專利名稱：形狀凝固性良好的鐵素體不銹鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵素體不銹鋼板，該鋼板由于在成形后具有較少如回彈和扭轉(zhuǎn)的尺寸缺陷和良好的形狀凝固性，可通過沖壓成形、輥軋成形或諸如此類方法被成形成產(chǎn)品型鋼，以及還涉及一種制造該鋼板的方法。
背景技術(shù)：
不銹鋼板由于其優(yōu)良的外觀及耐蝕性能已被用于各種不同領(lǐng)域，例如建筑物的內(nèi)或外構(gòu)件、家庭電氣用框架構(gòu)件以及廚房物品。在本發(fā)明中，措詞“鋼板”包括鋼帶。
由不銹鋼成形的產(chǎn)品經(jīng)常包括有在彈性復(fù)原時(shí)產(chǎn)生的尺寸缺陷，因?yàn)椴讳P鋼板的彈性應(yīng)變大于普通鋼板。例如，當(dāng)簡單地被彎曲成產(chǎn)品型鋼的鋼板離開成形模時(shí)，由于釋放彈性應(yīng)變彎曲角變得比所設(shè)計(jì)的角寬。該改變就是所謂的“回彈”。特別是產(chǎn)品是通過輕微沖壓由鋼板制得的情況下，甚至在產(chǎn)品離開成形模后，彈性應(yīng)變沒有完全釋放而是保持在凸緣或沖壓底部。該殘余的應(yīng)變引起缺陷，如扭轉(zhuǎn)并顯著地降低產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值。
為了抑制在生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生缺陷，在各種不同的不銹鋼板中已經(jīng)使用了較軟的奧氏體不銹鋼板，如SUS304。然而，奧氏體不銹鋼由于高的Ni含量是昂貴的材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鐵素體不銹鋼板，該鋼板由于顯著地降低了Ni的含量，是較廉價(jià)的材料，而且形狀凝固性被改進(jìn)，以抑制成形后的尺寸缺陷，如回彈和扭轉(zhuǎn)。
本發(fā)明提出了一種新的鐵素體不銹鋼板，該鋼板在由式(1)所定義的FM值被調(diào)節(jié)到0或更低的條件下，具有由C最高達(dá)0.10質(zhì)量％、Si最高達(dá)1.0質(zhì)量％、Mn最高達(dá)1.0質(zhì)量％、P最高達(dá)0.050質(zhì)量％、S最高達(dá)0.020質(zhì)量％、Ni最高達(dá)2.0質(zhì)量％、Cr為8.0～22.0質(zhì)量％、N最高達(dá)0.05質(zhì)量％、從0.01～0.50質(zhì)量％的Ti、0.01～0.50質(zhì)量％的Nb、0.01～0.30質(zhì)量％的V、0.01～0.30質(zhì)量％的Zr和0.0010～0.0100質(zhì)量％的B中選出的一種或多種以及余量基本是鐵所組成的合金化組份。該鐵素體不銹鋼板具有平面各向異性度(γmax-γmin)為Lankford值(γ)≤0.80以及0.2％屈服強(qiáng)度的各向異性度(σmax-σmin)≤20N/mm2。
FM＝420C-11.5Si+7Mn+23Ni-3.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-50Nb-23V-52Al+470N+20 ...(1)該不銹鋼板較佳地具有沿軋制方向(Direction-L)、以45度角相交Direction-L的方向(Direction-D)以及以直角相交Direction-L的橫向方向(Direction-T)中任一方向上的0.2％屈服強(qiáng)度≤350N/mm2。
該不銹鋼板通過熱軋含特定組成的鐵素體不銹鋼，然后將熱軋鋼板在700～880℃下，分批退火1～24小時(shí)制得。


圖1是說明彎曲試驗(yàn)的示意圖，通過彎曲試驗(yàn)將鋼板彎曲成盒形，并測量盒角以評價(jià)回彈。
圖2是說明有關(guān)平面各向異性度(γmax-γmin)Lankford值(γ)和0.2％屈服強(qiáng)度的各向異性度(σmax-σmin)的回彈角曲線圖。
具體實(shí)施例方式
鐵素體不銹鋼的性能基本上取決于化學(xué)組成和制造條件。本發(fā)明人已研究并檢驗(yàn)了化學(xué)組成和制造條件對性能的作用，并發(fā)現(xiàn)了通過將特定合金化組成與制造條件結(jié)合改進(jìn)了形狀凝固性(換言之，抑制成形后由回彈產(chǎn)生的形變)。
由于在將不鋼板塑性成形成產(chǎn)品型鋼時(shí)，形狀凝固性不僅受到單軸形變而且也受到多軸形變的影響，物質(zhì)性能和沿不同方向的各向異性對形狀凝固性產(chǎn)生巨大作用。特別是，沿L、D和T方向Lankford值(γ)和0.2％屈服強(qiáng)度的偏差是主要因素。當(dāng)沿L、D和T方向的Lankford值(γ)偏差較小時(shí)，不銹鋼板具有較小的平面各向異性。
當(dāng)Lankford值(γ)沿L、D和T方向彼此不同時(shí)，不銹鋼板在每個(gè)施加相同應(yīng)力的部分都有厚度降低的偏差。厚度降低的偏差造成被成形成產(chǎn)品型鋼的不銹鋼板中殘余應(yīng)變的不規(guī)則分布，導(dǎo)致不良的形狀凝固性。沿L、D和T方向0.2％屈服強(qiáng)度彼此的偏差意味著在用一定應(yīng)力使不銹鋼板塑性成形時(shí)給予不銹鋼板彼此不同的各種應(yīng)變。在這一情況下，形狀凝固性也不良。
為了改進(jìn)形狀凝固性，必須降低平面各向異性度(γmax-γmin)和0.2％屈服強(qiáng)度的各向異性度(σmax-σmin)，其中γmax和σmax為沿L、D和T方向的最大Lankford值和0.2％屈服強(qiáng)度，而γmin和σmin為沿L、D和T方向的最小Lankford值(γ)和0.2％屈服強(qiáng)度。
通過將不銹鋼板的再結(jié)晶鐵素體晶粒調(diào)節(jié)到具有相等平面取向的各向同性狀態(tài)，降低Lankford值(γ)的平面各向異性度(γmax-γmin)和0.2％屈服強(qiáng)度的各向異性度(σmax-σmin)。通過將以細(xì)碳氮化合物顆粒形式均勻地分布在鋼基體中溶解的C和N的沉積達(dá)到鐵素體晶粒的各向同性再結(jié)晶。鐵素體晶粒的各向同性再結(jié)晶有效地降低了各向異性度(γmax-γmin，σmax-σmin)。細(xì)碳氮化合物顆粒的均勻分布對再結(jié)晶鐵素體晶體任意生長的作用解釋如下鋼基體中存在的碳氮化合物顆粒充當(dāng)了不銹鋼板最后煺火時(shí)，例如分批退火或最終退火時(shí)鐵素體晶粒再結(jié)晶的籽晶。盡管迄今已將晶界和形變區(qū)，如冷軋鐵素體結(jié)構(gòu)中的滑移帶認(rèn)為是鐵素體晶粒再結(jié)晶的籽晶，但晶界和形變區(qū)通過冷軋延伸。結(jié)果，晶界和形變區(qū)具有特定的取向，而再結(jié)晶鐵素體晶粒在定向后生長。另一方面，碳氮化合物顆粒是粒狀的并且非常硬(維氏硬度大于1000)，使得它們在冷軋時(shí)不被延伸而是在與鐵素體晶粒接觸時(shí)在邊界處充當(dāng)鐵素體晶粒再結(jié)晶的籽晶。
通過合適地控制退火條件保證細(xì)碳氮化合物顆粒的均勻分布，以使將在以前熱軋工序中生成的軋制織構(gòu)轉(zhuǎn)化成各向同性鐵素體結(jié)構(gòu)。該各向同性結(jié)構(gòu)即至在冷軋狀態(tài)時(shí)也會保持。這就是由于在隨后的冷軋工序中施加應(yīng)力，每個(gè)鐵素體晶粒被定向，而鐵素體晶粒整體仍是均勻并各向同性的。均勻分布的細(xì)碳氮化合物顆粒在由冷軋工序到退火工序充當(dāng)了鐵素體晶粒再結(jié)晶的籽晶，以達(dá)到鐵素體晶粒進(jìn)一步均勻平面定向。因此，降低了平面各向異性度(γmax-γmin)，并且不銹鋼板被沖壓成形具有良好的形狀凝性。
本發(fā)明的其它特色由如下對合金化組成和制造條件的說明將變得顯而易見。
按照本發(fā)明的鐵素體不銹鋼含有如下組成作為基本組份。
C最高達(dá)0.10質(zhì)量％通過分批退火將C轉(zhuǎn)化成碳化物，并且該碳化物在最后退火工序再結(jié)晶時(shí)充當(dāng)鐵素體晶粒任意生長的籽晶。然而，C是一種不利地提高退火后冷軋不銹鋼板強(qiáng)度的元素。過量的C含量也不利于韌性。因而C含量被控制在0.10質(zhì)量％或更低。
Si最高達(dá)1.0質(zhì)量％Si是在煉鋼時(shí)作為脫氧劑添加的一種元素，但將鋼基體固溶硬化得過多。由于過量Si引起硬化并降低延展性，Si含量的上限被定為1.0質(zhì)量％。
Mn最高達(dá)1.0質(zhì)量％Mn是一種奧氏體構(gòu)成元素，由于其小的固溶硬化能力不會對鋼材料造成有害作用，其對控制由式(1)定義的FM值有用。然而，過量Mn引起煉鋼時(shí)煙塵的產(chǎn)生并使生產(chǎn)率惡化。在這一意義上，Mn被控制在1.0質(zhì)量％或更少。
P最高達(dá)0.050質(zhì)量％P是對熱加工性有害的一種元素。通過控制P含量小于0.050質(zhì)量％來抑制P的作用。
S最高達(dá)0.020質(zhì)量％S是在晶界離析并使熱加工性惡化的一種元素。通過控制S含量小于0.020質(zhì)量％抑制這些作用。
Ni最高達(dá)2.0質(zhì)量％Ni是如Mn一樣的奧氏體構(gòu)成元素并對控制FM值有用。然而，過量添加高于2.0質(zhì)量％的Ni提高鋼的成本并且還使鋼硬化。
Cr為8.0～22.0質(zhì)量％Cr是一種耐蝕性的基本元素。作為不銹鋼為耐蝕性必須至少8質(zhì)量％的Cr。然而，過量添加大于22.0質(zhì)量％的Cr使不銹鋼板的韌性和可加工性惡化。
N最高達(dá)0.05質(zhì)量％通過分批退火將N轉(zhuǎn)化成氮化物。該氮化物充當(dāng)最終退火工序中再結(jié)晶時(shí)鐵素體晶粒任意生長的籽晶。然而，過量N引起韌性降低，因?yàn)镹提高退火冷軋鋼板的強(qiáng)度。因而，N含量控制到0.05質(zhì)量％或更低。
除上述元素外，銑素體不銹鋼另外可含有一種或多種如下元素。
Al最高達(dá)0.10質(zhì)量％Al是一種在煉鋼時(shí)作為脫氧劑添加的元素。含量大于0.10質(zhì)量％的過量Al造成非金屬夾雜物的增高，韌性降低以及產(chǎn)生表面缺陷。從而，適當(dāng)?shù)匾?guī)定Al含量以使FM值控制到0或更少。
Mo最高達(dá)1.0質(zhì)量％Mo是一種改進(jìn)耐蝕性的元素，但過量添加大于1.0質(zhì)量％的Mo會促使固溶硬化并阻止高溫區(qū)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，導(dǎo)致降低熱加工性。
Cu最高達(dá)1.0質(zhì)量％
Cu是一種在煉鋼時(shí)由廢鋼中包含的元素。由于過量Cu對熱加工性和耐蝕性不合適，其上限被定為1.0質(zhì)量％。
Ti為0.01～0.50質(zhì)量％，Nb為0.01～0.50質(zhì)量％V為0.01～0.30質(zhì)量％，Zr為0.01～0.30質(zhì)量％Ti、Nb和V與溶解在鋼基體中的C作用并以對可加工性有效的碳化物沉淀。Zr吸收溶解的O為氧化物并改進(jìn)不銹鋼的可加工性和韌性。在各為0.01質(zhì)量％或更高時(shí)指出了這些元素的作用，但過量添加不利于生產(chǎn)率。在這一意義上，這些元素的上限被定為Ti0.50質(zhì)量％、Nb0.50質(zhì)量％、V0.30質(zhì)量％和Zr0.30質(zhì)量％。
B為0.0010～0.0100質(zhì)量％B是一種均勻分散熱軋鋼板中轉(zhuǎn)變相并促進(jìn)最終結(jié)構(gòu)中鐵素體晶粒任意生長而不產(chǎn)生聚集結(jié)構(gòu)的元素。通過添加0.0010質(zhì)量％或更多比例的B典型地表明了轉(zhuǎn)變相的均勻分布。然而，過量添加大于0.0100質(zhì)量％的B引起熱加工性和焊接性的惡化。
FM值不大于0為了改進(jìn)形狀凝固性而在分批退火時(shí)不產(chǎn)生奧氏體相，除了特定比例的合金化元素外，將不銹鋼設(shè)計(jì)成使得將由式(1)所定義的FM值調(diào)整至0或更小。
FM＝420C-11.5Si+7Mn+23Ni-3.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-50Nb-23V-52Al+470N+20 ...(1)通過控制FM值至0或更小抑制了分批退火時(shí)高溫區(qū)中奧氏體相的產(chǎn)生。另一方面，合金化設(shè)計(jì)FM＞0可以在鐵素體基體中產(chǎn)生能以較高比例溶解C和N的奧氏體相。因?yàn)镃和N的溶解度在奧氏體相和鐵素體基體之間是不同的，各向異性度(γmax-γmin和σmax-σmin)由于溶解度不規(guī)則而升高。
平面各向異性度(γmax-γmin)Lankford值(γ)≤0.800.2％屈服強(qiáng)度的各向異性度(σmax-σmin)≤20N/mm2當(dāng)各向異性度(γmax-γmin和σmax-σmin)較小時(shí)，鐵素體不銹鋼被沖壓成形產(chǎn)品型鋼具有較好的形狀凝固性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在(γmax-γmin)≤0.80和(σmax-σmin)≤20N/mm2時(shí)形狀凝固性優(yōu)良。
0.2％屈服強(qiáng)度≤350N/mm2為了給予鐵素體不銹鋼優(yōu)良的形狀凝固性，較佳的是具有0.2％屈服強(qiáng)度為350N/mm2或更低的無馬氏體的完全鐵素體結(jié)構(gòu)。強(qiáng)度高于350N/mm2必然需要施加巨大應(yīng)力以使不銹鋼板塑性變形，導(dǎo)致增加回彈和降低形狀凝固性。
在700～880℃退火1～24小時(shí)為了降低各向異性度(γmax-γmin和σmax-σmin)，在C和N以細(xì)碳氮化物顆粒均勻地沉淀在單獨(dú)鐵素體基體中的條件下將鐵素體不銹鋼板退火。通過在溫度為700℃或更高時(shí)的分批退火進(jìn)行碳氮化物的充分沉淀。然而，當(dāng)在高于880℃溫度將不銹鋼板分批退火時(shí)，相反，由于再結(jié)晶鐵素體晶粒的顯著生長(所謂“二次再結(jié)晶”)，使不銹鋼板成為各向異性結(jié)構(gòu)。
通過如下實(shí)施例將更清晰地理解本發(fā)明。
在真空爐中熔化表1中所示的一些不銹鋼，鑄造，鍛造而后熱軋成厚度為3.0mm。在表2所示的條件下將各個(gè)熱軋鋼板分批退火或中間退火，酸洗并隨后冷軋至厚度為0.5mm。在880℃下將冷軋鋼板最終退火1分鐘，在露天冷卻然后再次酸洗。
表1不銹鋼的化學(xué)組成和FM值

帶下劃線的數(shù)字在本發(fā)明規(guī)定的范圍以外。
試驗(yàn)每種退火鋼板試樣以測定Lankford值(γ)和0.2％屈服強(qiáng)度如下Lankford值(γ)在對試驗(yàn)塊JIS13B施加15％拉伸應(yīng)變后，沿L、D和T方向測量Lankford值。計(jì)算測得的最大和最小值之間差并作為Lankford值(γ)平面各向異性度(γmax-γmin)。
0.2％屈服強(qiáng)度在以3.3×10-4速率對試驗(yàn)塊JIS13B施加拉伸應(yīng)變后，沿L、D和T各個(gè)方向測量0.2％屈服強(qiáng)度。計(jì)算測得的最大和最小值之間差并作為0.2％屈服強(qiáng)度的各向異性度(σmax-σmin)。
形狀凝固性由每種退火鋼板制得兩個(gè)試驗(yàn)塊，每個(gè)具有包括帶有尺寸為10m×36mm的四個(gè)長方形區(qū)域A1～D1，A2～D2的40mm平方區(qū)域E1，E2的展開盒形(圖1所示)。沿L方向(軋制方向)切割一個(gè)試驗(yàn)塊，而沿D方向切割另一個(gè)。通過裝備有直徑為4mm端部的矩形沖頭的200噸壓機(jī)，在固定壓20噸下以200mm/分的工作速度將平方區(qū)E1，E2的所有邊彎曲，長方形區(qū)A1～D1，A2～D2垂直升高。在相應(yīng)于所形成盒底部的四角的各個(gè)測量點(diǎn)P1～P4測量回彈角θ。通過測量值中最大角θmax評估形狀凝固性。
表2示出了各種退火鋼板的結(jié)果，而圖2示出了與各向異性度(γmax-γmin和σmax-σmin)有關(guān)的最大回彈角θmax的分布。
由圖2可理解到本發(fā)明具有γmax-γmin≤0.8和σmax-σmin≤20N/mm2的鋼板形狀凝固性良好(即最大回彈角θmax≤3°)。另一方面，如最大回彈角θmax＞3°所表明的，對比鋼板不能滿足γmax-γmin≤0.8和σmax-σmin≤20N/mm2的任一項(xiàng)，形狀凝固性不良。
表2不銹鋼板的制造條件和性能

帶有下劃線的數(shù)字在本發(fā)明規(guī)定范圍以外。
工業(yè)實(shí)用性按照上述本發(fā)明，通過將結(jié)晶鐵素體晶粒調(diào)節(jié)到具有均衡的平面取向結(jié)構(gòu)，以使將Lankford值(γ)的平面各向異性度(γmax-γmin)和0.2％屈服強(qiáng)度的各向異性度(σmax-σmin)降低至可能的最小值，改進(jìn)了鐵素體不銹鋼板的形狀凝固性。由于該不銹鋼被塑性成形成具有較小回彈的產(chǎn)品型鋼，故它在不同工業(yè)領(lǐng)域中有用，例如電氣或電子裝置部件，如有機(jī)EL裝置的密封元件，精密加壓部件以及建筑構(gòu)件。
權(quán)利要求
1.一種鐵素體不銹鋼板，該鋼板具有在由式(1)所定義的FM值被調(diào)節(jié)到0或更小的條件下，合金組份為C最高達(dá)0.10質(zhì)量％、Si最高達(dá)1.0質(zhì)量％、Mn最高達(dá)1.0質(zhì)量％、P最高達(dá)0.050質(zhì)量％、S最高達(dá)0.020質(zhì)量％、Ni最高達(dá)2.0質(zhì)量％、Cr為8.0～22.0質(zhì)量％、N最高達(dá)0.05質(zhì)量％以及余量基本上是鐵，F(xiàn)M＝420C-11.5Si+7Mn+23Ni-3.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-50Nb-23V-52Al+470N+20 ...(1)以及機(jī)械性能為將Lankford值(γ)的平面各向異性度(γmax-γmin)和0.2％屈服強(qiáng)度的各向異性度(σmax-σmin)分別控制在不大于0.80和20N/mm2。
2.權(quán)利要求1所述的鐵素體不銹鋼板，其中合金組份另外含有從Al最高達(dá)0.10質(zhì)量％、Mo最高達(dá)1.0質(zhì)量％、Cu最高達(dá)1.0質(zhì)量％、0.01～0.50質(zhì)量％的Ti、0.01～0.50質(zhì)量％的Nb、0.01～0.30質(zhì)量％的V、0.01～0.30質(zhì)量％的Zr以及0.0010～0.0100質(zhì)量％的B中選出的一種或多種。
3.權(quán)利要求1所述的鐵素體不銹鋼板，其中0.2％屈服強(qiáng)度沿軋制方向、與所述軋制方向成45度角的方向以及與所述軋制方向成直角的方向中的任一方向上為不大于350N/mm2。
4.一種在塑性轉(zhuǎn)變時(shí)制造具有良好形狀凝固性的鐵素體不銹鋼板的方法，該方法包括將具有權(quán)利要求1或2所規(guī)定的合金組份的鐵素體不銹鋼熱軋并隨后將熱軋鋼板在700～800℃下分批退火1～24小時(shí)的步驟。
全文摘要
一種在被沖壓成形成產(chǎn)品型鋼時(shí)沒有諸如回彈或扭轉(zhuǎn)那樣尺寸缺陷的鐵素體不銹鋼板，該鋼板在將由式(1)所定義的FM值調(diào)節(jié)到0或更小的條件下，合金組份為C最高達(dá)0.10質(zhì)量％、Si最高達(dá)1.0質(zhì)量％、Mn最高達(dá)1.0質(zhì)量％、P最高達(dá)0.050質(zhì)量％、S最高達(dá)0.020質(zhì)量％、Ni最高達(dá)2.0質(zhì)量％、Cr為8.0～22.0質(zhì)量％、N最高達(dá)0.05質(zhì)量％、從Al最高達(dá)0.10％、Mo最高達(dá)1.0％、Cu最高達(dá)1.0％、0.010～0.50質(zhì)量％的Ti、0.010～0.50質(zhì)量％的Nb、0.010～0.30質(zhì)量％的V、0.010～0.30質(zhì)量％的Zr和0.0010～0.0100質(zhì)量％的B中選出的一種或多種以及余量基本是Fe，F(xiàn)M＝420C－11.5Si+7Mn+23Ni－3.5Cr－12Mo+9Cu－49Ti－50Nb－23V－52Al+470N+20...(1)，其機(jī)械性能被控制到Lankford值(γ)平面各向異性度(γmax－γmin)≤80以及0.2％屈服強(qiáng)度的各向異性度(σmax－σmin)為≤20N/mm
文檔編號C22C38/42GK1507500SQ0280945
公開日2004年6月23日 申請日期2002年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月10日
發(fā)明者富村宏紀(jì), 藤本廣, 森本憲一, 國武保利, 平松直人, 一, 人, 利 申請人:日新制鋼株式會社