一种铁素体不锈钢及其冷轧板的制造方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201010153410.1	申请日：	2010.04.22
公开号：	CN102234740A	公开日：	2011.11.09
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	专利权的转移IPC(主分类):C22C 38/50登记生效日:20170215变更事项:专利权人变更前权利人:宝山钢铁股份有限公司变更后权利人:宝钢不锈钢有限公司变更事项:地址变更前权利人:201900 上海市牡丹江路1813号南楼变更后权利人:200431 上海市宝山区长江路580号\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C22C 38/50申请日:20100422\|\|\|公开
IPC分类号：	C22C38/50; B21B37/74; B21B37/16; C21D8/02	主分类号：	C22C38/50
申请人：	宝山钢铁股份有限公司
发明人：	毕洪运; 李鑫; 王伟明; 张丽
地址：	201900 上海市牡丹江路1813号南楼
优先权：
专利代理机构：	北京市金杜律师事务所 11256	代理人：	楼仙英;金惠淑
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内容摘要

一种铁素体不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为：C：0.008～0.020％，Si：0.80～1.20％，Mn：0.70～1.20％，Mo≤0.70％，Cr：13.0～16.0％，P≤0.03％，S≤0.003％，Nb：[4×(C+N)+0.30]～0.60％，Ti：[6×(C+N)]～0.2％，Al：0.005～0.05％，[0.15+10×(C+N)]≤[Ti+0.5Nb]≤0.50％，N≤0.015％，C+N≤0.030％，Ni≤0.3％。Cu≤0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质，杂质总量低于0.05％。由该钢种制造的铁素体不锈钢冷轧板具有优良的高温性能，非常适合在汽车排气系统岐管部件中使用。

权利要求书

1.一种铁素体不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为：C：
0.008～0.020％，Si：0.80～1.20％，Mn：0.70～1.20％，Mo≤0.70％，Cr：
13.0～16.0％，P≤0.03％，S≤0.003％，Nb：[4×(C+N)+0.30]～0.60％，
Ti：[6×(C+N)]～0.2％，Al：0.005～0.05％，[0.15+10×(C+N)]％≤Ti+0.5Nb
≤0.50％，N≤0.015％，C+N≤0.030％，Ni≤0.3％。Cu≤0.3％，其余为Fe
及不可避免的杂质，杂质总量低于0.05％。
2.如权利要求1所述的铁素体不锈钢，其特征在于，C：0.010～0.015％。
3.如权利要求1或2所述的铁素体不锈钢，其特征在于，Mo：
0.07～0.65％。
4.如权利要求1～3任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，Nb：
0.45～0.55％。
5.如权利要求1～4任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于，Mn/Si≥
0.8，优选Mn/Si为0.9～1.0。
6.如权利要求1～5任一所述的铁素体不锈钢的冷轧板的制造方法，
包括如下步骤：
通过电炉冶炼、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢并进行喂钛丝处理
后得到满足成分要求的钢液；
通过控制连铸过程中的拉速、电磁搅拌来获得等轴晶比例超过35％的
连铸坯；
连铸坯在320℃以上进行表面修整，并在150℃以上送加热炉加热；
热轧首先进行粗轧并去表面氧化皮，粗轧坯经过精轧、冷却和卷取获
得热轧板卷，其中，板坯加热温度为1000～1200℃，总加热时间不低于180
分钟，热轧终轧温度为700～950℃，卷取温度为500～750℃；
热轧板在900～1100℃进行退火，并通过酸洗去除表面氧化皮，再进行
冷轧，冷轧中，压下率为50～80％，优选60～75％；
冷轧后退火温度为850～1050℃。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，连铸中，控制过热度为
20～50℃，控制拉速为0.8～1.5米/分钟，电磁搅拌电流为1000～2000A。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，冷轧中，压下率为
65～75％。
9.如权利要求6～8任一所述的方法，其特征在于，冷轧板的组织晶
粒平均尺寸控制在30～60微米的等轴晶组织。
10.如权利要求6～9任一所述的方法，其特征在于，连铸坯在320～500
℃进行表面修整，并在150～300℃送加热炉加热。
11.如权利要求6～10任一所述的方法，其特征在于，板坯总加热时
间为180～200分钟。
12.一种由权利要求6～11任一所述的方法制造的铁素体不锈钢冷轧
板。

说明书

一种铁素体不锈钢及其冷轧板的制造方法

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢，特别是涉及可生产具有良好高温强度的铁
素体不锈钢冷轧板的钢种成分以及由其制造的冷轧板和其制造方法，这种
铁素体不锈钢冷轧板具有优良高温性能，适合制作汽车排气系统中的高温
端部件。

背景技术

随着汽车工业的发展和汽车尾气排放要求不断提高，使用高温性能良
好的铁素体不锈钢制作汽车排气系统岐管越来越受到汽车生产厂商的重
视。不锈钢焊接岐管与铸造岐管相比，能够短时间内提高排气系统触媒发
生器温度，利用触媒分解尾气中的污染气体，达到尾气排放要求。铁素体
不锈钢具有的节省镍以及低的热膨胀系数、高的抗鳞片剥落能力、较高的
热传导性和高温强度等物理和力学性能，使铁素体不锈钢取代了奥氏体不
锈钢成为汽车排气系统的首选材料，得到了广泛的应用。日本和欧美的汽
车厂均从20世纪80年代起全面使用铁素体不锈钢作为制造汽车排气系统
高温端零部件的材料。

作为高温段使用的铁素体不锈钢主要可以分为两类，一类是中高铬的
17～20Cr不锈钢，另一类主要是13～16Cr的中低铬的铁素体不锈钢，为保
证铁素体不锈钢具备良好的加工性能和使用性能，一般在上述两种不锈钢
中还要添加稳定化元素以提高腐蚀性能、成型性能等，主要稳定化元素为
Ti或Nb，利用稳定化元素固定基体中的N和C，减少间隙原子N和C
对成性能影响。Nb的添加可以有效的提高高温强度、抗氧化性能。对于
沿海地区及通过使用除雪剂除雪的地域，还要考虑通过添加Mo合金元素
来改善高温盐损等腐蚀失效，确保排气岐管使用寿命。

目前，对于汽车尾气系统中的岐管部分，使用的不锈钢主要是中铬不
锈钢，如441，444等，这类不锈钢含17～19的Cr，同时含有Nb或Nb、
Mo复合添加，采用中高Cr并添加Nb可以保证才来具有较好的高温使用
性能，中高Cr并添加Nb和Mo，可以保证较高的高温性能同时也可以保
证较好的抗盐蚀性能。由于岐管加工对材料的成型性要求较高，可以通过
降低Cr含量及适当提高抗氧化性能优良的Si元素含量，提高材料的高温
强度、高温抗氧化性能及成型性。通过添加Nb和Mo改善高温强度和高
温盐蚀性能。这类不锈钢一般含有含13～16％Cr，代表产品如NSSC450MS、
JFE429等，市场上常见的这类中低Cr铁素体不锈钢成分如表1所示。

表1常见15Cr的岐管用不锈钢化学成分，wt％

  牌号
  C
  Si
  Mn
  Cr
  Ti
  Nb
  P
  S
  Mo
  N
  NSSC450MS
  0.010
  0.94
  0.95
  13.9
  0.13
  0.3
  0.029
  0.005
  0.5
  0.010
  JFE429
  0.006
  0.81
  0.41
  14.5
  0.45
  0.020
  0.002
  0.010

此外，除上述生产单位提供市场的合金设计外，还有一些与汽车尾气
系统用中低铬不锈钢相关的专利文献。

现有技术中有介绍铬含量在13～16％应用于汽车尾气排放系统的不锈
钢，一般通过添加不同合金元素如Mo、Cu、Al及采用稳定化元素Ti或
者Nb来固定铁素体基体中的有害元素，确保不锈钢具有设计要求的性能。

公开号为CN1683583的中国专利申请公开了一种热疲劳特性优良的
汽车排气系统构件用铁素体不锈钢，其以质量百分比计含有：C：0.020％
或以下、Si：0.02～0.15％、Mn：0.05～0.20％、P：0.040％或以下、S：0.010
％或以下、Al：0.005～0.10％、N：0.020％或以下、Cr：15～18％、Mo：1.5～2.0％、
Ti：3×(C+N)～0.25％、Nb：0.4～0.8％、B：0.0003～0.0050％。其中所述C、
N满足C+N：0.030％或以下的关系，所述Al、Si、Mn满足Al×(Si+Mn)：
0.001～0.020的关系；而且余量为Fe和不可避免的杂质。该专利申请公开
的属于高铬不锈钢并添加了更高的Mo(1.5～2.0％)，大大增加成本。

公开号为JP2000-303149的日本专利申请公开了一种汽车排气系统部
件用铁素体不锈钢，其中C：0.015％以下，Si：1％以下，Mn：1％以下，
P：0.05％以下，S：0.008％以下，Cr：8～15％不到，Cu：1～3％，N：0.015％
以下，Mo：0～3％，Ni：0～1％，Ti：0～1％，Nb：0～1％，Zr：0～1％，Al：
0～0.15％及Ca、Mg、Y、稀土元素的中的1种或2种以上总计为0～0.1％，
其余为Fe及不可避免的杂质。该不锈钢中添加了Nb、Ti(V)或镐(Zr)
之外还添加了适量Ni和Cu，加Cu可以改善低温成型性能但不利于废钢
管理。可以用于700℃以上高温汽车排气环境使用的部件。

公开号为JP04-354850的日本专利申请公开了一种高温性能优异的含
高Al的铁素体不锈钢，其中加入了3～6％的Al，大大提高了不锈钢的抗
高温氧化性，但较高的Al影响了加工性能，不适合做排气岐管。

公开号为US2004265162的美国专利申请公开了一种铁素体不锈钢及
其在高温产品中的应用，其中，通过Al提高高温氧化性，但不适合排气
歧管的成型性要求。

公开号为CN1982492A的中国专利申请采用了Nb单稳定，通过添加
高Si含量并复合添加Mo和W以提高材料高温强度，耐高温氧化性能，
其中Mo含量为1.0～5.0％，原材料成本非常高。

随着汽车尾气排放要求的不断提高，从设计角度出发往往不断提高排
气歧管的使用温度，对排气系统岐管部位的材料高温性能有了更高的要
求。目前使用的岐管工作温度可以达到900℃以上，大部分岐管都是经过
管加工和成型加工完成的，因此需要不锈钢具备优良的高温性能(强度和
高温稳定性)和成型性能。

发明内容

本发明的要解决的第一个技术问题是提供一种铁素体不锈钢，以用于
制造具有优良高温性能的铁素体不锈钢冷轧板。

为兼顾材料的高温强度和成型加工性能，本发明钢种采用低碳氮成分
设计与稳定化元素结合的方法确保高温强度，通过适量的Cr及Mo保证
材料的高温抗氧化性和高温盐蚀性能。其中对C含量也做了下限的要求，
主要是考虑适当的C含量对提高高温强度效果非常明显，因此设计时要求
0.008％≤C≤0.020％(重量百分数，下同)，同时，为提供成型性也要求
N≤0.015％，C+N≤0.030％。较宽范围的碳和氮含量，充分利用稳定化元
素铌的作用，该成分设计可以在已有的生产线中更容易实现冶炼，大大提
高冶炼的成功率并可以有效降低生产成本。

作为岐管用铁素体钢，为了保证其在高温状态下依旧具有比较高的强
度，在室温条件下有较高的成型性能。除一定的C含量以外，主要利用
Nb固溶在基体中以提高高温强度，考虑到Nb要与基体中的C结合及高温
性能保证，所以本发明Nb含量添按照4×(C+N)+0.3～0.60％添加。过高的
Nb会导致析出相影响使用性能，因此，Nb含量一般不超过0.60％，优选
范围为0.45～0.55％。除此之外，同时添加Ti，一方面Ti和Nb作为稳定
化元素固定钢中的C、N以提高其耐腐蚀性能，另一方面，Ti能够提高
Nb在高温下的固溶量，从而有效地提高900℃以上的高温强度。对于使用
在沿海或者撒盐除雪地域的汽车，考虑到高温盐损，需要适当添加Mo，
一般在0.4～0.7％就可以满足要求。Ti含量的过高会在冶炼时造成水口结瘤
及连铸坯表面质量缺陷等问题，所以本发明将Ti含量控制在Ti：6×
(C+N)～0.20％之间，且0.15+10(C+N)≤Ti+0.5Nb≤0.50％。

为了实现上述目的，本发明提供的铁素体不锈钢的化学成分的重量百
分数如下：

C：0.008％～0.020％，Si：0.80％～1.20％，Mn：0.70％～1.20％，Mo≤
0.70％，Cr：13.0～16.0％，P≤0.03％，S≤0.003％，Nb：4×(C+N)+0.30～0.60％，
Ti：6×(C+N)～0.2％，Al：0.005％～0.05，0.15+10×(C+N)≤Ti+0.5Nb
≤0.50％，N≤0.015％，C+N≤0.030％，Ni≤0.3％，Cu≤0.3％，其余为
Fe和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于0.05％。

优选地，C：0.010～0.015％。

优选地，Nb：0.45～0.55％。

优选地，Mo：0.07～0.65％。

优选地，Mn/Si≥0.8，更优选，Mn/Si为0.9～1.0。

本发明的铁素体不锈钢化学成分设计的选择原因如下：

C和N：本发明钢种属于超低碳氮的铁素体不锈钢，因此在本钢中，
尽可能控制碳和氮含量，氮作为杂质元素，需要尽可能降低其含量。目前
冶炼设备在保证生产能力的情况下能够比较容易满足将碳和氮控制在总
量不大于0.030％，同时，碳量不低于0.008％，既考虑到提高高温力学性
能也可以降低冶炼时间，提高炼成率。C≤0.020％和N≤0.015％主要是考
虑含量过高会增加高温氧化失效和降低成型性能。降低碳和氮总量还可以
提高成型性能，降低稳定化元素用量，特别是减少Ti的使用，保证产品
的表面质量和提高晶间腐蚀性能。

Cr：是提高抗氧化性和强度的主要合金元素，同时可以提高高温强度。
Cr提高钢的强度，但过高时降低钢的塑性，对焊接性不利。本设计为Cr
为13～16％，优选为14～16％。

Si：加入钢中起到脱氧和提高高温强度及高温氧化性能，低于0.8％效
果不明显，大于1.2％时，室温成型性恶化。适量的硅可以使不锈钢具有优
异的耐氧化性能。

Mn：弱奥氏体元素，Mn可以抑制不锈钢中硫的有害作用，提高热塑
性。但Mn大于1.20％对提高不锈钢耐高温氧化性不利。一般通过控制
Mn/Si比提高轧制和酸洗性能，因此要求Mn/Si比不低于0.8，Mn/Si比为
0.9～1.0时效果更好。

Nb：Nb是强碳化物形成元素，很容易与C结合，所以添加适量的Nb
起到固定钢中C的作用，有利于提高冷加工性能。另外Nb还可以提高钢
钝化膜中Cr的浓度，从而提高钢的耐腐蚀和耐氧化性能。另一方面，Nb
固溶在基体中能够有效的起到提高高温强度的作用，所以除了满足稳定C
原子以外，还需要具有一定含量的固溶Nb。因此，本发明中要求Nb含量
为4×(C+N)+0.30～0.60％，优选为Nb：0.45～0.55％。

Ti：Ti很容易与N结合形成TiN，所以通常作为稳定化元素添加以固
定钢中的N，同时在含Nb钢中，TiN的存在可以在高温条件下有效地提
高Nb在基体中的固溶量，从而起到提高高温强度的作用，同时添加Ti还
可以避免在长时间高温时效的过程中形成粗大的M6C型富Nb碳化物，导
致高温强度下降，从而提高了含Nb钢高温强度的稳定性。但是过量的Ti
会增加冶炼难度，降低材料的表面质量和使用性能，增加冶炼成本，建议
Ti含量不超过0.20％。优选地Ti：6×(C+N)～0.20％之间，且0.15+10×(C+N)
≤Ti+0.5Nb≤0.50％。

Mo：Mo能够提高高温稳定性，固溶的Mo还可以提高高温强度。同
时Mo对提高高温盐损效果明显。综合考虑到其强化效果和原材料成本，
建议加入量小于等于0.7％，优选为0.07～0.65％。

Al：主要是起到脱氧作用，一般要求不低于0.005％，同时考虑到后
续形成Al氧化物影响冷轧产品内在质量，一般控制上限不超过0.05％，优
选0.005～0.05％。

Ni和Cu：Ni和Cu在铁素体不锈钢中属于控制元素，尽可能减少Ni
和Cu的含量，一般控制在Ni≤0.3％，Cu≤0.3％。

P和S：铁素体不锈钢中磷和硫会严重影响不锈钢的耐蚀性和加工性
能，必须严格控制，一般控制在P≤0.03％，S≤0.003％。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种具有优良高温性能的铁
素体不锈钢冷轧板及其制造方法。该冷轧板适合用于汽车排气系统高温端
部件。

本发明的铁素体不锈钢冷轧板的制造方法包括如下步骤：

冶炼：通过电炉炼钢、AOD脱碳、VOD脱氧三步法炼钢并进行喂钛
丝处理后就可以获得满足成分要求的钢液。连铸过程中需要通过控制过热
度为20～50℃，拉速为0.8～1.5米/分钟，电磁搅拌电流为1000～2000A等
工艺参数使钢液经过连铸获得表面状态良好，等轴晶比例超过35％的连铸
坯，连铸坯必须在320℃以上，优选320～500℃进行表面修磨，修磨后在
150℃以上，优选150～300℃送加热炉，加热并保温一定时间进行热轧。

热轧：板坯加热温度为1000～1200℃，总加热时间不得低于180分钟，
优选总加热时间为180～200分钟，热轧终轧温度为700～950℃，卷取温度
为500～750℃。热轧首先进行粗轧并去表面氧化皮，粗轧坯经过精轧、冷
却和卷取获得热轧板卷。

冷轧：热轧板卷在冷轧前必须经过退火酸洗。因为其合金特点，热轧
板退火温度必须在900～1100℃之间，否则热轧变形后的加工硬化不能得到
有效消除，退火后必须通过酸洗清除表面氧化皮。冷轧加工要确保一定的
轧制压下率，优选为50～80％，更优选60～75％，有利于获得好的综合力学
性能。冷轧板轧后需要经过冷轧退火酸洗，使冷轧不锈钢可以充分再结晶，
并消除表面色差。为保证其具有良好的室温力学性能和成形性能，冷轧退
火温度必须控制在850～1050℃。

经过以上制造方法可以得到具有良好的室温力学性能、良好的成型
性、优良的抗高温化性能和较高的高温强度的铁素体不锈钢冷轧板。其组
织晶粒平均尺度控制在30～60微米的等轴晶组织是最适合用于高成型性加
工的组织。

虽然现有技术的低铬不锈钢中已经有通过Ti和Nb复合稳定化来提高
腐蚀性能，也有通过Nb、Ti双稳定并且添加Mo提高耐腐蚀性能的成熟
产品，如NSSC450MS。但NSSC450MS中添加Nb含量相对较低，这也直
接导致了其高温强度不高，不利于提高使用寿命。另外，Nb单稳定的铁
素体不锈钢在900℃以上的强化效果有所减弱。而本发明在添加Nb的同
时添加Ti，Ti一方面可以起到固定不锈钢中N的作用，另外一方面Ti的
添加使铁素体钢在高温时效的过程中避免M6C的粗大化，还可以提高铁
素体不锈钢中固溶Nb的含量，从而明显提高900℃以上的高温强度。并
且在高温长时间时效后依旧具备较高的高温强度。

经过对本发明的铁素体钢种制造的铁素体冷轧板成品进行的力学和
高温强度试验，各项性能优于目前市场上常用的15Cr铁素体不锈钢，非
常适合在汽车排气系统岐管部件使用该材料。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的铁素体不锈钢及其冷轧板的性能进
行详细说明。

表2所示是本发明的实施例和对比例的化学成分。

表3所示是本发明的实施例和对比例的制造工艺参数。

其中，对比钢种为目前市场上普遍使用的429(对比例1)和
NSSC450MS(对比例2)，其中429为单独添加Nb，NSSC450MS为复合
添加Nb和Mo。

表4为本发明的实施例钢和对比例钢的力学性能和成型性能比较。

其中，力学性能检测屈服强度、抗拉强度、延伸率。

高温性能以材料900℃的高温强度作为评价依据。

表4本发明钢与对比钢种的性能

  Rel(MPa)
Rm(MPa)
  A(％)
  硬度(Hv)
  900℃σ0.2(MPa)
  实施例1
  295
483
  35.0
  142
  29
  实施例2
  302
479
  35.3
  146
  27
  实施例3
  289
485
  35.8
  150
  28
  实施例4
  292
481
  36.2
  150
  25
  实施例5
  299
503
  35.0
  151
  29
  实施例6
  303
497
  35.0
  145
  23
  实施例7
  290
498
  35.5
  149
  27
  实施例8
  287
493
  35.0
  144
  29
  实施例9
  291
486
  35.5
  148
  28
  对比例1
  285
465
  36.5
  135
  16
  对比例2
  287
471
  34.0
  156
  20

其中，Rel：下屈服强度，Rm：抗拉强度，900℃σ0.2：900℃的高温
屈服强度。

对于汽车排气系统用钢来说，在900℃的σ0.2越高越好，如果是
22MPa以上则可以说是高温强度优异，由表4可以看出，一定含量的C有
利于提高高温强度。Nb、Cr、Mo的含量均对高温强度有影响，本发明的
实施例1和实施例6碳含量存在差别，实施例1的碳含量比实施例6的碳
含量高，其它含量基本相当，实施例1的900℃的屈服强度σ0.2高于实施
例6，也明显高于对比例1。其它实施例在碳含量相当时，由于Nb含量较
对比例2的高，其高温强度也相应提高了。可见C含量和Nb含量明显影
响到高温强度。本发明延伸率值均在35％以上，也具备良好的冷成型性能，
是制作汽车排气系统中岐管和前管高温段的理想材料。

用本发明钢种以及采用本发明的方法生产的汽车尾气系统用铁素体
不锈钢的高温强度有明显改善，可以提高汽车尾气系统的使用寿命。因为
合金成分设计满足常规超低碳氮制造要求，常规铁素体不锈钢生产能力的
生产线均有能力生产该钢种。

虽然以上通过具体实施例对本发明进行了说明，但不仅仅限于这些
实施例，在不脱离本发明构思的前提下，还可以有更多变化或改进的其他
实施例，而这些变化和改进都应属于权利要求要求的范围。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 102234740 A (43)申请公布日 2011.11.09 CN 102234740 A *CN102234740A* (21)申请号 201010153410.1 (22)申请日 2010.04.22 C22C 38/50(2006.01) B21B 37/74(2006.01) B21B 37/16(2006.01) C21D 8/02(2006.01) (71)申请人宝山钢铁股份有限公司地址 201900 上海市牡丹江路 1813 号南楼 (72)发明人毕洪运李鑫王伟明张丽 (74)专利代理机构北京市金杜律师事务所 11256 代理人楼仙英。

2、金惠淑 (54) 发明名称一种铁素体不锈钢及其冷轧板的制造方法 (57) 摘要一种铁素体不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为： C ： 0.008 0.020 ， Si ： 0.80 1.20， Mn ： 0.70 1.20， Mo 0.70， Cr ： 13.0 16.0， P 0.03， S 0.003， Nb ： 4(C+N)+0.30 0.60 ， Ti ： 6(C+N) 0.2， Al ： 0.005 0.05， 0.15+10(C +N) Ti+0.5Nb 0.50 ， N 0.015 ， C+N 0.030， Ni 0.3。Cu 0.3，其余为 Fe 及不可。

3、避免的杂质，杂质总量低于 0.05。由该钢种制造的铁素体不锈钢冷轧板具有优良的高温性能，非常适合在汽车排气系统岐管部件中使用。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 8 页 CN 102234742 A1/1 页 2 1. 一种铁素体不锈钢，其按重量百分比计的化学成分为： C ： 0.008 0.020， Si ： 0.80 1.20 ， Mn ： 0.70 1.20 ， Mo 0.70 ， Cr ： 13.0 16.0 ， P 0.03 ， S 0.003 ， Nb ： 4(C+N)+0.30 0.60 。

4、， Ti ： 6(C+N) 0.2 ， Al ： 0.005 0.05 ， 0.15+10(C+N) Ti+0.5Nb 0.50 ， N 0.015 ， C+N 0.030 ， Ni 0.3。Cu 0.3，其余为 Fe 及不可避免的杂质，杂质总量低于 0.05。 2. 如权利要求 1 所述的铁素体不锈钢，其特征在于， C ： 0.010 0.015。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的铁素体不锈钢，其特征在于， Mo ： 0.07 0.65。 4. 如权利要求 1 3 任一所述的铁素体不锈钢，其特征在于， Nb ： 0.45 0.55。 5. 如权利要求 1 4 任一所述的铁素体不。

5、锈钢，其特征在于， Mn/Si 0.8，优选 Mn/Si 为 0.9 1.0。 6. 如权利要求 1 5 任一所述的铁素体不锈钢的冷轧板的制造方法，包括如下步骤：通过电炉冶炼、 AOD 脱碳、 VOD 脱氧三步法炼钢并进行喂钛丝处理后得到满足成分要求的钢液；通过控制连铸过程中的拉速、电磁搅拌来获得等轴晶比例超过 35的连铸坯；连铸坯在 320以上进行表面修整，并在 150以上送加热炉加热；热轧首先进行粗轧并去表面氧化皮，粗轧坯经过精轧、冷却和卷取获得热轧板卷，其中，板坯加热温度为 1000 1200，总加热时间不低于 180 分钟，热轧终轧温度为 70。

6、0 950，卷取温度为 500 750 ；热轧板在 900 1100进行退火，并通过酸洗去除表面氧化皮，再进行冷轧，冷轧中，压下率为 50 80，优选 60 75 ；冷轧后退火温度为 850 1050。 7. 如权利要求 6 所述的方法，其特征在于，连铸中，控制过热度为 20 50，控制拉速为 0.8 1.5 米 / 分钟，电磁搅拌电流为 1000 2000A。 8. 如权利要求 6 或 7 所述的方法，其特征在于，冷轧中，压下率为 65 75。 9.如权利要求68任一所述的方法，其特征在于，冷轧板的组织晶粒平均尺寸控制在 30 60 微米的等轴晶组织。。

7、10. 如权利要求 6 9 任一所述的方法，其特征在于，连铸坯在 320 500进行表面修整，并在 150 300送加热炉加热。 11.如权利要求610任一所述的方法，其特征在于，板坯总加热时间为180200分钟。 12. 一种由权利要求 6 11 任一所述的方法制造的铁素体不锈钢冷轧板。权利要求书 CN 102234740 A CN 102234742 A1/8 页 3 一种铁素体不锈钢及其冷轧板的制造方法技术领域 0001 本发明涉及铁素体不锈钢，特别是涉及可生产具有良好高温强度的铁素体不锈钢冷轧板的钢种成分以及由其制造的冷轧板和其制造方法，这种铁素体不锈钢。

8、冷轧板具有优良高温性能，适合制作汽车排气系统中的高温端部件。背景技术 0002 随着汽车工业的发展和汽车尾气排放要求不断提高，使用高温性能良好的铁素体不锈钢制作汽车排气系统岐管越来越受到汽车生产厂商的重视。不锈钢焊接岐管与铸造岐管相比，能够短时间内提高排气系统触媒发生器温度，利用触媒分解尾气中的污染气体，达到尾气排放要求。铁素体不锈钢具有的节省镍以及低的热膨胀系数、高的抗鳞片剥落能力、较高的热传导性和高温强度等物理和力学性能，使铁素体不锈钢取代了奥氏体不锈钢成为汽车排气系统的首选材料，得到了广泛的应用。日本和欧美的汽车厂均从 20 世纪 80 年代起全面使用。

9、铁素体不锈钢作为制造汽车排气系统高温端零部件的材料。 0003 作为高温段使用的铁素体不锈钢主要可以分为两类，一类是中高铬的 17 20Cr 不锈钢，另一类主要是1316Cr的中低铬的铁素体不锈钢，为保证铁素体不锈钢具备良好的加工性能和使用性能，一般在上述两种不锈钢中还要添加稳定化元素以提高腐蚀性能、成型性能等，主要稳定化元素为 Ti 或 Nb，利用稳定化元素固定基体中的 N 和 C，减少间隙原子 N 和 C 对成性能影响。Nb 的添加可以有效的提高高温强度、抗氧化性能。对于沿海地区及通过使用除雪剂除雪的地域，还要考虑通过添加 Mo 合金元素来改善高温盐损等腐蚀失效。

10、，确保排气岐管使用寿命。 0004 目前，对于汽车尾气系统中的岐管部分，使用的不锈钢主要是中铬不锈钢，如 441， 444 等，这类不锈钢含 17 19 的 Cr，同时含有 Nb 或 Nb、 Mo 复合添加，采用中高 Cr 并添加 Nb 可以保证才来具有较好的高温使用性能，中高 Cr 并添加 Nb 和 Mo，可以保证较高的高温性能同时也可以保证较好的抗盐蚀性能。由于岐管加工对材料的成型性要求较高，可以通过降低Cr含量及适当提高抗氧化性能优良的Si元素含量，提高材料的高温强度、高温抗氧化性能及成型性。通过添加 Nb 和 Mo 改善高温强度和高温盐蚀性能。这类不锈钢一。

11、般含有含 13 16 Cr，代表产品如 NSSC450MS、 JFE429 等，市场上常见的这类中低 Cr 铁素体不锈钢成分如表 1 所示。 0005 表 1 常见 15Cr 的岐管用不锈钢化学成分， wt 0006 牌号 C Si Mn Cr Ti Nb P S Mo N NSSC450MS 0.010 0.94 0.95 13.9 0.13 0.3 0.029 0.005 0.5 0.010 JFE429 0.006 0.81 0.41 14.5 0.45 0.020 0.002 0.010 0007 此外，除上述生产单位提供市场的合金设计外，还有一些与汽车尾气系统用中低说。

12、明书 CN 102234740 A CN 102234742 A2/8 页 4 铬不锈钢相关的专利文献。 0008 现有技术中有介绍铬含量在 13 16应用于汽车尾气排放系统的不锈钢，一般通过添加不同合金元素如 Mo、 Cu、 Al 及采用稳定化元素 Ti 或者 Nb 来固定铁素体基体中的有害元素，确保不锈钢具有设计要求的性能。 0009 公开号为 CN1683583 的中国专利申请公开了一种热疲劳特性优良的汽车排气系统构件用铁素体不锈钢，其以质量百分比计含有： C ： 0.020或以下、 Si ： 0.02 0.15、 Mn ： 0.05 0.20、 P ： 0.040或以下。

13、、 S ： 0.010或以下、 Al ： 0.005 0.10、 N ： 0.020 或以下、 Cr ： 15 18、 Mo ： 1.5 2.0、 Ti ： 3(C+N) 0.25、 Nb ： 0.4 0.8、 B ： 0.0003 0.0050。其中所述 C、 N 满足 C+N ： 0.030或以下的关系，所述 Al、 Si、 Mn 满足 Al(Si+Mn) ： 0.001 0.020 的关系；而且余量为 Fe 和不可避免的杂质。该专利申请公开的属于高铬不锈钢并添加了更高的 Mo(1.5 2.0 )，大大增加成本。 0010 公开号为 JP2000-303149 的日本专利申请公开。

14、了一种汽车排气系统部件用铁素体不锈钢，其中 C ： 0.015以下， Si ： 1以下， Mn ： 1以下， P ： 0.05以下， S ： 0.008以下， Cr ： 815不到， Cu ： 13， N ： 0.015以下， Mo ： 03， Ni ： 01， Ti ： 01， Nb ： 0 1， Zr ： 0 1， Al ： 0 0.15及 Ca、 Mg、 Y、稀土元素的中的 1 种或 2 种以上总计为 0 0.1，其余为 Fe 及不可避免的杂质。该不锈钢中添加了 Nb、 Ti(V) 或镐 (Zr) 之外还添加了适量Ni和Cu，加Cu可以改善低温成型性能但不利于废钢管理。。

15、可以用于700 以上高温汽车排气环境使用的部件。 0011 公开号为 JP04-354850 的日本专利申请公开了一种高温性能优异的含高 Al 的铁素体不锈钢，其中加入了 3 6的 Al，大大提高了不锈钢的抗高温氧化性，但较高的 Al 影响了加工性能，不适合做排气岐管。 0012 公开号为 US2004265162 的美国专利申请公开了一种铁素体不锈钢及其在高温产品中的应用，其中，通过 Al 提高高温氧化性，但不适合排气歧管的成型性要求。 0013 公开号为 CN1982492A 的中国专利申请采用了 Nb 单稳定，通过添加高 Si 含量并复合添加Mo和W以提高材料高温。

16、强度，耐高温氧化性能，其中Mo含量为1.05.0，原材料成本非常高。 0014 随着汽车尾气排放要求的不断提高，从设计角度出发往往不断提高排气歧管的使用温度，对排气系统岐管部位的材料高温性能有了更高的要求。目前使用的岐管工作温度可以达到 900以上，大部分岐管都是经过管加工和成型加工完成的，因此需要不锈钢具备优良的高温性能 ( 强度和高温稳定性 ) 和成型性能。发明内容 0015 本发明的要解决的第一个技术问题是提供一种铁素体不锈钢，以用于制造具有优良高温性能的铁素体不锈钢冷轧板。 0016 为兼顾材料的高温强度和成型加工性能，本发明钢种采用低碳氮成分设计与稳定。

17、化元素结合的方法确保高温强度，通过适量的 Cr 及 Mo 保证材料的高温抗氧化性和高温盐蚀性能。其中对 C 含量也做了下限的要求，主要是考虑适当的 C 含量对提高高温强度效果非常明显，因此设计时要求0.008C0.020(重量百分数，下同)，同时，为提供成型性也要求 N 0.015， C+N 0.030。较宽范围的碳和氮含量，充分利用稳定化元素铌说明书 CN 102234740 A CN 102234742 A3/8 页 5 的作用，该成分设计可以在已有的生产线中更容易实现冶炼，大大提高冶炼的成功率并可以有效降低生产成本。 0017 作为岐管用铁素体钢，为了保。

18、证其在高温状态下依旧具有比较高的强度，在室温条件下有较高的成型性能。除一定的 C 含量以外，主要利用 Nb 固溶在基体中以提高高温强度，考虑到 Nb 要与基体中的 C 结合及高温性能保证，所以本发明 Nb 含量添按照 4(C+N)+0.3 0.60添加。过高的 Nb 会导致析出相影响使用性能，因此， Nb 含量一般不超过 0.60，优选范围为 0.45 0.55。除此之外，同时添加 Ti，一方面 Ti 和 Nb 作为稳定化元素固定钢中的 C、 N 以提高其耐腐蚀性能，另一方面， Ti 能够提高 Nb 在高温下的固溶量，从而有效地提高 900以上的高温强度。对于使用。

19、在沿海或者撒盐除雪地域的汽车，考虑到高温盐损，需要适当添加 Mo，一般在 0.4 0.7就可以满足要求。Ti 含量的过高会在冶炼时造成水口结瘤及连铸坯表面质量缺陷等问题，所以本发明将 Ti 含量控制在 Ti ： 6(C+N) 0.20之间，且 0.15+10(C+N) Ti+0.5Nb 0.50。 0018 为了实现上述目的，本发明提供的铁素体不锈钢的化学成分的重量百分数如下： 0019 C ： 0.008 0.020， Si ： 0.80 1.20， Mn ： 0.70 1.20， Mo 0.70， Cr ： 13.0 16.0 ， P 0.03 ， S 0.003 ， Nb。

20、： 4(C+N)+0.30 0.60 ， Ti ： 6(C+N) 0.2 ， Al ： 0.005 0.05， 0.15+10(C+N) Ti+0.5Nb 0.50 ， N 0.015， C+N 0.030， Ni 0.3， Cu 0.3，其余为 Fe 和不可避免的杂质元素，杂质元素总量低于 0.05。 0020 优选地， C ： 0.010 0.015。 0021 优选地， Nb ： 0.45 0.55。 0022 优选地， Mo ： 0.07 0.65。 0023 优选地， Mn/Si 0.8，更优选， Mn/Si 为 0.9 1.0。 0024 本发明的铁素体不锈钢化学成分设计的。

21、选择原因如下： 0025 C 和 N ：本发明钢种属于超低碳氮的铁素体不锈钢，因此在本钢中，尽可能控制碳和氮含量，氮作为杂质元素，需要尽可能降低其含量。目前冶炼设备在保证生产能力的情况下能够比较容易满足将碳和氮控制在总量不大于 0.030，同时，碳量不低于 0.008，既考虑到提高高温力学性能也可以降低冶炼时间，提高炼成率。C 0.020和 N 0.015 主要是考虑含量过高会增加高温氧化失效和降低成型性能。降低碳和氮总量还可以提高成型性能，降低稳定化元素用量，特别是减少 Ti 的使用，保证产品的表面质量和提高晶间腐蚀性能。 0026 Cr ：是提高抗。

22、氧化性和强度的主要合金元素，同时可以提高高温强度。Cr 提高钢的强度，但过高时降低钢的塑性，对焊接性不利。本设计为 Cr 为 13 16，优选为 14 16。 0027 Si ：加入钢中起到脱氧和提高高温强度及高温氧化性能，低于 0.8效果不明显，大于 1.2时，室温成型性恶化。适量的硅可以使不锈钢具有优异的耐氧化性能。 0028 Mn ：弱奥氏体元素， Mn 可以抑制不锈钢中硫的有害作用，提高热塑性。但 Mn 大于 1.20对提高不锈钢耐高温氧化性不利。一般通过控制 Mn/Si 比提高轧制和酸洗性能，因此要求 Mn/Si 比不低于 0.8， Mn/Si 比为 0.9。

23、 1.0 时效果更好。 0029 Nb ： Nb是强碳化物形成元素，很容易与C结合，所以添加适量的Nb起到固定钢中C 说明书 CN 102234740 A CN 102234742 A4/8 页 6 的作用，有利于提高冷加工性能。另外 Nb 还可以提高钢钝化膜中 Cr 的浓度，从而提高钢的耐腐蚀和耐氧化性能。另一方面， Nb 固溶在基体中能够有效的起到提高高温强度的作用，所以除了满足稳定 C 原子以外，还需要具有一定含量的固溶 Nb。因此，本发明中要求 Nb 含量为 4(C+N)+0.30 0.60，优选为 Nb ： 0.45 0.55。 0030 Ti ： Ti 很容。

24、易与 N 结合形成 TiN，所以通常作为稳定化元素添加以固定钢中的 N，同时在含 Nb 钢中， TiN 的存在可以在高温条件下有效地提高 Nb 在基体中的固溶量，从而起到提高高温强度的作用，同时添加 Ti 还可以避免在长时间高温时效的过程中形成粗大的 M6C型富Nb碳化物，导致高温强度下降，从而提高了含Nb钢高温强度的稳定性。但是过量的 Ti 会增加冶炼难度，降低材料的表面质量和使用性能，增加冶炼成本，建议 Ti 含量不超过 0.20。优选地 Ti ： 6(C+N) 0.20之间，且 0.15+10(C+N) Ti+0.5Nb 0.50。 0031 Mo ： Mo 能够。

25、提高高温稳定性，固溶的 Mo 还可以提高高温强度。同时 Mo 对提高高温盐损效果明显。综合考虑到其强化效果和原材料成本，建议加入量小于等于 0.7，优选为 0.07 0.65。 0032 Al ：主要是起到脱氧作用，一般要求不低于 0.005，同时考虑到后续形成 Al 氧化物影响冷轧产品内在质量，一般控制上限不超过 0.05，优选 0.005 0.05。 0033 Ni 和 Cu ： Ni 和 Cu 在铁素体不锈钢中属于控制元素，尽可能减少 Ni 和 Cu 的含量，一般控制在 Ni 0.3， Cu 0.3。 0034 P 和 S ：铁素体不锈钢中磷和硫会严重影响不锈。

26、钢的耐蚀性和加工性能，必须严格控制，一般控制在 P 0.03， S 0.003。 0035 本发明要解决的另一个技术问题是提供一种具有优良高温性能的铁素体不锈钢冷轧板及其制造方法。该冷轧板适合用于汽车排气系统高温端部件。 0036 本发明的铁素体不锈钢冷轧板的制造方法包括如下步骤： 0037 冶炼：通过电炉炼钢、 AOD 脱碳、 VOD 脱氧三步法炼钢并进行喂钛丝处理后就可以获得满足成分要求的钢液。连铸过程中需要通过控制过热度为 20 50，拉速为 0.8 1.5 米 / 分钟，电磁搅拌电流为 1000 2000A 等工艺参数使钢液经过连铸获得表面状态良好，等轴晶比例超。

27、过35的连铸坯，连铸坯必须在320以上，优选320500进行表面修磨，修磨后在 150以上，优选 150 300送加热炉，加热并保温一定时间进行热轧。 0038 热轧：板坯加热温度为 1000 1200，总加热时间不得低于 180 分钟，优选总加热时间为 180 200 分钟，热轧终轧温度为 700 950，卷取温度为 500 750。热轧首先进行粗轧并去表面氧化皮，粗轧坯经过精轧、冷却和卷取获得热轧板卷。 0039 冷轧：热轧板卷在冷轧前必须经过退火酸洗。因为其合金特点，热轧板退火温度必须在 900 1100之间，否则热轧变形后的加工硬化不能得到有。

28、效消除，退火后必须通过酸洗清除表面氧化皮。冷轧加工要确保一定的轧制压下率，优选为5080，更优选60 75，有利于获得好的综合力学性能。冷轧板轧后需要经过冷轧退火酸洗，使冷轧不锈钢可以充分再结晶，并消除表面色差。为保证其具有良好的室温力学性能和成形性能，冷轧退火温度必须控制在 850 1050。 0040 经过以上制造方法可以得到具有良好的室温力学性能、良好的成型性、优良的抗高温化性能和较高的高温强度的铁素体不锈钢冷轧板。其组织晶粒平均尺度控制在 30 60 微米的等轴晶组织是最适合用于高成型性加工的组织。说明书 CN 102234740 A CN 102。

29、234742 A5/8 页 7 0041 虽然现有技术的低铬不锈钢中已经有通过 Ti 和 Nb 复合稳定化来提高腐蚀性能，也有通过 Nb、 Ti 双稳定并且添加 Mo 提高耐腐蚀性能的成熟产品，如 NSSC450MS。但 NSSC450MS 中添加 Nb 含量相对较低，这也直接导致了其高温强度不高，不利于提高使用寿命。另外， Nb 单稳定的铁素体不锈钢在 900以上的强化效果有所减弱。而本发明在添加 Nb的同时添加Ti， Ti一方面可以起到固定不锈钢中N的作用，另外一方面Ti的添加使铁素体钢在高温时效的过程中避免 M6C 的粗大化，还可以提高铁素体不锈钢中固溶 Nb 的含量，。

30、从而明显提高900以上的高温强度。并且在高温长时间时效后依旧具备较高的高温强度。 0042 经过对本发明的铁素体钢种制造的铁素体冷轧板成品进行的力学和高温强度试验，各项性能优于目前市场上常用的 15Cr 铁素体不锈钢，非常适合在汽车排气系统岐管部件使用该材料。具体实施方式 0043 以下通过具体实施例对本发明的铁素体不锈钢及其冷轧板的性能进行详细说明。 0044 表 2 所示是本发明的实施例和对比例的化学成分。 0045 表 3 所示是本发明的实施例和对比例的制造工艺参数。 0046 其中，对比钢种为目前市场上普遍使用的 429( 对比例 1) 和 NSSC450MS( 对比例。

31、 2)，其中 429 为单独添加 Nb， NSSC450MS 为复合添加 Nb 和 Mo。 0047 表 4 为本发明的实施例钢和对比例钢的力学性能和成型性能比较。 0048 其中，力学性能检测屈服强度、抗拉强度、延伸率。 0049 高温性能以材料 900的高温强度作为评价依据。 0050 说明书 CN 102234740 A CN 102234742 A6/8 页 8 0051 说明书 CN 102234740 A CN 102234742 A7/8 页 9 0052 表 4 本发明钢与对比钢种的性能 0053 说明书 CN 102234740 A CN 10223474。

32、2 A8/8 页 10 Rel(MPa) Rm(MPa) A( ) 硬度 (Hv) 900 0.2(MPa) 实施例 1 295 483 35.0 142 29 实施例 2 302 479 35.3 146 27 实施例 3 289 485 35.8 150 28 实施例 4 292 481 36.2 150 25 实施例 5 299 503 35.0 151 29 实施例 6 303 497 35.0 145 23 实施例 7 290 498 35.5 149 27 实施例 8 287 493 35.0 144 29 实施例 9 291 486 35.5 148 28 对比例 1 285 4。

33、65 36.5 135 16 对比例 2 287 471 34.0 156 20 0054 其中， Rel ：下屈服强度， Rm ：抗拉强度， 900 0.2： 900的高温屈服强度。 0055 对于汽车排气系统用钢来说，在900的0.2越高越好，如果是22MPa以上则可以说是高温强度优异，由表 4 可以看出，一定含量的 C 有利于提高高温强度。Nb、 Cr、 Mo 的含量均对高温强度有影响，本发明的实施例 1 和实施例 6 碳含量存在差别，实施例 1 的碳含量比实施例 6 的碳含量高，其它含量基本相当，实施例 1 的 900的屈服强度 0.2高于实施例 6，也明。

34、显高于对比例 1。其它实施例在碳含量相当时，由于 Nb 含量较对比例 2 的高，其高温强度也相应提高了。可见 C 含量和 Nb 含量明显影响到高温强度。本发明延伸率值均在 35以上，也具备良好的冷成型性能，是制作汽车排气系统中岐管和前管高温段的理想材料。 0056 用本发明钢种以及采用本发明的方法生产的汽车尾气系统用铁素体不锈钢的高温强度有明显改善，可以提高汽车尾气系统的使用寿命。因为合金成分设计满足常规超低碳氮制造要求，常规铁素体不锈钢生产能力的生产线均有能力生产该钢种。 0057 虽然以上通过具体实施例对本发明进行了说明，但不仅仅限于这些实施例，在不脱离本发明构思的前提下，还可以有更多变化或改进的其他实施例，而这些变化和改进都应属于权利要求要求的范围。说明书 CN 102234740 A 。

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