高強度奧氏體系不銹鋼及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強度奧氏體不銹鋼及其制造方法，尤其涉及一種可以使用為高強度彈簧用鋼材的亞穩(wěn)定奧氏體系不銹鋼的成分控制及制造工藝。所述奧氏體不銹鋼以重量％計包含0.05～0.15的C、0.05～0.09％的N、15～18的Cr、6～8的Ni、超過1.0％且到1.5％為止的Si、0.5～0.9的Mo、0.4～1.2的Mn、1.5％以下的Cu，其余包含F(xiàn)e及其他不可避免的雜質，且Md30溫度滿足25～30℃范圍，其通過利用帶鋼鑄造工藝方法的鋼卷制造而使δ鐵素體相的固溶強化能得到最大化，此時的物性為在80％冷軋壓下率下拉伸強度為2200Mpa以上而硬度在570Hv以上徘徊。
【專利說明】高強度奧氏體系不銹鋼及其制造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高強度彈簧用奧氏體不銹鋼及其制造方法，尤其涉及一種通過控 制合金設計以及制造條件而提高了強度的彈簧用高強度奧氏體系不銹鋼及其制造方法。

【背景技術】
[0002] 奧氏體系不銹鋼由于成型性、耐蝕性、焊接性等物性卓越而成為一種應用最為廣 泛的代表性不銹鋼。尤其，作為奧氏體系不銹鋼的特性之一為加工時伴隨著相變。結果， 如果不用可使奧氏體相穩(wěn)定化的元素維持足夠的高合金狀態(tài)，則可以說奧氏體相在塑性變 形附加時無擴散地轉變?yōu)轳R氏體相的或然性很高。其中尤其具有代表性的鋼中的一種即 為301系列的不銹鋼，像這種相穩(wěn)定性較弱的鋼的基于塑性變形量的加工硬化程度很高。 例如，經(jīng)熱處理的素材的屈服強度為300Mpa左右，而如果對其實施80%以上的冷軋壓下， 則加工硬化表現(xiàn)為進行得相當充分而達到1800Mpa以上。因此，壓下率較高的301系列被 使用為汽車墊片或彈簧之類的要求高彈性應力和高強度的素材。另外，作為這樣的軋硬卷 (Full hard)材料的用途，按彈簧或墊片的形狀或應用部位分別要求多種多樣的強度特性， 并且還有根據(jù)需要而要求高達2200Mpa的較高拉伸強度的部件。然而，在利用現(xiàn)有的301 系列的素材而通過普通的連鑄方式制造鋼材時，即使在較高的冷軋壓下率下也不容易獲得 2200Mpa以上的拉伸強度。因此，對于使用在高強度的彈簧等的奧氏體不銹鋼而言，為了確 保2200Mpa以上的高強度特性，也需要開發(fā)出考慮成分及工藝控制等附加性要素的技術。


【發(fā)明內容】

[0003] 技術問題
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種在80%以上的冷軋壓下率下拉伸強度為2200Mpa以 上的高強度彈簧用奧氏體不銹鋼。
[0005] 并且，本發(fā)明的目的在于提供一種高強度奧氏體系不銹鋼的制造方法，該方法以 高強度彈簧用奧氏體系不銹鋼的合金設計及制造條件控制為目的，并利用置換型合金元 素含量的控制與帶鋼鑄造工藝方法而制造出隨著冷軋壓下率的增加而使拉伸強度達到 2200Mpa以上的高強度奧氏體系不銹鋼。
[0006] 技術方案
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種高強度奧氏體不銹鋼，其以重量％計包含 0· 05?0· 15的C、0. 05?0· 09%的N、15?18的Cr、6?8的Ni、超過L 0%?L 5%為止 的Si、0. 5?0.9的Mo、0. 4?1.2的Μη、1.5 %以下的Cu，其余包含F(xiàn)e及其他不可避免的 雜質，且Md30的范圍為25?30°C，其中，所述Md30由如下的式（1)構成：
[0008] (l)Md3〇rC )= 551-462 (C+N)-9. 2Si-8. 1Μη-13· 7Cr-29Ni-18. 5M〇-29Cu-68Nb。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種高強度奧氏體不銹鋼，將不銹鋼通過帶鋼鑄造 而制造，其中，以重量％計，所述不銹鋼包含〇. 05?0. 15的C、0. 05?0. 09%的N、15?18 的 Cr、6 ?8 的 Ni、超過 1. 0%?1. 5%為止的 Si、0. 5 ?0· 9 的 Μο、0· 4 ?1. 2 的 Μη、1· 5% 以下的Cu，其余包含F(xiàn)e及其他不可避免的雜質，且Md30的范圍為25?30°C，其中，所述 Md30由如下的式（1)構成：
[0010] (l)Md3〇rC )= 551-462 (C+N)-9. 2Si-8. 1Μη-13· 7Cr-29Ni-18. 5M〇-29Cu-68Nb。
[0011] 在本發(fā)明中，針對所述不銹鋼在利用帶鋼鑄造的制造中，凝固時殘留的S鐵素體 含量為5%以上。
[0012] 在本發(fā)明中，針對所述不銹鋼在利用帶鋼鑄造的制造中，凝固時殘留的δ鐵素體 含量為10%以下。
[0013] 在本發(fā)明中，對所述不銹鋼采用80%冷軋壓下率時，拉伸強度確保為2200Mpa以 上而硬度確保為570Hv以上。
[0014] 在本發(fā)明中，所述不銹鋼的冷軋組織的粒度為8. 5以上。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種高強度奧氏體不銹鋼的制造方法，在包括朝相 反方向旋轉的一對輥和其兩側面上設置為形成鋼水池的邊緣擋板以及用于向所述鋼水上 表面供應惰性的氮氣的彎月形防護件的帶鋼鑄造裝置中，鑄造奧氏體不銹鋼，并控制為 使凝固時殘留的S鐵素體含量成為5%以上，其中，以重量％計，所述奧氏體不銹鋼包含 0· 05?0· 15的C、0. 05?0· 09%的N、15?18的Cr、6?8的Ni、超過L 0%?L 5%為止 的5丨、0.5?0.9的]?〇、0.4?1.2的]\111、1.5%以下的(：11，其余包含？6及其他不可避免的 雜質，且Md30的范圍為25?30°C，其中，所述Md30由如下的式（1)構成：
[0016] (l)Md3〇rC )= 551-462 (C+N)-9. 2Si-8. 1Μη-13· 7Cr-29Ni-18. 5M〇-29Cu-68Nb。
[0017] 在本發(fā)明中，對通過所述帶鋼鑄造而獲得的鑄造組織的不銹鋼采用80%冷軋壓下 率時，使拉伸強度確保為2200Mpa以上而硬度確保為570Hv以上，并制造成2mm以下的薄 板。
[0018] 在本發(fā)明中，所述不銹鋼的冷軋組織的粒度為8. 5以上。
[0019] 有益效果
[0020] 本發(fā)明通過控制合金設計及制造條件而可以得到拉伸強度為2200Mpa級別的高 強度彈簧用奧氏體系不銹鋼。
[0021] 本發(fā)明還特別具有可通過控制置換型合金元素含量并利用帶鋼鑄造工藝方法而 獲得高強度彈簧用奧氏體系不銹鋼的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為用于說明關于本發(fā)明的帶鋼鑄造 （Strip casting)工藝的裝置的示意圖。
[0023] 圖2為表示在通過控制奧氏體及鐵素體穩(wěn)定化元素的成分而改變Md30溫度時基 于加工的應變誘導馬氏體（strain-induced martensite)生成量之例的曲線圖。
[0024] 圖3是將經(jīng)過普通的連鑄工序的冷軋鋼卷的微細組織與利用帶鋼鑄造工藝方法 制造的鋼卷的冷軋組織進行比較的圖片。
[0025] 圖4為表示Md30溫度變化（8°C、28°C、48°C )后作為基于冷軋壓下率的機械特性 的拉伸強度的變化的曲線圖。
[0026] 圖5為表示Md30溫度變化（8°C、28°C、48°C )后作為基于冷軋壓下率的機械特性 的硬度的變化的曲線圖。
[0027] 圖6為表示為了擴大通過成分控制的加工硬化能而在Md30溫度取28°C左右時進 行成分最優(yōu)化的情況下作為機械性質的拉伸強度的變化的曲線圖。

【具體實施方式】
[0028] 以下，參考附圖更加詳細地說明本發(fā)明。
[0029] 在此使用的專用術語僅僅是為了說明特定實施例的，并非旨在限定本發(fā)明。其中 使用的單數(shù)形態(tài)的術語如果并不表示與之分明相反的含義則也包括復數(shù)形態(tài)。說明書中使 用的"包括"的含義只是具體化特定特性、區(qū)域、要點、步驟、操作、要素和/或成分，其并不 排除其他特定特性、區(qū)域、要點、步驟、要素、成分和/或組的存在或者附加。
[0030] 雖然沒有另行定義，然而這里使用的包括技術用語和科學用語的所有術語都具有 與本發(fā)明所屬【技術領域】中具有普通知識的人員通常理解的含義相同的含義。通常使用的詞 典中定義的術語追加解釋為符合于相關技術文獻與當前公開的內容的含義，且只要沒有定 義就不會解釋為理想化的含義或者非常公式化的含義。
[0031] 圖1為用于說明現(xiàn)有技術中公知的帶鋼鑄造 （Strip casting)工藝的裝置的示意 圖。該帶鋼鑄造工藝為從鋼水（molten steel)直接生產(chǎn)薄狀的熱乳帶鋼的工藝，其可以省 去熱軋工序，從而是一種可以大大減少制造成本、設備投資成本、能源使用量、公害氣體排 放量等的新的鋼鐵工藝流程。如圖1所示，使用于普通的帶鋼鑄造工藝的雙輥型薄板鑄造 機將鋼水收容于鋼水包（ladle) 1，并使其沿著噴嘴流入到中間罐（tundish) 2,流入到中間 罐2的鋼水通過鋼水注入噴嘴3而被供應到鑄造輥6兩個末端部上設置的邊緣擋板（edge dam) 5之間，即被供應到鑄造輥6之間而開始凝固。此時，在輥之間的熔融金屬部上為了防 止氧化而用彎月形防護件（meniscus shield)4保護烙融金屬面，并注入合適的氣體而適當 地調節(jié)氣氛。穿出兩個輥相遇的輥間隙（roll nip)7的過程中制造出薄板8,其被拉出而經(jīng) 過軋制機9而得到軋制，然后經(jīng)過冷卻工序而在卷取設備10中得到卷取。
[0032] 此時，在由鋼水直接制造10mm以下厚度的薄板的雙輥型薄板鑄造工藝中重要的 技術為通過注入噴嘴而將鋼水供應到朝相反方向快速旋轉的內部水冷式雙輥之間，從而將 所需厚度的薄板制造成沒有龜裂，并使實收率得到提高。
[0033] 這樣的帶鋼鑄造工藝將液態(tài)的鋼直接鑄造成1?5_厚度的板材，并將非常快的 冷卻速度施加于鑄造板，從而利用雙輥型帶鋼鑄造機而制造熱軋鋼卷。所述雙輥型帶鋼 鑄造機的特征在于，向沿著彼此相反的方向旋轉的雙棍（twin-drum rolls)與側面擋板 (side dams)之間供應鋼水，并通過水冷的輥表面釋放大量的熱量而進行鑄造。此時，在輥 表面上以較快的冷卻速度形成凝固單元，并通過鑄造之后連續(xù)進行的在線輥壓（in-line rolling)而制造出1?5mm的較薄的熱乳薄板。在本發(fā)明的實施例中制造出2mm以下的薄 板。
[0034] 在所述帶鋼鑄造工藝中通常直接鑄造2_左右的薄物，因此具有可以省去基于連 鑄的板坯制造以及熱軋工序的優(yōu)點。尤其對于在熱軋時出現(xiàn)表面缺陷的鋼種而言，帶鋼鑄 造 （Strip casting)工藝方法的應用尤為有利，301系列作為熱軋時缺陷頻發(fā)的鋼種宜使 用該工藝方法。并且，為了制造出高強度，除了單純的表面缺陷問題以外還可能具有其他顯 著的優(yōu)點。對于奧氏體系不銹鋼而言，在進行通常的連鑄時，為了確保凝固相的穩(wěn)定性而在 凝固初期先生成δ鐵素體（Delta ferrite)相，然后完成向奧氏體相的凝固。此時，鑄造 時殘留的S鐵素體的量在基于以下理論實驗式（δ Ml)時按鋼種表現(xiàn)出1?10%左右，然 而組織內的這種δ鐵素體相的存在將會在后流程（Downstream)的軋制時對加工硬化產(chǎn)生 影響。 Seal =

【權利要求】
1. 一種高強度奧氏體不銹鋼，以重量％計，包含0. 05?0. 15的C、0. 05?0. 09%的N、 15?18的Cr、6?8的Ni、超過L 0%?L 5%為止的Si、0. 5?(λ 9的Μο、0· 4?L 2的 Μη、1. 5%以下的Cu，其余包含F(xiàn)e及其他不可避免的雜質，且Md30的范圍為25?30°C，其 中，所述Md30由如下的式（1)構成： (l)Md3〇rC )= 551-462 (C+N)-9. 2Si-8. 1Μη-13· 7Cr-29Ni-18. 5M〇-29Cu-68Nb。
2. -種高強度奧氏體不銹鋼，將不銹鋼通過帶鋼鑄造而制造，其中，所述不銹鋼以重 量％計，包含〇· 05?0· 15的C、0. 05?0· 09%的N、15?18的Cr、6?8的Ni、超過1. 0%? 1. 5%為止的Si、0. 5?0.9的Mo、0. 4?1.2的Μη、1.5%以下的Cu，其余包含F(xiàn)e及其他不 可避免的雜質，且Md30的范圍為25?30°C，其中，所述Md30由如下的式（1)構成： (1) :Md30(°C ) = 551-462(C+N)-9. 2Si-8. 1Μη-13· 7Cr-29Ni-18. 5M〇-29Cu-68Nb。
3. 如權利要求1或2所述的高強度奧氏體不銹鋼，其中，針對所述不銹鋼在利用帶鋼鑄 造的制造中，凝固時殘留的S鐵素體含量為5%以上。
4. 如權利要求3所述的高強度奧氏體不銹鋼，其中，針對所述不銹鋼在利用帶鋼鑄造 的制造中，凝固時殘留的S鐵素體含量為10%以下。
5. 如權利要求1或2所述的高強度奧氏體不銹鋼，其中，對所述不銹鋼采用80%冷軋 壓下率時，拉伸強度確保為2200Mpa以上而硬度確保為570Hv以上。
6. 如權利要求1或2所述的高強度奧氏體不銹鋼，其中，所述不銹鋼的冷軋組織的粒度 為8. 5以上。
7. 如權利要求1或2所述的高強度奧氏體不銹鋼，其中，以重量％計，所述Si為1. 1? 1. 3wt%。
8. 如權利要求1或2所述的高強度奧氏體不銹鋼，其中，以重量％計，所述Cr為16? 17wt%，Ni 為 6 ?7wt%，Mo 為 0· 6 ?0· 8wt%。
9. 一種高強度奧氏體不銹鋼的制造方法，在包括朝相反方向旋轉的一對輥和其兩側面 上設置為形成鋼水池的邊緣擋板以及用于向所述鋼水池的上表面供應惰性的氮氣的彎月 形防護件的帶鋼鑄造裝置中，鑄造奧氏體不銹鋼，并控制為使凝固時殘留的S鐵素體含量 成為5%以上，其中，以重量％計，所述奧氏體不銹鋼包含0. 05?0. 15的C、0. 05?0. 09% 的N、15?18的Cr、6?8的Ni、超過L 0%?L 5%為止的Si、0. 5?0· 9的Μο、0· 4?1. 2 的Μη、1. 5%以下的Cu，其余包含F(xiàn)e及其他不可避免的雜質，且Md30的范圍為25?30°C， 其中，所述Md30由如下的式（1)構成： (l)Md3〇rC )= 551-462 (C+N)-9. 2Si-8. 1Μη-13· 7Cr-29Ni-18. 5M〇-29Cu-68Nb。
10. 如權利要求9所述的高強度奧氏體不銹鋼的制造方法，其中，對通過所述帶鋼鑄造 而獲得的鑄造組織的不銹鋼采用80%冷軋壓下率時，使拉伸強度確保為2200Mpa以上而硬 度確保為570Hv以上，并制造成2mm以下的薄板。
11. 如權利要求10所述的高強度奧氏體不銹鋼的制造方法，其中，所述不銹鋼的冷軋 組織的粒度為8. 5以上。
12. 如權利要求9所述的高強度奧氏體不銹鋼的制造方法，其中，以重量％計，所述Si 為 1 · 1 ?1 · 3wt %。
13. 如權利要求9所述的高強度奧氏體不銹鋼的制造方法，其中，以重量％計，所述Cr 為 16 ?17wt%，Ni 為 6 ?7wt%，Mo 為 0· 6 ?0· 8wt%。
【文檔編號】C22C38/00GK104105805SQ201280065481
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權日:2011年12月28日
【發(fā)明者】金洸陸, 河萬璡, 樸美男 申請人:Posco公司