專利名稱：一種沖壓性能優(yōu)良的奧氏體不銹鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種奧氏體不銹鋼，特別涉及一種沖壓性能優(yōu)良、避免沖壓開裂、避免中間退火的奧氏體不銹鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
奧氏體不銹鋼具有較好的綜合力學(xué)性能，便于進(jìn)行機(jī)械加工、沖壓和焊接，而且在氧化性環(huán)境中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和良好的耐熱性能，因而廣泛用于各種加工領(lǐng)域，特別是在深沖領(lǐng)域更是具有其它不銹鋼難以比擬的優(yōu)勢(shì)。但是不銹鋼冷軋產(chǎn)品在廚房設(shè)備及用具、保溫杯(壺)、太陽(yáng)能、精密電子等行業(yè)的一些制品，由于對(duì)深加工性能、表面質(zhì)量、機(jī)械性能和中間退火等要求較高，普通304 — 般不能滿足加工要求。為此國(guó)內(nèi)外成熟的不銹鋼企業(yè)，都對(duì)其用于沖壓產(chǎn)品的材料進(jìn)行了針對(duì)性的成分設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)，確保其產(chǎn)品可以滿足用戶的使用。比如CN1113661A通過(guò)向 304不銹鋼中添加3%以下的Cu含量提高其深沖性能；US5571343通過(guò)向304不銹鋼中添加Cu，控制材料的Md30和鐵素體含量，改善材料的沖壓開裂問(wèn)題JP2001081535A在304基礎(chǔ)上添加Si和Al含量，達(dá)到降低Md30改善成形性能的目的JP07204791A通過(guò)控制C、N、 Ni等元素間的關(guān)系改善材料的深沖性能；CN1502716A也是通過(guò)成分調(diào)整材料的鐵素體含量達(dá)到改善成形性能的目的；CN1364944A則是通過(guò)控制材料的夾雜物組成提高其材料的深加工性能，它更關(guān)注的是材料加工方法對(duì)性能的影響。由上述專利材料的控制手段看，絕大多數(shù)都是在304不銹鋼的基礎(chǔ)上，添加Ni、 Cu、Al或Mn等元素，降低材料的Md30達(dá)到改善成形性的目的。但仍不能滿足沖壓性能的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種沖壓性能優(yōu)良、避免沖壓開裂、避免沖壓中間退火的奧氏體不銹鋼。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分配比為 C 彡 0. 03%, Si 彡 0. 75%, Mn :2. 0-3. 0%, Cr :16-19%, Ni :8. 0-9. 50%, Cu :2. 0-3. 0%, Nb 0. 1-0. 25%, N ^ 0. 03%, Al ^ 0. 005%，同時(shí) Nb、C、N 的含量須滿足:Nb_8(C+N)彡 0， (C+Nb) <0.30%，其余為！^和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明是在304不銹鋼基礎(chǔ)上，除添加Cu、Mn元素降低Md30外，還降低304不銹鋼的C、N含量，添加Nb元素，最大限度地降低材料中間隙原子對(duì)材料成形性能的負(fù)面影響， 從而實(shí)現(xiàn)提高材料成形性能的目的。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供上述奧氏體不銹鋼的制造方法。該方法包括在冶煉過(guò)程中，爐渣堿度控制在1. 5-2. 5，在真空或非真空條件下，采用鋁含量低于1. 0%的硅鐵或硅錳合金脫氧，經(jīng)過(guò)充分鎮(zhèn)靜的鋼水在無(wú)氧化保護(hù)條件下澆注成鋼錠或鋼坯；
本發(fā)明適合的熱軋加熱溫度控制在1200_1M0°C ；本發(fā)明與SUS304相比冷軋硬化程度小，道次最大變形率可接近或等于35 %，從而在同樣的變形率條件下，可減少冷軋軋制道次；冷軋后的材料熱處理工藝1010-1070°c快冷，如水冷或風(fēng)冷，以保證獲得比6. 0級(jí)
更細(xì)小的金相組織。上述工藝可在冶金工廠生產(chǎn)SUS304的裝備上生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1鋼與18Cr-8Ni_0. 009A1鋼的夾雜物控制效果比較。其中， Ia是18Cr-8Ni-0. 009A1鋼的夾雜物形貌；Ib是本發(fā)明鋼的夾雜物形貌。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1鋼與SUS304鋼的冷加工硬化比較。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行較為詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明中除非另有指明，含量均指重量百分比含量。SUS304屬于亞穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼，在冷變形過(guò)程中，這種亞穩(wěn)定的奧氏體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樾巫凂R氏體，由于形變馬氏體的生成使得材料具有很高的強(qiáng)度和硬度，從而造成材料再變形的困難，影響材料的深沖壓性能，嚴(yán)重時(shí)可造成材料在變形過(guò)程開裂，或者變形后時(shí)效開裂。Md30(°C )是表征這種馬氏體轉(zhuǎn)變程度的重要指標(biāo)之一(公式l)，Md30(°C )越低材料冷變形時(shí)形成的形變馬氏體量越少，材料的沖壓性能越好、材料沖壓后時(shí)效開裂的傾向越低。Md30(°C ) = 551-462 (C% +N% )-9. 2Si% -8. IMn% -13. 7Cr%-18. 5Mo% -29 (Ni % +Cu% )-68Nb% -1. 42 ( y -8. 0) (1)公式中Y 材料晶粒度本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼沖壓過(guò)程，實(shí)質(zhì)是金屬在模具間的流動(dòng)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程伴隨著材料的變形硬化，從而影響成形性能。變形硬化是位錯(cuò)的積累阻礙了其它位錯(cuò)的通道造成，位錯(cuò)的湮滅、重新排列以及交叉滑移將會(huì)降低變形的硬化程度，同時(shí)金屬的堆垛層錯(cuò)能比較高，金屬流動(dòng)更容易或變形更容易，因而增加提高金屬堆垛層錯(cuò)能的元素有利材料的成形。C 碳在不銹鋼中是強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素，也是材料強(qiáng)化元素。但由于C原子半徑相對(duì)金屬Fe、Cr、Ni、Cu等原子要小很多，在金屬材料中屬于間隙原子， 不利于材料的耐腐蝕性能和沖壓性能。因此，本發(fā)明的碳含量限定為<0.03%。優(yōu)選地， C^O. 02%,更優(yōu)選為 0. 007-0. 02%。Si 硅是不銹鋼冶煉過(guò)程中常用的一種脫氧元素，必須保證鋼水中有一定含量的 Si，鋼水脫氧才能充分；另一方面硅降低材料的堆垛層錯(cuò)能，不利于材料的變形。因而將硅含量的范圍確定為< 0. 75%。優(yōu)選地，硅含量為0. 20-0. 70%，更優(yōu)選為0. 40-0. 70。Mn 錳是奧氏體形成元素之一，具有穩(wěn)定奧氏體組織的作用，同時(shí)錳還是一種廉價(jià)的、降低Md30(°C)的元素(公式1)，但考慮其對(duì)材料耐腐蝕性能有一定的負(fù)作用，將鋼中的錳含量確定為2. 0-3. 5%0優(yōu)選地，錳含量為2. 5-3. 5%，更優(yōu)選為2. 7-3. 45%。
Cr 鉻是不銹鋼的最基本的元素，是不銹鋼獲得耐腐蝕性的基本元素。同時(shí)Cr 也是不銹鋼中的鐵素體形成元素，由于本發(fā)明要求較低的C、N(強(qiáng)奧氏體形成元素)含量，為了保持材料的相的平衡，本發(fā)明鉻含量為16-19%。優(yōu)選為16. 1-18.8%，更優(yōu)選為 16. 5-18. 6%。Ni =Ni屬于強(qiáng)奧氏體形成、穩(wěn)定元素，有較高的堆垛層錯(cuò)能，是提高材料成形性能的主要合金，但由于其昂貴的價(jià)格限制其大量添加，本發(fā)明鎳含量為8. 0-9.0%。優(yōu)選為 8. 05-9. 0 %，更優(yōu)選為 8. 06-8. 7 %。Cu =Cu屬于奧氏體形成、穩(wěn)定元素，有較高的堆垛層錯(cuò)能，是提高材料成形性能的主要合金，但過(guò)高的Cu含量影響材料的熱加工性能，本發(fā)明鎳含量為2.0-3.0%。優(yōu)選為 2. 05-2. 95 %，更優(yōu)選為 2. 08-2. 92 %，最優(yōu)選為 2. 3-2. 92 %。N:氮是強(qiáng)烈的奧氏體形成元素，由于N屬于間隙元素不利于材料的成形性能，本發(fā)明鋼的氮含量為<0.03%。優(yōu)選為<0.02%，更優(yōu)選為0. 005-0. 015%。Nb =Nb與不銹鋼中的C、N具有很強(qiáng)的結(jié)合力，降低了奧氏體不銹鋼中的C、N間隙原子的有害作用，使得材料“IF”化，Nb細(xì)化了奧氏體不銹鋼的晶粒，降低材料的Md30(°C )， 固溶的Nb增加材料的堆垛層錯(cuò)能有利于材料的層間流動(dòng)，但過(guò)高的Nb提高材料的強(qiáng)度、增加生產(chǎn)成本，因而本發(fā)明Nb含量0. 1-0. 25%。為保證添加Nb的效果，Nb、C、N的含量須滿足:Nb-8 (C+N)彡 0 及(C+Nb) ( 0. 30%。優(yōu)選為 0. 15-0. 25%。Al :A1在不銹鋼中主要以Al2O3夾雜物的形式存在，由于該類夾雜屬于不能隨金屬變形的脆性?shī)A雜，對(duì)材料的成形性能有比較大的危害，為限制其危害作用本發(fā)明規(guī)定 Al 彡 0. 005 %，優(yōu)選為 0. 003-0. 005 %。P:磷在不銹鋼中是有害元素，應(yīng)盡可能使鋼中磷含量低，但不銹鋼冶煉脫磷還沒有經(jīng)濟(jì)、有效的手段，本發(fā)明鋼確定磷的含量為<0. 03%。S:硫在不銹鋼中也是有害元素，容易在鋼中生成MnS等夾雜，同時(shí)硫惡化鋼的熱加工性能，對(duì)材料的耐腐蝕性能也有負(fù)面作用。因而，本發(fā)明將鋼中硫含量為< 0. 02%，優(yōu)選為彡0. 005%。本發(fā)明通過(guò)降低SUS304不銹鋼的間隙原子C、N含量，提高材料的變形流動(dòng)性能， 增加Cu含量改善材料的成形性能，提高M(jìn)ruCu元素降低材料的Md30 (°C )，添加Nb減輕C、 N間隙原子的危害、降低材料的Md30(°C )、細(xì)化材料的晶粒增加強(qiáng)度避免材料沖壓開裂，使得本發(fā)明的成形性能得到提高。材料熱處理后的晶粒度，不僅影響Md30 (°C )(公式1)，而且可一定程度上提高材料的強(qiáng)度，降低沖壓開裂的風(fēng)險(xiǎn)。奧氏體不銹鋼用作沖壓材料時(shí)，大多數(shù)情況下都是采用薄規(guī)格的材料，因而沖壓加工材料不僅對(duì)材料的成形性能有比較高的要求，同時(shí)對(duì)影響材料沖壓加工的夾雜物的水平也有較高的要求，因而本發(fā)明同時(shí)規(guī)定了該材料的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的具有優(yōu)良沖壓性能奧氏體不銹鋼的制造工藝在冶煉過(guò)程中，爐渣堿度控制在1. 5-2. 5，在真空或非真空條件下，采用鋁含量低于1. 0%的硅鐵或硅錳合金脫氧， 經(jīng)過(guò)充分鎮(zhèn)靜的鋼水在無(wú)氧化保護(hù)條件下澆注成鋼錠或鋼坯，本發(fā)明適合的熱軋加熱溫度控制在1200-1M0°C ；本發(fā)明與SUS304相比冷軋硬化程度小，道次變形率可接近35%，從而在同樣的變形率條件下，可減少冷軋軋制道次；冷軋后本材料熱處理工藝1010-1070°C快冷，以保證獲得比6. 0級(jí)更細(xì)小的金相組織。該材料可在冶金工廠生產(chǎn)SUS304的裝備生產(chǎn)。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。表1為本發(fā)明材料典型成分(％ )與相關(guān)專利的典型成分(％ )、Md30(°C )的比較。由表1可見，除提高脹形能力的JP0^95980A外，大部分專利產(chǎn)品的Md30(°C)都低于常規(guī)SUS304，都取得了改善材料沖壓成形性能的目標(biāo)，但本發(fā)明Md30(°C)控制到了 _47°C， 是幾種材料中最低的，在相同的變形條件下，本材料繼續(xù)冷變形的能力相對(duì)較強(qiáng)。表1專利材料典型成分、Md30 (°C )對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分配比為c ( 0. 03%, Si ( 0. 75%, Mn 2. 0-3. 5%, Cr :16-19%, Ni :8. 0-9. 50 %, Cu :2. 0-3. 0%, Nb :0. 1-0. 25%, N ^ 0. 03%, Al彡0. 005%，同時(shí)Nb、C、N的含量須滿足Nb-8(C+N)彡0，(C+Nb)彡0.30%，其余為！^ 和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，C< 0. 02%。
3.如權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，C0. 007-0. 02%。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，Si0. 20-0. 70%。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，Mn2. 5-3. 45%。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，Al0. 003-0. 005%。
7.如權(quán)利要求1-6任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，Cr16. 1-18. 8%。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，Ni8. 05-9. 0%。
9.如權(quán)利要求1-8任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，Cu2. 05-2. 95%。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，Nb0. 15-0. 25%。
11.如權(quán)利要求1-10任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，N0. 005-0. 02%。
12.如權(quán)利要求1-11任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，P< 0. 03%,S^O. 02%o
13.如權(quán)利要求1-12任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，Md30°C彡-20°C。
14.如權(quán)利要求1-13任一所述的奧氏體不銹鋼，其特征在于，所述鋼具有比6.0級(jí)更細(xì)小的金相組織。
15.如權(quán)利要求1-14任一所述的奧氏體不銹鋼的制造方法，包括在冶煉過(guò)程中，爐渣堿度控制在1. 5-2. 5，在真空或非真空條件下，采用鋁含量低于 l.Owt %的硅鐵或硅錳合金脫氧，經(jīng)過(guò)充分鎮(zhèn)靜的鋼水在無(wú)氧化保護(hù)條件下澆注成鋼錠或鋼坯；熱軋和冷軋；冷軋后的材料熱處理工藝是在1010-1070°C快冷，以保證獲得比6. 0級(jí)更細(xì)小的金相組織。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述快冷是水冷或風(fēng)冷。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，熱軋中適合的加熱溫度控制在 1200-1240 "C。
18.如權(quán)利要求15-17任一所述的方法，其特征在于，冷軋中道次最大變形率為35%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種奧氏體不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分配比為C≤0.03％，Si≤0.75％，Mn2.0-3.5％，Cr16-19％，Ni8.0-9.50％，Cu2.0-3.0％，Nb0.1-0.25％，N≤0.03％，Al≤0.005％，同時(shí)Nb、C、N的含量須滿足Nb-8(C+N)≥0，(C+Nb)≤0.30％，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其制造方法包括在冶煉過(guò)程中，爐渣堿度控制在1.5-2.5，在真空或非真空條件下，采用鋁含量低于1.0wt％的硅鐵或硅錳合金脫氧，經(jīng)過(guò)充分鎮(zhèn)靜的鋼水在無(wú)氧化保護(hù)條件下澆注成鋼錠或鋼坯；熱軋和冷軋；冷軋后的材料熱處理工藝是在1010-1070℃快冷，以保證獲得比6.0級(jí)更細(xì)小的金相組織。本發(fā)明鋼具有沖壓性能優(yōu)良、避免沖壓開裂、避免中間退火的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102400064SQ20111038552
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者任賢霖, 常鍔, 江來(lái)珠, 翟瑞銀, 董志平, 鄔珠仙 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司