形状凝固性良好的铁素体不锈钢板及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种铁素体不锈钢板，该钢板由于在成形后具有较少如回弹和扭转的尺寸缺陷和良好的形状凝固性，可通过冲压成形、辊轧成形或诸如此类方法被成形成产品型钢，以及还涉及一种制造该钢板的方法。
背景技术
不锈钢板由于其优良的外观及耐蚀性能已被用于各种不同领域，例如建筑物的内或外构件、家庭电气用框架构件以及厨房物品。在本发明中，措词“钢板”包括钢带。
由不锈钢成形的产品经常包括有在弹性复原时产生的尺寸缺陷，因为不锈钢板的弹性应变大于普通钢板。例如，当简单地被弯曲成产品型钢的钢板离开成形模时，由于释放弹性应变弯曲角变得比所设计的角宽。该改变就是所谓的“回弹”。特别是产品是通过轻微冲压由钢板制得的情况下，甚至在产品离开成形模后，弹性应变没有完全释放而是保持在凸缘或冲压底部。该残余的应变引起缺陷，如扭转并显著地降低产品的商业价值。
为了抑制在生产时产生缺陷，在各种不同的不锈钢板中已经使用了较软的奥氏体不锈钢板，如SUS304。然而，奥氏体不锈钢由于高的Ni含量是昂贵的材料。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种铁素体不锈钢板，该钢板由于显著地降低了Ni地含量，是较廉价的材料，而且形状凝固性被改进，以抑制成形后的尺寸缺陷，如回弹和扭转。
本发明提出了一种新的铁素体不锈钢板，该钢板在由式(1)所定义的FM值被调节到0或更低的条件下，具有由C最高达0.10质量％、Si最高达1.0质量％、Mn最高达1.0质量％、P最高达0.050质量％、S最高达0.020质量％、Ni最高达2.0质量％、Cr为8.0～22.0质量％、N最高达0.05质量％、从0.01～0.50质量％的Ti、0.01～0.50质量％的Nb、0.01～0.30质量％的V、0.01～0.30质量％的Zr和0.0010～0.0100质量％的B中选出的一种或多种以及余量基本是铁所组成的合金化组份。该铁素体不锈钢板具有平面各向异性度(γmax-γmin)为Lankford值(γ)≤0.80以及0.2％屈服强度的各向异性度(σmax-σmin)≤20N/mm2。
FM＝420C-11.5Si+7Mn+23Ni-3.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-50Nb-
23V-52Al+470N+20 ...(1)
该不锈钢板较佳地具有沿轧制方向(Direction-L)、以45度角相交Direction-L的方向(Direction-D)以及以直角相交Direction-L的横向方向(Direction-T)中任一方向上的0.2％屈服强度≤350N/mm2。
该不锈钢板通过热轧含特定组成的铁素体不锈钢，然后将热轧钢板在700～880℃下，分批退火1～24小时制得。
【附图说明】
图1是说明弯曲试验的示意图，通过弯曲试验将钢板弯曲成盒形，并测量盒角以评价回弹。
图2是说明有关平面各向异性度(γmax-γmin)Lankford值(γ)和0.2％屈服强度的各向异性度(σmax-σmin)的回弹角曲线图。
【具体实施方式】
铁素体不锈钢的性能基本上取决于化学组成和制造条件。本发明人已研究并检验了化学组成和制造条件对性能的作用，并发现了通过将特定合金化组成与制造条件结合改进了形状凝固性(换言之，抑制成形后由回弹产生的形变)。
由于在将不钢板塑性成形成产品型钢时，形状凝固性不仅受到单轴形变而且也受到多轴形变的影响，物质性能和沿不同方向的各向异性对形状凝固性产生巨大作用。特别是，沿L、D和T方向Lankford值(γ)和0.2％屈服强度的偏差是主要因素。当沿L、D和T方向的Lankford值(γ)偏差较小时，不锈钢板具有较小的平面各向异性。
当Lankford值(γ)沿L、D和T方向彼此不同时，不锈钢板在每个施加相同应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产品型钢的不锈钢板中残余应变的不规则分布，导致不良的形状凝固性。沿L、D和T方向0.2％屈服强度彼此的偏差意味着在用一定应力使不锈钢板塑性成形时给予不锈钢板彼此不同的各种应变。在这一情况下，形状凝固性也不良。
为了改进形状凝固性，必须降低平面各向异性度(γmax-γmin)和0.2％屈服强度的各向异性度(σmax-σmin)，其中γmax和σmax为沿L、D和T方向的最大Lankford值和0.2％屈服强度，而γmin和σmin为沿L、D和T方向的最小Lankford值(γ)和0.2％屈服强度。
通过将不锈钢板的再结晶铁素体晶粒调节到具有相等平面取向的各向同性状态，降低Lankford值(γ)的平面各向异性度(γmax-γmin)和0.2％屈服强度的各向异性度(σmax-σmin)。通过将以细碳氮化合物颗粒形式均匀地分布在钢基体中溶解的C和N的沉积达到铁素体晶粒的各向同性再结晶。铁素体晶粒的各向同性再结晶有效地降低了各向异性度(γmax-γmin，σmax-σmin)。细碳氮化合物颗粒的均匀分布对再结晶铁素体晶体任意生长的作用解释如下：
钢基体中存在的碳氮化合物颗粒充当了不锈钢板最后煺火时，例如分批退火或最终退火时铁素体晶粒再结晶的籽晶。尽管迄今已将晶界和形变区，如冷轧铁素体结构中的滑移带认为是铁素体晶粒再结晶的籽晶，但晶界和形变区通过冷轧延伸。结果，晶界和形变区具有特定的取向，而再结晶铁素体晶粒在定向后生长。另一方面，碳氮化合物颗粒是粒状的并且非常硬(维氏硬度大于1000)，使得它们在冷轧时不被延伸而是在与铁素体晶粒接触时在边界处充当铁素体晶粒再结晶的籽晶。
通过合适地控制退火条件保证细碳氮化合物颗粒的均匀分布，以使将在以前热轧工序中生成的轧制织构转化成各向同性铁素体结构。该各向同性结构即至在冷轧状态时也会保持。这就是由于在随后的冷轧工序中施加应力，每个铁素体晶粒被定向，而铁素体晶粒整体仍是均匀并各向同性的。均匀分布的细碳氮化合物颗粒在由冷轧工序到退火工序充当了铁素体晶粒再结晶的籽晶，以达到铁素体晶粒进一步均匀平面定向。因此，降低了平面各向异性度(γmax-γmin)，并且不锈钢板被冲压成形具有良好的形状凝性。
本发明的其它特色由如下对合金化组成和制造条件的说明将变得显而易见。
按照本发明的铁素体不锈钢含有如下组成作为基本组份。
C最高达0.10质量％
通过分批退火将C转化成碳化物，并且该碳化物在最后退火工序再结晶时充当铁素体晶粒任意生长的籽晶。然而，C是一种不利地提高退火后冷轧不锈钢板强度的元素。过量的C含量也不利于韧性。因而C含量被控制在0.10质量％或更低。
Si最高达1.0质量％
Si是在炼钢时作为脱氧剂添加的一种元素，但将钢基体固溶硬化得过多。由于过量Si引起硬化并降低延展性，Si含量的上限被定为1.0质量％。
Mn最高达1.0质量％
Mn是一种奥氏体构成元素，由于其小的固溶硬化能力不会对钢材料造成有害作用，其对控制由式(1)定义的FM值有用。然而，过量Mn引起炼钢时烟尘的产生并使生产率恶化。在这一意义上，Mn被控制在1.0质量％或更少。
P最高达0.050质量％
P是对热加工性有害的一种元素。通过控制P含量小于0.050质量％来抑制P的作用。
S最高达0.020质量％
S是在晶界离析并使热加工性恶化的一种元素。通过控制S含量小于0.020质量％抑制这些作用。
Ni最高达2.0质量％
Ni是如Mn一样的奥氏体构成元素并对控制FM值有用。然而，过量添加高于2.0质量％的Ni提高钢的成本并且还使钢硬化。
Cr为8.0～22.0质量％
Cr是一种耐蚀性的基本元素。作为不锈钢为耐蚀性必须至少8质量％的Cr。然而，过量添加大于22.0质量％的Cr使不锈钢板的韧性和可加工性恶化。
N最高达0.05质量％
通过分批退火将N转化成氮化物。该氮化物充当最终退火工序中再结晶时铁素体晶粒任意生长的籽晶。然而，过量N引起韧性降低，因为N提高退火冷轧钢板的强度。因而，N含量控制到0.05质量％或更低。
除上述元素外，铣素体不锈钢另外可含有一种或多种如下元素。
Al最高达0.10质量％
Al是一种在炼钢时作为脱氧剂添加的元素。含量大于0.10质量％的过量Al造成非金属夹杂物的增高，韧性降低以及产生表面缺陷。从而，适当地规定Al含量以使FM值控制到0或更少。
Mo最高达1.0质量％
Mo是一种改进耐蚀性的元素，但过量添加大于1.0质量％的Mo会促使固溶硬化并阻止高温区的动态再结晶，导致降低热加工性。
Cu最高达1.0质量％
Cu是一种在炼钢时由废钢中包含的元素。由于过量Cu对热加工性和耐蚀性不合适，其上限被定为1.0质量％。
Ti为0.01～0.50质量％，Nb为0.01～0.50质量％
V为0.01～0.30质量％，Zr为0.01～0.30质量％
Ti、Nb和V与溶解在钢基体中的C作用并以对可加工性有效的碳化物沉淀。Zr吸收溶解的O为氧化物并改进不锈钢的可加工性和韧性。在各为0.01质量％或更高时指出了这些元素的作用，但过量添加不利于生产率。在这一意义上，这些元素的上限被定为Ti：0.50质量％、Nb：0.50质量％、V：0.30质量％和Zr：0.30质量％。
B为0.0010～0.0100质量％
B是一种均匀分散热轧钢板中转变相并促进最终结构中铁素体晶粒任意生长而不产生聚集结构的元素。通过添加0.0010质量％或更多比例的B典型地表明了转变相的均匀分布。然而，过量添加大于0.0100质量％的B引起热加工性和焊接性的恶化。
FM值不大于0
为了改进形状凝固性而在分批退火时不产生奥氏体相，除了特定比例的合金化元素外，将不锈钢设计成使得将由式(1)所定义的FM值调整至0或更小。
FM＝420C-11.5Si+7Mn+23Ni-3.5Cr-12Mo+9Cu-49Ti-50Nb-
23V-52Al+470N+20 ...(1)
通过控制FM值至0或更小抑制了分批退火时高温区中奥氏体相的产生。另一方面，合金化设计FM＞0可以在铁素体基体中产生能以较高比例溶解C和N的奥氏体相。因为C和N的溶解度在奥氏体相和铁素体基体之间是不同的，各向异性度(γmax-γmin和σmax-σmin)由于溶解度不规则而升高。
平面各向异性度(γmax-γmin)Lankford值(γ)≤0.80
0.2％屈服强度的各向异性度(σmax-σmin)≤20N/mm2
当各向异性度(γmax-γmin和σmax-σmin)较小时，铁素体不锈钢被冲压成形产品型钢具有较好的形状凝固性。实验结果证明在(γmax-γmin)≤0.80和(σmax-σmin)≤20N/mm2时形状凝固性优良。
0.2％屈服强度≤350N/mm2
为了给予铁素体不锈钢优良的形状凝固性，较佳的是具有0.2％屈服强度为350N/mm2或更低的无马氏体的完全铁素体结构。强度高于350N/mm2必然需要施加巨大应力以使不锈钢板塑性变形，导致增加回弹和降低形状凝固性。
在700～880℃退火1～24小时
为了降低各向异性度(γmax-γmin和σmax-σmin)，在C和N以细碳氮化物颗粒均匀地沉淀在单独铁素体基体中的条件下将铁素体不锈钢板退火。通过在温度为700℃或更高时的分批退火进行碳氮化物的充分沉淀。然而，当在高于880℃温度将不锈钢板分批退火时，相反，由于再结晶铁素体晶粒的显著生长(所谓“二次再结晶”)，使不锈钢板成为各向异性结构。
通过如下实施例将更清晰地理解本发明。
在真空炉中熔化表1中所示的一些不锈钢，铸造，锻造而后热轧成厚度为3.0mm。在表2所示的条件下将各个热轧钢板分批退火或中间退火，酸洗并随后冷轧至厚度为0.5mm。在880℃下将冷轧钢板最终退火1分钟，在露天冷却然后再次酸洗。
表1：不锈钢的化学组成和FM值钢种 合金化组分(质量％)FM值注 C Si Mn P S Ni Cr N 其它A 0.034 0.75 0.80 0.035 0.008 0.02 14.65 0.021-9.7发明实施例B 0.036 0.81 0.30 0.029 0.002 1.48 21.85 0.010-9.8C 0.008 0.10 0.21 0.033 0.005 0.17 11.34 0.021 Cu：0.23.Ti：0.1 8-9.0D 0.022 0.34 0.51 0.035 0.006 0.01 16.08 0.007 Cu：0.45，Ti：0.2 1，Al：0.09，B：0.0035-34.8E 0.023 0.78 0.45 0.033 0.002 0.95 12.56 0.045 Mo：0.74，Ti：0.43，Zr：0.21-7.1F 0.015 0.03 0.34 0.033 0.005 0.35 11.40 0.011 Nb：0.42-19.3G 0.075 0.50 0.26 0.042 0.007 0.11 21.23 0.010 Cu：0.65，V：0.23-18.9H 0.006 0.43 0.64 0.026 0.005 0.89 13.23 0.034 B：0.002312.2对比例I 0.076 0.87 0.26 0.042 0.009 1.64 21.40 0.032 Nb：0.325.6J 0.056 0.78 0.87 0.048 0.006 0.26 12.43 0.045 Mo：0.56，Ti：0.1 8，Zr：0.248.7K 0.075 0.24 0.30 0.033 0.012 2.23 16.23 0.010 Cu：0.30，Al：0.0749.1
带下划线的数字在本发明规定的范围以外。
试验每种退火钢板试样以测定Lankford值(γ)和0.2％屈服强度如下：
Lankford值(γ)
在对试验块JIS13B施加15％拉伸应变后，沿L、D和T方向测量Lankford值。计算测得的最大和最小值之间差并作为Lankford值(γ)平面各向异性度(γmax-γmin)。
0.2％屈服强度
在以3.3×10-4速率对试验块JIS13B施加拉伸应变后，沿L、D和T各个方向测量0.2％屈服强度。计算测得的最大和最小值之间差并作为0.2％屈服强度的各向异性度(σmax-σmin)。
形状凝固性
由每种退火钢板制得两个试验块，每个具有包括带有尺寸为10m×36mm的四个长方形区域A1～D1，A2～D2的40mm平方区域E1，E2的展开盒形(图1所示)。沿L方向(轧制方向)切割一个试验块，而沿D方向切割另一个。通过装备有直径为4mm端部的矩形冲头的200吨压机，在固定压20吨下以200mm/分的工作速度将平方区E1，E2的所有边弯曲，长方形区A1～D1，A2～D2垂直升高。在相应于所形成盒底部的四角的各个测量点P1～P4测量回弹角θ。通过测量值中最大角θmax评估形状凝固性。
表2示出了各种退火钢板的结果，而图2示出了与各向异性度(γmax-γmin和σmax-σmin)有关的最大回弹角θmax的分布。
由图2可理解到本发明具有γmax-γmin≤0.8和σmax-σmin≤20N/mm2的钢板形状凝固性良好(即最大回弹角θmax≤3°)。另一方面，如最大回弹角θmax＞3°所表明的，对比钢板不能满足γmax-γmin≤0.8和σmax-σmin≤20N/mm2的任一项，形状凝固性不良。
表2：不锈钢板的制造条件和性能 试验号 钢种 分批退火或中间退火 平面各向异性 γmax-γmin 0.2％屈服强度 σmax(N/mm2) 0.2％屈服强度的各向异性度 σmax-σmin(N/mm2) 最大回弹角 θmin(度) 注 ℃ 周期 1 A 720 12小时 0.53 256 11 1.7发明实施例 2 A 770 8小时 0.65 276 15 2.2 3 A 835 20小时 0.24 234 12 2.6 4 A 750 60秒 1.07 276 23 5.2对比例 5 A 930 10小时 0.86 241 15 4.6 6 C 775 10小时 0.32 203 8 1.8发明实施例 7 C 845 20小时 0.29 199 5 0.9 8 C 670 20小时 0.96 219 12 3.9对比例 9 C 1000 60秒 1.02 232 25 4.3 10 B 890 8小时 0.23 322 7 1.6发明实施例 11 D 790 10小时 0.74 289 18 2.3 12 E 835 18小时 0.22 215 12 2.8 13 F 850 8小时 0.48 221 19 1.7 14 G 765 22小时 0.54 331 13 1.6 15 H 750 8小时 1.21 222 21 4.7对比例 16 I 750 12小时 1.11 312 12 6.5 17 J 830 20小时 0.87 254 23 7.3 18 K 850 15小时 1.23 392 35 8.5
带有下划线的数字在本发明规定范围以外。
工业实用性
按照上述本发明，通过将结晶铁素体晶粒调节到具有均衡的平面取向结构，以使将Lankford值(γ)的平面各向异性度(γmax-γmin)和0.2％屈服强度的各向异性度(σmax-σmin)降低至可能的最小值，改进了铁素体不锈钢板的形状凝固性。由于该不锈钢被塑性成形成具有较小回弹的产品型钢，故它在不同工业领域中有用，例如电气或电子装置部件，如有机EL装置的密封元件，精密加压部件以及建筑构件。