抵抗延遲開裂的不銹鋼及其生產方法
【專利說明】抵抗延遲開裂的不銹鋼及其生產方法
[0001]本發明涉及表現出轉變誘發塑性(TRIP)效應的不穩定的不銹鋼，其高度抵抗所謂的延遲開裂現象。該不銹鋼是不穩定的奧氏體不銹鋼或者是不穩定的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。本發明還涉及用于生產該不銹鋼以改進對延遲開裂的抵抗性的方法，與常規的不銹鋼生產方法相比，該方法導致更低的氫含量。
[0002]由于在塑性變形過程中不穩定的奧氏體相向應變誘發的ε和/或α’_馬氏體相的轉變而表現出所謂的轉變誘發塑性(TRIP)效應的低合金化且不穩定的奧氏體和雙相不銹鋼對延遲開裂現象(有時也稱為季節性開裂)敏感。在成形過程后立即或在成形后的一定時間段后，延遲開裂通過成形的金屬部件的開裂來顯現自身。根據現有技術，ε和/或α’_馬氏體(最有可能是α’_馬氏體相)對由鋼所固有地包含的氫的敏感性是開裂現象的主要原因。
[0003]延遲開裂是嚴重的問題，因為它限制了不穩定的不銹鋼在廣泛的需要劇烈的成形操作的應用領域中的使用。特別成問題的是導致成形組件中的高殘余拉伸應力的成形方法。深拉延是這樣的成形工藝的一個例子。因此，能夠控制和避免延遲開裂現象非常重要。
[0004]特別地，具有低鎳含量以改進鋼的成本效率的鋼對延遲開裂非常敏感。對延遲開裂現象敏感的不銹鋼涵蓋了廣泛范圍的化學組成，主要合金化元素的含量通常如下:鉻15-20重量％，鎳含量0-8重量％，錳含量0-10重量％，氮含量0-0.3重量％，碳含量0-0.1重量％，銅含量0-3重量％。這樣的市售的鋼的例子例如為:鋼號AISI 301,AISI 301LN，AISI
201,AISI 201LN和AISI 204Cu。
[0005]在幾篇專利文獻中還公開了新的低鎳奧氏體不銹鋼。這些專利文獻的例子例如包括EP 0694626,US 3893850和EP 0593158。然而，這些文獻中都沒有披露避免延遲開裂的手段。
[0006]延遲開裂與塑性變形過程中應變誘發馬氏體相的形成和存在有關。因此，通過仔細的精細調整不銹鋼的化學組成能防止延遲開裂，從而防止在塑性變形過程中馬氏體的形成，即使不銹鋼對抗馬氏體形成為穩定的。在WO公開2011/138503中描述了這樣的奧氏體不銹鋼。然而，這樣的途徑的問題是必須損害鋼的力學性質。由于TRIP(轉變誘發塑性)效應，在變形過程中應變誘發馬氏體相的形成提高了拉伸強度和延伸率，這導致了與穩定不銹鋼相比的強度與延伸率的優異組合。這樣的性質組合在需要高的抗撞擊性和能量吸收容量的輕量結構中特別有用。根據WO公開2011/138503的不銹鋼是穩定的且不表現出TRIP效應。因此，它們的拉伸強度和延伸率的組合不如表現出應變誘發馬氏體形成和TRIP效應的不銹鋼。
[0007]根據現有技術，不能生產表現出TRIP效應并且因此表現出所需的機械性質且對延遲開裂沒有敏感性的低鎳奧氏體不銹鋼。
[0008]常規奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼由鐵素體相和穩定的奧氏體相組成，其在塑性變形過程中不轉變為馬氏體。因此，常規奧氏體-鐵素體不銹鋼對延遲開裂現象不敏感。然而，最近開發的新穎奧氏體-鐵素體雙相鋼包含在塑性變形過程中轉變為應變誘發馬氏體相的不穩定的奧氏體相，即該鋼表現出TRIP效應。這種特征使得該新奧氏體-鐵素體不銹鋼的強度和延伸率的組合優于常規奧氏體-鐵素體不銹鋼。然而，由于TRIP效應，該鋼也對延遲開裂現象敏感，這限制了其適用性。在公開WO 2012/143610和WO 2011/135170中對該鋼進行了描述，但是在這些公開中沒有用于避免在表現出TRIP效應的這樣的奧氏體-鐵素體不銹鋼中延遲開裂的手段。
[0009]已知可以通過控制鋼的氫含量來降低奧氏體不銹鋼對氫脆的敏感性。然而，沒有公開用于避免表現出TRIP效應的不穩定的奧氏體或奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼的延遲開裂的手段。
[0010]歐洲專利申請EP2108710公開了從奧氏體不銹鋼去除氫的方法。然而，這個歐洲專利申請僅涵蓋含有大于8%鎳的奧氏體不銹鋼，即沒有考慮低鎳的奧氏體不銹鋼或者奧氏體-鐵素體不銹鋼。這個歐洲專利申請的鋼沒有表現出提高機械性質的TRIP效應。進一步地，已知該歐洲專利申請的鋼對抵抗應變誘發馬氏體轉變實際上是穩定的并因此抵抗延遲開裂。該歐洲專利申請沒有提供用于避免不穩定的奧氏體不銹鋼中的延遲開裂現象的手段，而是集中于通過控制氫含量來減少疲勞裂紋生長速率。進一步地，該歐洲專利申請的方法旨在將氫含量降低到不必要地低的水平，并且建議應該在非常低的壓力(真空)下進行熱處理，這在工業規模生產中是不現實的。
[0011]日本專利申請JP1998-121208和JP2005-298932涉及不穩定的奧氏體不銹鋼線材。在這些日本專利申請中，為了避免拉延的線材中所謂的縱向開裂現象，提出了用于降低鋼的氫含量的熱處理方法。然而，這些日本專利公開沒有考慮不銹鋼扁平產品中的延遲開裂現象，并且沒有提供避免奧氏體或者奧氏體-鐵素體不銹鋼中的延遲開裂現象的手段。
[0012]本發明的目的是防止現有技術的缺點并且通過限制氫含量來生產表現出轉變誘發塑性(TRIP)效應與對延遲開裂的改進抵抗性的不銹鋼，該不銹鋼是不穩定的奧氏體不銹鋼或者不穩定的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。本發明還涉及這樣的不銹鋼的生產方法。在所附權利要求中列出了本發明的基本特征。
[0013]本發明涉及不銹鋼，特別是扁平產品形式的不穩定的低鎳奧氏體不銹鋼或不穩定的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼，該不銹鋼在變形過程中表現出應變誘發馬氏體的形成(TRIP效應)，其提高不銹鋼的力學性質，但是還抵抗延遲開裂。通過限制鋼的氫含量低于4重量ppm(百萬分之一)，優選低于3重量ppm來實現對延遲開裂的抵抗性，其中通過惰性氣體熔融方法測量該鋼中的氫含量。根據本發明的鋼組合所需的特征，例如低鎳含量，由塑性變形過程中應變誘發馬氏體相的形成(TRIP效應)所致的強度和延伸率的優良組合，以及對延遲開裂現象的低敏感性。在本發明的方法中，將材料在100-700°C的溫度范圍內熱處理以控制不銹鋼的氫含量和改進不銹鋼對延遲開裂的抵抗性。通過深拉延顯示了對于本發明的不銹鋼中延遲開裂的改進抵抗性，并且在該深拉延中，實現達到2.0或甚至更高的拉延比而沒有發生延遲開裂。
[0014]根據一個實施方案，本發明的不銹鋼是奧氏體不銹鋼，按重量％計包含0-0.15%C、0-3%S1、0-15%Mn、10-30%Cr、0-8%N1、0-3%Mo、0-3%Cu、0-0.5%N、0-0.5%Nb、0-
0.5%11、0-0.5%￥，余量為?6和不可避免的雜質(包括氫)。
[0015]根據另一個實施方案，本發明的不銹鋼是雙相奧氏體-鐵素體不銹鋼，其顯微組織包含10-95%、優選30-90%的鐵素體相，并且其按重量％計包含0-0.10 %C、0-2% S1、0-10%Mn、10-30%Cr、0-8%N1、0-3%Mo、0-3%Cu、0-0.4%N、0-0.5%Nb、0-0.5%T1、0-0.5%V，余量為Fe和不可避免的雜質(包括氫)。
[0016]根據本發明的表現出轉變誘發塑性(TRIP)效應的不銹鋼有利地為扁平產品例如板材、片材、帶材、卷材的形式。
[0017]根據本發明的不銹鋼及其生產方法基于通過熱處理來降低和控制不銹鋼的氫含量。應在一定的溫度下進行熱處理，使得不會顯著影響不銹鋼的顯微組織和其它性質，但是使得氫能夠充分、快速地從材料滲出。由達到氫含量的充分減少來確定熱處理的持續時間，使得實現抗開裂性的所需改進。
[0018]根據本發明，可以通過在100°C和700°C之間的溫度下進行0.1-300小時、優選在200-600°C下進行1-100小時并且更優選在250-500°C下進行1-100小時的熱處理來改進對延遲開裂的抵抗性。
[0019]通過常規不銹鋼工藝路線來生產根據本發明的不銹鋼，尤其包括電弧爐、AOD(氬氧脫碳)轉爐中的熔化和鋼包處理，連鑄，熱乳，冷乳，退火和酸洗。在將不銹鋼常規加工成冷乳的扁平產品之后，根據本發明將該材料熱處理以控制不銹鋼的氫含量和改進鋼對延遲開裂的抵抗性。根據本發明，可以在空氣氣氛中、在包含至少部分保護性氣體的氣氛中或者在真空中進行該熱處理。可使用連續或間歇工藝。在根據本發明的熱處理之前或之后還可以通過平整(即通過對鋼進行所需的0.1-60%的冷乳壓縮量)來強化根據本發明的不銹鋼。
[0020]參考如下的圖更詳細地描述本發明。
[0021]圖1示出了由本發明的奧氏體不銹鋼深拉延至拉延比為2.12的杯形樣品，所述不銹鋼為經冷乳、退火和酸洗的狀態(供應狀態)的不銹鋼以及在經冷乳、退火和酸洗的材料在空氣氣氛中在400°C