鐵素體不銹鋼的制作方法
【專利說明】鐵素體不銹鋼
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有增強(qiáng)的高溫強(qiáng)度和良好的抗高周疲勞性、抗蠕變性以及抗氧 化性以及耐腐蝕性的鐵素體不銹鋼，其用于高溫應(yīng)用，用于例如汽車排氣歧管的部件。
[0002] 標(biāo)準(zhǔn)的鐵素體不銹鋼EN 1. 4509含有小于0. 03重量％的碳，17. 5-18. 5重量％的 鉻，0. 1-0. 6重量％的鈦，小于1重量％的娃，小于1重量％的猛，和（3 X C+0. 30)至1.0重 量％的鈮含量，其中C為碳的重量百分比含量，該鐵素體不銹鋼EN 1. 4509通常用于汽車工 業(yè)中的管狀產(chǎn)品以及工藝設(shè)備例如熱交換器。在高溫（高達(dá)850°C )下的高機(jī)械強(qiáng)度使得 該鐵素體不銹鋼材料適用于排氣系統(tǒng)的前端（接近發(fā)動機(jī)）。此外，添加鉻賦予其相當(dāng)好 的腐蝕性能，這使得該鋼ENL 4509也適用于汽車排氣系統(tǒng)中的消音器。保證強(qiáng)度Rpa2是約 300-350MPa并且拉伸強(qiáng)度R ni是約430-630MPa。
[0003] 日本專利申請JP2001-316773涉及一種用于催化劑載體的耐熱鐵素體不銹鋼， 其組成以重量百分比計(jì)含有0. 003-0. 02 %的C，小于0. 02 %的N，0. 1-2 %的Si，小于3 % 的 Mn,小于 0· 04% 的 P，小于 0· 02% 的 S，10-25% 的 Cr，l-2. 5% 的 Al, Ti :3X (C+N)至 20X (C+N)%，且A1+0. 5XSi :1.5-2. 8%，以及余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。此外，添加選 自 0· 1-2. 5% 的 Mo,0· 1-2. 5% 的 Cu,0· 1-2. 5% 的 Ni,0· 01-0. 5% 的 Nb,0· 05-0. 5% 的 V， 0· 0005-0. 005% 的 Β，0· 0005-0. 005% 的 Mg, 0· 0005-0. 005% 的 Ca 和 0· 001-0. 01 % 的稀土 金屬中的一種或多種元素，以及在表面使用加工硬化層，是優(yōu)選的。
[0004] 日本專利申請JP2008-285693描述了一種具有良好耐熱疲勞性能的用于汽車排 氣系統(tǒng)部件的鐵素體不銹鋼，其可被置于約950°C溫度下持續(xù)長時間。該鋼按重量百分比計(jì) 含有0. 02%或更少的C，1. 5%或更少的Si, 1. 5%或更少的Mn,0. 04%或更少的P，0. 03% 或更少的S，0· 2-2. 5 %的Al，0· 02 %或更少的N，13-25 %的Cr, 0· 5 %或更少的Ni，0· 5 % 或更少的V，大于0.5至1.0%的Nb, 3X (C+N)至0.25%的Ti,以及余量為Fe和不可避免 的雜質(zhì)。該鋼板可以進(jìn)一步含有（按wt %計(jì)）0. 0003-0. 0050 %的B，0. 3-2. 5 %的Mo和 0· 1-2. 0%的 Cu。
[0005] 日本專利申請JP2001-316773和JP2008-285693中的鐵素體不銹鋼含有鋁，其不 僅作為脫氧元素，而且作為固溶強(qiáng)化元素，并且增加鋼表面上的保護(hù)生氧化膜的形成。然 而，過多的鋁含量會降低鋼的可加工性，從而使得鋼難以制造并增加制造成本。
[0006] 日本公開JP2009-197307描述了一種鐵素體不銹鋼，其含有（以重量％計(jì)） < 0.015% 的 C，< 0· 1% 的 Si, < 2.0% 的 Mn, 14-20% 的 Cr, < 1.0% 的 Ni,0.8-3. 0% 的 Mo, 1. 0-2. 5% 的 Cu, < 0· 015% 的 Ν，0· 3-1. 0% 的 Nb，0. 01-0. 3% 的 Al, 1. 0-5. 0% 的 W，W 與 Mo的總含量使得（Mo+W)總和為3. 0-5. 8%，任選的< 0. 25%的Ti,0. 0005-0. 003%的B， < 0. 5%的V，< 0. 5%的Zr, < 0. 08%的REM(稀土金屬），以及< 0. 5%的Co。在該不銹 鋼中，硅含量非常低。此外，鑰和鎢的含量總和為3. 0-5. 8重量％。該鑰和鎢含量總和不只 是任選的。鑰和鎢被認(rèn)為是昂貴的元素，并且大量添加它們（例如3%或更多）將使得制造 成本非常高。
[0007] JP2009-235572公開文本涉及一種鐵素體不銹鋼，其化學(xué)組成為（以重量％計(jì)） < 0.015% 的 C，< 0.2% 的 Si, < 0.2% 的 Mn, 16-20% 的 Cr, <0· 1% 的 Mo, I. O-L 8% 的 (：11，<0.015%的1<0.15%的11，0.3-0.55%的恥，0.2-0.6%的六1，任選的<0.5%的 ，< 0.003%的8，<0.5%的￥，<0.5%的21'，<0.1%的1，<0.08%的1^]\1(稀土金屬） 和< 0. 5%的Co。在該日本公開文本中也使用鋁作為一種合金化成分，該成分使得這種不 銹鋼的制造工藝較為復(fù)雜且較為昂貴，因?yàn)橛捎阡X應(yīng)通過特殊制造該不銹鋼。該鋼還具有 極低的硅含量，并且據(jù)稱其改善循環(huán)氧化耐受性，但未提及關(guān)于恒溫氧化耐受性變化的任 何內(nèi)容，硅被認(rèn)為對于恒溫氧化耐受性是非常有益的。
[0008] 韓國公開文本KR2012-64330描述了一種鐵素體不銹鋼，其化學(xué)組成為（以重量％ 計(jì)）< 0· 05% 的 C，< 1. 0% 的 Si, < 1. 0% 的 Mn, 15-25% 的 Cr, < 2. 0% 的 Ni, < 1. 0% 的 Mo, < L 0% 的 Cu, < 0· 05% 的 Ν，0· 1-0. 5% 的 Nb，0. 001-0. 01% 的 B，< 0· 1 % 的 A1， 0. 01-0. 3%的V，0. 01-0. 3的Zr。該韓國公開文本提到汽車排氣歧管零件作為該鐵素體不 銹鋼應(yīng)用之一。然而，該韓國公開文本KR2012-64330并未提及關(guān)于高周疲勞的任何內(nèi)容， 該高周疲勞是汽車排氣系統(tǒng)中的非常重要的性能。這是基于銅含量非常低，銅含量對于抗 高周疲勞性非常重要。
[0009] 本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的一些缺陷并且獲得一種新型且改進(jìn)的鐵素體不 銹鋼，從而用于部件（例如汽車排氣歧管）需要增強(qiáng)的高溫強(qiáng)度以及良好的對高周疲勞、蠕 變和氧化的耐受生的條件，并且該鐵素體不銹鋼的制造成本低廉。本發(fā)明的基本特征在所 附權(quán)利要求書中列出。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，所述鐵素體不銹鋼的化學(xué)組成以重量百分比計(jì)為：小于0.03%的 碳，(λ 05-2 %的硅，(λ 5-2 %的錳，17-20 %的鉻，(λ 5-2 %的鑰，小于(λ 2 %的鈦，(λ 3-1 %的 鈮，1-2%的銅，小于0. 03%的氮，0. 001-0. 005%的硼，該化學(xué)組成的余量為鐵和不銹鋼中 出現(xiàn)的不可避免的雜質(zhì)。
[0011] 任選地，可在本發(fā)明的鐵素體不銹鋼中添加鋁、釩、鋯、鎢、鈷和鎳中的一種或多種 合金化兀素以及一種或多種稀土金屬（REM)。
[0012] 在根據(jù)本發(fā)明的鐵素體不銹鋼中，保證強(qiáng)度Rpa 2是約450-550MPa以及拉伸強(qiáng)度Rm 是約 570-650MPa。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的鐵素體不銹鋼在周期性條件下具有良好的高溫腐蝕耐受性，良好的 高溫強(qiáng)度，以及良好的抗高周疲勞性。所述抗高周疲勞性相比于標(biāo)準(zhǔn)的EN 1.4509鐵素體 不銹鋼得到改善，使得當(dāng)在700°C下暴露于振幅為60MPa的60MPa平均應(yīng)力時，本發(fā)明鐵素 體不銹鋼的壽命大體上至少加倍。相比于現(xiàn)有技術(shù)的鋼，本發(fā)明的鐵素體不銹鋼以更薄的 材料實(shí)現(xiàn)了載荷承受能力。相比于標(biāo)準(zhǔn)的EN 1.4509鐵素體不銹鋼，通過添加鑰、銅和硼以 及使用鈮和鈦含量的受控穩(wěn)定化實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明鐵素體不銹鋼的這些性能。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的鐵素體不銹鋼在含氯化物和硫的環(huán)境中都具有良好的耐腐蝕性。在 25°C溫度下的IM氯化鈉（NaCl)中的點(diǎn)蝕電位（E pt)是約300-450mVSCE，在相同條件下的再 鈍化（repassivation)電位（E rp)為-80mVSCE。在 30 °C 溫度下的 0.5 % 硫酸（H2SO4)中的 臨界電流密度（i。）是約〇. 8mA/cm2,在相同條件下的過鈍化電位（Ett)是約900-1000mVSCE。 本發(fā)明的鐵素體不銹鋼的這些性能使通過添加鑰和銅獲得的，并且相比于標(biāo)準(zhǔn)的ENL 4509 鐵素體不銹鋼產(chǎn)生改善的耐腐蝕性。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的鐵素體不銹鋼中每種元素的作用和含量在下面進(jìn)行描述，含量為重 量百分比。
[0016] 碳（C)是維持機(jī)械強(qiáng)度的重要元素。然而，如果添加大量的碳，碳