.02％～1.2％的Al，0.02％～0.5％的V，0.001％～0.3％的Co，Al的作用为脱氧剂，Al含量适合时，可以降低韧脆转变温度，但增加会提高韧脆转变温度，而且增加含量会提高生产浇筑困难程度，Co可以强化基体，但会引起塑性和冲击韧性的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低镍型中铬铁素体不锈钢及其制造方法，获得的低镍型中铬铁素体不锈钢的低温韧性优良，韧脆转变温度降低，屈服强度得到大幅提高，其韧脆转变温度≤-40℃，屈服强度≥330MPa，抗拉强度≥445MPa。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种低镍型中铬铁素体不锈钢，其化学成分重量百分比为：Ni：0.7～1.2％，C：0.002～0.012％，N：0.002～0.020％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.1～0.50％，Cr：17.00～22.50％，Mo：1.70～2.50％，Nb：0.15～0.45％，Ti：0.05～0.25％，O：0.005～0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足关系式：(C+N)≤0.030％，Nb/Ti＝1.5～4；(Nb+Ti)/(C+N)＝12～22。获得的钢板其韧脆转变温度≤-40℃，屈服强度≥330MPa，抗拉强度≥445MPa，其金相组织为全铁素体等轴晶组织。本专利技术通过成分设计优化，使成分中不含Cu，通过添加适量的Ni保证良好的低温冲击韧性并提高强度，选择合适的Cr、Mo含量，超低的C、N含量，利用Ti、Nb双稳定化固定钢中的C、N，并控制钢中的O等杂质元素保证不锈钢高耐腐蚀性能和良好加工性能。具体地，在本专利技术的成分设计中：Ni：镍是很好的固溶强化元素，镍是大原子溶质，当它溶入基体金属中，会引起晶格点阵畸变，阻碍位错的运动，从而引起屈服强度的增加。可以显著提高铁素体不锈钢的强度，显著提高低温韧性，降低铁素体不锈钢的韧脆转变温度，其机理是镍通过吸附间隙原子减少了晶界析出物的析出量，减弱了晶界析出相对钢韧性的损害，并且镍可以增高铁素体的层错能，从而促进低温位错的交滑移，或<100>刃型位错的切变不匹配散开，使它们成为非有效的裂纹形核点。镍含量过低时不能在基体内体现其作用，Ni含量过高时则不会进一步降低铁素体不锈钢的韧脆转变温度，而且会带来降低不锈钢耐应力腐蚀的能力的负面影响，因此，本专利技术将其含量限定在0.7～1.2％。C：碳虽然对耐腐蚀性有害，但从强度角度考虑还需要有一定含量。如果含量超过0.012％，则在加工性、韧性下降的同时，由于在焊接状态C和Cr等结合，形成Cr的化合物(Cr23C6和Cr7C3等)而产生贫Cr区，导致这些区域的耐腐蚀性显著下降。因此，本专利技术将C含量限定在0.002～0.012％。Cr：铬是使铁素体不锈钢具有铁素体组织并具有良好耐蚀性的合金元素。Cr对铁素体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性，主要表现在提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能，铁素体不锈钢在氧化性介质中，铬能使不锈钢的表面上迅速生成氧化铬(Cr2O3)钝化膜。铁素体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得是由于在介质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝化态的结果。Cr还能提高钢耐局部腐蚀性，比如晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀以及某些条件下应力腐蚀的性能。如果低于17.0％就达不到中铬铁素体所具有的足够的耐腐蚀性，而如果超过22.5％，则钢材的韧性、延展性会下降。因此，本专利技术将Cr含量限定在17.00～22.50％。Mo：钼的重要作用在于提高铁素体不锈钢的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能，促进铁铬合金的钝化，提高不锈钢的耐蚀性能。但Mo含量过高会提高铁素体不锈钢冷轧态的应力腐蚀敏感性，Mo含量低于1.70％时，耐蚀性的提高有限，但超过2.50％时，基体的延展性、韧性就会降低，因此，本专利技术将Mo限定在1.70～2.50％。Mn：锰是作为脱氧元素而添加的，可以提高不锈钢液的纯净度，提高冷轧带钢的表面质量，但如果Mn超过0.50％，其容易和S结合形成可溶性硫化物MnS，使耐腐蚀性低下，另外Mn对韧脆转变温度也有影响，含量高时会提高转变温度，因此，本专利技术将Mn含量限定在0.50％以下。Si：硅是作为脱氧剂和强化元素而添加的，如果低于0.10％其效果就不充分，而如果超过0.50％，则冲击韧性降低。因此，本专利技术将Si含量限定在0.10～0.50％。N：在焊接时N元素和Ti结合起来，有助于焊接部分的细晶化，并由此改善韧性、延展性，如果N含量超过0.02％，则其会和Cr结合而使耐腐蚀性降低，因此，本专利技术将N含量限定在0.002～0.020％。Ti：钛是有力的碳氮化物生成元素，有利于提高耐腐蚀性能。Ti和N结合形成TiN，可以提高等轴晶比例，改善成型性能，Ti含量过高会造成稳定化比过高，析出相的含量会过多，另外，超过0.25％含量的Ti也会在一定程度上损害钢板的表面质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低镍型中铬铁素体不锈钢，其化学成分重量百分比为：Ni：0.7～1.2％，C：0.002～0.012％，N：0.002～0.020％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.1～0.50％，Cr：17.00～22.50％，Mo：1.70～2.50％，Nb：0.15～0.45％，Ti：0.05～0.25％，O：0.005～0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足关系式：(C+N)≤0.030％，Nb/Ti＝1.5～4；(Nb+Ti)/(C+N)＝12～22。

【技术特征摘要】
1.一种低镍型中铬铁素体不锈钢，其化学成分重量百分比为：Ni：0.7～1.2％，C：0.002～0.012％，N：0.002～0.020％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.1～0.50％，Cr：17.00～22.50％，Mo：1.70～2.50％，Nb：0.15～0.45％，Ti：0.05～0.25％，O：0.005～0.010％，其余为Fe和不可避免的杂质，且满足关系式：(C+N)≤0.030％，Nb/Ti＝1.5～4；(Nb+Ti)/(C+N)＝12～22。2.根据权利要求1所述的低镍型中铬铁素体不锈钢，其特征在于，其金相组织为全铁素体等轴晶组织。3.根据权利要求1所述的低镍型中铬铁素体不锈钢，其特征在于，其韧脆转变温度≤-40℃，屈服强度≥330MPa，抗拉强度≥445MPa。4.根据权利要求1或2或3所述的低镍型中铬铁素体不锈钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海刚，骆素珍，王治宇，马立，
申请(专利权)人：宝钢不锈钢有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31