耐熱奧氏體系不銹鋼鋼板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明以便宜的成分體系提供高溫強度和蠕變特性優(yōu)異的奧氏體系不銹鋼鋼板。本發(fā)明的耐熱奧氏體系不銹鋼鋼板的特征在于，其按質(zhì)量％計含有C：0.03％～0.06％、N：0.1％～0.3％、Si：1％以下、Mn：3％以下、P：0.04％以下、S：0.03％以下、Ni：5～12％、Cr：15～20％、Al：0.01％～0.1％、Nb：0.05％～0.3％、V：0.05％～0.30％和Ti：0.03％以下，并且(Nb+V)/(C+N)為2以下，而且剩余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，鋼中的以碳氮化物為主體的析出物的量為1％以下。
【專利說明】耐熱奧氏體系不繡鋼鋼板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在汽車用渦輪殼等暴露于高溫下的部位使用的耐熱奧氏體系不銹鋼以及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，由于在汽車用的渦輪殼等中使用的材料在達到800°C的高溫環(huán)境下需要極高的高溫強度，因此一直在使用不銹鋼鑄鋼。然而，針對近年來降低成本的需求，提出了由鋼板來制造部件，其能夠比由鑄鋼通過切削加工來制造部件更廉價地制造，并且其開發(fā)正在進行。作為在高溫環(huán)境下使用的不銹鋼鋼板，使用了以SUS310S為代表的奧氏體系不銹鋼。然而，近年來，高溫強度、抗氧化性等對使用材料的要求性能變嚴，SUS310S變得不能充分應(yīng)對。
[0003]對渦輪相關(guān)材料要求的特性為高溫強度和蠕變特性。就蠕變特性而言，與壽命相t匕，某一定時間后的變形的大小更為重要。另外，由于加工是必須，因此還要求一定程度的加工性。
[0004]專利文獻I所公開的發(fā)明通過添加P來謀求提高蠕變強度。然而，添加P存在使得焊接性及蠕變延展性降低的問題。另外，還存在使得耐蝕性降低的顧慮。專利文獻2所公開的發(fā)明通過除了添加P以外還添加REM、特別是Nd，提高蠕變延展性及焊接性。然而，添加REM會導(dǎo)致成本上升。
[0005]專利文獻3和4公開了耐熱性優(yōu)異的奧氏體系不銹鋼。這里，公開了對各成分元素進行相互調(diào)整而耐熱性優(yōu)異、特別是焊接部的耐脆化裂紋性優(yōu)異的鋼。然而，此時的蠕變特性僅是在650°C以下進行評價，沒有在800°C下進行評價。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開昭62-243742號公報
[0009]專利文獻2:W02006/106944號公報
[0010]專利文獻3:W02009/044796號公報[0011 ] 專利文獻4:W02009/044802號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明所要解決的課題
[0013]本發(fā)明所要解決的課題在于:以便宜的成分體系來提高高溫強度和蠕變特性。
[0014] 用于解決課題的手段
[0015]本
【發(fā)明者】們?yōu)榱碎_發(fā)能夠作為汽車渦輪用材料來使用的奧氏體系不銹鋼，著眼于800°C下的高溫強度和蠕變特性而進行了研究。
[0016]對于改善奧氏體系不銹鋼的高溫強度、特別是蠕變強度而言，碳化物的析出是有效的。M23C6、TiC、NbC等碳化物被用于提高蠕變強度。本
【發(fā)明者】們不僅著眼于碳化物，而且還著眼于氮化物，就它們對高溫強度、蠕變強度產(chǎn)生的影響進行了詳細研究。其結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)通過積極地添加N和Nb、微量添加V、進而對Al和Ti的含量進行限制以及對制造方法進行設(shè)計，能夠提高高溫強度和蠕變強度。雖然其機理并未詳細解明，但獲得了下述的見解。
[0017].在高溫下使用產(chǎn)品時的Nb系的碳氮化物的微細析出對于提高蠕變特性是重要的。
[0018].Al、Ti系的氮化物的析出優(yōu)選盡可能地降低。
[0019].當過量添加Nb時，Laves相(Fe2Nb)析出，不會提高螺變特性。
[0020].當微量添加V時，Nb系碳氮化物的粗大化得到抑制，對于提高蠕變特性是有效的。
[0021].當產(chǎn)品中殘存未固溶碳氮化物等的析出物時，它們成為析出的核生成位點，會妨礙Nb系碳氮化物的微細析出。
[0022].產(chǎn)品中的殘存析出物量會對蠕變特性產(chǎn)生影響，因此優(yōu)選盡可能降低產(chǎn)品中的殘存析出物量。
[0023].殘存析出物量依賴于制造工藝，特別是熱軋的加熱溫度和最終退火溫度的影響大。
[0024]由以上見解，本
【發(fā)明者】們確定了 Nb、V、C、N、Al、Ti含量的最佳范圍，并且對制造工藝進行了優(yōu)化，由此完成了高溫強度、蠕變特性優(yōu)異的發(fā)明。
[0025]即，本發(fā)明的主旨如下所述。
[0026](I) 一種耐熱奧氏體系不銹鋼鋼板，其特征在于，其按質(zhì)量％計含有C:0.03%~0.06%、N:0.1%~0.3%、S1:1% 以下、Mn:3% 以下、P:0.04% 以下、S:0.03% 以下、Ni:
5~12%、Cr:15 ~20%、A1:0.01%~0.l%、Nb:0.05%~0.3%、V:0.05%~0.30%和T1:0.03%以下，并且(Nb+V)/(C+N)為2以下，而且剩余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，鋼中的以碳氮化物為主體的析出物的量為1%以下。
[0027](2)根據(jù)(I)所述的耐熱奧氏體系不銹鋼鋼板，其特征在于，其還含有Cu:1 %以下、Mo:3*%以下、W:3*%以下、Co:1*%以下和B:0.01%以下中的一種或兩種以上。
[0028](3) (I)或⑵所述的耐熱奧氏體系不銹鋼鋼板的制造方法，其特征在于，在由制鋼-熱軋-酸洗-冷軋-退火/酸洗各工序構(gòu)成的鋼板的制造工序中，熱軋的加熱溫度為1200°C~1300°C，最終退火溫度為1100°C~1200°C。

【具體實施方式】
[0029]下面，對成分范圍的限定理由進行說明。成分含量都按質(zhì)量％計。
[0030]C:0.03%~0.06%
[0031]C為對于確保高溫強度、蠕變強度有效的元素。當其添加量為0.03%以下時，無法發(fā)揮該效果。另外，即使添加0.1 %以上也僅僅會增加固溶狀態(tài)下的未固溶碳氮化物。
[0032]N:0.1%~0.3%
[0033]N對于本發(fā)明來說是重要的元素。通過添加N而形成微細的碳氮化物，提高高溫強度和蠕變強度。當小于0.1%時，該效果小。另外，當添加超過0.3%時，需要特別的設(shè)備，因此將其上限設(shè)定為0.3%。
[0034]S1:l% 以下
[0035]Si是不僅作為脫氧元素有用而且對于抗氧化性也有效的元素。然而，當過量地添加時，產(chǎn)生韌性、延展性的降低，因此將其上限設(shè)定為I %。
[0036]Mn:3% 以下
[0037]Mn與Si同樣地作為脫氧元素是有用的。另外，將鋼中不可避免地含有的S作為硫化物來固定，從而改善熱加工性。然而，當過量地添加時，機械特性會劣化，因此將其上限設(shè)定為3%。
[0038]P:0.04% 以下
[0039]P使得本發(fā)明鋼的蠕變強度提高，但是會使得蠕變延展性、焊接性降低。因此，將上限設(shè)定為0.04%。
[0040]S:0.03% 以下
[0041]S在鋼中作為不可避免的雜質(zhì)含有，會使得熱加工性顯著降低。因此，將0.03%設(shè)定為上限。
[0042]N1:5 ~12%
[0043]Ni是作為奧氏體系不銹鋼的必需元素，而且其是確保耐蝕性的重要元素。其適宜的量為5~12%。
[0044]Cr: 15 ~20%
[0045]Cr是作為奧氏體系不銹鋼的必需元素，其是確保耐蝕性、抗氧化性的重要元素。然而，當Cr含量高時，機械特性劣化。因此，設(shè)定為15%~20%。
[0046] Al:0.01%~0.06%
[0047]Al作為脫氧元素是有用的，能夠以低成本脫氧，因此添加。其效果通過添加0.01%以上而展現(xiàn)出來。然而，由于Al會形成AlN而使得蠕變特性降低，因此在本發(fā)明中抑制其添加，優(yōu)選為0.06%以下。更優(yōu)選的范圍為0.03%~0.06%的范圍。
[0048]Nb:0.05% ~0.3%
[0049]在本發(fā)明中，Nb為必需元素。據(jù)認為其起到下述作用:通過與N同時添加，使得Nb系的碳氮化物微細地析出，并且抑制其生長速度；借助上述效果來提高蠕變特性。上述效果通過添加0.05%以上而獲得。然而，添加超過0.3%不僅使得碳氮化物粗大化，而且會形成被稱為Laves相的Fe2Nb,因此使得蠕變特性降低，故不優(yōu)選。
[0050]V:0.05%~0.15%
[0051 ] V對于本發(fā)明來說是必要的元素。其是提高高溫強度、蠕變強度的元素。此外，在本發(fā)明中，與Nb —起形成Nb-V系的碳氮化物，結(jié)果更加微細地析出，進一步提高蠕變特性。該效果可通過添加0.05%以上而獲得。然而，當超過0.30%過量地添加時，會由于形成VN而使得蠕變特性降低，故不優(yōu)選。
[0052]T1:0.03% 以下
[0053]在本發(fā)明中，Ti為應(yīng)當限制的元素。Ti易于與C、N、特別是N結(jié)合，形成粗大的碳氮化物，抑制微細的Nb系碳氮化物的形成，結(jié)果使得蠕變特性降低，因而不優(yōu)選。當Ti為
0.03%以下時，幾乎能夠忽略上述弊端，因此將其設(shè)定為上限。
[0054]另外，就Nb、V、C、N而言，優(yōu)選(Nb+V)/(C+N)按質(zhì)量％計為2以下。這是因為，當超過2時，Nb、V變得過量，形成Laves相等，使得蠕變特性降低。另外，雖然對于下限沒有特別限定，但是過低時，C、N過量，有可能由于Cr系碳化物析出等而使得耐蝕性等降低，故優(yōu)選為0.2以上。
[0055]Cu:l% 以下
[0056]Cu為在高溫下使用時會微細地析出而大大提高蠕變強度的元素，在本發(fā)明中以1%為上限來添加。當超過1%時，熱加工性和蠕變延展性降低以及常溫延展性均降低，因而不優(yōu)選。在添加的情況下，通過添加0.1 %以上會顯著地展現(xiàn)其效果。
[0057]Mo:3% 以下
[0058]Mo為提高高溫強度、蠕變特性的元素，可以根據(jù)需要添加。然而，當過量地添加時，有損組織穩(wěn)定性，故不優(yōu)選，其添加量優(yōu)選為3%以下。
[0059]W:3% 以下
[0060]W也與Mo同樣地為提高高溫強度、蠕變強度的元素，可以根據(jù)需要添加。然而，當過量地添加時，有損組織穩(wěn)定性，故不優(yōu)選，其添加量優(yōu)選為3%以下。
[0061]Co:l% 以下
[0062]Co也與Mo、W同樣地為提高高溫強度、蠕變強度的元素，可以根據(jù)需要添加。然而，當過量地添加時，有損組織穩(wěn)定性，故不優(yōu)選，而且還昂貴，因此其添加優(yōu)選I %以下。
[0063]B:0.01% 以下
[0064]B也是提高高溫強度、蠕變特性的元素。然而，過量的添加會使得常溫延展性降低，因此其添加設(shè)定為0.01%以下。優(yōu)選為0.0003%~0.0050%。
[0065]除了上述這些合金元素的規(guī)定以外，本發(fā)明還規(guī)定了碳氮化物的析出量。這是基于對于下述現(xiàn)象的原因進行研究而得到的結(jié)果:就算合金量相同，蠕變特性有時也會根據(jù)制造條件的不同而不同。當對蠕變特性較差的鋼的蠕變試驗前后的組織進行觀察時，發(fā)現(xiàn):在蠕變試驗前已經(jīng)存在某種程度的粗大析出物，在試驗中，粗大的析出物成為核，生成新的析出物。即，產(chǎn)品中的析出物會妨礙高溫下的微細析出，據(jù)認為這是使得蠕變特性降低的原因。因此，減少產(chǎn)品中的析出量是重要的。
【發(fā)明者】們進行了各種試驗，發(fā)現(xiàn):當產(chǎn)品中的析出量為1%以下時，不會對蠕變特性產(chǎn)生影響。因此，將析出物量的上限設(shè)定為1%。下限并沒有特別限定。
[0066]然而，由于碳氮化物會在較高溫下生成，因此難以完全地固溶，設(shè)定為小于0.01%會給制造設(shè)備帶來極大不便，因而析出量優(yōu)選為0.01%以上。
[0067]接著，對制造方法進行說明。本發(fā)明的鋼板的制造方法由制鋼-熱軋-酸洗-冷軋-退火/酸洗各工序構(gòu)成。制鋼時，優(yōu)選對含有上述必需成分以及根據(jù)需要添加的成分的鋼進行轉(zhuǎn)爐熔煉并接著進行二次精煉的方法。依據(jù)公知的鑄造方法(連續(xù)鑄造)，將熔煉得到的鋼水形成板坯。板坯加熱至規(guī)定的溫度，以連續(xù)軋制熱軋至規(guī)定的板厚。
[0068]之后，對熱軋板實施退火，然后進行冷軋，進而進行最終退火、酸洗，形成產(chǎn)品。冷車U退火可以反復(fù)進行多次。另外，也可以不進行最終退火、酸洗而進行光亮退火來形成產(chǎn)品。在該情況下，光亮退火的退火條件優(yōu)選與最終退火為相同條件。
[0069]如上所述，碳氮化物的析出量在本發(fā)明中是重要的，優(yōu)選減少產(chǎn)品中的析出量。然而，由于碳氮化物是在較高溫下生成的，因此難以使其完全固溶，并且對制造設(shè)備產(chǎn)生較大負荷。
[0070]因此，本
【發(fā)明者】們對碳氮化物的析出量和蠕變特性以及制造方法進行了詳細研究，從而發(fā)現(xiàn)了最佳制造條件。在該制造工序中，對于本發(fā)明來說重要的工序為熱軋和最終退火。通過組合這兩個工序的制造條件，產(chǎn)品的碳氮化物量會成為1%以下，可獲得優(yōu)異的蠕變特性。首先，熱軋的加熱溫度設(shè)定為1200°c~1300°C。當小于1200°C時，未固溶的碳氮化物殘留較多，因此蠕變強度降低。另外，即使超過1300°C，蠕變特性也不會提高，加熱爐的壽命變短等弊害增多，故將1300°C設(shè)定為上限。
[0071]另外，將最終退火溫度設(shè)定為1100°C~1200°C。當小于1100°C時，至熱軋工序結(jié)束時，剩存的未固溶碳氮化物殘留較多，蠕變特性降低，故不優(yōu)選。另外，當超過1200°C時，板斷裂等的危險性增大，故將上限設(shè)定為1200°C。
[0072]其他工序的制造方法沒有特別限定，熱軋條件、熱軋板厚等只要適當?shù)剡x擇就行。另外，可以在冷軋/退火后通過調(diào)質(zhì)軋制、張力平整進行矯正。
[0073]此外，就產(chǎn)品板厚而言，也只要根據(jù)要求的部件厚度進行選擇就行。
[0074]實施例1
[0075]對表1所示的成分組成的鋼進行熔煉并鑄造成板坯，將板坯進行熱軋并制成5mm厚的熱軋卷。此時的加熱溫度為1250°C。之后，以1100度的退火溫度對熱軋卷進行退火，然后進行酸洗，進而冷軋至2mm厚，實施退火/酸洗而制成產(chǎn)品板。最終退火溫度為1150°C，退火時間為120秒。
[0076]另外，就鋼N0.1，改變加熱溫度和最終退火條件來制作鋼板。這些鋼為IA鋼~IF鋼。除了變更了的條件以外與N0.1鋼相同。
[0077]從這樣操作而得到的產(chǎn)品板采取常溫拉伸試驗(JIS13B號)、高溫拉伸試驗片。接下來，將進行常溫拉伸試驗(以JIS Z 2241為基準)而得到的全拉伸率值作為加工性的指標。另外，作為高溫特性的指標，在800°C下實施拉伸試驗，測定0.2%屈服強度及抗拉強度(以JIS G 0567為基準)。進而，使用相同試驗片，進行蠕變應(yīng)變試驗。將試驗溫度設(shè)定為800°C、試驗時間設(shè)定為300小時，施加各種負載，求出應(yīng)變量，由它們求出形成1%應(yīng)變量的負荷應(yīng)力。該值越大，可以說蠕變特性越好。此外，從產(chǎn)品板求出抽取殘渣量，作為析出物量。另外，還進行了殘渣的X射線衍射試驗，確認殘渣為碳氮化物主體。
[0078]這些試驗結(jié)果也示于表1。
[0079]由表1可知，本發(fā)明鋼顯示優(yōu)異的高溫強度和蠕變特性。另外，可知比較鋼的高溫強度、蠕變特性較差，而且還存在其他問題，是不優(yōu)選的。
[0080]

【權(quán)利要求】
1.一種耐熱奧氏體系不銹鋼鋼板，其特征在于，其按質(zhì)量％計含有C:0.03 %~0.06%、N:0.1%~0.3%、S1:1% 以下、Mn:3% 以下、P:0.04% 以下、S:0.03% 以下、Ni:5 ~12%、Cr:15 ~20%、A1:0.01%~0.l%、Nb:0.05%~0.3%、V:0.05%~0.30%和T1:0.03% 以下， 并且(Nb+V) / (C+N)為2以下， 而且剩余部分由Fe和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，鋼中的以碳氮化物為主體的析出物的量為1%以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱奧氏體系不銹鋼鋼板，其特征在于，其還含有Cu:1%以下、Mo:3*%以下、W:3*%以下、Co:1*%以下和B:0.01%以下中的一種或兩種以上。
3.權(quán)利要求1或2所述的耐熱奧氏體系不銹鋼鋼板的制造方法，其特征在于，在由制鋼-熱軋-酸洗-冷軋-退火/酸洗各工序構(gòu)成的鋼板的制造工序中，熱軋的加熱溫度為1200°C~1300°C，最終退火溫度為1100°C~1200°C。
【文檔編號】C22C38/58GK104169450SQ201380012380
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】井上宜治, 札軒富美夫, 濱田純一 申請人:新日鐵住金不銹鋼株式會社