ЛИСТ ИЗ СОДЕРЖАЩЕЙ Ti ФЕРРИТНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ, ИМЕЮЩЕЙ ХОРОШУЮ УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ, А ТАКЖЕ ФЛАНЕЦ
SHEET FROM TI CONTAINING FERRITIC STAINLESS STEEL HAVING GOOD IMPACT VISCOSITY, AS WELL AS A FLANGE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001]
Настоящее изобретение относится к листу из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали, имеющей хорошую ударную вязкость, а также относится к фланцу, использующему этот стальной лист.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
В последние годы существует все возрастающая потребность в листе из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали для выхлопных систем автомобилей и т.п. благодаря его хорошим характеристикам, включая коррозионную стойкость, теплостойкость и т.п. Однако у листа из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали есть одна проблема, заключающаяся в том, что его ударная вязкость имеет тенденцию к уменьшению. Для фланца, используемого в выхлопной системе автомобиля, существует большая потребность в стальном листе, имеющем большую толщину (например, от 5,0 до 11,0 мм). При большой толщине листа влияние уменьшения ударной вязкости становится заметным.
[0003]
Различные попытки были предприняты для того, чтобы улучшить ударную вязкость листа из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали. Горячекатаный стальной лист или лист горячекатаной и отожженной стали обычно используется в качестве материала стального листа с большой толщиной, и поэтому основные меры для улучшения ударной вязкости относятся к условиям горячей прокатки (см. PTL 1-4). Однако при массовом производстве листов нержавеющей стали линия горячей прокатки используется для производства различных типов стали. Использование в производстве листа содержащей Ti ферритной нержавеющей стали специальных рабочих условий, которые отличаются от обычных листов ферритной нержавеющей стали, может быть фактором ухудшения общей производительности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА
[0004]
Патентный документ 1: JP-A-60-228616
Патентный документ 2: JP-A-64-56822
Патентный документ 3: JP-A-2012-140688
Патентный документ 4: JP-A-2015-187290
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
[0005]
Задачей настоящего изобретения является предложить лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали, имеющий хорошую ударную вязкость, который можно было бы получать в том случае, когда используются обычные условия горячей прокатки, а также фланец, использующий такой лист.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
[0006]
Эта задача может быть решена с помощью следующих изобретений.
(1) Лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали, имеющий химический состав, содержащий от 0,003 мас.% до 0,030 мас.% C, 2,0 мас.% или меньше Si, 2,0 мас.% или меньше Mn, 0,050 мас.% или меньше P, 0,040 мас.% или меньше S, от 10,0 до 19,0 мас.% Cr, 0,030 мас.% или меньше N, 4(C+N) или больше и 0,80 мас.% или меньше Ti, и от 0,010 до 0,20 мас.% Al с остатком из Fe и неизбежных примесей, имеющий содержание R (в мас.%) экстракционного остатка, извлекаемого способом электролитического извлечения, и содержания C и N в стали, которые удовлетворяют следующему выражению (1):
R > 5,0C+4,4N - 0,025 (1)
в котором в нижнем пределе содержания Ti и в выражении (1) C и N представляют собой содержания C и N в стали мас.%.
(2) Лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали в соответствии с пунктом (1), в котором содержание C составляет от 0,007 до 0,030 мас.%.
(3) Лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали в соответствии с пунктом (1) или (2), химический состав которого дополнительно содержит 1,50 мас.% или меньше Mo.
(4) Лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали в соответствии с любым из пунктов (1) - (3), химический состав которого дополнительно содержит 0,0050 мас.% или меньше B.
(5) Лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали в соответствии с любым из пунктов (1) - (4), который имеет толщину от 5,0 до 11,0 мм.
(6) Фланец, использующий лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали в соответствии с любым из пунктов (1) - (5).
(7) Фланец в соответствии с пунктом (6), который является фланцем для выхлопной системы.
(8) Фланец в соответствии с пунктом (6), который является фланцем для выхлопной системы автомобиля.
[0007]
Способ для получения содержания R экстракционного остатка в стали
В неводном растворе электролита, содержащем 10 мас.% ацетилацетона, 1 мас.% тетраметиламмонийхлорида и 89 мас.% метилового спирта, к образцу с известной массой, взятому из стального листа, прикладывается потенциал от -100 мВ до 400 мВ относительно насыщенного каломельного электрода (SCE) для того, чтобы полностью растворить матрицу (металлический субстрат) образца, жидкость, содержащая нерастворенное вещество, фильтруется с помощью мембранного фильтра, имеющего диаметр пор 0,05 мкм, и твердое вещество, остающееся на фильтре, извлекается как экстракционный остаток. Массовая доля экстракционного остатка в общей массе растворенного образца определяется как R (мас.%).
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008]
В соответствии с настоящим изобретением может быть получен лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали, имеющий хорошую ударную вязкость. Улучшение надежности за счет повышения ударной вязкости является особенно большим в стальном листе, имеющем большую толщину (например, от 5,0 до 11,0 мм), в котором влияние уменьшения ударной вязкости является заметным. Этот стальной лист может быть произведен без каких-либо конкретных ограничений условий горячей прокатки, что приводит к повышению производительности линии непрерывной горячей прокатки. Кроме того, фланец для выхлопной системы, обладающий превосходной ударной вязкостью, может быть получен при использовании этого стального листа в качестве исходного материала.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0009]
Химический состав
Настоящее изобретение относится к ферритной нержавеющей стали, содержащей следующие элементы. Процент в химическом составе стального листа, если явно не указано иное, представляет собой массовый процент.
[0010]
C повышает твердость стали и является фактором, который уменьшает ударную вязкость горячекатаного стального листа. Содержание C (то есть, общее количество растворенного C и C, присутствующего в качестве соединения) ограничено величиной 0,030% или меньше. Содержание C предпочтительно составляет 0,020% или меньше, и может составлять 0,015% или меньше. Чрезмерное уменьшение содержания C может увеличить нагрузку на производство стали и производственные затраты. Стальной лист, имеющий содержание C 0,003% или больше, является целевым в настоящем документе.
[0011]
Si и Mn являются эффективными в качестве раскислителей, и кроме того улучшают стойкость к высокотемпературному окислению. Более эффективно гарантировать содержание 0,02% или больше для Si и 0,10% или больше для Mn. Большие количество этих элементов могут быть фактором, вызывающим охрупчивание стали. Содержание Si ограничено величиной 2,0% или меньше, и более предпочтительно 1,0% или меньше. Содержание Mn также ограничено величиной 2,0% или меньше, и более предпочтительно 1,0% или меньше.
[0012]
Большое количество P и S может быть фактором, который уменьшает коррозионную стойкость. Содержание P может составлять вплоть до 0,050%, а содержание S - вплоть до 0,040%. Чрезмерное уменьшение содержания P и S может увеличивать нагрузку на производство стали и может быть экономически неэффективным. В большинстве случаев содержанием P можно управлять в диапазоне от 0,010 до 0,050%, а содержанием S можно управлять в диапазоне от 0,0005 до 0,040%.
[0013]
Cr важен для обеспечения коррозионной стойкости нержавеющей стали. Cr также является эффективным для улучшения стойкости к высокотемпературному окислению. Для того, чтобы эти свойства проявились, содержание Cr обязательно должно составлять 10,0% или больше. Большое количество Cr в некоторых случаях может повысить твердость стали и тем самым ослабить повышение ударной вязкости горячекатаного стального листа большой толщины. Стальной лист, имеющий содержание Cr 19,0% или меньше, является целевым в настоящем документе.
[0014]
N является фактором, который уменьшает ударную вязкость горячекатаной стали аналогично C. Содержание N (то есть, общее количество растворенного N и N, присутствующего в качестве соединений) ограничено величиной 0,030% или меньше. Содержание N предпочтительно составляет 0,020% или меньше, и может составлять 0,015% или меньше. Чрезмерное уменьшение содержания N может увеличить нагрузку на производство стали и производственные затраты. В большинстве случаев содержанием N можно управлять в диапазоне 0,003% или больше.
[0015]
Ti образует карбонитрид Ti при связывании с C и N, подавляя зернограничную сегрегацию карбонитрида Cr, и таким образом является элементом, который весьма эффективен для сохранения коррозионной стойкости стали и ее стойкости к высокотемпературному окислению. Для того, чтобы проявить эти свойства в достаточной степени, ферритная нержавеющая сталь, имеющая содержание Ti, которое в 4 и более раз превосходит общее содержание C и N в мас.%, является целевой в настоящем документе. Чрезмерное большое содержание Ti является нежелательным, поскольку оно может способствовать уменьшению ударной вязкости горячекатаного стального листа. В результате различных исследований было установлено, что содержание Ti должно быть ограничено величиной 0,80% или меньше, и более предпочтительно 0,50% или меньше. В настоящем описании «карбонитрид» означает соединение, содержащее металлический элемент, связанный по меньшей мере с одним из C и N. Что касается карбонитрида Ti, это название охватывает, например, TiC, TiN и Ti(C,N).
[0016]
Al является эффективным в качестве раскислителя. Для того, чтобы получить этот эффект в достаточной степени, содержание Al должно составлять 0,010% или больше. Большое количество Al может быть фактором, который уменьшает ударную вязкость. Содержание Al ограничено величиной 0,20% или меньше.
[0017]
Mo является эффективным для улучшения коррозионной стойкости и может добавляться в зависимости от потребности. В этом случае более эффективным является содержание Mo, равное 0,01% или больше. Большое количество Mo в некоторых случаях может оказывать негативное влияние на ударную вязкость. Содержание Mo должно находиться в диапазоне от 0 до 1,50%, и может поддерживаться в диапазоне от 0 до 0,50%.
[0018]
2
B является эффективным для улучшения вторичной обрабатываемости и может добавляться в зависимости от потребности. В этом случае более эффективным является содержание В, равное 0,0005% или больше. Однако когда содержание B превышает 0,0050%, однородность структуры металла может ухудшаться благодаря образованию CrB, что в некоторых случаях уменьшает обрабатываемость. Содержание B может находиться в диапазоне от 0 до 0,0050%.
[0019]
Содержание экстракционного остатка в стали
В случае содержащей Ti ферритной нержавеющей стали, имеющей вышеупомянутую химическую структуру, экстракционный остаток, который извлекается с помощью вышеупомянутого способа электролитического извлечения, содержит в качестве главного компонента карбонитрид Ti. Ti является элементом, добавляемым для фиксации C и N, как было описано выше. Обычно считается, что в листе из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали наибольшее количество N присутствует в стальном листе в связанной с Ti форме. С другой стороны, для C его доля, которая растворяется в твердом растворе в матрице без связывания с Ti, является более высокой по сравнению с N. Ti обычно не расходуется для образования карбонитрида, но Ti, который не образует карбонитрид, присутствует в стальном листе.
[0020]
В соответствии с исследованиями авторов настоящего изобретения было найдено, что в листе из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали тот C, который не связан с Ti, но присутствует в форме твердого раствора, является основным фактором, который вызывает уменьшение ударной вязкости. Следовательно, для повышения ударной вязкости важно, чтобы количество твердорастворенного C уменьшалось, то есть нужно в максимально возможной степени перевести C в связанное с Ti состояние. Уменьшение количества твердорастворенного C отражается на количестве образующегося карбонитрида Ti. Лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали, имеющий большой эффект повышения ударной вязкости, идентифицируется в настоящем документе в качестве параметра содержанием R (в мас.%) экстракционного остатка, извлекаемого электролитическим способом.
[0021]
В результате различных исследований было найдено, что в содержащей Ti ферритной нержавеющей стали, имеющей вышеупомянутую химическую структуру, ударная вязкость стального листа, имеющего большую толщину, например, от 5,0 до 11,0 мм, значительно улучшается, когда структура металла поддерживается в таком состоянии, что содержание R (в мас.%) экстракционного остатка, извлекаемого электролитическим способом, и содержания C и N в стали удовлетворяют следующему выражению (1). В этом случае можно избежать непредвиденных проблем благодаря уменьшению ударной вязкости, что может быть проблемой при холодной прокатке листа или при обработке стального листа, имеющего большую толщину, в качестве исходного материала для компонента.
R > 5,0C+4,4N - 0,025 (1)
В выражении (1) C и N представляют собой содержания C и N в стали мас.%.
[0022]
В выражении (1) член «5,0C» соответствует массовой пропорции TiC при допущении, что C в стали полностью связан с Ti, а член «4,4N» соответствует массовой пропорции TiN при допущении, что N в стали полностью связан с Ti. Член «-0,025» соответствует значению, получаемому путем преобразования максимального количества твердорастворенного C и твердорастворенного N, которое является допустимым для получения эффекта повышения ударной вязкости в достаточной степени, в количество карбонитрида Ti. Однако считается, что N предпочтительно связывается с Ti, а не с C, и поэтому член «-0,025» может по существу рассматриваться как допустимое количество твердорастворенного C.
[0023]
Способ производства
Лист из содержащей Ti ферритной нержавеющей стали, имеющий уменьшенное количество твердорастворенного C для удовлетворения выражения (1), может быть получен путем добавления стадии термической обработки в некотором конкретном диапазоне температур к обычному процессу производства листа нержавеющей стали. Например, горячекатаный стальной лист производится обычным способом, и этот горячекатаный стальной лист отжигается для того, чтобы обеспечить отожженный стальной лист. Температура отжига горячекатаного листа может составлять, например, больше чем 950°C и 1150°C или меньше, и более предпочтительно больше чем 1000°C и 1150°C или меньше. Получаемый отожженный стальной лист подвергается термической обработке путем выдержки стального листа в диапазоне температур 750°C или больше и 1000°C или меньше в течение 60 с или больше. Когда температура выдержки составляет меньше чем 750°C, продолжение образования TiC может быть затруднительным, и уменьшение твердорастворенного C может стать недостаточным. Когда температура выдержки превышает 1000°C, растворение TiC имеет тенденцию к продолжению, и уменьшение твердорастворенного C может стать затруднительным. Температура выдержки более предпочтительно составляет 750°C или больше и 950°C или меньше, и может поддерживаться в диапазоне 750°C или больше и 900°C или меньше. Время выдержки может устанавливаться в диапазоне 60 мин или меньше, и более предпочтительно 10 мин или меньше. Было найдено, что такая термическая обработка обеспечивает состояние структуры, удовлетворяющее выражению (1). Оптимальные условия для температуры и времени выдержки можно определить путем выполнения предварительного эксперимента, соответствующего условиям отжига, выполняемого перед термической обработкой, и химическому составу.
[Примеры]
[0024]
Пример 1
Стали, имеющие химические составы, показанные в Таблице 1, были изготовлены, подвергнуты горячей прокатке при обычных условиях для листа ферритной нержавеющей стали и отожжены при 1080°C на линии отжига и химического травления, чтобы получить лист отожженной стали. Стальные листы, которые были получены путем подвергания листов отожженной стали термической обработке, или стальные листы, которые не подвергались термической обработке (то есть листы отожженной стали), использовались в качестве тестовых стальных листов. Условия термической обработки показаны в Таблице 2.
[0025]
[Таблица 1]
Таблица 1
№
Химический состав (мас.%)
4(C+N)
C
Si
Mn
P
S
Cr
N
Ti
Al
Mo
B
1
0,012
0,25
0,23
0,025
0,002
10,96
0,013
0,270
0,082
-
0,0025
0,100
2
0,007
0,31
0,51
0,027
0,005
18,12
0,010
0,240
0,053
0,210
0,0029
0,068
3
0,008
0,15
0,31
0,033
0,004
17,45
0,013
0,250
0,066
-
-
0,084
4
0,021
0,51
0,45
0,026
0,005
17,10
0,020
0,320
0,105
0,220
-
0,164
5
0,017
0,45
0,20
0,027
0,006
18,87
0,018
0,290
0,045
-
-
0,140
6
0,012
0,21
0,19
0,031
0,007
11,05
0,008
0,210
0,072
-
-
0,080
7
0,020
0,35
0,32
0,034
0,004
18,90
0,016
0,290
0,040
0,210
-
0,144
B
0,022
0,55
0,30
0,024
0,002
17,31
0,011
0,310
0,035
-
-
0,132
9
0,010
0,41
0,34
0,029
0,003
17,29
0,013
0,240
0,029
-
-
0,092
10
0,009
0,38
0,41
0,027
0,003
17,24
0,015
0,210
0,080
-
0,0026
0,096
[0026]
Образец для испытания брался из тестового стального листа, и его значение R получалось с помощью описанного выше способа получения содержания R экстракционного остатка в стали.
[0027]
2
Образец для ударного испытания с U-образным вырезом был произведен из тестового стального листа и подвергнут ударному испытанию Шарпи при температурах 70°C или меньше с интервалом 10°C в соответствии с японским промышленным стандартом JIS Z2242:2005. Направление удара молотком (то есть направление глубины U-образного выреза) было перпендикулярным к направлению прокатки и направлению толщины листа. Количество образцов для испытания для каждой из температур составляло n=3, и самая низкая ударная вязкость (то есть худшее значение) среди них определялась как ударная вязкость тестового стального листа при данной температуре. В настоящем описании самая низкая температура, которая обеспечивает ударную вязкость 150 Дж/см или больше в тестах с интервалом 10°C, определяется как DBTT. Когда DBTT составляет 30°C или меньше в имеющем большую толщину (например от 5,0 до 11,0 мм) стальном листе из содержащей Ti стали, имеющей вышеупомянутый химический состав, это означает, что надежность в плане ударной вязкости является значительно улучшенной. Соответственно, образцы для испытания, имеющие значение DBTT 30°C или меньше, оцениваются как «хорошие» (с улучшенной ударной вязкостью), а другие образцы для испытания оцениваются как «недостаточные» (имеющие недостаточную ударную вязкость).
Результаты показаны в Таблице 2.
[0028]
[Таблица 2]
Таблица 2
№
Толщина листа (мм)
Термическая обработка
Выражение (1)
Ударная вязкость
Класс
Температура (°C)
Время (с)
Содержание R экстракционного остатка [A]
5,0C+4,4N-0,025 [B]
[A]-[B]
DBTT (°C)
Оценка
1
10,5
950
60
0,100
0,092
0,008
30
Хорошая
Пример по настоящему изобретению
2
10,5
800
120
0,067
0,054
0,013
20
Хорошая
Пример по настоящему изобретению
3
8,3
750
180
0,078
0,072
0,006
30
Хорошая
Пример по настоящему изобретению
4
6,1
850
60
0,174
0,168
0,006
30
Хорошая
Пример по настоящему изобретению
5
6,1
850
120
0,148
0,139
0,009
30
Хорошая
Пример по настоящему изобретению
6
8,3
нет
0,046
0,070
-0,024
50
Недостаточная
Сравнительный пример
7
8,3
нет
0,111
0,145
-0,034
60
Недостаточная
Сравнительный пример
8
10,5
нет
0,103
0,133
-0,030
60
Недостаточная
Сравнительный пример
9
6,1
нет
0,059
0,082
-0,023
50
Недостаточная
Сравнительный пример
10
6,1
нет
0,067
0,086
-0,019
50
Недостаточная
Сравнительный пример
[0029]
№№ 6-10 в качестве Сравнительных примеров соответствуют обыкновенным горячекатаным листам отожженной стали. Во всех этих стальных листах значение [A]-[B] в Таблице 2 является отрицательной величиной и не удовлетворяет выражению (1). В стальных листах Примеров по настоящему изобретению состояние структуры, удовлетворяющее выражению (1), получается путем выполнения подходящей термической обработки. Следует понимать, что эти стальные листы имеют значительно улучшенную ударную вязкость по сравнению со Сравнительными примерами.