專利名稱：一種加工性優(yōu)良的軟質(zhì)不銹鋼板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軟質(zhì)不銹鋼板，該鋼板可被成形成具有高尺寸精度，即使通過劇烈或多級(jí)深壓延或冷鍛也不發(fā)生開裂的目的形狀。
背景技術(shù)：
耐蝕性能優(yōu)良的不銹鋼已被推廣至各種不同領(lǐng)域如在環(huán)境惡化情況下使用。例如圖1所示的，一種經(jīng)常暴露在濕潤氣氛中的液壓泵部件，是通過將不銹鋼板1剪切成預(yù)定尺寸，將剪切的板1壓延并沖壓，將沖壓板1穿孔，展寬折邊成形該穿孔板1，以便將穿孔部分2擴(kuò)展成擴(kuò)展邊3而制得。
奧氏體不銹鋼，如SUS304是加工性大大優(yōu)于鐵素體不銹鋼的材料。但是，當(dāng)奧氏體不銹鋼通過如圖1所示的劇烈加工被塑性變形成目的形狀時(shí)，特別在擴(kuò)展邊3處經(jīng)常產(chǎn)生細(xì)裂紋。
盡管本發(fā)明人探查并研究了能使奧氏體不銹鋼成形成目的形狀而沒有細(xì)裂紋的加工條件，但僅通過控制加工條件不能完全抑制開裂。于是，本發(fā)明人探查了材料對產(chǎn)生細(xì)裂紋的作用，得出的結(jié)論是，設(shè)想開裂是由以下機(jī)制所引起的當(dāng)觀察一種通過加工奧氏體不銹鋼板制得的產(chǎn)物時(shí)，經(jīng)常檢測到應(yīng)變致馬氏體。應(yīng)變致馬氏體的產(chǎn)生明顯是在強(qiáng)烈形變部分，如擴(kuò)展邊3處。這樣該應(yīng)變致馬氏體使不銹鋼板1更硬。
當(dāng)這種強(qiáng)烈形變部分進(jìn)一步被加工(擴(kuò)展)時(shí)，由于奧氏體晶粒和應(yīng)變致馬氏體之間抗形變性能的不同，工作應(yīng)力集中在應(yīng)變致馬氏體的邊界。工作應(yīng)力的集中造成微裂紋的產(chǎn)生。這些微裂紋通過加工時(shí)導(dǎo)致的畸變被發(fā)展并被觀察到呈細(xì)裂紋。
細(xì)裂紋顯著地降低產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值，并且也對后續(xù)工序造成麻煩。也難于將這種有缺陷的部件設(shè)置在液壓泵中。此外，細(xì)裂紋充當(dāng)了腐蝕的起始部位，使得液壓泵的壽命縮短。
在通過將不銹鋼板冷鍛成目的形狀而制得的產(chǎn)品中也檢測到了細(xì)裂紋。此外，對不銹鋼性能，包括鍛模壽命改進(jìn)的要求，因劇烈的鍛造條件的采用而變得逾來逾強(qiáng)烈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種軟質(zhì)奧氏體不銹鋼板，該鋼板被成形成目的形狀時(shí)，即使通過劇烈或多級(jí)深壓延、冷鍛也沒有任何開裂，并且耐腐蝕性能也是優(yōu)良的。
由本發(fā)明新近所提出的一種軟質(zhì)奧氏體不銹鋼板具有由式(1)所定義的，被調(diào)節(jié)在-120至-10范圍的奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30，由式(2)所定義的，被調(diào)節(jié)至其值不小于30(優(yōu)選為35)的堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI以及Cu沉淀濃度不大于1.0質(zhì)量％，以使溶解在基質(zhì)中的Cu含量保持在1.0～4.0質(zhì)量％。Md30(℃)＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo...(1)SFI(mJ/m2)＝2.2Ni+6Cu-1.1Cr-13Si-1.2Mn+32...(2)為了改進(jìn)加工性，不小于70質(zhì)量％的在基質(zhì)中分散的非金屬夾雜物優(yōu)選是由含有不小于15質(zhì)量％的SiO2和不大于40質(zhì)量％的Al2O3的MnO-SiO2-Al2O3組成。此外，為了制造即使通過多級(jí)深壓延也不產(chǎn)生任何開裂的產(chǎn)品，由通過拉力試驗(yàn)所檢測到的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線的傾角所規(guī)定的加工硬化指數(shù)n和通過單軸拉力試驗(yàn)所檢測到的延伸率E1優(yōu)選的是分別被調(diào)節(jié)至0.40～0.55和不小于50％。
對于用作冷鍛的產(chǎn)品，通過在由以應(yīng)變速度0.01/秒壓縮試驗(yàn)所得到的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線中真實(shí)應(yīng)變?yōu)?時(shí)調(diào)節(jié)真實(shí)應(yīng)力不大于1200Mpa改進(jìn)鋼板的冷可鍛性。
新近提出的奧氏體不銹鋼板優(yōu)選是由最高達(dá)0.06質(zhì)量％的(C+N)、最高達(dá)2.0質(zhì)量％的Si、最高達(dá)5質(zhì)量％的Mn、15～20質(zhì)量％的Cr、5～9質(zhì)量％的Ni、1～5質(zhì)量％的Cu、最高達(dá)0.003質(zhì)量％的Al及余量除不可避免的雜質(zhì)外主要是鐵所組成。該奧氏體不銹鋼板還可含有最高達(dá)0.5質(zhì)量％的Ti、最高達(dá)0.5質(zhì)量％的Nb、最高達(dá)0.5質(zhì)量％的Zr、最高達(dá)0.5質(zhì)量％的V、最高達(dá)3.0質(zhì)量％的Mo、最高達(dá)0.03質(zhì)量％的B、最高達(dá)0.02質(zhì)量％的REM(稀土金屬)以及最高達(dá)0.03質(zhì)量％的Ca中的至少一種。


圖1是說明制造泵部件的一種方法的示意圖。
圖2是表明各種元素對17Cr-12Ni-0.8Mn不銹鋼屈服強(qiáng)度影響的曲線圖。
圖3是表明各種元素對17Cr-12Ni-0.8Mn不銹鋼抗拉強(qiáng)度影響的曲線圖。
圖4是穿孔部分由壓延至擴(kuò)展的流程圖。
圖5是表明奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30對穿孔邊最大硬度的影響的曲線圖。
圖6是表明堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI對穿孔邊最大硬度的影響的曲線圖。
圖7是表明奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30對穿孔邊擴(kuò)展率的影響的曲線圖。
圖8是表明堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI對穿孔邊擴(kuò)展率的影響的曲線圖。
圖9是說明實(shí)施例4中所得冷鍛產(chǎn)品的截面視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明人推測，由于產(chǎn)生了應(yīng)變致馬氏體以及奧氏體晶粒和應(yīng)變致馬氏體之間抗形變性能的不同造成了在將奧氏體不銹鋼成形時(shí)產(chǎn)生開裂。根據(jù)這樣的推測，本發(fā)明人已探查和檢驗(yàn)了機(jī)械性能對產(chǎn)生應(yīng)變致馬氏體的作用。
由于在加工時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力和在奧氏體相中分散的不同沉積物應(yīng)力的集中，奧氏體相向應(yīng)變致馬氏體的轉(zhuǎn)變被奧氏體相晶格的形變所加速。
通過合金化設(shè)計(jì)將由式(1)所定義的奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30保持在-120至-10的范圍，優(yōu)選為-90至-20，抑制了應(yīng)變致馬氏體的產(chǎn)生。然而，僅通過使奧氏體相穩(wěn)定，特別是在制造具有強(qiáng)烈形變產(chǎn)品的方法中，加工時(shí)的開裂和硬化都不能完全被抑制。這就是說，剩余的奧氏體相也被加工時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變所硬化。通過增加在f.c.c.結(jié)構(gòu)的奧氏體相中的位錯(cuò)，影響這種情況加工硬化的性能，并且通過產(chǎn)生堆垛層錯(cuò)確定加工硬化的程度。
可通過由上述式(2)所定義的堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI指示出產(chǎn)生堆垛層錯(cuò)的可能性。當(dāng)堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI小時(shí)，即使通過小的能量也能加快堆垛層錯(cuò)的產(chǎn)生，并且通過堆垛層錯(cuò)抑制了位錯(cuò)的擴(kuò)散。結(jié)果，在基質(zhì)中積聚了位錯(cuò)，而奧氏體不銹鋼板被加工硬化。通過在基質(zhì)中溶解銅顯著地提高了堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI。在這方面，合金化元素銅不僅是一種代替Ni節(jié)省鋼成本的可供選擇的添加劑，而且也是一種在劇烈或多級(jí)深壓延或冷鍛時(shí)改進(jìn)成形性和降低加工硬化的有效元素。
奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30和堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI可通過一種奧氏體不銹鋼的合金化設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)乇徽{(diào)節(jié)。最重要的是將基質(zhì)中溶解銅的比例保持在1.0～4.0質(zhì)量％。如在ISIJ International，Vol.34(1994)，No.9，P762～772中所報(bào)導(dǎo)的表明各種元素對17Cr-12Ni-0.8Mn不銹鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響的圖2和圖3中所指出的，在這樣比例溶解的銅顯著地降低0.2％屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。
銅對軟化處理的作用大于Ni。根據(jù)本發(fā)明人對銅作用的研究，溶解的銅對軟質(zhì)化不銹鋼產(chǎn)生巨大影響，而銅沉積物，如ε-Cu多少會(huì)降低不銹鋼的加工性。通過用透射電子顯微鏡(TEM)觀察試樣的EDX分析檢測基質(zhì)或沉積物中銅的濃度。
通過控制在制備不銹鋼帶或板時(shí)的軋制和熱處理?xiàng)l件可將溶解銅調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)谋壤?。例如，通過將熱或冷軋帶在1000℃或更高溫度退火保證了適當(dāng)?shù)娜芙忏~的比例。就1000℃或更高溫度將帶加熱來說，沒有任何的加熱時(shí)間限制。
通過將奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30保持在-120至-10范圍可抑制應(yīng)變致馬氏體的產(chǎn)生而通過將堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI保持在不小于30的值可抑制堆垛層錯(cuò)的發(fā)生。此外，通過將溶解銅保持在1.0～4.0質(zhì)量％的范圍可抑制產(chǎn)生應(yīng)變致導(dǎo)氏體所造成的硬化以及還有位錯(cuò)積聚引起的奧氏體相硬化。因此，奧氏體不銹鋼板可被塑性變形成目的形狀而不降低加工性和軟質(zhì)性。
由于通過降低環(huán)境溫度或提高加工速度幾乎不影響向應(yīng)變致馬氏體的轉(zhuǎn)變性能，奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30不大于-20保證了在穩(wěn)定的加工條件下使奧氏體不銹鋼板成形成目的形狀。另一方面，將奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30調(diào)節(jié)至不小于-90，由于不必添加太多奧氏體構(gòu)成物，如昂貴的Ni，可有利地節(jié)省鋼的成本。
0.40～0.55范圍的加工硬化指數(shù)n和不小于50％的延伸率E1也有助于制造無裂紋產(chǎn)品的劇烈或多級(jí)深壓延方法。通過控制在制造不銹鋼帶時(shí)的軋制和熱處理?xiàng)l件可將加工硬化指數(shù)n和延伸率E1調(diào)節(jié)到合適的水平。
按真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線的傾角算出加工硬化指數(shù)n，該曲線是使用沿與軋制方向垂直的橫向方向切下不銹鋼板并形成JISZ2201所規(guī)定的13B樣品的試樣的抗拉試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的。通過相同的抗拉試驗(yàn)檢測延伸率E1，其中拉伸試樣直至破裂，將破裂的塊接合在一起以測量在標(biāo)志部位之間距離的延伸。
此外，通過在由應(yīng)變速度為0.01/秒壓縮試驗(yàn)得到的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線上真實(shí)應(yīng)變1.0時(shí)調(diào)節(jié)真實(shí)應(yīng)力至不大于1200Mpa的程度，不銹鋼板在壓力加工時(shí)輕易地被塑性變形。這樣的調(diào)節(jié)對金屬模的壽命也有效。因此，可以經(jīng)濟(jì)的成本制造冷鍛產(chǎn)品。
加工硬化指數(shù)n為0.40～0.55范圍和延伸率E1不小于50％的軟不銹鋼板將加工時(shí)導(dǎo)致的應(yīng)變緩沖成塑性變形(即金屬流動(dòng))。此外，由于抗產(chǎn)生應(yīng)變致馬氏體和發(fā)生堆垛層錯(cuò)的合金化設(shè)計(jì)，在二次操作時(shí)保持了奧氏體不銹鋼本身的軟性。從而，不銹鋼板可被用于圖1所示的液壓泵部件，也可用于由劇烈多級(jí)深沖制得的發(fā)動(dòng)機(jī)或傳感器外殼，以及由減厚深沖制得的燈等的蓋。
還可通過將基質(zhì)中沉積的非金屬夾雜物轉(zhuǎn)化成軟質(zhì)MnO-SiO2-Al2O3改進(jìn)奧氏體不銹鋼板的加工性。通過將不小于70質(zhì)量％的非金屬夾雜物轉(zhuǎn)化成含有不小于15質(zhì)量％的SiO2和不大于40質(zhì)量％的Al2O3的MnO-SiO2-Al2O3，明顯地指出了非金屬夾雜物對加工性的作用。
通過在真空或非氧化氣氛中在有堿性渣存在時(shí)用含有小于1質(zhì)量％的Al的Si合金使鋼水脫氧從而生成MnO-SiO2-Al2O3夾雜物。該MnO-SiO2-Al2O3夾雜物，與普通精煉方法生成的含有大于40質(zhì)量％的Al2O3的硬錳尖晶石(MnO-Al2O3)不同，隨加工時(shí)奧氏體不銹鋼的塑性變形而延伸，因此它不能充當(dāng)引發(fā)開裂的部位。
新近所提出的奧氏體不銹鋼板優(yōu)選是含有最高達(dá)0.06質(zhì)量％的(C+N)、最高達(dá)2.0質(zhì)量％的Si、最高達(dá)5質(zhì)量％的Mn、15～20質(zhì)量％的Cr、5～9質(zhì)量％的Ni、1.0～4.0質(zhì)量％的Cu、最高達(dá)0.003質(zhì)量％的Al和最高達(dá)0.005質(zhì)量％的S。該奧氏體不銹鋼板還可含有最高達(dá)0.5質(zhì)量％的Ti、最高達(dá)0.5質(zhì)量％的Nb、最高達(dá)0.5質(zhì)量％的Zr、最高達(dá)0.5質(zhì)量％的V、最高達(dá)3.0質(zhì)量％的Mo、最高達(dá)0.03質(zhì)量％的B、最高達(dá)0.02質(zhì)量％的REM(稀土金屬)以及最高達(dá)0.03質(zhì)量％的Ca中的至少一種或多種。
盡管上述組成本身已經(jīng)由日本第263905/1997號(hào)專利申請的申請人提出，但通過合適地調(diào)節(jié)奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30和堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI，提供了一種新的成形性良好的奧氏體不銹鋼板。該新的奧氏體不銹鋼板可被成形成目的形狀而沒有任何由產(chǎn)生應(yīng)變致馬氏體或奧氏體相硬化所造成的裂紋，從而能制造耐腐性能和尺寸精度良好的產(chǎn)品。
由以下的說明這些合金化元素的作用將變得顯而易見。
(C+N)最高達(dá)0.06質(zhì)量％當(dāng)增加C和N的含量時(shí)，由于固溶硬化該奧氏體不銹鋼板提高其0.2％屈服強(qiáng)度和硬度。C和N不利地硬化應(yīng)變致馬氏體，并且對深壓延、展寬折邊成形性、二次操作成形性和壓縮變形性造成有害影響。過量添加C也會(huì)在展寬折邊成形時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重應(yīng)變的部分產(chǎn)生斷裂(所謂“應(yīng)力腐蝕裂紋”)。通過將C和N的總比例控制到0.06質(zhì)量％或更低可抑制由C和N引起的缺陷。
Si最高達(dá)2.0質(zhì)量％Si是一種在煉鋼時(shí)來自添加至鋼水中脫氧劑的合金化元素。過量添加Si至大于2.0質(zhì)量％使奧氏體不銹鋼板硬化，加快加工硬化，并降低二次操作成形性。為了將堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI提高到35或更高的對抑制加工硬化有效的值，Si含量優(yōu)選被控制在不大于1.2質(zhì)量％(更優(yōu)選為不大于0.8質(zhì)量％)。
在Si含量超過1.2質(zhì)量％的區(qū)域，奧氏體不銹鋼板盡管其加工性略為降低，但抗應(yīng)力腐蝕斷裂性能改進(jìn)。為了良好地使抗應(yīng)力腐蝕斷裂性能與二次操作成形性平衡，保持堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI在不小于30值的合金化設(shè)計(jì)即使在該場合也是有效的。
Mn最高達(dá)5質(zhì)量％當(dāng)Mn含量增加時(shí)，幾乎不產(chǎn)生應(yīng)變致馬氏體，并且0.2％屈服強(qiáng)度、加工硬化程度和抗壓縮變形性能被降低。然而，過量添加Mn至大于5質(zhì)量％加速損害煉鋼時(shí)的耐火材料并且會(huì)產(chǎn)生加工時(shí)充當(dāng)開裂部位的含Mn夾雜物。
15～20質(zhì)量％的CrCr是一種改進(jìn)耐腐蝕性能的基本元素，并且在Cr含量不小于15質(zhì)量％時(shí)明顯地表明了其對耐腐蝕性能的作用。Ni的共存增強(qiáng)了Cr對耐腐蝕性能的作用。但是，當(dāng)Cr含量增加時(shí)，使奧氏體不銹鋼板更硬，并且不利地降低其二次操作成形性、深壓延性、展寬折邊成形性和壓縮變形性。這一方面，Cr含量的上限被確定為20質(zhì)量％。
5～9質(zhì)量％的NiNi是一種在有Cr共存時(shí)改進(jìn)耐腐蝕性能，如耐點(diǎn)狀腐蝕性能有效的合金化元素。在5質(zhì)量％或更高時(shí)明顯地表明了Ni對耐腐蝕性能的作用。當(dāng)Ni含量增加時(shí)，由于抑制了由產(chǎn)生應(yīng)變致馬氏體造成的加工硬化，奧氏體不銹鋼被軟化并改進(jìn)了二次操作成形性、深沖性、展寬折邊成形性或壓縮變形性。然而，由于過量添加昂貴的Ni提高鋼的成本，考慮到與鋼成本相符的對加工性的作用，Ni含量的上限被確定為9質(zhì)量％。
1.0～4.0質(zhì)量％的CuCu是一種抑制由產(chǎn)生應(yīng)變致馬氏體引起的加工硬化，軟質(zhì)化奧氏體不銹鋼板并改進(jìn)二次操作成形性、深沖性、展寬折邊成形性和壓縮變形性的合金化元素。在Cu含量不小于1.0質(zhì)量％時(shí)，典型地表明了這些作用。Cu溶解在鋼基質(zhì)中對實(shí)現(xiàn)這些作用優(yōu)選，但當(dāng)含Cu的沉淀增加時(shí)，多少會(huì)降低加工性。通過控制軋制和熱處理的條件可合適地抑制含Cu沉淀的比例。由于Cu是一種奧氏體構(gòu)成物，當(dāng)Cu含量增加時(shí)可在更寬的范圍內(nèi)選擇Ni含量。例如，添加Cu比例為2.0質(zhì)量％或更高時(shí)可以減少Ni含量的下限至接近5質(zhì)量％。然而，過量添加Cu至大于4.0質(zhì)量％對奧氏體不銹鋼板的熱加工性造成有害影響。
Al最高達(dá)0.003質(zhì)量％為了將在鋼基質(zhì)中沉淀的非金屬夾雜物轉(zhuǎn)化成軟質(zhì)的和可延伸的MnO-SiO2-Al2O3，Al含量被控制在不大于0.003質(zhì)量％的值。當(dāng)Al含量超過0.003質(zhì)量％時(shí)，易于產(chǎn)生會(huì)加工時(shí)充當(dāng)引發(fā)開裂部位的硬Al2O3簇。
S最高達(dá)0.005質(zhì)量％當(dāng)S含量超過0.005質(zhì)量％時(shí)，可降低在熱軋工序中奧氏體不銹鋼板的熱加工性。S也對二次操作成形性、深壓延性、展寬折邊成形性和壓縮變形性造成有害影響。當(dāng)S含量增加時(shí)，由于加速了鋼基質(zhì)中MnS夾雜物的分散，故也降低耐腐蝕性能。為了降低充當(dāng)在擴(kuò)展成穿孔部分的加工步驟中引發(fā)斷裂部位的A型夾雜物，特別是MnS，S含量優(yōu)選地被控制在不大于0.03質(zhì)量％的值。
Ti、Nb、Zr和V各為0～0.5質(zhì)量％Ti、Nb、Zr和V是通過將固溶硬化元素，如C和N固定抑制奧氏體不銹鋼板硬化，導(dǎo)致改進(jìn)二次操作成形性、深沖性、展寬折邊成形性和壓縮變形性的任選元素。這些元素的作用在0.5質(zhì)量％時(shí)達(dá)到飽和。為了將非金屬夾雜物轉(zhuǎn)化成軟質(zhì)MnO-SiO2-Al2O3，優(yōu)選將每個(gè)元素的下限確定為0.01質(zhì)量％。
0～3.0質(zhì)量％的MoMo也是一種改進(jìn)耐腐蝕性能的任選合金化元素。但是，過量添加Mo造成硬度和抗壓縮變形性能增加，因此Mo含量的上限將被確定為3質(zhì)量％。
B也是一種改進(jìn)熱加工性以抑制熱軋時(shí)開裂的任選合金化元素。但是，過量添加B多少會(huì)降低熱加工性，因此B含量的上限被確定為0.03質(zhì)量％。
0～0.2質(zhì)量％的REM(稀土金屬)REM也是一種與B相同的對改進(jìn)熱加工性有效的任選合金化元素。REM的作用在0.02質(zhì)量％時(shí)達(dá)到飽和，而過量添加REM造成奧氏體不銹鋼板的硬化和不良加工性。為了將非金屬夾雜物轉(zhuǎn)化成軟質(zhì)MnO-SiO2-Al2O3，REM的上限優(yōu)選為0.005質(zhì)量％。
0～0.03質(zhì)量％的CaCa也是一種對改進(jìn)熱加工性有效的任選合金化元素。Ca對熱加工性的作用在0.03質(zhì)量％時(shí)達(dá)到飽和，而過量添加Ca至大于0.03質(zhì)量％造成奧氏體不銹鋼的不良光潔度。為了將非金屬夾雜物轉(zhuǎn)化成軟質(zhì)MnO-SiO2-Al2O3，Ca的上限優(yōu)選為0.005質(zhì)量％。
實(shí)施例1將具有表1所示組成的各種不銹鋼精煉，連鑄成扁鋼坯，并在抽出溫度為1230℃下熱軋至厚度為3mm。在1150℃將該熱軋的鋼帶退火1分鐘，酸洗，然后冷軋至厚度為0.4mm。而后，在1050℃將冷軋鋼帶退火1分鐘，并且再次酸洗。
以這一方式制得的各種冷軋鋼帶具有表2所示的機(jī)械性能。
由各種不銹鋼板剪切出直徑74mm的坯料，并使用具有3mm沖頭半徑的直徑為33mm的圓柱形沖床和具有3mm模具半徑的直徑為35mm的沖模，以坯料保持壓力1噸壓延成7mm高度。而后如圖4所示，在壓延的坯料中心形成直徑為10mm的開口，并隨后使用具有3mm沖頭半徑的直徑為33mm的圓柱形沖床的具有3mm模具半徑的直徑為35mm的球形沖模在粘度為60mm2/S(40℃時(shí))的潤滑油存在時(shí)使開口邊2擴(kuò)展。
而后，測量穿孔邊2的硬度，并通過測得硬度的最大值計(jì)算由穿孔引起的坯料硬化。
為了定量地評價(jià)展寬折邊成形性，通過將其中的沖頭沖延直至發(fā)生開裂使穿孔邊2擴(kuò)展，測量開裂發(fā)生時(shí)開口的直徑，并按照式ERcri＝(R1-R0)/R0×100計(jì)算臨界擴(kuò)展率ERcri(％)，其中R0是開口的起始直徑，而R1是開裂發(fā)生時(shí)開口的直徑。
結(jié)果示于表3。要理解到，擴(kuò)展邊2的最大硬度對鋼A僅為310HV或?qū)︿揃僅為308HV(本發(fā)明實(shí)施例)，而對鋼C至E(比較例)則最大硬度顯著地升高至360HV或更高的值。直至邊2的擴(kuò)展率對鋼A超過70％，對鋼B超過69％，在擴(kuò)展邊2上未檢測到裂紋。反之，即使當(dāng)以相當(dāng)?shù)偷臄U(kuò)展率加工鋼C至E中任一種時(shí)，在擴(kuò)展邊2處發(fā)生裂紋。
示于表3的結(jié)果證明了由于通過深壓延和穿孔使鋼板更硬，極限擴(kuò)展率大為降低。極限膨脹率的降低意味著將擴(kuò)展邊所規(guī)定的開口限制到小直徑。
而后，本發(fā)明人研究并檢驗(yàn)了奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30對加工硬化以與作用以及堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI對延伸率的作用。對于這些研究和檢驗(yàn)，制備各種不同的不銹鋼板，它們的奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30和堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI通過增加或減少根據(jù)鋼A組成的各種合金化元素而改變。
將由各種不銹鋼板剪切的坯料在與上述相同的條件下深沖、穿孔和擴(kuò)展。探查了與奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30和堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI有關(guān)的擴(kuò)展邊2的最大硬度和極限擴(kuò)展率。
結(jié)果示于圖5至圖8?？衫斫獾?，當(dāng)奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30被控制在-120至-10，而堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI被控制在不小于30時(shí)，達(dá)到高于60％的較大擴(kuò)展率，同時(shí)抑制擴(kuò)展邊2的最大硬度的增加達(dá)不大于350HV的水平。
考慮到這些結(jié)果，將具有奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30為-37.8和堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI為43.2的不銹鋼板(屬于表1中的鋼A)在與上述相同條件下壓延至7mm高度，以直徑26mm穿孔并內(nèi)緣翻邊以使穿孔邊2擴(kuò)展至直徑33mm。
以這一方式加工1000塊坯料，在擴(kuò)展邊3處沒有發(fā)生開裂。從而，這些坯料可良好地用作裝置在液壓泵中的部件。另一方面，在相同條件下加工由具有奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30大于-10和堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI小于30中的一種或是兩者的不銹鋼板剪切的坯料時(shí)，必然在擴(kuò)展邊3處發(fā)生開裂。
實(shí)施例2將具有表5所示組成的各種不銹鋼精煉，連鑄成扁鋼坯，在抽出溫度為1230℃下熱軋至3mm厚度。熱軋后，將鋼帶在1150℃退火1分鐘，酸洗并冷軋至厚度為0.4mm。而后，在1050℃下將該冷軋鋼帶最終退火1分鐘而后再次酸洗。
通過顯微鏡觀察由各種鋼帶剪切下的坯料，并通過EPMA分析測量基質(zhì)中沉淀的非金屬夾雜物的SiO2和Al2O3濃度。結(jié)果和奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30和堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI一起示于表6。在TEM視場中通過EDX分析測得的沉淀中銅濃度也示于表6。另一方面表7示出了各種不銹鋼板的機(jī)械性能。
由各種不銹鋼板剪切出直徑為74mm的坯料，使用具有3mm沖頭半徑的直徑為33mm的圓柱沖床和具有3mm模具半徑的直徑為35mm的沖模以抑皺壓力1噸壓延至7mm高度。如圖1所示，將壓延的坯料穿孔使其在中心底部具有26mm直徑的開口，并隨后使用具有3mm沖頭半徑的直徑為33mm的圓柱沖床和具有3mm模具半徑的直徑為35mm的沖模在有具有60mm2/S粘度(40℃時(shí))的潤滑油存在時(shí)使其內(nèi)緣翻進(jìn)以使穿孔部分2擴(kuò)展。
根據(jù)在擴(kuò)展邊3處發(fā)生的開裂觀察各個(gè)塊料以研究其加工性。
此外，在將35℃的5％NaCl溶液連續(xù)向各個(gè)坯料噴射1000小時(shí)后，通過光學(xué)顯微鏡觀察各個(gè)坯料的表面以測量在30個(gè)位點(diǎn)處麻點(diǎn)腐蝕的深度。根據(jù)在測得值中麻點(diǎn)腐蝕的最大深度評價(jià)耐點(diǎn)狀腐蝕性能。
結(jié)果示于表8。可理解到，由于1～3號(hào)鋼被成形成目的形狀而不發(fā)生開裂并且麻點(diǎn)腐蝕的最大深度被抑制為小于0.1mm，所以1～3號(hào)鋼是適于通過劇烈多級(jí)深壓延方法制備的泵部件的材料。
另一方面，含有大于0.06質(zhì)量％(C+N)的4號(hào)鋼制得的泵部件，盡管其耐點(diǎn)腐蝕性能足夠，但具有在擴(kuò)展邊3處發(fā)生斷面收縮的缺陷。含有更多(C+N)的5號(hào)鋼制得的泵部件在擴(kuò)展邊3處包含有許多裂紋，并且還在擴(kuò)展后20小時(shí)發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋。如由大于0.1mm麻點(diǎn)腐蝕的最大深度所顯示出，5號(hào)鋼耐點(diǎn)狀腐蝕性能不良。
含有小于16質(zhì)量％Cr的6號(hào)鋼制得的泵部件展寬折邊成形性良好，但如由大于0.1mm麻點(diǎn)腐蝕的最大深度所顯示出的，其耐點(diǎn)狀腐蝕性能不良。當(dāng)含有大于20質(zhì)量％Cr的7號(hào)鋼被成形成泵部件時(shí)，在由展寬折邊成形所擴(kuò)展的邊3處產(chǎn)生許多裂紋。
含有大于0.005質(zhì)量％S的8號(hào)鋼耐點(diǎn)狀腐蝕性能良好，但由于在由展寬折邊成形擴(kuò)展的邊3處產(chǎn)生斷面收縮，不能被成形成泵部件。9號(hào)鋼由于與8號(hào)鋼相同的有缺陷成形，根本不能成形成泵部件，并且如由大于0.1mm麻點(diǎn)腐蝕的最大深度所顯示出，其耐點(diǎn)狀腐蝕性能不良。
其它含有一種或多種以本發(fā)明所限定的比例的Mo、V、Al、Ti、Nb、Zr、V、Ca和REM的10號(hào)鋼和12～19號(hào)鋼中的任一種展寬折邊成形性和耐點(diǎn)狀腐蝕性能兩者均優(yōu)良，因此可被成形成泵部件而在膨脹邊3處不產(chǎn)生任何裂紋。然而，當(dāng)含有大于3質(zhì)量％Mo的11號(hào)鋼被成形成泵部件時(shí)，在由展寬折邊成形擴(kuò)展的邊3處檢測到發(fā)生開裂。
實(shí)施例3將具有表9中所示組成的各種不銹鋼精煉，連鑄成扁鋼坯，在抽出溫度為1230℃下熱軋至5mm厚度。將熱軋鋼帶在1100℃退火1分鐘后，將其酸洗。
從各個(gè)不銹鋼板取外徑為3.0mm和高度4mm的柱狀試驗(yàn)塊試樣。為了探查壓縮變形時(shí)真實(shí)應(yīng)變與真實(shí)應(yīng)力的關(guān)系，在應(yīng)變速度0.01/秒時(shí)沿柱的軸向方向壓縮該試驗(yàn)塊。
表10示出了在各試驗(yàn)塊的高度與原來高度相比減少60％時(shí)的時(shí)間周期下真實(shí)應(yīng)變?yōu)?時(shí)的真實(shí)應(yīng)力的值?？衫斫獾?，本發(fā)明的鋼A和B顯示出抗形變性能(由真實(shí)應(yīng)力所表示)小于1200Mpa，而各種比較鋼C至E的抗形變性能顯著大于1200Mpa。比較鋼F的試驗(yàn)塊在真實(shí)應(yīng)變達(dá)到1.0之前在其邊上開裂，并且其變形性惡化。
實(shí)施例4將具有表9所示組成的各種不銹鋼精煉，連鑄成扁鋼坯，并在抽出溫度為1230℃下熱軋至厚度為5mm。在1100℃將每個(gè)熱軋鋼帶退火1分鐘，酸洗并隨后冷軋至厚度為2mm。在1050℃將冷軋鋼帶退火1分鐘而后酸洗。
從各個(gè)退火的冷軋鋼帶取很多寬度1m長度2m的試驗(yàn)塊試樣，并繼續(xù)加壓至具有如圖9所示不平整截面的形狀。在對1000個(gè)試驗(yàn)塊重復(fù)加壓后，測量試驗(yàn)塊凸面部分的高度以評價(jià)變形性。試驗(yàn)結(jié)果與奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30、展寬折邊成形性指數(shù)SFI和在各種不銹鋼基質(zhì)中溶解Cu的比例一起示于表11。
從表11可理解到，由具有奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30范圍為-120至-10、展寬折邊成形性指數(shù)由不小于30和溶解Cu比例不小于1.0質(zhì)量％的本發(fā)明鋼A和B制得的冷鍛產(chǎn)品，即使在重復(fù)加壓1000次后，在凸面部分的高度為1mm或更高。這樣的高度與預(yù)定高度相比為80％或更高。
另一方面，由具有奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30大于-10和展寬折邊成形性指數(shù)低于30的比較鋼C，具有展寬折邊成形性指數(shù)低于30的比較鋼D和具有含Cu比例大于1.0質(zhì)量％沉淀結(jié)構(gòu)的比較鋼E制得的冷鍛產(chǎn)品，在1000次加壓后凸面部分低于1mm。這樣較低的高度與預(yù)定高度相比為小于80％的值。高度降低意味著金屬模的顯著磨損，并證明金屬模的壽命短。當(dāng)由比較鋼F取試驗(yàn)塊試樣時(shí)，從壓力加工開始在凸面部分產(chǎn)生裂紋，不能被壓制成目的形狀。
由本發(fā)明新近所提出的軟質(zhì)不銹鋼板，由于如上所述抑制應(yīng)變致馬氏體的產(chǎn)生和奧氏體相硬化的合金化設(shè)計(jì)，即使以大加工比被塑性變形既不會(huì)有形變應(yīng)變的局部聚集也不會(huì)有由應(yīng)變致馬氏體的產(chǎn)生和奧氏體相的硬化引起的硬度增加。結(jié)果，該不銹鋼板可被成形成具有足夠延伸率的目的形狀，而缺陷，如裂紋即使在劇烈或多級(jí)深壓延時(shí)也被抑制。該不銹鋼板，由于降低了抗壓縮變形性能，在對金屬模的損壞很小的情況下也可以被冷鍛成目的形狀。表1 實(shí)施例1中所用的奧氏體不銹鋼組成

Md30(℃)＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5MoSFI(mJ/m2)＝2.2Ni+6Cu-1.1Cr-13Si-1.2Mn+32下劃線符號(hào)為超過本發(fā)明所限定的范圍表2 不銹鋼板的機(jī)械性能

*由單軸抗拉試驗(yàn)測得的值表3 相應(yīng)鋼種的穿孔邊最大硬度和極限膨脹率

表4Md30和SFI值對發(fā)生開裂的影響

表5 實(shí)施例2中所用的不銹鋼組成

表6 各種不銹鋼的Md30、SFI和夾雜物

表7 各種不銹鋼的機(jī)械性能

*由單軸抗拉試驗(yàn)測得的值表8 各種鋼的加工性和耐點(diǎn)狀腐蝕性能

表9 實(shí)施例3中所用的奧氏體不銹鋼組成

Md30(℃)＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5MoSFI(mJ/m2)＝2.2Ni+6Cu-1.1Cr-13Si-1.2Mn+32下劃線符號(hào)為超過本發(fā)明所限定的范圍表10 不銹鋼的壓縮變形性

表11 Md30、SFI和溶解Cu對冷鍛產(chǎn)品形狀的影響

權(quán)利要求
1.一種加工性和冷鍛性優(yōu)良的軟質(zhì)不銹鋼板，所述鋼板具有由式(1)所定義的、被調(diào)節(jié)在-120至-10范圍內(nèi)的奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md30，由式(2)所定義的、被調(diào)節(jié)至不小于30的值的堆垛層錯(cuò)成形性指數(shù)SFI以及Cu沉淀濃度不大于1.0質(zhì)量％以使溶解在基質(zhì)中的Cu含量保持在1.0～4.0質(zhì)量％Md30(℃)＝551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-29(Ni+Cu)-13.7Cr-18.5Mo...(1)SFI(mJ/m2)＝2.2Ni+6Cu-1.1Cr-13Si-1.2Mn+32...(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)不銹鋼板，所述鋼板由最高達(dá)0.06質(zhì)量％的(C+N)、最高達(dá)2.0質(zhì)量％的Si、最高達(dá)5質(zhì)量％的Mn、15～20質(zhì)量％的Cr、5～9質(zhì)量％的Ni、1.0～4.0質(zhì)量％的Cu、最高達(dá)0.003質(zhì)量％的Al、最高達(dá)0.005質(zhì)量％的S及余量除不可避免的雜質(zhì)外主要是鐵所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟質(zhì)不銹鋼板，所述鋼板另外還含有最高達(dá)0.5質(zhì)量％的Ti、最高達(dá)0.5質(zhì)量％的Nb、最高達(dá)0.5質(zhì)量％的Zr、最高達(dá)0.5質(zhì)量％的V、最高達(dá)3.0質(zhì)量％的Mo、最高達(dá)0.03質(zhì)量％的B、最高達(dá)0.02質(zhì)量％的REM以及最高達(dá)0.03質(zhì)量％的Ca中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)不銹鋼板，其中70％或更多的在基質(zhì)中沉淀的非金屬夾雜物為含有不小于15質(zhì)量％的SiO2和不大于40質(zhì)量％Al2O3的MnO-SiO2-Al2O3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)不銹鋼板，所述鋼板具有范圍為0.40～0.55的相應(yīng)于由抗拉試驗(yàn)檢測到的真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線傾角的加工硬化指數(shù)n以及不小于50％的由單軸抗拉試驗(yàn)檢測得的延伸率E1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)不銹鋼板，所述鋼板具有的真實(shí)應(yīng)力在真實(shí)應(yīng)力-真實(shí)應(yīng)變曲線中當(dāng)真實(shí)應(yīng)變?yōu)?.0時(shí)為1200MPa或更小，所述曲線由壓縮試驗(yàn)于應(yīng)變速度為0.01/秒時(shí)得到。
全文摘要
一種新的軟質(zhì)不銹鋼板具有被控制在－120至－10范圍的奧氏體穩(wěn)定性指數(shù)Md
文檔編號(hào)C22C38/58GK1380150SQ02105958
公開日2002年11月20日 申請日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月12日
發(fā)明者石川半二, 大塚雅人, 鈴木聰, 田中秀記, 香月淳一, 山內(nèi)隆, 平松直人 申請人:日新制鋼株式會(huì)社