具有高力學性能的奧氏體不鏽鋼板材的製備方法及如此獲得的板材的製作方法

2023-08-07 00:25:16

專利名稱：具有高力學性能的奧氏體不鏽鋼板材的製備方法及如此獲得的板材的製作方法
具有高力學性能的奧氏體不鏽鋼板材的製備方法及如此獲
得的板材本發明涉及由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材的製備，該奧氏體不鏽鋼具有高力學 性能，並且特別是力學強度和均勻延伸率的非常有利的結合。對於汽車工業中的結構部件的製備，通用實踐是採用不同級別的塗覆的碳鋼片 材，所述塗覆的碳鋼片材具有或多或少的複雜顯微組織。由具有l_3mm厚的片材生產零件。 然而，對於某些零件，人們希望具有更高抗腐蝕性與高可變形性的組合，以便使用複雜的壓 延操作生產零件。而且，眾所周知，奧氏體不鏽鋼得到廣泛應用，歸因於其優異的抗腐蝕性 和其力學性能，尤其是其高延展性。例如，根據EN 10088-1標準表示的稱為1.4318的奧 氏體不鏽鋼是眾所周知的，其組成含有(含量以重量表示)0.030%，Si ^ 1.00%, Mn ^ 2. 00 %, P ^ 0. 045 %, S ^ 0. 015 %, Cr 16. 50—18. 50 %, Ni 6. 00-8. 00 %, N 0.10-0.20%。由於在室溫變形期間形成馬氏體，因此這類鋼具有高力學性能。這類鋼 在退火態的典型力學性能如下屈服強度Rpa2(對應於0.2%應變的常規屈服強度) 300-400MPa ；均勻延伸率A彡45 %，Rm(最大強度)彡700MPa ；乘積P = Rp0.2 (MPa) X均 勻延伸率=約15750MPa. %。能夠以通過冷軋而處於加工硬化狀態應用這些鋼種C850， C1000-EN-10088-2標準，這些牌號分別對應於最小強度850和lOOOMPa。該操作所賦予的 屈服強度的提高(Rpa2彡600MPa)也由同時降低的延伸率(A = 30% )證實。因而乘積P達 到了約ISOOOMPa. %。對某些應用，這些性能是令人滿意的。然而，如果在使用時要求高強 度，例如為了減重的增加以及為了由於現有成形操作的高能力，那麼這些性能還是不夠的。通過冷軋而加工硬化的替代性方法是通過在足夠低的溫度下進行熱軋而加工硬 化。該方法賦予了更好的延伸率-強度的折衷，但主要缺點是成形過程中引起局部變形，導 致蠕蟲狀(vermiculures)缺陷。為了在熱軋後沒有再結晶的標準1. 4318鋼中避免這類蠕 蟲狀缺陷，必須在該熱軋後進行退火操作。因此，本發明的目的是提供奧氏體不鏽鋼熱軋片材，該奧氏體不鏽鋼具有超過或 等於上述1. 4318類型鋼種的力學性能，該鋼製造廉價並對蠕蟲狀缺陷的出現不敏感。本發明的目的還是提供由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材，該奧氏體不鏽鋼具有大 於21000MPa. %的乘積P，其可以與大於650MPa的屈服強度Rpa2組合或還可以與大於45% 的均勻延伸率組合。為此目的，本發明的主題是由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材，其乘積 P (Rp0.2 (MPa) X均勻延伸率(％))大於21000MPa. %並且其化學組成包含，含量以重量 表示0· 015% 彡 C 彡 0. 030 %，0· 5% 彡 Mn 彡 2 %，Si ^ 2 %, 16. 5 % ^ Cr ^ 18%,6% ^ Ni ^ 7 %, S ^ 0. 015 %, P ^ 0. 045 %, Al ^ 0. 050 %, 0. 15 % ^ Nb ^ 0. 31 %, 0. 12 % 彡N彡0. 16%，Nb和N含量使得Nb/8+0. 1 %^ N ^ Nb/8+O. 12%，任選0. 0005%彡 B 彡 0. 0025%,Mo 彡 0. 6%，組 成的餘量由鐵和源自熔煉的不可避免的雜質組成。根據優選的實施方案，該鋼的鈮和氮含量，以重量表示，使得0. 20 % < Nb < 0. 31%，0.N < 0. 16%。
本發明的主題還是由根據任一上述組成的奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材，其屈服 強度RP。.2大於650MPa，其特徵在於該鋼的平均奧氏體晶粒尺寸小於6微米，還在於未再結 晶表面分數為30-70%以及還在於鈮完全為析出物的形式。本發明的主題還是由根據任一上述特徵的奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材，其均勻 延伸率大於45 %，其特徵在於鈮沒有完全析出。本發明的主題還是製備由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材的方法，該奧氏體不鏽鋼 的屈服強度Rpa2大於650MPa，其中提供由鋼製成的半成品，該鋼具有根據任一上述組成 的組成；然後，將所述半成品再加熱至1250°C -1320°C的溫度；然後將所述半成品在低於 990°C的軋制終了溫度下軋制並且最後兩個精軋機架(cages finisseuses)的累計壓下率 ε大於30%。根據一個特別的實施方案，提供由具有上述組成的鋼製成的半成品，其含有 0. 20%^ Nb ^ 0. 31%,0. 12%^ N^O. 16%，然後將所述的半成品在低於970°C的軋制終 了溫度下軋制。本發明的主題還是製備由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材的方法，該奧氏體不鏽鋼 的均勻延伸率大於45%，其中提供由鋼製成的半成品，該鋼具有根據任一上述組成的組 成；然後，將所述半成品再加熱至1250°C -1320°C的溫度；然後將所述半成品在高於1000°C 的軋制終了溫度下軋制。本發明的主題還是製備由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材的方法，該奧氏體不鏽鋼 的乘積P(Rpa2(MPa) X均勻延伸率(％))大於21000MPa. %，其中提供由鋼製成的半成品， 該鋼具有根據任一上述組成的組成；然後，將所述半成品再加熱至1250°C _1320°C的溫度； 然後將所述半成品熱軋。本發明的主題還是由根據任一上述特徵的不鏽鋼製成的熱軋鋼片材或由任一上 述方法製備的熱軋鋼片材用於在汽車領域中製備結構部件的用途。通過下面以實施例方式給出的描述過程，本發明的其它特徵和優勢將變得更加明 晰。在大量試驗之後，發明人已表明通過遵守下列條件滿足了上述的不同要求關於鋼的化學組成，碳含量必須等於或小於0.030%以避免對晶間腐蝕敏感的風 險。為了獲得大於650MPa的屈服強度的目的，碳含量必須等於或大於0. 015%。錳，像矽一樣，是因其在液態具有脫氧性能並能提高熱延展性(特別是與硫組合) 而眾所周知的元素。而且，在環境溫度下，錳促進奧氏體相的穩定性並降低堆垛層錯能。它 還增加氮的溶解度。當錳含量為0. 5-2%時，可以廉價地獲得這些有利的效應。像錳一樣，矽是為使液態鋼脫氧的目的而通常添加的元素。通過固溶硬化或其在 鐵素體δ含量上的作用，矽也增加屈服強度和拉伸強度。然而，高於2%，降低焊接性和熱 延展性。鉻是因提高抗氧化性和在水性介質中抗腐蝕性而眾所周知的元素。當其含量為 16. 5-18%時，令人滿意地獲得了這種效應。鎳是確保鋼的奧氏體組織在環境溫度下足夠穩定的重要元素。其優化含量必須由 組成中相關的其它元素確定，所述元素是促進α相形成的元素，如鉻，或者那些促進Y相 形成的元素，如碳和氮。當其含量等於或大於6%時，其在組織穩定性上的效應是足夠的。高於7%，生產成本因該添加元素的花費而將過度增加。鉬能增加抗點蝕性能。任選地，可以按至多0. 6%的量進行鉬的添加。硼用於改善鋼的鍛造性。任選地，可以按0. 0005-0. 0025%的量進行硼的添加。添 加更大的數量將嚴重降低燒制溫度。硫是特別劣化熱鍛性和抗腐蝕性的元素，其含量必須保持等於或小於0. 015%。同樣地，磷劣化熱延展性，其含量必須小於0. 045%以獲得令人滿意的結果。鋁是使液態金屬脫氧的強烈試劑。與上述的矽和錳含量組合，當其含量等於或小 於0. 050%時獲得優化的效應。鈮和氮是本發明用於製備具有高力學性能的奧氏體不鏽鋼目的的重要元素。鈮延緩熱軋期間的再結晶，對於給定的軋制終了溫度，其添加導致保持較高的加 工硬化因子(據說該熱軋是「加工硬化」)，因而增加了該鋼的拉伸強度。像Ti 一樣，鈮通 常用來抵抗鉻碳化物的形成(EN1. 4580和EN 1. 4550Nb穩定化奧氏體不鏽鋼)。最終，其可 導致在抗熱蠕變性能方面賦予改善的金屬間化合相的形成。氮是在間隙固溶體中硬化的元素，其最特別地在此方面增加了屈服強度。還已知 道，在固溶體中作為奧氏體相的強穩定劑和作為鉻碳化物Cr23C6析出的延遲劑。在凝固階 段，氮的溶解度經歷了最大量，該含量太高以導致金屬中大量缺陷的形成。在奧氏體不鏽鋼中為硬化目的組合添加鈮和氮是稍微不同尋常的。在本發明的範 圍內，已經表明具有的組成接近上述1. 4318鋼的不鏽鋼有利地得益於鈮和氮的特定組合 添加，為了在準確的情況下獲得一定的力學性能的目的而優化，這些情況提及如下首先，已經表明氮含量為0. 12-0. 16%,以及鈮含量為0. 15-0. 31%，鈮和氮含量 使得Nb/8+0. l%^N^Nb/8+0. 12% (關係1)，使得製備具有高力學性能的待壓延的熱軋 片材成為可能，而不需要像常規的1. 4318鋼那樣在軋制後退火，壓延部件不經受蠕蟲狀缺 陷的形成。氮化物NbN的析出(其發生在熱軋終了期間)降低了固溶體中氮的量。在所 有可獲得的鈮完全析出後，上述關係式(1)在固溶體中保持具有如在1.4318鋼種中 (N^ 0. 1% )同樣多的氮。因此，這使得在環境溫度獲得同樣的亞穩奧氏體成為可能。由於在凝固期間氮在 鋼中的溶解度限制，通過增加N含量降低M含量的可能性受限。對於根據本發明的鋼中的 Cr、Mn和Ni含量，氮含量必須等於或小於0. 16 %。必須存在足夠數量的鈮以便獲得硬化效應並延遲再結晶。必須使該含量合適以獲 得高於軋制終了溫度的NbN固溶相線，以便在熱軋終了獲得析出。根據本發明的鈮和氮含量能夠使得在熱軋後獲得大量的NbN析出。0. 15-0. 31%的鈮(優選0. 20-0. 31%的鈮)和0. 12-0. 16%的氮的組合添加(鈮 和氮含量使得Nb/8+0.Nb/8+0. 12% )使得獲得有利的屈服強度/延伸率的組 合成為可能，其乘積P大於21000MPa. %。除了鐵，組成的餘量由源自熔煉的不可避免的雜質組成，例如Sn或Pb。根據本發明的製備方法實施如下將具有上述組成的鋼熔煉。該熔煉之後可將鋼鑄成坯錠，或在最普通的情形中連 鑄成例如150-250mm厚的板坯形式。還可以在鋼反轉輥之間以幾十毫米厚的薄板坯形式進行鑄造。將這些鑄造半成品首先加熱到1250-1320°C的溫度。1250°C溫度的目的是溶解任 何鈮基析出物(氮化物和碳氮化物)。然而，溫度必須低於1320°C，以免太接近固相線溫度， 在某些偏析區可達到該固相線溫度並引起局部液相的出現，這將對熱成形有害。在反轉輥 之間直接鑄造薄板坯的情形中，可以在鑄造之後在低於1250°C的溫度下直接開始進行熱軋 這些半成品的步驟，因此在這種情形中不需要中間的再加熱步驟。軋制通常在連續熱軋機上進行，該熱軋機特別包括粗軋機架和精軋機架。已表明， 通過特別控制最後兩個精軋機架的壓下率將獲得特別高的屈服強度Rptl2 如果進入倒數第 二個精軋機架的片材的厚度表示為eN_2並且離開最後的精軋機架的片材的厚度表示為％，
那麼最後兩個精軋機架上方的累計壓下率表示為ε = ^2 。根據本發明，已表明當
^N-I
軋制終了溫度低於990°C並且當累計壓下率ε大於30%時，最終獲得產品的屈服強度Rpa2 大於650MPa，這時鈮完全為析出物的形式。對於0. 20-0. 31%的Nb含量和0. 12-0. 16%的氮含量，當軋制終了溫度低於970°C 並且ε大於30%時，獲得了 650MPa的該最小值。根據本發明，已表明當軋制終了溫度高於1000°C時可獲得均勻延伸率大於45% 的熱軋片材。在這種情況下，鈮部分地析出。熱軋後，獲得的片材對蠕蟲狀缺陷的出現不敏感並且不需要中間退火。作為非限制實施例，下面的結果將表明本發明所賦予的有利的特性。實施例通過鑄造具有下表所示組成的鋼生產了半成品(以襯％計)表1 鋼的組成(以Wt %計)
權利要求
由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材，其乘積P(Rp0.2(MPa)×均勻延伸率(％))大於21000MPa.％並且其化學組成包含，含量以重量表示0.015％≤C≤0.030％0.5％≤Mn≤2％Si≤2％16.5％≤Cr≤18％6％≤Ni≤7％S≤0.015％P≤0.045％Al≤0.050％0.15％≤Nb≤0.31％0.12％≤N≤0.16％Nb和N含量使得Nb/8+0.1％≤N≤Nb/8+0.12％任選地0.0005％≤B≤0.0025％Mo≤0.6％，組成的餘量由鐵和源自熔煉的不可避免的雜質組成。
2.根據權利要求1的奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材，其特徵在於所述鋼的鈮和氮含量 以重量表示使得0. 20%^ Nb 彡 0. 31% 0. 12%^ N^O. 16%。
3.根據權利要求1或2的由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材，其屈服強度Rpa2大於 650MPa，其特徵在於所述鋼的平均奧氏體晶粒尺寸小於6微米，還在於未再結晶表面分數 為30-70%以及還在於鈮完全為析出物的形式。
4.根據權利要求1或2的由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材，其均勻延伸率大於45%， 其特徵在於鈮沒有完全析出。
5.製備由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材的方法，其屈服強度Rpa2大於650MPa，其中 -提供由具有根據權利要求1或2的組成的鋼製成的半成品；然後-將所述半成品再加熱至1250°C -1320°C的溫度；並且然後-將所述半成品在低於990°C的軋制終了溫度下軋制並且在最後兩個精軋機架上的累 計壓下率ε大於30%。
6.根據權利要求5的製備方法，其特徵在於提供由具有根據權利要求2的組成的鋼製 成的半成品並且將所述半成品在低於970°C的軋制終了溫度下軋制。
7.製備由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材的方法，其均勻延伸率大於45%，其中 -提供由具有根據權利要求1或2的組成的鋼製成的半成品；然後-將所述半成品再加熱至1250°C -1320°C的溫度；並且然後 -將所述半成品在高於1000°c的軋制終了溫度下軋制。
8.製備由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋片材的方法，其乘積P(Rpa2(MPa)X均勻延伸率(% ))大於 21000MPa. %，其中-提供由具有根據權利要求1或2的組成的鋼製成的半成品；然後 -將所述半成品再加熱至1250°C -1320°C的溫度；並且然後 -然後將所述半成品熱軋。
9.根據權利要求1-4中任一項的不鏽鋼製成的熱軋片材，或根據權利要求5-8中任一 項的方法製備的熱軋片材，用於在汽車領域中製備結構部件的用途。
全文摘要
本發明涉及由奧氏體不鏽鋼製成的熱軋板材，其化學組成包含，含量以重量表示0.015％≤C≤0.030％；0.5％≤Mn≤2％；Si≤2％；16.5％≤Cr≤18％；6％≤Ni≤7％；S≤0.015％；P≤0.045％；Al≤0.050％；0.15％≤Nb≤0.31％；0.12％≤N≤0.16％；Nb和N含量使得Nb/8+0.1％≤N≤Nb/8+0.12％，任選地0.0005％≤B≤0.0025％，Mo≤0.6％，組成的餘量由鐵和源自熔煉的不可避免的雜質組成。
文檔編號C21D7/13GK101965416SQ200980107326
公開日2011年2月2日 申請日期2009年3月3日 優先權日2008年3月21日
發明者J-C·格萊茨, V·克斯託耶 申請人:安塞樂米塔爾不鏽鋼法國公司