專利名稱：用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造高集成和高精度產(chǎn)品(例如，半導(dǎo)體、液晶顯示器等)所需要 的用于高真空和高純氣體的管的不銹鋼，更具體地講，涉及用于不銹鋼管的材料，因降低了 形成管的制造成本，所以所述材料具有優(yōu)良的成本效益，并且當(dāng)使用管時，由于產(chǎn)品中不含 來自內(nèi)壁表面的雜質(zhì)顆粒，所以所述材料防止在產(chǎn)品中產(chǎn)生缺陷。
背景技術(shù)：
在制造半導(dǎo)體的工藝中，痕量雜質(zhì)的侵入導(dǎo)致半導(dǎo)體產(chǎn)品的缺陷而降低了良率， 從而在制造工藝過程中控制雜質(zhì)的侵入是至關(guān)重要的。所以，為了防止來自焊接部分的雜 質(zhì)顆粒的侵入，通常將無縫管用于半導(dǎo)體制造器件中，為了徹底去除來自鋼管內(nèi)壁表面的 雜質(zhì)顆粒，執(zhí)行光亮退火和電解拋光。關(guān)于處理鋼管內(nèi)壁表面的方法，第H7-11378號曰本 專利特許公布(大同鋼(Daido Steel))公開了這樣的方法，所述方法通過將鋼中的氧按重 量百分比(在下文中，稱作wt. 限制為0. 0015或更少并將鋼中的氫限制為0. 0002wt. % 或更少，并利用機械法和電解拋光法處理管的內(nèi)壁表面，來將表面粗糙度降低到預(yù)定水平 之下。此外，第2002-60964號日本專利特許公布(住友金屬礦業(yè))公開了這樣的技術(shù)，所 述技術(shù)通過在鋼管冷拔后對用硝酸水溶液執(zhí)行光亮退火的光亮管的內(nèi)表面進(jìn)行鈍化來防 止腐蝕產(chǎn)品的顆粒的侵入，以改善內(nèi)壁表面的耐腐蝕性。近來，為了降低制造成本，已經(jīng)提高了對焊接管的需求，在這種情況下，防止會容 易在焊接部分形成的諸如各種氧化物、氮化物等的雜質(zhì)顆粒的產(chǎn)生是非常重要的。為此，第 5，830，408號和第5，942，184號美國專利提供了奧氏體和鐵素體不銹鋼的化學(xué)組成，包含 0. 2wt. %或更少的Mn、0. Olwt. %或更少的々1、0. 5wt. %或更少的Si和0. Olwt. %或更少的 O0然而，在基于上述的化學(xué)組成制造不銹鋼的情況下，可在鋼管的焊接過程中減小 雜質(zhì)顆粒的產(chǎn)生，但是，出現(xiàn)了這樣的問題，即，在制造鋼管之前的不銹鋼板或不銹鋼卷材 的制造工藝過程中，在板的表面上產(chǎn)生的諸如裂片(sliver)或微裂紋的表面缺陷會增加。 表面缺陷包含許多含有諸如Cr氧化物、Fe氧化物和Si氧化物的雜質(zhì)顆粒，從而，盡管減少 了從焊接部分產(chǎn)生的雜質(zhì)顆粒，但是增加了因表面缺陷引起的雜質(zhì)。此外，在制得焊接管之 前，通過鋼管的內(nèi)表面的諸如酸洗、電解拋光等工藝，去除了從焊接部分產(chǎn)生的大部分雜質(zhì) 顆粒。然而，利用化學(xué)方法和機械方法很難去除表面缺陷內(nèi)部的雜質(zhì)顆粒。因此，上述的不 銹鋼不適合用于高真空或高純氣體的管。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題因此，提出本發(fā)明以解決上面的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于高真空和 高純氣體的管的奧氏體不銹鋼，所述奧氏體不銹鋼沒有包含雜質(zhì)顆粒的表面缺陷，不產(chǎn)生 在通過焊接制造鋼管過程中在焊接部分上的使用化學(xué)方法不易去除的雜質(zhì)顆粒渣，并且盡管在鋼管的焊接接合中使用廉價的氮保護(hù)氣，但是所述奧氏體不銹鋼不產(chǎn)生氮化物類雜質(zhì) 顆粒，從而本發(fā)明具有成本效益并能夠防止產(chǎn)品的缺陷。技術(shù)方案為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不 銹鋼，所述不銹鋼按重量百分比計包括0. 或更少的C、或更少的Si、0. 5%至2%的 Μη、0. 05%或更少的P、0. 01%或更少的S、15%至30%的Cr、7%至20%的Ni、4%或更少的 Mo、3%或更少的Cu、0. 05%或更少的N、0. 01%或更少的B、0. 01%或更少的0、余量部分為 鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，Ti的含量限制為0. 005%或更少，Al的含量限制為0. 005%至 0. 05%, Ca 的含量限制為 0. 0005%至 0. 003%。此外，本發(fā)明提供用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不銹鋼，其中，在所述奧氏 體不銹鋼的冷軋卷材的表面上沿軋制方向具有3mm或更長的長度的裂片缺陷的數(shù)量為每 IOOm卷材少于五個。此外，本發(fā)明提供用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不銹鋼，其中，當(dāng)使用Ar 保護(hù)氣焊接所述奧氏體不銹鋼時和使用氮氣焊接所述奧氏體不銹鋼時，未在焊道表面上檢 測到氧化物和氮化物。有益效果本發(fā)明能夠得到一種不銹鋼，當(dāng)所述不銹鋼作為用于高真空和高純氣體的管，使 用在制造半導(dǎo)體或液晶顯示器的工藝中時，所述不銹鋼沒有在鋼材的表面上包含雜質(zhì)顆粒 的表面缺陷。此外，本發(fā)明提供一種用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不銹鋼，所述奧氏體 不銹鋼不產(chǎn)生在制造鋼管的焊接部分上的使用化學(xué)方法不易去除的雜質(zhì)顆粒渣，并且盡管 在鋼管的焊接接合中使用廉價的氮保護(hù)氣，但是所述奧氏體不銹鋼不產(chǎn)生氮化物類雜質(zhì)顆 粒，從而本發(fā)明具有成本效益。


圖1是示出在冷軋卷材的表面上由包含氧化物顆粒的金屬薄膜形成的類型1裂片 缺陷的圖片。圖2是示出在冷軋卷材的表面上作為壓痕殘留且沒有金屬薄膜和氧化物顆粒的 類型2裂片缺陷的圖片。圖3是示出在包含痕量的Ti的奧氏體不銹鋼的TIG焊道的表面上形成的Ti氧化 物和Ti氮化物的圖片。圖4是示出在包含過量的Ca的奧氏體不銹鋼的TIG焊道的表面上形成的Ca氧化 物的圖片。圖5示出本發(fā)明的示例的化學(xué)組成和對比示例的化學(xué)組成。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明。導(dǎo)致用于制造諸如半導(dǎo)體、液晶顯示器等高精度產(chǎn)品的高真空和高純氣體的管用 不銹鋼產(chǎn)品的缺陷的雜質(zhì)顆粒主要來源如下第一，殘留在不銹鋼卷材表面上的裂片缺陷的底部的氧化物顆粒和金屬晶粒；第二，在不銹鋼卷材的焊接管的制管過程中以焊接渣形 狀生成的氧化物，所述氧化物沒有通過后續(xù)的酸洗或電解拋光被去除而是殘留下來；第三， 當(dāng)將管焊接接合到管以生產(chǎn)制造安裝的管時形成的氮化物顆粒，具體地講，當(dāng)出于成本效 益的原因使用廉價的氮保護(hù)氣來將管焊接到管上時形成的氮化物顆粒。圖1是精確示出裂片缺陷的圖片，在裂片缺陷中，氧化物顆粒殘留在缺陷(在下文 中，稱作“類型1”缺陷)的底部，所述裂片缺陷是一種產(chǎn)生在使用連鑄、熱軋、熱軋卷材的酸 洗、冷軋、冷軋卷材的酸洗和最后的光整軋制(skin pass rolling)制得的奧氏體不銹鋼冷 軋卷材的表面上的普通裂片缺陷。裂片缺陷通常具有這樣的形狀，在所述形狀中，含有Cr 和Fe成分的氧化物顆粒被壓縮而殘留在具有50m或更小(即，大約一個晶粒的尺寸)的厚 度的金屬薄膜和所述金屬薄膜之下的基體材料之間。覆蓋氧化物顆粒的金屬薄膜具有非常薄的厚度(即，大約一個晶粒的尺寸)，并包 括在冷軋酸洗工藝過程中被部分腐蝕而彼此非常脆弱地連接的晶粒。所以，當(dāng)被用作管時， 金屬薄膜借助于氣體流動容易分離，使得氣體中的金屬晶粒和在金屬薄膜底部的氧化物顆 粒會容易地作為雜質(zhì)流動。當(dāng)對管的內(nèi)壁表面執(zhí)行酸洗或電解拋光時，剝蝕(ablation)量 非常大，使得金屬薄膜的厚度變得更薄并使得晶粒的連接變得更弱，至此，由于沒有將缺陷 部分的金屬薄膜和金屬薄膜底部的氧化物層徹底剝蝕或去除，從而導(dǎo)致促進(jìn)雜質(zhì)的滲透的 可能性變大。通常，由于借助于酸洗法或電解拋光法的剝蝕量難以超過50m，所以難以將缺 陷部分的金屬薄膜和金屬薄膜底部的氧化物徹底去除。圖2示出在上述的奧氏體不銹鋼冷軋卷材表面上觀察到的另一種形狀的裂片缺 陷。在這種情況下，未示出上述的金屬薄膜和金屬薄膜底部的氧化物層，而是僅僅觀察到在 制造工藝過程中的金屬薄膜和金屬薄膜底部的氧化物層被徹底分離從而被消除的痕跡。當(dāng) 奧氏體不銹鋼冷軋卷材用作管時，在這種形狀的裂片缺陷(在下文中，稱為“類型2”缺陷) 中，金屬晶粒和氧化物沒有流動到氣體中。通常，如圖1所示的裂片缺陷和如圖2所示的裂片缺陷同時產(chǎn)生在冷軋卷材的表 面上。所有這些以這樣的方式示出，所述方式為在連鑄坯的熱軋工藝過程中，因材料缺乏熱 加工性而形成表面裂紋之后，氧化物形成在裂紋的內(nèi)部并在將示出的后續(xù)軋制工藝中被壓 縮。在熱軋工藝之后，在熱軋卷材的酸洗、冷軋和冷軋卷材的酸洗的工藝中，將這些表面裂 紋壓縮為具有淺的深度，并且隨著卷材表面的氧化皮的產(chǎn)生和卷材表面的氧化皮通過酸洗 的去除的反復(fù)進(jìn)行，這些表面裂紋逐漸消失。然而，在執(zhí)行最后的冷軋卷材的酸洗和光整軋 制之后，沒有去除這些表面裂紋，從而殘留在表面上的缺陷作為產(chǎn)品的裂片缺陷而殘留。在上述的工藝過程中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如圖1所示的裂片缺陷轉(zhuǎn)變?yōu)槿鐖D2 所示形狀的裂片缺陷，并且當(dāng)最終殘留的裂片缺陷的數(shù)量很少時，只有如圖2所示形狀的 裂片缺陷殘留，而沒有如圖1所示的裂片缺陷?；诖耍谑褂米詣尤毕輽z測器來檢測最后 的冷軋卷材的酸洗線的裂片缺陷之后，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在冷軋卷材的表面上沿軋制方向具 有3mm或更長的長度的裂片缺陷為每IOOm卷材少于五個時，不會殘留如圖1所示的類型1 裂片缺陷。所以，如果冷軋卷材的裂片缺陷滿足上述條件，則當(dāng)奧氏體不銹鋼用作高真空和 高純氣體的管時，能夠通過殘留在裂片缺陷和金屬薄膜的底部的氧化物顆粒的分離防止雜 質(zhì)顆粒的滲透。為了減少上述裂片缺陷，必須改善奧氏體不銹鋼的熱加工性，其中，諸如Ti、B、Al和Ca的微量元素改善熱加工性，諸如S和0的元素降低了熱加工性。然而，在控制這樣的 微量元素的含量時，必須將這樣的微量元素的含量控制在化學(xué)成分的范圍內(nèi)，所述化學(xué)成 分的范圍通過確保熱加工性且不產(chǎn)生氧化物顆粒和氮化物顆粒能夠通過殘留在裂片缺陷 或金屬薄膜的底部的氧化物顆粒的分離防止雜質(zhì)顆粒的滲透，所述氧化物顆粒在不銹鋼卷 材的焊接管的制管過程中以焊接渣形狀生成，并且通過后續(xù)的酸洗或電解拋光沒有被去除 而是殘留下來，當(dāng)將管焊接接合到管以生產(chǎn)制造安裝的管時，具體地講，當(dāng)出于成本效益的 原因使用廉價的氮保護(hù)氣來將管焊接到管時，形成了所述氮化物。為了實現(xiàn)這個目的，本發(fā)明提供一種用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不銹 鋼，所述奧氏體不銹鋼按重量百分比計包括0. 或更少的C、l%或更少的Si、0. 5%至 2%的Μη、0. 05%或更少的P、0. 01%或更少的S、15%至30%的Cr、7%至20%的Ni、4%或 更少的Mo、3%或更少的Cu、0. 05%或更少的N、0. 01%或更少的B、0. 01%或更少的0、余 量部分為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，Ti的含量限制為0. 005%或更少，Al的含量限制為 0. 005%至0. 05%,Ca的含量限制為0. 0005%至0. 003%。從而，防止了未通過后續(xù)的酸洗 或電解拋光工藝去除而是殘留在焊接制管中的焊道的表面上的氧化物顆粒的產(chǎn)生。此外， 本發(fā)明提供了一種方法，所述方法能夠確保熱加工性，從而在使用氮保護(hù)氣焊接制造安裝 的管中不產(chǎn)生氮化物顆粒的情況下，沿冷軋卷材的軋制方向上具有3mm或更長的長度的裂 片缺陷為每IOOm卷材少于五個。在下文中，將詳細(xì)描述限制成分元素的原因。C作為形成碳化Cr的元素，被限制為0. 1 %或更少，以防止劣化焊接部分的耐腐蝕性。Si為煉鋼工藝中需要的脫氧劑。當(dāng)其超過時，球狀氧化物型夾雜物增多從而 很可能流動到處理氣體中，從而Si的含量限制為或更少。需要0. 5%或更多的Mn，Mn是通過固定降低熱加工性的S來提高熱加工性的元素。 然而，當(dāng)加入的Mn多于2%時，劣化耐腐蝕性，因而Mn的含量限制為0. 5%至2%。P和S是劣化熱加工性和耐腐蝕性的元素，P的含量限制為0. 05%或更少，S的含 量限制為0.01%或更少。Cr是賦予不銹鋼耐腐蝕性的元素，為了確保管的內(nèi)壁表面的耐腐蝕性，需要15% 或更多的Cr。然而，當(dāng)Cr含量超過30%時，借助于諸如ο相的金屬間化合物的析出，雜質(zhì) 可流動到處理氣體中。所以，Cr的含量限制為15%至30%。為了確保奧氏體相結(jié)構(gòu)，需要7 %或更多的Ni。然而，當(dāng)Ni含量超過20 %時，奧氏 體的穩(wěn)定效果幾乎不變，但是原材料成本迅速升高。所以，Ni的含量限制為7%至20%。Mo是強化耐腐蝕性的元素。然而，當(dāng)Mo含量超過4%時，在制造工藝過程中形成 σ相從而產(chǎn)生脆化。所以，Mo含量限制為4%或更少。Cu是以與Ni類似的方式穩(wěn)定奧氏體相的元素，同時提高不銹鋼的延展性。然而， 當(dāng)Cu含量超過3%時，在熱軋過程中會產(chǎn)生更多的裂紋從而引起許多裂片缺陷。所以，Cu 含量限制為3%或更少。N也是穩(wěn)定奧氏體相的元素。然而，當(dāng)其含量升高時，熱加工性降低，并且當(dāng)其含量 超過0. 05%時，裂片缺陷的數(shù)量迅速增多。所以，N含量限制為0. 05%或更少。B是通過強化奧氏體晶界來控制在熱軋工藝過程中表面裂紋的產(chǎn)生的元素。然而，當(dāng)B含量超過0.01%時，在非常高的溫度下，其熱加工性迅速降低。所以，B的含量限制為 0. 01%或更少。0是通過產(chǎn)生焊渣而劣化熱加工性并降低焊道工藝的穩(wěn)定性的元素，0的含量限 制為0.01%或更少。考慮到本發(fā)明的特征，Ti是重要元素。通過固定S和0并控制晶粒在高溫下的生 長，Ti具有提高熱加工性的作用，從而Ti經(jīng)常被有意地添加到奧氏體不銹鋼中。然而，當(dāng) 在制管焊接中使用氮保護(hù)氣時，非常迅速地形成Ti氧化物和Ti氮化物，從而在管的內(nèi)表面 上形成Ti氧化物顆粒和Ti氮化物顆粒，如圖3所示。為了控制這種Ti氧化物和Ti氮化 物的形成，需要將Ti含量限制為非常低的水平，例如，0. 005%或更少。Al是通過固定0來提高熱加工性的元素。為了獲得這樣的效果，需要0.005%或更 多的Al。然而，當(dāng)Al含量超過0. 05%時，焊渣增多而起著作為處理氣體的雜質(zhì)源的作用。 所以，Al含量限制為0. 005%至0. 05%。考慮到本發(fā)明的特征，Ca是重要元素。Ca是通過固定S來提高熱加工性的元素， 為了得到這樣的效果，至少需要0. 0005%的Ca。然而，當(dāng)Ca含量超過0. 003%時，因焊接 時在熔融金屬中非常迅速的氧化和損失，導(dǎo)致在焊道的表面上急劇地形成更多的渣，如圖4 所示，從而形成了借助于酸洗或電解拋光工藝不易去除的雜質(zhì)顆粒。所以，需要將Ca含量 嚴(yán)格限制為0. 0005%至0. 003% ο在下文中，將通過示例來描述本發(fā)明。在圖5中，根據(jù)普通不銹鋼的制造工藝，在1240°C的溫度將具有如本發(fā)明的示例 中和對比示例中所示出的化學(xué)組成的奧氏體不銹鋼的連鑄坯在加熱爐中加熱180分鐘至 210分鐘，然后通過熱粗軋機和熱終軋機將所述連鑄坯軋制為具有3mm至4. 5mm的厚度，使 其經(jīng)受退火酸洗線中的退火工藝、機械除鱗工藝和化學(xué)酸洗工藝，從而制得熱軋卷材。用帶鋼冷軋機將這些熱軋卷材再次軋制為具有1. Omm至2. Omm的厚度，使其經(jīng)受 冷軋退火酸洗線中的退火工藝和化學(xué)酸洗工藝，從而制得最后的冷軋卷材。對于制得的冷 軋卷材，使用在線缺陷檢測器評定在冷軋退火酸洗線中的裂片缺陷，并在使用Ar保護(hù)氣和 氮保護(hù)氣的兩種條件下，測試氣體保護(hù)鎢極電弧焊。其結(jié)果在下面的表1中示出。在添加的Ti按重量計超過0. 005%的對比示例1、3和4中，在使用氮保護(hù)氣執(zhí)行 焊接試驗之后，在焊道的表面上觀察到Ti氮化物和Ti氧化物。在Al和Ca的一個超過最 大允許劑量的對比示例5和6中，在焊道表面上形成Al氧化物和Ca氧化物，而與保護(hù)氣的 種類無關(guān)。在Ti和Ca超微量且Al未達(dá)到本發(fā)明所限定的最小需求量的對比示例3中，產(chǎn) 生了大量類型1裂片缺陷，類型1裂片缺陷中包含氧化物顆粒，并因熱加工性而導(dǎo)致處理氣 體的污染。相反地，在滿足本發(fā)明所限定的化學(xué)組成的范圍的示例1、2和3中，具有3mm或 更大的尺寸的裂片缺陷的總數(shù)量為每IOOm卷材五個，未產(chǎn)生類型1缺陷，并且在使用Ar保 護(hù)氣和氮保護(hù)氣的焊接的焊道的表面上沒有形成諸如氧化物、氮化物等的雜質(zhì)顆粒。表 1 如上所述，通過詳細(xì)描述和附圖描述了本發(fā)明的最佳實施例。術(shù)語并非用來限制 權(quán)利要求書所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而只是用于解釋本發(fā)明。盡管描述了本發(fā)明的優(yōu) 選實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可對本 發(fā)明作出各種修改和改變。因此，本發(fā)明意圖覆蓋本發(fā)明的修改和變形，只要所述修改和變 形落入權(quán)利要求和它們的等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不銹鋼，所述奧氏體不銹鋼按重量百分比計包括0.1％或更少的C、1％或更少的Si、0.5％至2％的Mn、0.05％或更少的P、0.01％或更少的S、15％至30％的Cr、7％至20％的Ni、4％或更少的Mo、3％或更少的Cu、0.05％或更少的N、0.01％或更少的B、0.01％或更少的O、余量部分為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，Ti的含量限制為0.005％或更少，Al的含量限制為0.005％至0.05％，Ca的含量限制為0.0005％至0.003％。
2.如權(quán)利要求1所述的用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不銹鋼，其中，在所述奧 氏體不銹鋼的冷軋卷材的表面上沿軋制方向具有3mm或更長的長度的裂片缺陷的數(shù)量為 每IOOm卷材少于五個。
3.如權(quán)利要求1所述的用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不銹鋼，其中，當(dāng)使用Ar 保護(hù)氣焊接所述奧氏體不銹鋼時和使用氮氣焊接所述奧氏體不銹鋼時，未在焊道表面上檢 測到氧化物和氮化物。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供用于高真空和高純氣體的管的不銹鋼，所述不銹鋼不含有侵入到處理氣體中的雜質(zhì)顆粒并具有成本效益。為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種用于高真空和高純氣體的管的奧氏體不銹鋼，所述不銹鋼按重量百分比計包括0.1％或更少的C、1％或更少的Si、0.5％至2％的Mn、0.05％或更少的P、0.01％或更少的S、15％至30％的Cr、7％至20％的Ni、4％或更少的Mo、3％或更少的Cu、0.05％或更少的N、0.01％或更少的B、0.01％或更少的O、余量部分為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，Ti的含量限制為0.005％或更少，Al的含量限制為0.005％至0.05％，Ca的含量限制為0.0005％至0.003％。
文檔編號C22C38/40GK101903552SQ200880121583
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者南基元, 李龍憲, 金英煥, 金鶴 申請人:Posco公司