專利名稱：無皺紋狀變形的鐵素體鉻合金鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由熔體生成的鐵素體鉻合金鋼，而該熔體具有鑄態(tài)細(xì)等軸晶粒結(jié)構(gòu)。更具體地，本發(fā)明涉及由熔體生成的鐵素體鉻合金鋼，該熔體除含有可控制量的鋁之外，還含有足夠量的鈦和氮，以便形成小的氧化鈦包體，為生成鑄態(tài)等軸晶粒提供所必需的晶核。由具有這種等軸鑄造晶粒結(jié)構(gòu)的鋼制成的熱加工薄板特別適合于生產(chǎn)冷軋?jiān)俳Y(jié)晶退火薄板，這種薄板具有出色的無皺紋狀變形特性和拉伸可成形性，甚至不經(jīng)過熱帶材退火或中間退火也是如此。
對(duì)于高的可成形性鐵素體不銹鋼來說，除了具有高塑性應(yīng)變比外，還希望使稱之“起皺紋”、“起折”或“起棱”現(xiàn)象減到最少。與奧氏體不銹鋼不同，冷軋?jiān)俳Y(jié)晶退火的鐵素體不銹薄鋼板在冷成型成一種部件后，在其表面上可能出現(xiàn)難看的皺紋狀變形。皺紋狀變形以出現(xiàn)皺紋、凹槽或軋波紋為特征，這些皺紋、凹槽或軋波平行于薄板的軋制方向。這個(gè)缺點(diǎn)不僅有礙于薄板表觀，而且還造成次品和拉伸可成形性。
鐵素體鉻合金鋼，具體地如409和439型不銹鋼之類的亞平衡鐵素體鉻合金鋼，不管它們是否被連鑄成厚度為50-200毫米的扁坯或厚度2-10毫米的帶鋼，它們都典型地具有鑄態(tài)大柱狀晶粒。這些大柱狀晶粒具有近似于面心立方(cube-on-face)結(jié)晶結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在各種制造應(yīng)用中所使用的成品冷軋退火薄板具有非常不希望有的皺紋狀變形特征。由這種皺紋狀變形造成的表面外觀對(duì)于如容器、汽車內(nèi)部裝璜、排氣管和尾部錐管、沖壓回氣管、濾油器等之類的外露成形部件是很難采用的。皺紋狀變形使薄板在成形后的表面外觀粗糙不平，而這種皺紋狀變形歸因于在冷軋和退火后，由鑄態(tài)鋼中開始存在的柱狀晶粒結(jié)構(gòu)所造成的大的不均勻或“帶狀”晶粒結(jié)構(gòu)。
為了使出現(xiàn)的皺紋狀變形減到最少，可在冷軋之前使熱軋薄板退火，這樣需要額外的費(fèi)用。這種熱軋鐵素體不銹鋼的附加退火步驟還導(dǎo)致由較低的平均應(yīng)變比即Rm引起的可成形性降低，更低的平均應(yīng)變比降低了深拉延性。冷軋前退火的熱軋薄板必須被冷軋至少70％，以彌補(bǔ)在最終退火之前由熱帶材退火所造成的Rm損失。
許多年來，人們進(jìn)行了大量努力，采用改變鐵素體不銹鋼合金組成除去皺紋狀變形，省去上述加工的需要和費(fèi)用。人們知道鐵素體不銹鋼中的皺紋狀變形主要在熱軋過程中產(chǎn)生。曾試圖通過控制熔體的化學(xué)組成和化學(xué)性質(zhì)，例如一種或多種C、N、O、S、P雜質(zhì)，在鑄錠中形成一種細(xì)等軸晶粒結(jié)構(gòu)，或者通過使用更低的熱軋溫度，例如950-1100℃，改善晶粒結(jié)構(gòu)，以使皺紋狀變形減到最小。在晶粒細(xì)化中化學(xué)控制使鐵素體不銹鋼的皺紋狀變形特性已獲得一些改善，因?yàn)樵诟邷叵律傻牡诙?，即奧氏體，它在室溫下變成馬氏體。但是，生成第二相是以最終產(chǎn)物的拉伸和焊接性能為代價(jià)的。由于需要更高的熱軋能力，熱軋過程中的溫度控制還造成了操作困難。因此，熱軋薄板厚度必須更大一些。那么在至少兩段中，熱軋之后必須接著冷軋，而在兩次冷軋之間有第二次中間退火。
US5769152專利已認(rèn)識(shí)到在連鑄不銹鋼時(shí)不希望有柱狀晶粒。該專利提出采用加熱溫度稍超過液相線0-15℃，并在澆鑄模中用電磁攪拌鋼水進(jìn)行澆鑄鋼水，能夠防止生成柱狀晶粒，而形成等軸晶粒。
其他人也試圖通過加入一種或多種穩(wěn)定元素來改變鐵素體不銹鋼的合金組成，以消除皺紋狀變形。US4465525專利涉及一種具有優(yōu)良的可成形性和改進(jìn)的表面外觀的鐵素體不銹鋼。該專利公開了硼量2-30ppm和鋁量至少0.005％可以提高延伸率和Rm，以及減弱皺紋狀變形特性。US4515644專利涉及一種具有改進(jìn)的皺紋狀變形品質(zhì)的深拉鐵素體不銹鋼。該專利公開了加入鋁、硼、鈦、鈮、鋯和釩都能提高鐵素體不銹鋼的延伸率，增加Rm并提高抗皺紋狀變形特性。更特別地，該專利公開了含有至少0.01％Al的鐵素體不銹鋼，它具有改進(jìn)的抗皺紋狀變形特性。US5662864專利涉及在嚴(yán)格控制Ti,C+N和N/C時(shí)具有良好皺紋狀變形特性的鐵素體不銹鋼。該專利介紹了根據(jù)熔體中C+N的含量，通過加入Ti以生成碳氮化物而可以改進(jìn)皺紋狀變形特性。鋼水中含有≤0.01％C,≤1.0％Mn,≤1.0％Si,9-50％Cr,≤0.07％Al,0.006≤C+N≤0.025％,N/C≥2,(Ti-2S-30)/(C+N)≤4,和TixN≤30×104。US5505797專利涉及具有降低的面內(nèi)各向異性和優(yōu)良的晶粒結(jié)構(gòu)的鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)。該專利介紹了當(dāng)鋼水優(yōu)選地含有0.0010-0.080％C、0.10-1.50％Mn、0.10-0.80％Si、14-19％Cr和兩種或兩種以上0.010-0.20％Al、0.050-30％Nb、0.050-0.30％Ti和0.050-0.30％Zr時(shí)，可得到良好的皺紋狀變形特性。這種鋼澆鑄成扁坯并熱軋成厚度4毫米薄板，熱軋帶鋼經(jīng)退火、酸洗、冷軋和最后退火。將扁坯加熱至1200℃，并在溫度970-1150℃進(jìn)行至少一次粗的熱軋制道次。熱軋機(jī)軋輥與熱軋鋼之間的摩擦力是0.3或0.3以下，壓縮比是40-75％，熱軋終軋溫度是600-950℃。熱軋鋼在溫度850℃退火4小時(shí)，冷軋82.5％，在溫度860℃最終退火60秒。
人們知道當(dāng)鈦化合物的溶度積超過在液相線溫度時(shí)的飽和水平，即超平衡時(shí)，對(duì)于鈦穩(wěn)定的不銹鋼來說，在金屬凝固前鈦化合物是穩(wěn)定的，并且TiN會(huì)沉淀。由這些超-平衡扁坯生產(chǎn)的薄鋼板具有改善的皺紋狀變形特性和可成形性。但是，當(dāng)凝固時(shí)，TiN聚結(jié)成大的團(tuán)塊并漂浮在扁鑄坯表面。這些非金屬TiN團(tuán)塊在熱軋期間成為不能接受的稱作Ti-條紋的粗糙表面缺陷。必須采用費(fèi)用很大的表面修整方法，如采用在扁坯熱軋前研磨方法，從扁坯除去這些大的非金屬團(tuán)塊。US4964926專利涉及通過生成亞平衡的鈦穩(wěn)定鐵素體不銹鋼，從而在鑄造中消除非金屬氧化鈦和氮化鈦的形成和沉淀，而得具有改進(jìn)表面質(zhì)量的可焊接雙穩(wěn)定鐵素體不銹鋼。該專利說明了人們?cè)劳ㄟ^向鐵素體不銹鋼單獨(dú)加入鈮或加鈮和銅，能改進(jìn)鐵素體不銹鋼表面的皺紋狀變形特性。但是，單獨(dú)加入鈮帶來了焊接裂紋。US4964926專利公開了用鈮穩(wěn)定劑代替一部分鈦穩(wěn)定劑，以形成雙穩(wěn)定鐵素體不銹鋼。往鈮穩(wěn)定的銅加入至少0.05％鈦可消除焊接裂紋。
以前的工人在冷軋前使熱軋鐵素體不銹鋼退火以達(dá)皺紋狀變形降至最低，這樣犧牲了成本和可成形性。這個(gè)附加的退火步驟因降低平均Rm而減少了可成形性。并且，這種預(yù)退火的熱軋鋼必須有70％冷軋，以便在最終退火后得到的Rm與在冷軋前不退火熱軋鋼的Rm相近。這種較大百分比的冷軋通常還需要中間退火步驟。正如其他研究人員不斷努力所證明的，仍渴望需要基本上沒有皺紋狀變形，并具有出色的深成形性特性，如高Rm、高拉伸和均勻退火晶粒結(jié)構(gòu)的退火鐵素體鉻合金鋼。還需要一種優(yōu)良的深成形性鐵素體不銹鋼，這種不銹鋼具有良好的皺紋狀變形特性，它不需要熱軋薄板在冷軋前退火。還需要一種優(yōu)良的深成形性亞平衡鐵素體不銹鋼，這種不銹鋼具有由熱軋薄板形成的良好皺紋狀變形特性，它沒有表面缺陷，即氮化鈦鱗和氧化鈦條紋，不需要在熱軋扁坯前進(jìn)行表面修整連鑄的扁鑄坯表面。
本發(fā)明一個(gè)主要目的是提供一種優(yōu)良的深可成形性和可拉伸的鐵素體鉻合金薄鋼板，該薄板具有良好的皺紋狀變形特性，不需要在冷軋前使熱軋薄板退火。
本發(fā)明另一目的是提供一種優(yōu)良的深可成形性和可拉伸的鐵素體鉻合金薄鋼板，不需要在冷軋段之間有退火的多次冷軋。
本發(fā)明另一目的是由連鑄扁鑄坯制成鐵素體鉻合金薄鋼板，在熱軋鋼扁坯之前不需要表面修整。
本發(fā)明另一目的是提供一種優(yōu)良的深可成形性和可拉伸的鐵素體鉻合金薄鋼板，該薄板具有良好的皺紋狀變形特性，改進(jìn)的晶粒結(jié)構(gòu)和高的拉伸特性，它由熱軋鋼扁坯前不需要進(jìn)行表面修整的連鑄扁鑄坯制成。
本發(fā)明的其他目的包括提供一種具有良好的皺紋狀變形特性的優(yōu)良的深可成形性鐵素體鉻合金薄鋼板，它具有改進(jìn)的可焊性、抗腐蝕能力和抗高溫循環(huán)氧化能力。
本發(fā)明涉及鐵素體鉻合金鋼和生產(chǎn)這種鋼的方法，這種鋼具有50％以上等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)。這種鑄態(tài)鋼用鈦脫氧，并含有至多0.08％(重量)C，至少8％(重量)Cr,＜0.03％(重量)Al，至多1.50％(重量)Mn,≤0.05％(重量)N,≤1.5％(重量)Si,＜2.0％(重量)Ni，其余量為Fe和殘留元素。該鑄態(tài)鋼被熱軋成連續(xù)薄板。該薄板可除鱗、冷軋到最終的厚度，然后再結(jié)晶退火。沒有必要在冷軋前使熱軋薄板退火或者在多次冷軋段之間使該薄板退火，以消除最終退火薄板中的皺紋狀變形。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是Ti是≥0.10％，而Al是＜0.02％。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是(Ti×N)/Al的比率是至少0.14。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是Ti和N滿足關(guān)系式(Ti/48)/[(C/12)+(N/14)]＞1.5，并呈亞平衡量。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是冷軋退火薄板的Rm≥1.4，并由冷軋前不退火的熱軋薄板制成。
本發(fā)明的另一個(gè)特征是鑄態(tài)等軸晶?！?毫米。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括一種高可成形的鐵素體鉻合金鋼，它具有優(yōu)良的皺紋狀變形特性，生產(chǎn)成本較低，它不需要熱軋薄板在冷軋前進(jìn)行退火，不需要在多個(gè)冷軋段之間進(jìn)行薄板退火，具有改進(jìn)的表面質(zhì)量，具有改進(jìn)的可焊接性、良好的抗潮濕腐蝕性，還具有良好的抗高溫循環(huán)氧化性。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠鑄造扁坯，該扁坯不需在熱軋前進(jìn)行表面修整，例如研磨，以防止在熱軋薄板中形成平行于軋制方向的粗糙表面缺陷，如在鑄造過程中，在接近扁坯表面所生成的非金屬氧化鈦或者氮化鈦團(tuán)塊型沉淀經(jīng)軋制所得到的這樣熱軋制鱗皮和條紋。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)包括一種具有優(yōu)良皺紋狀變形特性的高可成形鐵素體鉻合金鋼，在退火后這種合金鋼具有非常均勻的晶粒結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明上述目的和其他的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)在研究本詳細(xì)說明書和附圖后將變得更明確。


圖1是鐵素體鉻合金鋼的含有100％大柱狀晶粒的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)照片，該合金鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.13，圖2是鐵素體鉻合金鋼的含有約78％細(xì)等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)照片，該合金鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.16，圖3是鐵素體鉻合金鋼的含有100％大柱狀晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)照片，該合金鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.13，圖4是鐵素體鉻合金鋼的含有約84％細(xì)等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)照片，該合金鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.15，圖5是鐵素體鉻合金鋼的含有100％大柱狀晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)照片，該聚合鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.12，圖6是鐵素體鉻合金鋼的含有約92％細(xì)的等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)照片，該合金鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.19，圖7是鐵素體鉻合金鋼的含有約94％大柱狀晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)照片，該合金鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.11，圖8是鐵素體鉻合金鋼的含有約63％細(xì)的等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)照片，該合金鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.15，圖9是鐵素體鉻合金鋼的含有100％大柱狀晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)照片，該合金鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.06，圖10是鐵素體鉻合金鋼的含有約100％細(xì)的等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)照片，該合金鋼具有鈦與氮的積除以鋁的比率為0.34，圖11是圖9對(duì)比鐵素體鉻合金鋼在冷軋和再結(jié)晶退火之后的非-均勻帶狀晶粒結(jié)構(gòu)照片，圖12是圖10鐵素體鉻合金鋼在冷軋和再結(jié)晶退火之后的均勻細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)照片，圖13是說明由鐵素體鉻合金鋼鑄造的試驗(yàn)鑄錠在鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)中等軸晶粒％(％EQ)隨鈦與氮的重量百分?jǐn)?shù)的積除以鋁的重量百分?jǐn)?shù)的比率(TNA)的變化關(guān)系，和圖14是說明由鐵素體鉻合金鋼鑄造的連續(xù)扁坯在鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)中等軸晶粒％(％EQ)隨鈦與氮的重量百分?jǐn)?shù)的積除以鋁的重量百分?jǐn)?shù)的比率(TNA)的變化關(guān)系。
本發(fā)明涉及一種由具有細(xì)等軸晶粒鑄態(tài)結(jié)構(gòu)的鋼生產(chǎn)的高可成形的鐵素體鉻合金薄鋼板。這種鋼由一種熔體鑄成，這種熔體除含有控制量的鋁之外，還含有足夠量的鈦和氮，以便生成小的氧化鈦包體，提供形成鑄態(tài)等軸晶粒所必要的晶核，因此由這種鋼生產(chǎn)的退火鉻合金鋼具有改進(jìn)的皺紋狀變形特性。通過形成富含小的氧化鈦包體而不是大的氧化鋁包體團(tuán)塊的鉻合金亞鐵熔體，能夠形成含有大于50％等軸細(xì)晶粒(％EQ)的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)。通過在鑄態(tài)鋼中避免形成大的柱狀晶粒，從而使在由這種鋼生產(chǎn)的冷軋?jiān)俳Y(jié)晶退火的薄板中的皺紋狀變形減到最少，甚至當(dāng)由這種鋼生產(chǎn)的熱軋薄板在冷軋前不退火時(shí)也是如此。
鐵素體鉻合金鋼是指含至少8％鉻的鋼。本發(fā)明的鐵素體鉻合金鋼特別適用于熱軋薄板、冷軋薄板、具有金屬鍍層的薄板和涂敷薄板。這些鐵素體鉻合金鋼非常適用于含有10-25％Cr的AISI型400系列不銹鋼，特別是含有11-13％Cr的409型不銹鋼。對(duì)于本發(fā)明來說，“薄板”也應(yīng)理解包括連續(xù)帶材或由連續(xù)帶材得到的定尺長(zhǎng)度。
用如電弧爐(EAF)之類的熔化爐提供亞鐵熔體。這種亞鐵熔體可以在帶有廢鋼、碳素鋼廢鋼、不銹鋼廢鋼，含有包括氧化鐵、碳化鐵、直接還原鐵、熱軋鐵的物質(zhì)的固體鐵的熔化爐中得到，或者該熔體可在熔化爐上游的高爐中得到，或用任何其他能提供亞鐵熔體的煉鐵設(shè)備得到。然后，該亞鐵熔體應(yīng)在熔化爐中精煉，或轉(zhuǎn)移到如氬-氧脫碳轉(zhuǎn)爐(AOD)或真空-氧脫碳轉(zhuǎn)爐(VOD)之類的精煉轉(zhuǎn)爐中，接著是修整工段如鋼包冶金爐(LMF)或線材供料工段。
本發(fā)明的一個(gè)重要特點(diǎn)是熔體精煉后的最終碳分析，并在修整期間或之后，將滿足最后規(guī)格的合金加入到該熔體中，在鑄造之前向該熔體中加入鈦以脫氧。用鈦使熔體脫氧對(duì)形成晶核構(gòu)成小的氧化鈦包體是必不可少的，而這種晶核對(duì)構(gòu)成鑄態(tài)等軸細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)是必要的。為了提供足夠數(shù)量的對(duì)構(gòu)成鑄態(tài)等軸細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)所必需的這些晶核，該熔體優(yōu)選地含有至少0.10％Ti。鋁最好不作為脫氧劑加入到該精煉的熔體中，以使氧化鋁包體，即氧化鋁Al2O3的形成減到最少。本發(fā)明一個(gè)同樣重要的特點(diǎn)是鑄造前在熔體中有足夠的鈦和氮，因此形成小的氧化鈦包體以提供構(gòu)成鑄態(tài)等軸晶粒所必需的晶核。優(yōu)選地，鈦與氮的積除以殘余鋁的比率(TNA)是至少0.14。據(jù)認(rèn)為，通過將該比率控制到最少0.14，氮化鈦包裹的小的氧化鈦包體可在鑄造前在熔體中形成，從而保證構(gòu)成鑄態(tài)細(xì)等軸晶粒所必需的小的成核位點(diǎn)。如果鋼已被穩(wěn)定，可以加入超過脫氧所需要的足夠量的鈦，即優(yōu)選地＞0.10％，使其在熔體中與碳和氮結(jié)合，但是優(yōu)選地低于被氮飽和所必需的量，即亞平衡，從而避免在固化前大的氮化鈦包體沉淀。另一方面，一種或多種如鈮、鋯、鉭和釩之類的穩(wěn)定元素也可以加入到熔體中。因此，本發(fā)明的鋼優(yōu)選地在熔體中含有至少0.10％Ti，優(yōu)選地至少0.005％N和優(yōu)選地低于0.02％Al，因此這種鋼主要用鈦脫氧，同時(shí)在其熔體中小的氧化鈦包體是主要的包體，即二氧化鈦包體≥Al2O3包體，從而提供構(gòu)成鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)所必需的核心。
用鋁而不是用鈦脫氧的鐵素體鉻合金鋼在熔體中可能具有小的包體。但是，與本發(fā)明的用鈦脫氧的鐵素體鉻鋼相比，與現(xiàn)有技術(shù)用鋁脫氧的鐵素體鉻鋼之間的主要區(qū)別是本發(fā)明鋼熔體中的包體大部分是以氧化鈦為基礎(chǔ)的，而不是以氧化鋁為基礎(chǔ)的。我們已測(cè)定，至少50％本發(fā)明鋼的包體粒度不大于1微米，并且這些包體中至少90％包體粒度不大于1.5微米。氧化鈦以何種形式，即TiO、TiO2、Ti2O3、Ti3O5存在并不清楚，但是據(jù)信存在的主要包體是TiO。
鉻合金亞鐵鋼熔體在熔化轉(zhuǎn)爐或精煉轉(zhuǎn)爐中精煉或與鉻成合金后，將用鈦脫氧，并含有至多0.08％(重量)C，至少8％(重量)Cr，至多1.5％(重量)Mn,＜0.03％(重量)Al,≤0.05％(重量)N,≤1.5％(重量)Si,＜2.0％(重量)Ni，其余量為Fe和殘留元素。鈦與氮的重量百分比的積除以殘留鋁的比率優(yōu)選地是至少0.14。鉻合金鋼熔體可連續(xù)澆鑄成薄板、薄扁坯≤140毫米，厚扁坯≤200毫米，或鑄成具有由50％以上細(xì)等軸晶粒構(gòu)成的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)的錠。更優(yōu)選地，鋼熔體的鈦與氮重量百分比的積除以殘留鋁的比率是至少0.16，更優(yōu)選地至少0.23，而鋼熔體澆鑄形成鑄態(tài)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)分別有至少80％細(xì)等軸晶粒和基本上全部細(xì)等軸晶粒。
我們已確定得到鑄態(tài)等軸晶粒所必需的鈦與氮的積除以殘留鋁的比率還與鋼中鉻的含量有關(guān)。據(jù)認(rèn)為，對(duì)于鉻含量小到8％的不銹鋼來說，要達(dá)到50％以上鑄態(tài)等軸晶粒所需的鈦與氮的積除以殘留鋁的比率可以小于0.14。對(duì)于含有約11％鉻的T409不銹鋼來說，要達(dá)到50％以上鑄態(tài)等軸晶粒所需的鈦與氮的積除以殘留鋁的比率是至少0.14，要得到幾乎100％鑄態(tài)等軸晶粒所需的比率是大于0.23。對(duì)于含有至少16％高鉻的T430不銹鋼和含有至少17％高鉻的T439不銹鋼來說，表3和4已表明，要達(dá)到50％以上鑄態(tài)等軸晶粒所需要的鈦與氮的積除以殘留鋁的比率是大于0.20，為得到幾乎100％鑄態(tài)等軸晶粒所需的比率大于0.30。
鑄鋼熱加工成薄板?！盁峒庸ぁ笨衫斫獬设T態(tài)鋼將被再加熱，如果需要，然后如通過熱軋之類的方式被軋制成預(yù)定的厚度。如果熱軋，就將鋼扁坯再加熱到1050-1300℃，熱軋的終軋溫度至少為800℃，并在≤580℃盤繞。熱軋薄板，如“熱帶材”，可除鱗和冷軋至少40％，優(yōu)選地至少50％，軋成所期望的最終薄板厚度。之后，冷軋薄板將在峰值金屬溫度800-1000℃再結(jié)晶退火至少1秒。本發(fā)明的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是熱加工薄板在此冷軋前不需要退火。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是僅冷軋一次就可以得到熱加工薄板，從而不需要在多次冷軋之間的中間退火步驟。冷軋后接著的再結(jié)晶退火可以是連續(xù)退火或裝箱退火。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是有優(yōu)良的皺紋狀變形特性的鉻合金退火薄鋼板具有非常均勻的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，而冷軋少到40％。
本發(fā)明的鐵素體鉻合金鋼可以由采用多種方法生產(chǎn)的熱加工薄板制成。該薄板能夠用由鋼錠制成的扁坯得到，或由連鑄厚度50-200毫米的扁坯得到，將這些扁坯再加熱到1050-1300℃，接著熱軋，得到厚度1-6毫米的起始熱加工薄板，或者該薄板能夠由連鑄成厚度2-10毫米的帶鋼熱加工而成。本發(fā)明還可應(yīng)用于由以下方法生產(chǎn)的薄板，其中，連鑄扁鑄坯或由鑄錠制成的扁坯在有有效再加熱或沒有有效再熱的情況下被直接送進(jìn)熱軋機(jī)，或者本發(fā)明還可應(yīng)用于鑄錠，在進(jìn)一步再加熱或沒有進(jìn)一步再加熱的情況下，鑄錠被熱軋成具有足夠溫度的扁坯，它將被熱軋成薄板。
本發(fā)明的一個(gè)重要特點(diǎn)是鈦用于鑄造前熔體的脫氧。用鈦脫氧以保證熔體中的主要包體是使鑄態(tài)等軸鐵素體晶粒成核的小的氧化鈦包體。熔體中鈦的量最好是至少0.10％，并呈亞平衡量。更優(yōu)選地，該鋼熔體中的鈦量應(yīng)是≥0.15％，并滿足關(guān)系(Ti/48)/[(C/12)+(N/14)]＞1.5?！皝喥胶狻笔侵缚刂柒伭恳允股傻拟伝衔锶芏确e低于鋼液線溫度時(shí)的飽和水平，從而避免熔體中過量TiN沉淀。如果讓過量TiN包體形成，TiN沉淀生長(zhǎng)成為低密度的大團(tuán)塊，這些團(tuán)塊在連鑄中漂浮在固化扁坯表面。這些非金屬TiN團(tuán)塊在扁坯熱加工過程中構(gòu)成粗糙表面的缺陷。熔體中避免過量沉淀所允許的鈦量與氮量呈相反的關(guān)系。在US4 964 926專利圖4中對(duì)“亞平衡”最大鈦量作了一般說明。取決于合金鋼水中鉻和氮的量，鈦量必須控制在US4964926專利圖4曲線所指示的量以下。含有約12％Cr和0.010％N的T409不銹鋼可以含有至多0.26％Ti。含有約1 5％Cr和0.010％N的不銹鋼可以含有至多0.30％Ti。含有約18％Cr和0.010％N的T439不銹鋼可以含有至多0.35％Ti。對(duì)于在AOD中精煉鐵素體不銹鋼熔體的生產(chǎn)者來說，過量的氮不成問題。在AOD中精煉不銹鋼時(shí)能夠得到基本上低于0.010％的氮，從而能夠容許鈦量增加，并還是處于亞平衡狀態(tài)。
為了提供形成鑄態(tài)等軸鐵素體晶粒所必需的成核位點(diǎn)，向熔體中加入鈦之后必須經(jīng)過足夠的時(shí)間，以使鑄造熔體之前形成氧化鈦包體。如果在加入鈦之后立即鑄造熔體，鑄件的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)將是大的柱狀晶粒。在實(shí)驗(yàn)室中向熔體加入鈦之后5分鐘以內(nèi)鑄成的鑄錠具有大的鑄態(tài)柱狀晶粒，甚至當(dāng)鈦與氮的積除以殘留鋁時(shí)的比率是至少0.14時(shí)也是如此。
本發(fā)明的一個(gè)重要特點(diǎn)是鑄造前鋼中有足夠量的鈦和氮，以使鈦與氮的積除以鋁的比率足以形成氧化鈦包體，該包體保證形成鑄態(tài)等軸晶粒所必需的成核位點(diǎn)。熔體中氮的量應(yīng)該是≤0.05％，優(yōu)選地0.005-0.03％，而更優(yōu)選地0.007-0.015％。據(jù)信被氮化鈦包裹的小的氧化鈦包體決定了提供形成鑄態(tài)細(xì)等軸晶粒結(jié)構(gòu)所必需的成核位點(diǎn)。據(jù)認(rèn)為，通過嚴(yán)格控制熔體中鈦和氮的量，尺寸小于1微米的足夠小的氧化鈦包體構(gòu)成了決定細(xì)鑄態(tài)等軸晶粒結(jié)構(gòu)所必需的成核位點(diǎn)。
能夠在N和亞平衡量的Ti方面控制鋼合金成分，以避免在熱加工薄板中生成過量TiN沉淀和Ti條墳。盡管在EAF中熔化后N濃度高達(dá)0.05％，但在AOD中氫氣精煉過程中溶解N的量能降低到0.02％以下，并且如果需要的話，能降低到0.01％以下。對(duì)于任何一定的氮含量來說，通過降低加入熔體中的Ti的亞平衡量，可以避免過量TiN沉淀。另一方面，對(duì)熔體中含有預(yù)期量的Ti來說，可降低AOD中熔體中的氮量。對(duì)含有11-13％Cr和不大于0.012％N的亞平衡T409不銹鋼來說，鋼熔體應(yīng)含有0.25％以下的Ti，以避免在熔體固化前過量TiN沉淀。對(duì)于含有16-18％Cr和不大于0.012％N的亞平衡T430和T439不銹鋼來說，鋼熔體應(yīng)含有0.35％以下的Ti，以避免熔體固化前過量TiN沉淀。
本發(fā)明一個(gè)同樣重要的特點(diǎn)是全部總殘留鋁相對(duì)于鈦和氮的量進(jìn)行控制或使其量最小。相對(duì)于鋁量，在熔體中應(yīng)該有最小的鈦和氮量。我們已確定，如果鈦的量特別是氮的量太低的話，即使低量鋁，即不大于0.01％，也不會(huì)產(chǎn)生必須預(yù)先具備的等軸鑄態(tài)晶粒。甚至在沒有氧化鋁包體的情況下，在熔體中也明顯需要臨界量的小的氧化鈦包體沉淀，以形成構(gòu)成鑄態(tài)等軸晶粒結(jié)構(gòu)所必需的成核位點(diǎn)。我們已確定鈦與氮的積除以殘留鋁的比率最好是至少約0.14，優(yōu)選地至少0.23，以確保409型不銹鋼幾乎100％等軸鑄態(tài)晶粒。為了使熔體中所需要鈦與氮的量最小，鋁的量?jī)?yōu)選地是＜0.020％，較優(yōu)選地≤0.013％，而更優(yōu)選地降低到≤0.010％。如果在鑄造前鋁并不特意地立即在如脫氧之類的精煉或鑄造中與熔體成合金，全部鋁能夠被控制或減少到0.010％以下，特別是對(duì)含有14％以下Cr的不銹鋼來說更是如此。對(duì)含有高鉻，即Cr≥15％的不銹鋼來說，要求比率(Ti×N)/Al＞0.40以得到幾乎100％鑄態(tài)細(xì)等軸晶粒，向熔體中加入氮使其超過0.01％可能是必要的。鋁最好作為另一種元素即鈦的合金添加劑中的雜質(zhì)特意加入到熔體中。最好應(yīng)該避免使用含有鋁雜質(zhì)的鈦合金添加劑。鈦合金可含有多達(dá)20％Al，它可向熔體貢獻(xiàn)總量多達(dá)0.07％的Al。通過嚴(yán)格控制精煉和鑄造操作規(guī)程，能夠獲得含有＜0.020％鋁的熔體。
不被理論所束縛，特別是對(duì)含有14％以下Cr的不銹鋼來說，據(jù)認(rèn)為應(yīng)該將全部鋁控制在0.03％以下，優(yōu)選地0.02％以下，更優(yōu)選地控制在不大于0.013％，最優(yōu)選地控制在0.01％以下，以便使熔體中Al2O3包體形成最少，從而鈦是主要的脫氧劑。連鑄成薄扁坯或連續(xù)薄板的鋼并不是本來就具有鑄態(tài)細(xì)等軸晶粒結(jié)構(gòu)。據(jù)信在本發(fā)明中通過嚴(yán)格控制鋁，能夠使Al2O3包體的形成降到最少。熔體中含有的Al2O3包體趨向于聚結(jié)成大團(tuán)塊。通過使形成氧化鋁包體降到最低，可進(jìn)一步認(rèn)為，尺寸小于5微米，優(yōu)選地不大于1.5微米，更優(yōu)選地不大于1微米的氧化鈦小包體成為熔體中的主要非金屬包體。據(jù)認(rèn)為，這些小的氧化鈦包體可提供在固化過程中能形成鑄態(tài)細(xì)等軸晶粒結(jié)構(gòu)的成核位點(diǎn)。因此，用鈦脫氧能確保熔體和固化的鑄鋼中的主要包體是小的氧化鈦包體，而不是氧化鋁包體，即氧化鈦包體數(shù)＞＞氧化鋁包體數(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)中用鋁脫氧的鋼在連鑄中有阻塞鑄口的趨勢(shì)。通常需要向高鋁鋼中加入鈣，以增加鑄鋼熔體中Al2O3包體的流動(dòng)性，以使堵塞鑄口的趨勢(shì)降到最低。但是，鈣通常對(duì)鑄態(tài)細(xì)等軸晶粒的形成有不利影響。因此，應(yīng)將鈣限制在≤0.0020％。本發(fā)明一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)鋁保持在≤0.016％時(shí)，由于熔體中存在非常少量的Al2O3包體，所以不需要向低鋁熔體中加入鈣。熔體中含有大量的Al2O3包體能迅速地聚結(jié)在氧化鋁團(tuán)塊中，這些氧化鋁團(tuán)塊在連鑄中可能造成鑄口堵塞。
本發(fā)明鋼中存在的碳量至多0.08％，優(yōu)選地≤0.02％，更優(yōu)選地0.0010-0.01％。如果碳超過0.08％，可成形性、腐蝕性和可焊性都將降低。因此，碳量應(yīng)盡可能降低。
本發(fā)明鋼中可能存在穩(wěn)定碳和氮的元素，其量是至多1.0％，優(yōu)選地至多0.6％，更優(yōu)選地至多0.3％。如果要求穩(wěn)定的鋼，應(yīng)該有足夠量的穩(wěn)定元素，以形成對(duì)達(dá)到晶粒尺寸有效的穩(wěn)定碳-氮化物，以便增加不銹鋼的伸張度和韌性，從而提高退火后的可成形性如深拉延性。如果穩(wěn)定元素大于1.0％，鋼的生產(chǎn)成本就會(huì)增加，而不會(huì)給鋼的特性帶來任何相應(yīng)的好處。除了用鈦來穩(wěn)定之外，其他合適的穩(wěn)定元素還可包括鈮、鋯、鉭、釩或其混合物，而單獨(dú)用鈦是優(yōu)選的。如果有第二種穩(wěn)定元素與鈦一起使用，例如鈮，則當(dāng)要求深成形性時(shí)，第二種穩(wěn)定元素應(yīng)該限制在不大于0.3％。高于0.3％的Nb對(duì)可成形性有不利影響。
本發(fā)明鋼中存在的鉻量是≥8％，優(yōu)選地≥10％。如果鉻量低于8％，則對(duì)鋼的抗潮濕腐蝕性，例如抗汽車排氣組分會(huì)有不利影響。如果鉻量高于25％，鋼的可成形性就會(huì)降低。
對(duì)于某些實(shí)際應(yīng)用來說，可向本發(fā)明鋼中加入≥5ppm的硼，優(yōu)選地≥20ppm，更優(yōu)選地40-60ppm。如果有至少5ppm硼，就提高了鋼的耐二次加工脆化的能力，因而鋼板不會(huì)在深拉延應(yīng)用和多步成形應(yīng)用中裂開。如果硼大于200ppm，鋼的可成形性就會(huì)降低。
本發(fā)明鋼中存在的氧量最好是＜100ppm。當(dāng)在AOD精煉轉(zhuǎn)爐和LMF合金轉(zhuǎn)爐中順序地制備鋼熔體時(shí)，熔體中的氧量在10-60ppm的范圍內(nèi)，從而提供了非常純的銅，它含有形成成核位點(diǎn)所必需的小的氧化鈦包體，而成核點(diǎn)決定了形成細(xì)的鑄態(tài)等軸晶粒結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明鉻合金鋼中通常存在的硅量是≤1.5％，優(yōu)選地≤0.5％。鐵素體不銹鋼中通常存在著少量的硅，以促進(jìn)鐵素體相的形成。硅還可增強(qiáng)耐高溫腐蝕能力，并提供高溫強(qiáng)度，例如汽車排氣組件。因此，熔體中的硅量應(yīng)至少0.10％。硅量不應(yīng)超過1.5％，否則因?yàn)殇撎擦耍瑢?duì)延伸率有不利影響。
本發(fā)明鋼中存在的錳量是至多1.5％，優(yōu)選地少于0.5％。通過錳與硫化合成硫化錳，錳可改善鋼的熱加工性，以防止鋼在熱加工過程中裂開。因此，要求的錳量至少為0.1％。但是，錳是一種奧式體形成元素，它能影響鐵素體相的穩(wěn)定性。如果錳的量超過1.5％，對(duì)鋼的穩(wěn)定性和可成形性會(huì)有不利影響。
本發(fā)明鋼中存在的硫量最好是≤0.015％，較優(yōu)選地＜0.010％，更優(yōu)選地＜0.005％。除了在熱軋中帶來問題之外，硫?qū)δ统睗窀g性有不利影響，特別是那些含有較低量鉻的鋼。因此，硫優(yōu)選地應(yīng)該不超過0.015％。
與錳一樣，鎳是一種奧式體形成元素，它影響鐵素體相的穩(wěn)定。因此，鎳限制在≤2.0％，優(yōu)選地＜1.0％。
本發(fā)明的鐵素體鉻合金鋼還可含有如銅、鉬、磷等之類的其他元素，它們既可作為有意的添加劑加入，又能作為殘留元素即煉鋼過程中的雜質(zhì)存在。
實(shí)施例125kg對(duì)比鉻合金亞鐵熔體裝入實(shí)驗(yàn)室真空轉(zhuǎn)爐中。最終調(diào)整后，向轉(zhuǎn)爐中加入合金元素，用鈦使熔體脫氧。鉻合金鋼熔體組成是0.006％Al、0.15％Ti、0.007％C、0.26％Mn、0.36％Si、11.2％Cr、0.18％Ni和0.005％N。鈦與氮的積除以鋁的比率是0.125。加入鈦添加劑后約23分鐘，將該熔體鑄成厚度和寬度分別為75毫米和150毫米的鑄錠。截自不銹鋼鑄錠橫截面試樣的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)示于圖1中，該晶粒結(jié)構(gòu)具有完全是柱狀并且平均柱尺寸為3毫米的晶粒結(jié)構(gòu)。該鋼證明僅含有低鋁，即≤0.01％，不足以形成主要是等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)。這種具有比率(Ti×N)/Al＜0.14的鋼說明了不含有任何等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例225kg本發(fā)明的鉻合金亞鐵熔體裝入如實(shí)施例1所描述的相同實(shí)驗(yàn)室真空轉(zhuǎn)爐中。在最終調(diào)整后，將合金元素加入到轉(zhuǎn)爐中，用鈦使熔體脫氧。鉻合金鋼熔體的組成是0.007％Al、0.28％Ti、0.008％C、0.25％Mn、0.36％Si、11.1％Cr、0.18％Ni和0.004％N。鈦與氮的積除以鋁的比率增加到0.16。加入鈦添加劑后約17分鐘，將該熔體鑄成厚度和寬度分另為75毫米和150毫米的鑄錠。如圖2所示，截自不銹鋼鑄錠橫截面試樣的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)具有約78％等軸晶粒，其平均直徑為2毫米的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。這種具有比率(Ti×N)/Al≥0.14的鋼說明了含有≥50％細(xì)等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3以與實(shí)施例1相似的方式生產(chǎn)本發(fā)明的另一種對(duì)比鉻合金亞鐵熔體，其組成是0.013％Al、0.19％Ti、0.007％C、0.26％Mn、0.36％Si、11.0％Cr、0.24％Ni和0.009％N。鈦與氮的積除以鋁的比率是0.13。加入鈦添加劑后約19分鐘，將該鋼熔體鑄成鑄錠。如圖3所示，截自不銹鋼鑄錠的橫截面試樣的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)具有完全是柱狀，其平均柱尺寸約2毫米的晶粒結(jié)構(gòu)。這種具有比率(Ti×N)/Al＜0.14的鋼說明了含有＜50％等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4以與實(shí)施例2相似的方式生產(chǎn)本發(fā)明另一種鉻合金亞鐵熔體，其組成是0.013％Al、0.24％Ti、0.007％C、0.26％Mn、0.37％Si、11.1％Cr、0.25％Ni和0.008％N。鈦與氮的積除以鋁的比率增加到0.15。在加入鈦添加劑后約14分鐘內(nèi)，將該熔體鑄成鑄錠。如圖4所示，截自不銹鋼鑄錠橫截面試樣的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)具有約84％等軸晶粒，其平均直徑尺寸約3毫米的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。盡管這種鋼含有高含量的鋁，即≥0.01％鋁，如果比率(Ti×N)/Al≥0.14，這種鋼表明鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)將含有≥50％細(xì)等軸晶粒。
表1匯集了上述實(shí)施例1-4的對(duì)比的和發(fā)明的409型不銹鋼熔體的組成、TNA和％EQ，以及以與實(shí)施例1-4描述的相似方法制造和鑄成鑄錠的許多其他對(duì)比的和發(fā)明的409型不銹鋼實(shí)驗(yàn)熔體的組分、TNA和％EQ。圖13列出了這些鑄錠的％EQ隨TNA變化關(guān)系。圖13一般地表明，對(duì)于409型不銹鋼來說，為了得到含有至少50％細(xì)等軸晶粒，必需是Ti為至少0.10％，而TNA，即(Ti×N)/Al為0.14或0.14以上。
表3匯集了與實(shí)施例1-4鑄錠相似的，所生產(chǎn)和鑄造的對(duì)比的和發(fā)明的430型、439型和430Mo型高鉻不銹鋼熔體的其他鑄態(tài)實(shí)驗(yàn)鑄錠的組成、TNA和％EQ。表3表明為了得到含有至少50％細(xì)等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)，必需是Ti為至少0.10％，而TNA，即(Ti×N)/Al為至少0.20。明顯地需要增加TNA，因?yàn)殂t從表1中409型不銹鋼的約11％增加到表3中430型、439型和439Mo型高鉻不銹鋼的17％或17％以上的高鉻組成。
實(shí)施例5125公噸的對(duì)比鉻合金亞鐵熔體被裝入AOD精煉轉(zhuǎn)爐中。當(dāng)碳降低到最終規(guī)格后，熔體移至LMF中，其中加入最后調(diào)整合金元素。之后，該熔體用鈦脫氧。該熔體最終組成是0.009％Al、0.21％Ti、0.007％C、0.26％Mn、0.32％Si、11.2％Cr、0.14％Ni和0.005％N。鈦與氮的積除以鋁的比率是.12。然后在約40分鐘內(nèi)將鋼熔體移至連鑄機(jī)中，連鑄成厚130毫米、寬1200毫米的薄扁坯。沿該薄扁坯長(zhǎng)度方向在中間-寬度的位置和幾個(gè)其他的位置切下橫截面試樣。圖5說明了從這塊鋼扁坯切下這些試樣中的一個(gè)試樣的典型鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)，該試樣具有平均柱尺寸約4毫米的柱狀晶粒結(jié)構(gòu)。如實(shí)施例1的鋼一樣，這種鋼表明僅具有低含量鋁，即≤0.01％，不足以形成主要是等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)。圖5說明了具有比率(Ti×N)/Al＜0.14的這種鐵素體不銹鋼導(dǎo)致不含有任何等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例6以與上述實(shí)施例5相似的方法生產(chǎn)125公噸本發(fā)明的鉻合金亞鐵熔體，但改變?yōu)橐韵陆M成。該熔體的組成是0.23％Ti、0.008％Al、0.010％C、0.27％Mn、0.31％Si、11.1％Cr、0.13％Ni和0.007％N。與實(shí)施例5不同，鈦與氮的積除以鋁的比率增加到0.19。然后以與上述實(shí)施例5相似的方法將鋼熔體移至連鑄機(jī)中，鑄成薄扁坯。如圖6所說明的，這種不銹鋼扁坯的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)是具有約84％等軸晶粒和平均尺寸為2毫米的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。圖6說明了這種具有比率(Ti×N)/Al≥0.14的鐵素體不銹鋼導(dǎo)致含有＞50％等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)。這種鋼扁坯含有的包體主要是氧化鈦類。
實(shí)施例7以與實(shí)施例5相似的方法生產(chǎn)另一種對(duì)比鉻合金亞鐵熔體。該熔體的組成是0.20％Ti、0.014％Al、0.011％C、0.28％Mn、0.31％Si、10.9％Cr、0.12％Ni和0.0087％N。與實(shí)施例5相似，鈦與氮的積除以鋁的比率僅為0.11。然后以與上述實(shí)施例5所描述的相似方法將鋼熔體移至連鑄機(jī)中，鑄成薄扁坯。如圖7所說明的，這種不銹鋼扁坯的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)具有約94％大柱狀晶粒，其平均柱尺寸約5毫米。圖7說明了這種具有比率(Ti×N)/Al＜0.14的鐵素體不銹鋼導(dǎo)致含有非常少的等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例8以與實(shí)施例6相似的方法生產(chǎn)另一種本發(fā)明的鉻合金亞鐵熔體。該熔體的組成是0.21％Ti、0.016％Al、0.006％C、0.23％Mn、0.27％Si、11.3％Cr、0.11％Ni和0.011％N。鈦與氮的積除以鋁的比率為0.15。然后以與上述實(shí)施例5相似的方法將鋼熔體移至連鑄機(jī)中，鑄成薄扁坯。如圖8所說明的，從這種不銹鋼扁坯截下試樣的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)主要具有細(xì)等軸晶粒結(jié)構(gòu)。圖8說明了這種具有比率(Ti×N)/Al≥0.14的鐵素體不銹鋼導(dǎo)致含有63％細(xì)等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)，其晶粒尺寸為3毫米。這種鋼說明了如果比率(Ti×N)/Al≥0.14，盡管鋼含有高鋁，鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)還可以含有≥50％細(xì)等軸晶粒。這種鋼鐵扁坯含有的包體主要是氧化鈦類。
實(shí)施例9以與實(shí)施例5相似的方法生產(chǎn)另一種對(duì)比鉻合金亞鐵熔體。該熔體的組成是0.18％Ti、0.022％Al、0.007％C、0.22％Mn、0.17％Si、10.6％Cr、0.14％Ni和0.010％N。鈦與氮的積除以鋁的比率僅為0.08。然后以與上述實(shí)施例5相似的方法將鋼熔體移至連鑄機(jī)中，鑄成薄扁坯。如圖9所說明的，這種不銹鋼扁坯的鑄態(tài)晶粒結(jié)構(gòu)具有100％柱狀的大晶粒結(jié)構(gòu)，其平均柱尺寸是4毫米。圖9說明了一種具有比率(Ti×N)/Al＜0.14并導(dǎo)致不含有任何等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)的鐵素體不銹鋼。
將由這種熔體鑄成的扁坯再加熱到1250℃，熱加工成厚度3.3毫米，最終溫度是800℃，在溫度700℃盤繞。然后該熱加工薄板除鱗、用硝酸和氫氟酸酸洗并冷軋58％至厚度1.4毫米。在冷軋前不讓該熱加工薄板退火。已冷軋的薄板在峰值金屬溫度870℃退火60秒。拉伸后，薄板的皺紋狀變形特性是3-4,Rm是1.22-1.27。皺紋狀變形特性為3或3以上意味著在標(biāo)度0-6上皺紋狀變形由中等到嚴(yán)重。高皺紋狀變形為3或3以上，而Rm低于1.3對(duì)許多深可成形性、暴露的、鐵素體不銹鋼應(yīng)用來說是不可接受的。這種鋼的機(jī)械特性匯集在表5中。這種鋼的冷軋退火晶粒結(jié)構(gòu)示于圖11中，這種結(jié)構(gòu)具有傾向于皺紋狀變形鋼的不均勻“已呈帶狀”晶粒結(jié)構(gòu)特性。這種不均勻帶狀晶粒結(jié)構(gòu)對(duì)于要求高可成形性的暴露鐵素體不銹鋼應(yīng)用來說是不可接受的。由具有柱狀晶粒結(jié)構(gòu)的扁坯生產(chǎn)的已退火冷軋薄板會(huì)具有嚴(yán)重的皺紋狀變形特性，除非由這種扁坯熱軋得到的薄板在冷軋前退火。
實(shí)施例10以與實(shí)施例8相似的方法生產(chǎn)另一種本發(fā)明的鉻合金亞鐵熔體。該熔體的組成是0.19％Ti、0.005％Al、0.008％C、0.12％Mn、0.16％Si、10.7％Cr、0.13％Ni和0.011％N。鈦與氮的積除以鋁的比率為0.34。然后以與上述實(shí)施例5相似的方法將鋼熔體移至連鑄機(jī)中，鑄成薄扁坯。圖10說明了這種具有比率(Ti×N)/Al≥0.23的嚴(yán)生含有100％細(xì)等軸晶粒的鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)的鐵素體不銹鋼，其晶粒粒度約1毫米。這種鋼扁坯含有的包體主要是氧化鈦類。
將這些薄扁坯再加熱到1250℃，熱加工成厚度3.3毫米，最終溫度是800℃，在溫度700℃盤繞。熱加工薄板除鱗、用硝酸和氫氟酸酸洗并冷軋58％至厚度1.4毫米。在冷軋前不讓該熱加工薄板退火。冷軋薄板在峰值金屬溫度870℃退火60秒。拉伸后，已退火薄板的皺紋狀變形特性降到1，而Rm增加到1.45。皺紋狀變形特性為1意味著優(yōu)良的皺紋狀變形特性，這種鋼基本上無皺紋狀變形。皺紋狀變形特性為2或2以下，Rm為至少1.4對(duì)大多數(shù)深成形、暴露的鐵素體不銹鋼應(yīng)用來說是可接受的。本發(fā)明薄板的機(jī)械特性匯集在表6中。圖12示出了這種鋼冷軋退火的晶粒結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有非常均勻的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。由具有細(xì)等軸晶粒結(jié)構(gòu)的扁坯生產(chǎn)的本發(fā)明的退火冷軋薄板有優(yōu)良的皺紋狀變形特性，盡管熱軋薄板在冷軋前沒有經(jīng)過退火。
實(shí)施例11以與實(shí)施例10相似的方法生產(chǎn)另一種本發(fā)明的鉻合金亞鐵熔體。該熔體的組成是0.19％Ti、0.006％Al、0.007％C、0.13％Mn、0.31％Si、11.0％Cr、0.16％Ni和0.008％N。鈦與氮的積除以鋁的比率是0.24。然后以與上述實(shí)施例5相似的方法將鋼熔體移至連鑄機(jī)中，鑄成薄扁坯。這種具有比率(Ti×N)/Al≥0.23的鐵素體不銹鋼產(chǎn)生含有100％細(xì)等軸晶粒的鑄態(tài)鋼結(jié)構(gòu)，其晶粒尺寸約1毫米。這種鋼扁坯含有的包體主要是氧化鈦類。
將這些扁坯再加熱到1250℃，熱加工成厚度3.0毫米，最終溫度800℃，在溫度700℃盤繞。該熱加工薄板除鱗、用硝酸和氫氟酸酸洗。將該熱加工薄板冷軋53％至厚度1.4毫米。在冷軋前不讓這些熱加工薄板退火。冷軋的薄板在峰值金屬溫度940℃退火10秒。拉伸后，已退火薄板的皺紋狀變形特性是1-2，而Rm是1.39-1.48。皺紋狀變形特性為2意味著具有良好的皺紋狀變形特性。本發(fā)明薄板的機(jī)械特性匯集在表7中。
實(shí)施例12將另一塊具有如實(shí)施例11所述組成的，厚度為130毫米的薄扁坯再加熱到1250℃，熱加工成厚度4.1毫米的薄板，最終溫度為830℃，在溫度720℃盤繞。該熱加工薄板除鱗，用硝酸和氫氟酸酸洗，然后冷軋66％、76％和85％，分別相應(yīng)于厚度1.4毫米、1.0毫米和0.6毫米。在冷軋前不讓本發(fā)明的這些熱加工薄板退火。冷軋薄板在峰值金屬溫度940℃退火10秒。拉伸后，退火薄板的皺紋狀變形特性通常是2或更好，而Rm是1.76-1.96。Rm≥1.7被認(rèn)為對(duì)于鐵素體不銹鋼來說是很突出的，并且認(rèn)為如果該鋼在冷軋前不經(jīng)過退火是不可能達(dá)到的。本發(fā)明薄板的機(jī)械特性匯集在表8中。
以上的實(shí)施例5-11的對(duì)比和發(fā)明的409型不銹鋼熔體的鑄態(tài)扁坯的組成、TNA和％EQ，以及以與實(shí)施例5-11所述的相似方法生產(chǎn)和鑄成扁坯的另外的對(duì)比和發(fā)明的409型不銹鋼熔體的組成、TNA和％EQ匯集在表2中。圖14示出了這些扁坯的％EQ隨TNA的變化關(guān)系。圖14一般地表明，為了得到含有大于50％細(xì)等軸晶粒的鑄態(tài)鋼結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的409型不銹鋼要求Ti≥0.10％,TNA，即(Ti×N)/Al為0.14或0.14以上。對(duì)此例外的是Heat 980460、Heat 880459、Heat 880463、Heat980655和Heat 980687的扁坯。Heat 980655和Heat 980687出現(xiàn)過鑄嘴阻塞問題，即過量的氧化鋁包體，并導(dǎo)致低的中間包鋼水溫度，即低于1545℃的。因此，本發(fā)明的熔體最好進(jìn)行連鑄，其過熱溫度至少40℃，更優(yōu)選地至少55℃，以防止大的氧化鋁包體團(tuán)塊。在用鈦使Heat 880459脫氧后，即氧化鈦包體可能遷移到爐渣后，再次向Heat880459吹過量的碳。沒有觀察到Heat 880463有任何不尋常的現(xiàn)象。
與實(shí)施例5-11扁坯相似，所生產(chǎn)與鑄造的對(duì)比和發(fā)明的430型、439型和439Mo型高鉻不銹鋼熔體的其他鑄態(tài)扁坯的組成、TNA和％EQ匯集在表4中。表4表明，對(duì)于高鉻合金鋼來說，Ti為至少0.10％，而TNA，即(Ti×N)/Al為至少0.30產(chǎn)生鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)，該鑄態(tài)鋼晶粒結(jié)構(gòu)通常含有超過50％的細(xì)等軸晶粒。
本發(fā)明的一個(gè)非常重要的優(yōu)點(diǎn)涉及冷軋、再結(jié)晶退火的成品?，F(xiàn)有技術(shù)的鐵素體不銹鋼不僅在外觀上受到皺紋狀變形的不利影響，而且還具有很差的可成形性，即低的Rm。鐵素體不銹鋼具有有限的可成形性的一個(gè)原因，是因?yàn)橥嘶鸷蟮慕Y(jié)構(gòu)由不均勻或“帶狀的”大晶粒組成。圖11說明了對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)的鐵素體不銹鋼退火后的典型不均勻晶粒結(jié)構(gòu)，該不銹鋼的鈦與氮的積除以鋁的比率小于0.14，并具有含有＜50％等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明使鑄態(tài)鋼中形成細(xì)等軸晶粒，以至冷軋后能夠總是形成細(xì)的均勻的再結(jié)晶晶粒結(jié)構(gòu)。不需要在冷軋前使鋼進(jìn)行退火，并僅經(jīng)過一次冷軋，就能夠形成具有細(xì)的、均勻的再結(jié)晶晶粒結(jié)構(gòu)的鐵素體鉻合金薄鋼板。
應(yīng)當(dāng)理解能夠?qū)Ρ景l(fā)明進(jìn)行各種各樣的修改，但不會(huì)超出本發(fā)明的精神和范圍。因此，應(yīng)由附加的權(quán)利要求書確定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
表1
表1(續(xù))
<p>表2
<p>表2(續(xù))
表4
<p>表5縱向拉伸 橫向拉伸YPE 0.2％YS UTS Elong. RBYPE 0.2％YS UTS Elong. RBrmRidging％ (kg/mm2)(kg/mm2) ％ ％ (kg/mm2) (kg/mm2) ％0.321 41 3463 0.322 43 32 631.24 3-4表6縱向拉伸 橫向拉伸YPE 0.2％YS UTSElong.RBYPE 0.2％YS UTSElong. RBrmRidging％ (kg/mm2)(kg/mm2) ％ ％ (kg/mm2) (kg/mm2) ％0.021 42 3464 0.622 43 34 63 1.451表7縱向拉伸 橫向拉伸YPE 0.2％YS UTSElong.RBYPE 0.2％YSUTS Elong.RBrmRidging％ (kg/mm2) (kg/mm2) ％ ％ (kg/mm2) (kg/mm2) ％0.62141 37 640.62242 36 63 1.43 1-2表8縱向拉伸 橫向拉伸66％冷軋YPE 0.2％YSUTSElong.RBYPE0.2％YS UTS Elong. RBrmRidging％ (kg/mm2)(kg/mm2) ％ ％ (kg/mm2)(kg/mm2) ％0.422 41 36 640.922 41 37641.76 1-276％冷軋0.422 41 36 650.522 41 36661.96285％冷軋0.322 41 34 - 0.422 41 37- 1.92 2-3注YPE屈服點(diǎn)伸度；YS屈服強(qiáng)度；UTS極限抗拉強(qiáng)度；Elong伸度；RB以B分度表示的洛氏硬度；rm平均應(yīng)變比；Ridging起皺紋；TNA:Ti(重量％)×N(重量％)/Al(重量％)；％EQ等軸晶粒％
權(quán)利要求
1．一種鉻合金鐵素體鋼，它含有≤0.08％(重量)C,≥8％(重量)Cr,＜0.03％(重量)Al,≤1.5％(重量)Mn,≤0.05％(重量)N,≤1.5％(重量)Si,＜2.0％(重量)Ni，其余量為Fe和殘留元素，該鋼用鈦脫氧，而其鋼具有＞50％等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，該鋼制成含有Ti≥0.10％，比率(Ti×N)/Al≥0.14的冷軋薄板，該薄板在制成部件時(shí)經(jīng)再結(jié)晶退火并基本上沒有皺紋狀變形，而該退火薄板由熱加工薄板冷軋而成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其中N≤0.012％,Ti≤0.25％。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其中等軸晶粒尺寸≤3毫米。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其中Al≤0.013％。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其中包括選自于鈮、鋯、鉭和釩的第二種穩(wěn)定元素。
7．根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄鋼板，其中Al＜0.02％，而鑄態(tài)結(jié)構(gòu)是≥60％等軸晶粒。
8．根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄鋼板，其中Al≤0.013％，鑄態(tài)結(jié)構(gòu)是≥80％等軸晶粒。
9．根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄鋼板，其中Al≤0.010％，比率(Ti×N)/Al≥0.23，鑄態(tài)結(jié)構(gòu)基本上不含柱狀晶粒。
10．根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄鋼板，其中鑄態(tài)鋼含有氧化鈦包體，大多數(shù)包體的尺寸＜1.5微米。
11．根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄鋼板，其中Cr≥16％，比率(Ti×N)/Al≥0.30。
12．根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄鋼板，其中退火薄板的Rm≥1.7。
13．一種制造鉻合金鋼的方法，該方法包括以下步驟提供含有≤0.08％(重量)C,≥8％(重量)Cr,＜0.03％(重量)Al，≤1.5％(重量)Mn,≤0.05％(重量)N,≤1.5％(重量)Si,＜2.0％(重量)Ni，其余量為Fe和殘留元素的鋼熔體，用Ti使熔體脫氧，將熔體鑄成具有＞50％等軸晶粒的鑄態(tài)結(jié)構(gòu)的鋼，將鋼熱加工成薄板，使薄板除鱗，將薄板冷軋成最終厚度，和使冷軋過的薄板再結(jié)晶退火，其中當(dāng)制成部件時(shí)，退火薄板基本上沒有皺紋狀變形。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中Al＜0.020％,Ti≥0.10％，而(Ti×N)/Al≥0.14。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中Ti≥0.15％,(Ti×N)/Al≥0.23，并滿足關(guān)系式(Ti/48)/[(C/12)+(N/14)]＞1.5。
16．根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中熔體被連鑄成厚度≤140毫米的薄扁坯，以及在將薄扁坯熱軋成薄板前，將扁坯再加熱到溫度1050-1300℃的附加步驟。
17．根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中熱加工薄板不經(jīng)先退火而被冷軋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵素體非皺紋狀變形的不銹鋼及其生產(chǎn)方法。除了含有控制量的鋁之外還含有足夠量的鈦和氮的鉻合金鋼熔體被鑄成鑄錠,或連鑄成帶鋼或扁坯,該鑄錠、帶鋼或扁坯具有基本上沒有柱狀晶粒的鑄態(tài)細(xì)等軸晶粒結(jié)構(gòu)。該鑄態(tài)鋼含有0.08%(重量)C,至少8%(重量)Cr,至多1.5%(重量)Mn,<0.030%(重量)Al,≤0.05%(重量)N,≤1.5%(重量)Si,<2.0%(重量)Ni,其余量為Fe和殘留元素。優(yōu)選地,Ti≥0.10%,并被控制,以至比率(Ti×N)/Al≥0.14,和(Ti/48)/[(C/12)+(N/14)]>1.5。不需研磨連鑄扁坯表面,就可由該扁坯制成熱加工薄板?？蓪峒庸け“宄[、冷軋到最終厚度,并再結(jié)晶退火。為了得到基本上沒有皺紋狀變形并具有高的可成形性的退火薄板,不需要在冷軋前將熱加工薄板退火。
文檔編號(hào)C22C38/18GK1224070SQ9812544
公開日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1998年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者E·約施塔克, A·R·麥卡古伊 申請(qǐng)人:阿姆科公司