一种具有良好耐蚀性的铁素体不锈钢及其制造方法

摘要

一种具有良好耐蚀性的铁素体不锈钢及其制造方法，包括如下步骤：1)冶炼、铸造，按下述成分冶炼、浇铸成板坯；其成分重量百分比为：C0.002％～0.02％，N0.002％～0.02％，Si0.05％～0.60％，Mn0.05％～0.50％，Cr12.0％～19.0％，Ti≤0.5％，Nb≤0.6％，Nb+Ti>0.1％，Sn0.03％～0.8％，Ta0.002％～0.05％，其余为Fe及不可避免杂质；2)热轧，将板坯加热，加热温度控制在1000℃～1200℃，并控制终轧温度在800℃～900℃；3)热轧退火，退火温度在900℃～1050℃，退火时间4～10min；4)冷轧，冷轧压下率设定为大于70％；5)冷轧退火，冷轧退火温度850℃～1000℃，退火时间0.5～3min。

说明书

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢及其生产方法，特别涉及一种具有良好耐蚀性的铁素体不锈钢及其制造方法。

背景技术

铁素体不锈钢不含或只含少量镍，成本较低，同时其兼具良好的冲压成形性能，因此被广泛应用在建筑物，家用电器，厨房用品，汽车排气等生活中的各个方面。但是常规中铬铁素体不锈钢的耐腐蚀性能依然劣于304不锈钢，有必要开发具有良好耐腐蚀性的铁素体不锈钢。

中国专利200780048699.7开发了一种具有优良耐腐蚀性和耐变色性能的铁素体不锈钢，主要是通过复合添加铬、铜、钛和铌等合金，其耐腐蚀性能等同于304不锈钢。

日本专利JP2009174036A指出：通过添加Sn元素可以改善钝态氧化膜，提高其耐点腐蚀性。为了提高通过添加Sn元素改善钝态氧化膜的效果，冷轧退火后，在200～700℃的温度范围内滞留1分钟以上。

日本专利JP2005220429A主要以Ti元素为稳定剂的高纯度铁素体不锈钢中，在添加Cr、Mo元素的基础上，复合添加V、Sn元素，从而显著改善耐缝隙腐蚀性，确保钢材具有良好的延伸率、平均r值和耐起皱性。

日本专利JP2000169943A公开了含有Sn、Sb微量元素的高温强度优异的铁素体不锈钢及其制造方法。所介绍的大多是Cr：10～12％的低Cr钢，对于Cr：超过12％的高Cr钢，为了确保其高温强度，复合添加V、Mo等元素。

日本专利JP2008190003A主要是开发一种耐裂隙腐蚀性优异的铁素体不锈钢，这个文献主要通过适量添加Sn和Pb达到耐裂隙腐蚀性，使因裂隙腐蚀导致穿孔之前的寿命得以延长。

以上专利均没有涉及锡对铁素体不锈钢耐盐酸腐蚀的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好耐蚀性的铁素体不锈钢及其制造方法，通过复合添加锡和钽，含铬14％铁素体不锈钢的耐盐酸腐蚀性超过了无锡、钽添加含铬16％的铁素体不锈钢；含铬16％铁素体不锈钢基础上添加锡和钽，其耐盐酸腐蚀性达到了304不锈钢的水平。此外，通过铌钛钽的复合添加，其平均r值全部超过了1.5，冲压性能优良。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种具有良好耐蚀性的铁素体不锈钢，其成分重量百分比为：

其余为Fe及不可避免杂质。

在本发明钢的成分设计中：

C：铁素体不锈钢性能上的很多缺点，例如：韧脆转变温度高，缺口敏感性大，耐蚀性差都与钢中的碳有关。因此其含量越少越好，所以将之上限设置为0.02％，与之同时，在冶炼过程中若要完全去除碳会导致精炼成本的增大，因此设定其下线为0.002％。

N：其同C一样，会导致不锈钢成形性和耐腐蚀性的下降，因此其含量也是越少越好，所以它的上限设置为0.02％，但是过度的降低会增加冶炼的成本，其下线设定为0.002％。

Si：固溶强化元素，其含量的增加会导致延伸率和韧性的下降，其含量越少越好，其上限设定为0.6％，但优势Si作为脱氧元素进行添加，同时考虑到冶炼成本，其下限设定为0.05％。

Mn：弱的奥氏体形成元素，同时也是固溶强化元素，可以抑制钢中硫的有害作用，但是其含量增加会恶化腐蚀性能，因此其含量需要控制在0.5％以下,同时考虑到冶炼成本，其下限设定为0.05％。

Cr：是提高耐腐蚀性的主要元素，其含量的增加可以明显增强在氧化性酸的耐腐蚀性，提高其在氯化物溶液中的耐应力腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀性能，但是其含量的增加又会导致韧性和加工性的降低，优选为12-19％。

Sn和Ta：以前的大量资料显示，锡为低熔点金属，容易在晶界产生偏聚，弱化晶界，导致热轧过程中的开裂，同时它的大量添加会恶化钢铁材料的韧性。本发明研究显示，锡的少量添加会利于耐腐蚀性的提高，设定其范围为0.03％～0.8％。另外，在对铁素体不锈钢耐盐酸腐蚀的影响方面，钽同锡相似，但是钽比锡更耐腐蚀，并且非常昂贵，钽可以完全或者部分取代锡，可以复合添加获得良好的耐盐酸腐蚀性能，需要满足0.002％<Ta<0.05％，且满足

P和S：都是有害元素，P对于热加工性是有害的，而S会在晶粒边缘分离，并使晶粒边缘变脆，另外MnS的形成也对钢的耐蚀性及其有害。因此P和S的含量应该在现有炼钢能力的基础上尽量偏低。

Nb和Ti：均为铁素体形成元素，适量的钛和铌可使不锈钢中铬的碳、氮化物转而形成钛、铌的的碳、氮化物并细化铁素体不锈钢的晶粒，提高铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀性能，但是过量钛会导致冶炼浇铸过程的堵塞，因此设定Ti含量在0.5％以下，另外，过量的Nb会导致钢中Fe2Nb硬相的形成，恶化材料的成形性，因此其含量设定为0.6％以下。为了保证冷轧薄板具有良好的冲压性能，需要Nb+Ti>0.1％。

本发明的具有良好耐蚀性的铁素体不锈钢的制造方法，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按下述成分冶炼、浇铸成板坯；其成分重量百分比为：C0.002％～0.02％，N0.002％～0.02％，Si0.05％～0.60％，Mn0.05％～0.50％，Cr12.0％～19.0％，Ti≤0.5％，Nb≤0.6％，且Nb+Ti>0.1％，Sn0.03％～0.8％，Ta0.002％～0.05％，且，其余为Fe及不可避免杂质；

2)热轧

将板坯加热，加热温度控制在1000℃～1200℃，并控制终轧温度在800℃～900℃；

3)热轧退火

退火温度在900℃～1050℃，退火时间4～10min；

4)冷轧压下率

冷轧压下率设定为大于70％；

5)冷轧退火

冷轧退火温度850℃～1000℃，退火时间0.5～3min。

在本发明制造方法中：

1、热轧：将加热温度控制在1200℃以下，经过五道次的轧制，并控制终轧温度在800℃～900℃之间，终轧温度的降低有利于促进热轧板的再结晶、细化晶粒，有利于深冲性能的改善，但是过低的终轧温度会导致轧制时变形抗力的增大，同时由于轧制时表层剪切变形和中心层平面变形的差异的增大，导致热轧板微观组织在厚度方向上梯度过大，导致严重的起皱和制耳，因此终轧温度控制在800℃以上。

2、热轧退火

本发明钢全部为单一铁素体组织的不锈钢，为了降低能耗，完全可以采用高温长时间的退火，考虑到热轧退火对最终的成品板有明显的遗传效应，需要实现热轧板的完全再结晶。因此设定退火温度在900℃以上，如果温度低于此温度，不均匀的热轧带状组织会经后续的冷轧遗传到成品板上，增大成品板的制耳高度以及起皱现象。如果退火温度达到1050℃，晶粒过分长大，即使增大冷轧压下率也很难实现成品板晶粒的细化，导致表面粗糙度的增大。

3、冷轧

要想获得高的成形性能，必须需要有相应的冷轧压下率，本发明为了获得高的深冲性能，压下率设定为大于70％。

4、冷轧退火

冷轧退火处于冶金工艺流程的最后阶段，对于深冲用钢来讲，并不要求过细的晶粒尺寸，因此需要适宜的温度进行最终退火。温度过低，难以获得完全的再结晶，有时也会出现明显的混晶现象；对于铁素体不锈钢来讲，温度过高也会导致晶粒的过分粗大，引起晶界弱化以及表面粗糙度的增大。因此，冷轧退火温度选择在850℃～1000℃间。

材料的深冲性能通常用平均塑性应变比(r)来表示，按照JIS5标准加工成拉伸试样，在拉伸15％后测量平行于轧制的r值：r0，与轧制方向成45°的r值：r45，垂直于轧制方向的r值：r90。其计算公式为：平均r＝(r0+r90+2r45)/4。本发明的钢主要是高深冲性能，因此设定平均r值大于1.5。

本发明的有益效果：

本发明通过复合添加锡和钽，含铬14％铁素体不锈钢的耐盐酸腐蚀性超过了无锡、钽添加含铬16％的铁素体不锈钢；含铬16％铁素体不锈钢基础上添加锡和钽，其耐盐酸腐蚀性达到了304的水平。此外，通过铌钛钽的复合添加，其平局r值全部超过了1.5，冲压性能优良。

附图说明

图1为本发明与对比例系列钢种在不同PH值的盐酸溶液中的失重率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

表1所示为本发明实施例和对比例的成分。表2为本发明实施例和对比例的性能比较。

按表1冶炼所示成分的铁素体不锈钢并将其锻造成板坯，然后按照以上冶金工艺控制的制造工艺，对板坯进行加热，经过3-6道次的热轧制成板厚为3mm-5mm的热轧钢板；而后经过热轧中间退火工艺，再将退火板进行酸洗以去除表面的氧化铁皮，经过多道次冷轧压下后进行最终退火，制造成板厚为0.6-2mm的制品。

在成品板上截取试样，加工成JIS5标准的拉伸试样测定其在0°、45°和90°方向上的r值，计算出平均r值。

钢种耐腐蚀性能的评价：将最终的冷轧退火试样经过600#砂纸打磨，然后在30℃，3.5％NaCl的盐酸溶液(不同PH值)中浸泡8小时，测试其失重率。参见图1。

实施例一为铌钛双稳定含铬14.2％的超低碳铁素体不锈钢，并且添加了0.09％的锡，可以看到其耐盐酸腐蚀的能力明显增强，已经超过了同铬含量但是不添加锡的铁素体不锈钢(比较例一)，也超过了含铬量16％的SUS430和超低碳铁素体不锈钢(比较例二)；此外，冷轧薄板也获得了高的塑性应变比平均r值，即良好的冲压性能。

实施例二为铌钽锡添加的含铬15％的铁素体不锈钢，随着锡含量的增加，其耐盐酸腐蚀性能也获得了稳定的提高。并且通过铌和钽的复合添加，其平均r值达到了1.56。

实施例三为铌钛钽稳定的16％铬铁素体不锈钢，通过添加0.31％含量的锡和0.03％含量的钽，其耐盐酸腐蚀性能显著优于同铬含量的其它钢种(比较例二)，同时其平均r值达到了1.78，冲压性能优良。

实施例四增加铬和锡的含量，其耐盐酸腐蚀性能进一步增加，在PH值为1的苛刻酸性环境下，其失重率同含铬21％的铁素体不锈钢和304奥氏体不锈钢接近，也就是说，在16.7％铬的基础上通过添加0.45％含量的锡获得了同含铬21％铁素体不锈钢相同的耐蚀性。其平均r值超过了1.5,冲压性能优异。

实施例五和实施例六的锡含量提高到0.7％和0.6％,耐盐酸腐蚀性明显提高，已经超过了奥氏体不锈钢304，其塑性应变比分别达到1.81和1.64。

比较例一为铌钛复合添加，含铬量为14.3％的铁素体不锈钢，其耐盐酸的腐蚀能力很差，尤其是随着盐酸浓度的降低(PH值的降低)，其失重更加明显。

比较例二为超低碳中铬铁素体不锈钢，虽然其获得了良好的深冲性能，其耐盐酸腐蚀性能只是略优于SUS430，其耐酸性不仅劣于同铬含量的含锡钢(实施例二)，也劣于低铬的含锡钢(实施例一)。

比较例三属于含铬量超过20％的铁素体不锈钢，其获得了良好的成形性能和耐盐酸腐蚀性能，但是其铬含量超出了本发明，属于比较例。

综上所述，本发明通过复合添加锡和钽，使得铁素体不锈钢的耐盐酸腐蚀性能明显增加；此外，通过铌、钛和钽的合理配比，使铁素体不锈钢的冲压性能也得到显著的改进。

表1                成分含量(wt％)

CSiMnPSCrNiNNbTiSnTa实施例一0.0040.320.080.010.00414.230.020.0110.090.410.090.003实施例二0.0120.080.280.020.00515.160.020.0090.150.020.150.011实施例三0.0160.230.450.010.00516.390.010.0100.030.210.310.030实施例四0.0110.560.230.010.00316.790.020.0070.510.120.450.020实施例五0.0070.400.290.020.00417.250.020.0160.030.150.720.010实施例六0.0080.380.190.010.00518.170.020.0040.070.120.650.020比较例一0.0090.550.200.010.00514.310.020.0150.110.180.020.004比较例二0.0070.460.370.010.00216.240.010.0080.110.150.010.003比较例三0.0120.420.210.020.00221.150.010.0090.180.110.010.001SUS4300.0410.280.240.020.00216.130.010.0390.020.020.010.001SUS3040.0410.321.080.020.00218.128.040.0480.010.010.010.001

表2