ПОЛОСА ИЗ АУСТЕНИТНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ, ИМЕЮЩАЯ БЛЕСТЯЩУЮ ПОВЕРХНОСТЬ И ОТЛИЧНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
STRIP MADE OF AUSTENITIC STAINLESS STEEL, ALLOWING BRIGHT SURFACE AND SUPERB MECHANICAL PROPERTIES

0,2
80
Настоящее изобретение относится к полосе из аустенитной нержавеющей стали, имеющей предел упругости Rp, превышающий или равный 600 МПа, верхний предел прочности Rm, превышающий или равный 800 МПа, удлинение A, превышающее или равное 40%, и блестящую поверхность типа поверхности при светлом отжиге. Изобретение относится также к способу непрерывного изготовления такой полосы из аустенитной нержавеющей стали.
Благодаря своей очень хорошей способности к деформации в холодном состоянии, характеризующейся повышенными механической прочностью и пластичностью, хорошей свариваемости и отличной коррозионной стойкости, аустенитные нержавеющие стали применяются во многих производственных процессах получения готовых изделий, например для изготовления механических деталей, кухонной посуды и труб.
В зависимости от назначения полосы из аустенитной нержавеющей стали ее подвергают термической обработке и конечному травлению, которые, в зависимости от условий процесса, придают ей блестящую поверхность, необходимую при изготовлении посуды, или матовую поверхность, необходимую при изготовлении фасадов зданий. Согласно изобретению, блестящий вид определяется измерением отражательной способности поверхности. В рамках настоящего изобретения блеск измеряется при угле освещения поверхности, равном 60°, согласно международному стандарту IS07668 (1986). В рамках настоящего изобретения под блестящей поверхностью следует понимать поверхность, имеющую блеск, измеренный при угле освещения 60°, превышающий 50, а под матовой поверхностью - поверхность, имеющую блеск, измеренный при угле освещения 60°, меньший 20.
Как известно, для получения блестящей поверхности полосу из аустенитной нержавеющей стали предварительно подвергают холодной прокатке при помощи валков, которые придают поверхности полосы блестящий вид. Холоднокатаную полосу затем обезжиривают и промывают, после чего подвергают термической обработке в вертикальной печи, называемой «печью для светлого отжига», в которой поддерживается восстановительная атмосфера. Для этого полосу пропускают в печи, выполненной в виде камеры, полностью изолированной от внешней атмосферы и содержащей три зоны, в которых циркулирует нейтральный или восстановительный газ. Этот газ выбирают, например, из группы, в которую входят водород, азот или смесь водорода и азота (газ HNX), и он имеет точку росы, находящуюся в пределах от -60 до -45°С. Полосу сначала нагревают в первой зоне печи до температуры, находящейся в пределах от 1050 до 1150°С, и при скорости нагрева от 30 до 60°С/с. Затем ее выдерживают при этой температуре во второй зоне печи в течение времени, достаточного для обеспечения рекристаллизации стали и восстановления механических свойств. Наконец, ее охлаждают в третьей зоне печи до температура порядка 150°С, чтобы избежать любого повторного окисления поверхности полосы кислородом воздуха, когда полоса выходит из камеры печи.
На выходе печи блестящий вид, полученный полосой во время холодной прокатки, сохраняется, так как образующаяся во время отжига пленка оксида является очень тонкой и имеет толщину порядка 10 ангстрем.
Однако, в частности, по причине использования газа, такого как водород и/или азот, и в силу необходимости поддержания в камере печи контролируемой атмосферы с постоянной точкой росы использование такого типа печи является сложным и дорогостоящим.
Кроме того, в случае обработки светлым отжигом полосы из аустенитной нержавеющей стали в газовой атмосфере, содержащей водород, механические свойства стали ухудшаются, так как водород способствует появлению трещин в некоторых зонах деталей, получаемых путем штамповки полосы. Это охрупчивание в присутствии водорода проявляется еще больше с повышением температуры и с увеличением содержания водорода в смеси HNX.
Другим способом получения полосы из аустенитной нержавеющей стали, имеющей блестящую поверхность, является осуществление ее конечной обработки типа отжиг-травление, которая придает ей вид отожженной и протравленной поверхности, то есть матовый вид поверхности, затем осуществление либо операции полирования поверхности полосы, либо операции дрессировки полосы.
Для получения полосы из аустенитной нержавеющей стали, имеющей внешний вид поверхности типа отожженной и протравленной поверхности, осуществляют следующие операции. Предварительно прошедшую через холодную прокатку полосу подвергают непрерывному отжигу при температуре порядка 1100°С в течение примерно 1 минуты в печи, в которой тепловая энергия генерируется за счет сгорания углеводородов и в которой поступление воздуха в горелку регулируется таким образом, чтобы получить окислительную атмосферу. Действительно, нельзя подвергать полосу воздействию восстановительной атмосферы, то есть атмосферы, содержащей избыток углеводородов, чтобы избежать повторного науглероживания стали углеводородами. После этого отожженную полосу подвергают охлаждению на воздухе и/или принудительному охлаждению путем орошения водой за пределами печи. Наконец, производят травление полосы с целью удаления толстого слоя оксида, порядка 0,1-0,3 мкм, который образовался на поверхности полосы во время отжига в печи. Как правило, травление осуществляют в нескольких травильных ваннах, содержащих кислотные растворы, способствующие удалению этого слоя оксида, такие, например, как смесь азотной кислоты и фтористоводородной кислоты.
Наконец, полосу подвергают либо операции дрессировки, либо операции полирования до получения требуемого блеска поверхности. Дрессировку производят при помощи рабочих валков, называемых валками зеркальной полировки, то есть валков, имеющих среднее арифметическое отклонение профиля Ra в пределах от 0,05 до 0,08 мкм, которые придают стальной полосе блестящий внешний вид.
0,2
80
Однако полосы из аустенитной нержавеющей стали, полученные при помощи этих двух способов, обладают недостаточными механическими свойствами, так как их предел упругости Rp находится в пределах от 250 до 350 МПа, и их предел прочности Rm составляет от 600 до 700 МПа при удлинении A от 50 до 60%. Наконец, операция дрессировки или полирования представляет собой дополнительный этап производственного процесса. Кроме того, операция полирования является длительной и сложной операцией.
0.2
80
Поэтому задачей настоящего изобретения является устранение недостатков способов предшествующего уровня техники и разработка способа, позволяющего придать полосе из аустенитной нержавеющей стали, обработанной в печи, работающей на сжигании углеводородного топлива, блестящий внешний вид, предел упругости Rp в 600 МПа и предел прочности Rm в 800 МПа при удлинении A, превышающем или равном 40%.
0,2
80
В этой связи объектом настоящего изобретения является полоса из аустенитной нержавеющей стали, имеющей предел упругости Rp, превышающий или равный 600 МПа, предел прочности Rm, превышающий или равный 800 МПа, удлинение A, превышающее или равное 40%, в состав которой входят, мас.%:
0,025≤C≤0,15
0,20≤Si≤1,0
0,50≤Mn≤2,0
6,0≤Ni≤12,0
16,0≤Cr≤20,0
Mo≤3,0
0,030≤N≤0,160
Сu≤0,50
Р≤0,50
S≤0,015
в случае необходимости, 0,10≤V≤0,50 и 0,03≤Nb≤0,50
при условии, что 0,10≤Nb+V≤0,50,
остальное железо и неизбежные примеси, появляющиеся в результате плавки стали, в которой средний размер аустенитных зерен меньше или равен 4 мкм, и поверхность имеет блеск, измеренный при 60°, превышающий 50.
Кроме того, стальная полоса в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно имеет поверхность, среднее арифметическое отклонение профиля Ra которой меньше или равно 0,08 мкм, что придает полосе гладкую поверхность и, следовательно, еще более блестящий внешний вид.
Объектом настоящего изобретения является также способ непрерывного изготовления такой полосы из аустенитной нержавеющей стали.
Отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, которое представлено в виде неограничительного примера.
Для получения полосы из аустенитной нержавеющей стали в соответствии с настоящим изобретением сначала надо сварить, а затем отлить в виде сляба аустенитную нержавеющую сталь, которая содержит следующие элементы:
- углерод с содержанием, находящимся в пределах от 0,025 до 0,15 мас.%. Углерод способствует образованию аустенита и управляет количеством и твердостью мартенсита деформации. Кроме того, его присутствие в твердом растворе способствует повышению твердости стали и ее механической прочности. Если содержание углерода меньше 0,025%, сталь становится нестабильной, и образуется слишком много мартенсита, следствием чего является недостаточное удлинение Ago. Если же содержание углерода превышает 0,015%, сталь становится стабильной, образование мартенсита деформации является недостаточным, и сталь не обладает достаточной энергией для рекристаллизации. Следовательно, минимальная температура для начала рекристаллизации должна быть высокой, и размер аустенитных зерен становится слишком большим, чтобы можно было добиться высоких механических характеристик. Кроме того, еще большие значения содержания углерода способствуют образованию карбидов хрома на границах зерен во время последующей термической обработки, что повышает опасность межкристаллитной коррозии.
- кремний с содержанием, находящимся в пределах от 0,20 до 1,0 мас.%. Кремний используют в качестве раскислителя жидкой стали, и он участвует в повышении твердости в твердом растворе. Его содержание ограничивают значением 1,0 мас.%, так как он имеет тенденцию к нарушению способа изготовления стальной полосы, создавая проблемы сегрегации во время отливки сляба из стали.
- марганец с содержанием, находящимся в пределах от 0,50 до 2,0 мас.%. Марганец способствует образованию аустенита. Если содержание марганца превышает 2,0%, то, поскольку аустенит является слишком стабильным, образование мартенсита деформации является недостаточным, и это не позволяет достичь требуемых уровней предела упругости. Вместе с тем, если содержание марганца меньше 0,50%, раскисление стали является недостаточным.
- хром с содержанием, находящимся в пределах от 16,0 до 20,0 мас.%. Хром способствует образованию мартенсита деформации и является основным элементом для придания стали хорошей коррозионной стойкости. Если содержание хрома превышает 20,0%, образуется слишком много мартенсита деформации, что вынуждает повышать содержание элементов, способствующих образованию аустенита, таких как углерод, азот, никель и марганец. Если содержание хрома меньше 16,0%, коррозионная стойкость стали является недостаточной.
- никель с содержанием, находящимся в пределах от 6,0 до 12,0 мас.%. Никель стабилизирует аустенит и способствует репассивации. Если содержание никеля меньше 6,0%, коррозионная стойкость стали является недостаточной. Если содержание никеля превышает 12,0%, аустенит чрезмерно стабилизируется, получают недостаточное количество мартенсита деформации, и механические характеристики стали являются недостаточными.
- молибден с содержанием, меньшим или равным 3,0 мас.%. Молибден способствует образованию мартенсита деформации и повышает коррозионную стойкость, особенно когда его комбинируют с азотом. Содержание сверх 3,0% не приводит к повышению коррозионной стойкости.
- азот с содержанием, находящимся в пределах от 0,030 до 0,160 мас.%. Азот способствует образованию аустенита, замедляет осаждение карбидов, стабилизирует аустенит и улучшает деформируемость. Кроме того, он участвует в корректировке размера зерен в структуре. Вместе с тем, если его добавляют с содержанием, превышающим 0,160%, он может ухудшить пластичность в горячем состоянии.
- медь с содержанием, меньшим или равным 0,50 мас.%. Медь способствует образованию аустенита и повышению коррозионной стойкости. Вместе с тем, при содержании сверх 0,50% увеличивается количество меди, которая не находится в твердом растворе аустенита, и деформируемость в горячем состоянии стали ухудшается.
- фосфор с содержанием, меньшим или равным 0,50 мас.%. Фосфор является сегрегирующим элементом. Он способствует повышению твердости в твердом растворе стали, однако его содержание следует ограничивать значением 0,50%, так как он повышает хрупкость стали и ее свариваемость.
- сера с содержанием, меньшим или равным 0,015 мас.%. Сера тоже является сегрегирующим элементом, содержание которого следует ограничивать, чтобы избежать трещин во время горячей прокатки.
Кроме того, в случае необходимости, в состав могут входить:
- ванадий с содержанием, находящимся в пределах от 0,10 до 0,50 мас.%. Ванадий способствует свариваемости стали и замедляет рост аустенитных зерен в зоне, подверженной высокой температуре. При содержании сверх 0,50% ванадий уже не способствует улучшению свариваемости, а при содержании ниже 0,10% свариваемость является недостаточной.
- ниобий с содержанием, находящимся в пределах от 0,03 до 0,50 мас.%. Ниобий способствует свариваемости стали, однако при содержании сверх 0,50% он ухудшает деформируемость в горячем состоянии стальной полосы.
- при этом общее содержание ниобия и ванадия должно находиться в пределах от 0,10 до 0,50%, чтобы гарантировать свариваемость стали без ухудшения пластичности в горячем состоянии.
Остальная часть состава представляет собой железо и другие элементы, которые обычно присутствуют в качестве примесей в результате плавки нержавеющей стали, в количествах, которые не влияют на искомые свойства.
После литья слиток подвергают горячей прокатке в полосовом прокатном стане для получения горячекатаной полосы, которую подвергают отжигу и, в случае необходимости, травлению.
После этого горячекатаная полоса проходит через разные виды обработки для получения полосы, которая одновременно обладает отличными механическими характеристиками и блестящей поверхностью, не прибегая при этом ни к обработке в печи для светлого отжига, ни к конечному полированию поверхности полосы, ни к конечной операции дрессировки.
Установка, используемая для изготовления полосы в соответствии с настоящим изобретением, содержит устройство для холодной прокатки полос, состоящее из полосового прокатного стана, содержащего рабочие валки, между которыми проходит полоса из аустенитной нержавеющей стали в соответствии с настоящим изобретением. Рабочие валки имеют среднее арифметическое отклонение профиля Ra, меньшее или равное 0,15 мкм и предпочтительно меньшее или равное 0,10 мкм. Диаметр рабочих валков полосового стана составляет от 50 до 100 мм для сведения к минимуму усилий прокатки при повышенном коэффициенте обжатия, то есть начиная от 75% обжатия. Полосовой стан позволяет не только уменьшить толщину полосы, но также способствует раздавливанию неровностей, появляющихся на полосе во время предшествующей горячей прокатки.
После устройства холодной прокатки установка содержит печь, работающую на углеводородном топливе, содержащую открытую камеру, через которую проходит полоса, и средства подачи газовой смеси углеводорода и воздуха. Открытая камера содержит, в направлении прохождения полосы, две последовательные зоны: первую зону нагрева и вторую зону выдержки при определенной температуре.
Первая зона нагрева оборудована мощными средствами нагрева (не показаны), выполненными с возможностью быстрого нагрева полосы со скоростью нагрева VI до температуры выдержки Т1. Полосу выдерживают при этой температуре Т1 во второй зоне в течение времени выдержки М, затем охлаждают со скоростью V2 в зоне охлаждения, расположенной сразу после выхода из печи.
Наконец, после зоны охлаждения установка содержит устройство травления, которое содержит, по меньшей мере, одну травильную ванну, обладающую стойкостью к кислотам и содержащую травильный раствор.
Согласно изобретению горячекатаную полосу из аустенитной стали подвергают холодной прокатке при температуре окружающей среды с коэффициентом обжатия, находящимся в пределах от 55 до 85%. Таким образом, получают холоднокатаную полосу, имеющую толщину от 0,6 до 2 мм.
Во время операции холодной прокатки с коэффициентом обжатия от 55 до 85% образуется от 50 до 90% по объему мартенсита деформации α'. Мартенсит деформации α' наблюдают при помощи микроскопа, и его объемная доля может быть измерена при помощи рентгенографии или путем измерения магнитной индукции (ферромагнитная фаза).
Если коэффициент обжатия ниже 55%, то уровень мартенсита деформации α' и уровень дислокационного мартенсита являются недостаточными для придания нержавеющей стали в соответствии с настоящим изобретением требуемых механических характеристик. Действительно, при слишком низких значениях коэффициента обжатия энергия деформации, накапливающаяся в объеме, не обеспечивает однородной рекристаллизации стали для получения аустенитных зерен со средним размером, меньшим или равным 4 мкм.
0,2
0,2
Для достижения высокого предела упругости Rp следует произвести рекристаллизационный отжиг, позволяющий получить аустенитные зерна, средний размер которых не превышает 4 мкм. Действительно, как известно, согласно закону Холла-Петча, предел упругости Rp обратно пропорционален корню квадратному размера зерна. Кроме того, тонкозернистая структура, то есть структура, в которой средний размер аустенитных зерен не превышает 4 мкм, существенно сопротивляется, как будет показано ниже, феномену матирования (потеря блеска) во время операций холодной деформации, например, операций штамповки.
Кроме того, с точки зрения придания блеска поверхности после холодной прокатки коэффициенты обжатия менее 55% не позволяют скорректировать поверхностные качества горячекатаной полосы, и поэтому остаются лунки от дробеструйной обработки и следы от травления по границам зерен после операций механического и химического удаления окалины, осуществленных перед холодной обработкой и после горячей прокатки. Коэффициент обжатия сверх 55% позволяет уменьшить насыщенность микродефектов типа лунок от дробеструйной обработки и/или следов травления по границам зерен и получить, таким образом, поверхностные качества, характеризующиеся интенсивным и однородным блеском, после холодной прокатки.
Однако если коэффициент обжатия при холодной прокатке превышает 85%, на рабочие валки действует слишком большая нагрузка, и прокатка полосы становится невозможной. Кроме того, повышается опасность появления микродефектов типа «горячих захватов» вследствие чрезмерных напряжений сдвига на границе раздела валок/холоднокатаная полоса.
Предпочтительно коэффициент обжатия должен находиться в пределах от 70 до 85%, чтобы получить полосу, имеющую гладкую поверхность, то есть среднее арифметическое отклонение профиля Ra в пределах от 0,07 до 0,12 мкм, например, при лунках от дробеструйной обработки и/или следах от химического травления по границам зерен. Кроме того, это позволяет накапливать достаточную энергию пластической деформации, чтобы обеспечить более быструю рекристаллизацию при низкой температуре.
Следует подчеркнуть, что получение блестящей поверхности не классическим способом светлого отжига, а способом окислительного отжига с последующим травлением было неожиданным, так как, основываясь на теории, можно ожидать получения полосы с матовой поверхностью со слабым блеском, характерной для сталей, отжигаемых в печи, работающей на углеводородном топливе. Считается, что ограничение роста размера зерна по объему, достигаемое за счет управляемой рекристаллизации аустенитной нержавеющей стали, при одновременном повышении поверхностной плотности по границе зерен, подвергаемым химическому травлению, должно способствовать рассеянному отражению света на поверхности и, следовательно, получению не блестящей матовой поверхности.
Однако авторы изобретения обнаружили, что, когда полосу подвергают холодной прокатке с достаточно высоким коэффициентом обжатия и при помощи рабочих валков, имеющих среднее арифметическое отклонение профиля Ra, меньшее или равное 0,15 мкм, затем подвергают частичному рекристаллизационному отжигу при температуре порядка 800°С в печи, работающей на углеводородном топливе, для образования слоя оксида, достаточно тонкого, чтобы его можно было удалить кислотным травлением, не подвергая травлению границ зерен, то полоса имеет одновременно отличные механические характеристики и блестящую поверхность типа светлого отжига.
В соответствии с изобретением, то есть в отсутствие химического травления границ зерен стали, среднее арифметическое отклонение профиля Ra, передаваемое полосе рабочими валками во время операции холодной прокатки, ухудшается лишь в незначительной степени. Таким образом, чтобы получить полосу с блеском, измеренным под углом освещения 60°, превышающим 50, необходимо, чтобы рабочие валки имели среднее арифметическое отклонение профиля, меньшее или равное 0,15 мкм, и предпочтительно меньшее 0,10 мкм. Блеск, измеренный в рамках настоящего изобретения, соответствует измерению отражательной способности поверхности под углом освещения 60° в соответствии с международным стандартом ISO 7668 (1986).
Согласно изобретению после этого холоднокатаную полосу пропускают через открытую камеру печи, работающей на сжигании углеводородов, внутри которой поддерживается атмосфера, окислительная по отношению к железу, чтобы осуществить термическую обработку, состоящую в частичном рекристаллизационном отжиге стали, с последующим принудительным охлаждением.
Атмосфера в печи содержит газовую смесь воздуха и, по меньшей мере, одного углеводорода при объемном соотношении воздух/углеводород, находящемся в пределах от 1,1 до 1,5, при этом смесь дополнительно содержит 3-8% по объему кислорода. Предпочтительно атмосфера в печи содержит газовую смесь воздуха и углеводорода при объемном соотношении воздух/углеводород, находящемся в пределах от 1,1 до 1,5, при этом смесь дополнительно содержит от 3 до 8% по объему кислорода.
Указанный, по меньшей мере, один углеводород выбирают из группы, в которую входят природный газ, бутан и метан. Предпочтительно выбирают природный газ по причине его дешевизны и легкой транспортировки.
Если объемное соотношение воздух/углеводород превышает 1,5, атмосфера в печи для отжига является слишком окислительной, и образующийся слой оксида является настолько толстым, что для его удаления необходимо использовать агрессивные травильные растворы, которые будут влиять на границы зерен. В этом случае поверхность полосы будет матовой.
Вместе с тем, при объемном соотношении воздух/углеводород, меньшем 1,1, атмосфера в печи для отжига является слишком восстановительной. Следовательно, невозможно будет избежать повторного науглероживания стали углеводородами, и коррозионная стойкость стали ухудшается.
Для получения полосы, поверхность которой имеет блестящий вид, необходимо регулировать условия термической обработки, чтобы получать полосу, покрытую слоем оксида толщиной менее 0,10 мкм. Действительно, если толщина оксида превышает или равна 0,10 мкм, то для удаления этого толстого слоя оксида потребуется применять агрессивные травильные кислоты, которые будут протравливать границы зерен, в результате чего поверхность полосы становится матовой.
80
0,2
Для получения требуемых механических характеристик термическую обработку регулируют таким образом, чтобы получить полосу из стали, рекристаллизованная объемная доля которой находится в пределах от 60 до 75%. Действительно, если нерекристаллизованная объемная доля (измеренная при помощи рентгенографии и анализа изображения) превышает 40%, микроструктура стали приводит к слишком высоким механическим свойствам, и удлинение A полосы становится меньше 40%. Если же нерекристаллизованная объемная доля меньше 25%, механические характеристики, такие как предел упругости Rp, будут недостаточными.
Предпочтительно частичный рекристаллизационный отжиг осуществляют со скоростью VI, находящейся в пределах от 10 до 80°С/с, при этом температура Т находится в пределах от 800 до 950°С, и время выдержки М составляет от 10 до 100 секунд, предпочтительно от 60 до 80 секунд.
Отжиг полосы при температуре Т от 800 до 950°С позволяет ограничить диффузию хрома по границам зерен и, следовательно, ограничивает травление границ зерен во время последующего химического травления полосы, что способствует получению блестящей поверхности.
0,2
80
Если температура Т меньше 800°С, сталь не рекристаллизуется в достаточной степени для получения требуемых механических свойств. Действительно, сталь имеет предел упругости Rp, превышающий 600 МПа, но при этом ее удлинение A, меньшее 40%, является посредственным, что значительно ограничивает ее свойства деформации в холодном состоянии.
0,2
Если температура Т превышает 950°С, то не только предел упругости Rp полосы является недостаточным по причине роста аустенитных зерен за счет мартенсита, который полностью исчезает, но при этом также уменьшается блеск поверхности полосы, так как увеличивается слой оксида.
Если скорость нагрева VI полосы меньше 10°С/с, нержавеющая сталь может рекристаллизоваться только в течение очень длительного времени выдержки М, которое несовместимо с требованиями промышленного производства. С другой стороны, аустенитные зерна увеличиваются за счет мартенсита, и предел упругости
0,2
Rp является не достаточным для того, чтобы придать нержавеющей стали хорошие механические свойства.
80
Если время выдержки М при температуре Т меньше 10 секунд, рекристаллизованная объемная доля полосы будет меньше 60%, и удлинение A полосы является недостаточным. Если же это время превышает 100 секунд, аустенитные зерна увеличиваются в размере за счет мартенсита, и механические характеристики, такие как предел упругости, становятся недостаточными.
0,2
После этого частично рекристаллизованную стальную полосу подвергают принудительному охлаждению со скоростью V2, находящейся в пределах от 10 до 80°С/с, например, путем нагнетания воздуха или путем нагнетания воздуха под давлением и орошения водой. Если скорость охлаждения V2 превышает 10°С/с, предел упругости Rp и предел прочности Rm повышаются.
После охлаждения полосы ее подвергают травлению при помощи кислотного травильного раствора, позволяющего полностью удалить указанный слой оксида с учетом его толщины и его природы, не затрагивая при этом границы зерен стали.
Например, производят первое электрохимическое травление полосы в ванне, содержащей сульфат натрия с концентрацией, находящейся в пределах от 150 до 200 г/л, при этом рН меньше 3, а сила тока составляет от 5 до 12 кА.
После этого ее подвергают второму электрохимическому травлению в ванне, содержащей азотную кислоту с концентрацией, находящейся в пределах от 80 до 120 г/л, при этом рН меньше 3, а сила тока составляет от 5 до 12 кА.
Полоса в соответствии с настоящим изобретением имеет также следующие преимущества:
- Лучшая стойкость блеска после деформации, чем у полос из аустенитной нержавеющей стали, прошедших отжиг в печи для светлого отжига (стандарт 2RB). Действительно, потеря блеска полосы в соответствии с настоящим изобретением составляет всего 30% после штамповки, тогда как эта потеря составляет 80% для стандартной полосы после светлого отжига.
- Лучшая стойкость к межкристаллитной коррозии, чем у полос из аустенитной нержавеющей стали, прошедших стандартную обработку типа отжига-травления (стандарт 2D).
- Лучшая стойкость к царапинам, чем у стандартных полос из аустенитной нержавеющей стали после светлого отжига (стандарт 2RB).
5
- Твердость во Виккерсу HV, измеренная по методу вдавливания, выше, чем у полос из аустенитной нержавеющей стали, прошедших стандартную обработку типа отжига-травления (стандарт 2D), и чем у полос из аустенитной нержавеющей стали после стандартной обработки типа светлого отжига (стандарт 2RB).
Кроме того, полосы из аустенитной нержавеющей стали в соответствии с настоящим изобретением обладают свариваемостью, сравнимой с полосами из аустенитной нержавеющей стали после стандартного светлого отжига или после стандартного отжига-травления.
Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано примерами, представленными в качестве информации и не имеющими ограничительного характера.
Сначала сравнивают механические характеристики и блеск полосы из аустенитной нержавеющей стали в соответствии с настоящим изобретением, с одной стороны, с полосой из аустенитной нержавеющей стали после стандартного отжига-травления (стандарт 2D) и с полосой из аустенитной нержавеющей стали после стандартного светлого отжига (стандарт 2RB), с другой стороны. Измерение блеска осуществляют при освещении под углом 60° согласно международному стандарту ISO 7668 (1986).
Затем сравнивают способность к штамповке трех типов полос, потерю их блеска после штамповки, их сопротивление царапанью и, наконец, их стойкость к межкристаллитной коррозии.
Для этого из одной и той же марки аустенитной нержавеющей стали AS33, химический состав которой приведен в таблице 1 ниже, производят полосу в соответствии с настоящим изобретением, полосу стандарта 2D и полосу стандарта 2RB.
В таблице 1 показан химический состав нержавеющей стали в соответствии с настоящим изобретением, выраженный в мас.%, в которой остальную часть составляют железо и неизбежные примеси.
Таблица 1
С
Si
Mn
Ni
Cr
Mo
N
Сu
Р
S
V
Nb
0,055
0,51
1,25
8,03
18,1
0,15
0,045
0,41
0,03
0.002
0,11
0,03
1 - Изготовление полосы в соответствии с настоящим изобретением
Из стали AS33 отливают сляб, который подвергают горячей прокатке до получения толщины 4,5 мм. После этого сляб пропускают через стан холодной прокатки с рабочими валками, имеющими среднее арифметическое отклонение профиля Ra 0,1 мкм, с коэффициентом обжатия 82%, чтобы за один проход получить полосу толщиной 0,8 мм.
Эту холоднокатаную полосу подвергают частичному рекристаллизационному отжигу стали в пламенной печи, нагревая ее со скоростью нагрева 50°С/с до температуры выдержки 820°С и в течение времени выдержки 50 секунд. Атмосфера в печи состоит из смеси воздуха и природного газа с концентрацией кислорода 4% по объему. Объемное соотношение воздух/природный газ составляет 1,3.
После этого полосу охлаждают со скоростью охлаждения 70°С/с до температуры окружающей среды.
После охлаждения на поверхности полосы образуется слой оксида толщиной 0,08 мкм.
Наконец, полосу подвергают первому электрохимическому травлению в ванне, содержащей сульфат натрия с концентрацией 175 г/л, при рН 2 и силе тока 9 кА в течение 15 с, затем второму электрохимическому травлению в ванне, содержащей азотную кислоту с концентрацией 100 г/л, при рН 2 и силе тока 9 кА в течение 15 с.
Полученная полоса не проходит никакой дальнейшей обработки, в том числе полирования поверхности и дрессировки.
2 - Изготовление полосы стандарта 2D с матовой поверхностью
Из стали AS33 отливают сляб, который подвергают горячей прокатке до получения толщины 4,5 мм. После этого сляб пропускают через стан холодной прокатки с коэффициентом обжатия 82%, чтобы за один проход получить полосу толщиной 0,8 мм.
Эту холоднокатаную полосу подвергают полному рекристаллизационному отжигу стали в пламенной печи при температуре 1120°С и в течение 50 секунд. Атмосфера в печи состоит из смеси воздуха и природного газа с концентрацией кислорода 4% по объему. Объемное соотношение воздух/природный газ составляет 1,3.
После этого полосу охлаждают со скоростью охлаждения 80°С/с до температуры окружающей среды.
Наконец, полосу подвергают травлению для полного удаления образовавшегося слоя оксида толщиной 0,2 мкм в ваннах сульфата натрия и азотной кислоты.
Полученная полоса не проходит никакой дальнейшей обработки, в том числе полирования поверхности и дрессировки.
3 - Изготовление полосы стандарта 2RB
Из стали AS33 отливают сляб, который подвергают горячей прокатке до получения толщины 4,5 мм. После этого сляб пропускают через стан холодной прокатки с рабочими валками, придающими полосе блестящий вид поверхности, с коэффициентом обжатия 82%, чтобы за один проход получить полосу толщиной 0,8 мм.
Эту холоднокатаную полосу подвергают полному рекристаллизационному отжигу в печи для светлого отжига с атмосферой из газовой смеси, содержащей 10% по объему азота и 90% по объему водорода и имеющей точку росы -50°С, нагревая ее со скоростью нагрева 50°С/с до температуры выдержки 1100°С.
Наконец, полосу охлаждают со скоростью охлаждения 60°С/с до температуры окружающей среды.
Полученная полоса не проходит никакой дальнейшей обработки, в том числе полирования поверхности и дрессировки.
В таблице 2 приведены механические характеристики и характеристики внешнего вида этих трех типов полос.
Таблица 2
Механические характеристики
Полоса стандарта 2D
Полоса стандарта 2RB
Полоса согласно изобретению
Предел упругости,Rp<sub>0,2</sub> (МПа)
312
308
596
Предел прочности, Rm (МПа)
656
677
796
Удлинение, A<sub>80</sub> (%)
59
59
42
Размер зерен (мкм)
12-25
15-20
1-4
Характеристики внешнего вида
Полоса стандарта 2D
Полоса стандарта 2RB
Полоса согласно изобретению
Блеск (60°, по длине)
21
55
50
Сред. арифм. отклонение профиля, Ra (мкм)
0,12
0,12
0,07
Поверхностная твердость (HV<sub>5</sub>)
169
172
286
По сравнению с полосами стандарта 2D и стандарта 2RB полоса в соответствии с настоящим изобретением одновременно имеет блестящую поверхность и хорошие механические характеристики. Кроме того, она обладает поверхностной твердостью, большей, чем у двух полос предшествующего уровня техники.
4 - Способность к штамповке и ее влияние на блеск
Вырезают листовые заготовки из стальной полосы в соответствии с настоящим изобретением из полосы стандарта 2RB и из полосы стандарта 2D. После этого листовые заготовки штампуют в штамповочном прессе, классически содержащем пуансон, матрицу и складкодержатель, для получения стаканов.
После операции деформации штамповкой измеряют блеск поверхности под углом освещения 60° одновременно на дне стакана и в нижней части стакана, что позволяет определить среднее значение блеска штампованной детали.
Результаты приведены в таблице 3.
Таблица 3
Полоса стандарта 2D
Полоса стандарта 2RB
Полоса согласно изобретению
Блеск полосы под углом 60°
21
55
50
Блеск на дне стакана под углом 60°
7
7
34
Блеск на юбке стакана под углом 60°
10
13
35
Средний блеск стакана под углом 60°
8,5
10
34,5
Относительная потеря блеска после штамповки (%)
52
81
30
По сравнению со значением блеска плоского изделия наблюдается потеря блеска деталей, изготовленных способом холодной деформации. Испытания, проведенные на разных типах полос, показывают, что полоса из аустенитной нержавеющей стали в соответствии с настоящим изобретением лучше противостоит матированию поверхности при деформации, чем полосы стандарта 2D и стандарта 2RB.
После штамповки стальной полосы в соответствии с настоящим изобретением потеря блеска является незначительной и намного меньшей, чем у полос стандарта 2D и стандарта 2RB.
5 - Сопротивление царапанью
Испытания на сопротивление царапанью проводились на стальной полосе в соответствии с настоящим изобретением и на полосе стандарта 2RB согласно международному стандарту ISO 1518 на машине Клемена, закаленный полукруглый стальной конец которой имеет твердость 1500 по Виккерсу и диаметр 1 мм. Испытания состоят в приложении переменных нагрузок 50 г, 200 г и 400 г при помощи полукруглого конца к поверхности полосы для получения царапины.
Результаты приведены в таблице 4.
Таблица 4
Нагрузка (г)
Глубина (мкм) царапины на полосе стандарта 2RB
Глубина (мкм) царапины на полосе согласно изобретению
Относительная разность (%)
50
1,08
0,73
32
200
3
1,35
55
400
3,35
2,33
30
Результаты испытаний показывают, что стальная полоса в соответствии с настоящим изобретением обладает лучшим сопротивлением царапанью, чем полосы стандарта 2RB, составляющим в среднем примерно 40%, что соответствует относительной разности поверхностной твердости полосы.
6 - Стойкость к межкристаллитной коррозии
Испытание на сопротивление межкристаллитной коррозии производили на образцах, взятых из стальной полосы в соответствии с настоящим изобретением и из полосы стандарта 2D.
Это испытание проводили согласно стандарту NFA 05-159. Оно состоит в погружении образца в кипящий раствор серной кислоты и сульфата меди с выдержкой в течение 20 часов. После этого образец сгибали под углом 90°, и наблюдение за его выпуклой стороной при сравнении с образцом, который не погружали в указанный раствор, позволяет определить степень трещинообразования в поверхностном слое. Низкое сопротивление межкристаллитной коррозии характеризуется наличием многочисленных трещин на выпуклой стороне изогнутого образца. Испытания на стойкость к межкристаллитной коррозии показывают, что полоса из аустенитной нержавеющей стали в соответствии с настоящим изобретением лучше противостоит межкристаллитной коррозии, чем полоса стандарта 2D.