專利名稱：奧氏體不銹鋼，特別是用于制造鋼絲的奧氏體不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及奧氏體不銹鋼，尤其是適于制造鋼絲的奧氏體不銹鋼，其夾雜物清潔度適用于直徑拔至0.3mm以下的拔絲領(lǐng)域及生產(chǎn)承受疲勞的部件的領(lǐng)域。
含Cr至少10.5％的鐵合金被稱為不銹鋼。其它的元素構(gòu)成該鋼成份的一部分，從而改變其組織和性能。
奧氏體不銹鋼有限定的成分。在通過急冷型熱處理而發(fā)生的轉(zhuǎn)變之后，形成奧氏體組織。
從冶金學的立場來看，某些構(gòu)成該鋼成份的一部分的合金元素促使鐵素體相出現(xiàn)，該相是具有體心立方型的金相組織的。這些元素被稱為α鐵促成元素。其中有Cr、Mo和Si。
其它的，被稱為γ鐵促成元素的元素促使奧氏體相出現(xiàn)，該相為面心立方型的金相組織。這些元素中有C、N、Mn、Cu和Ni。
比如在拔絲領(lǐng)域中已知的是為得到直徑小于0.3mm的，被稱為細絲的鋼絲，則該不銹鋼所含的夾雜物的尺寸必須不會引起鋼絲在拉制時斷裂。
在以經(jīng)濟上適于大量生產(chǎn)的常規(guī)方法生產(chǎn)奧氏體不銹鋼時，象生產(chǎn)其它所有的鋼一樣，硫化物或氧化物型夾雜的存在是常規(guī)的，而且是無可補救的。這是因為液態(tài)的不銹鋼，由于生產(chǎn)工藝的關(guān)系，含有小于1000ppm的溶解態(tài)的氧和硫。當該鋼于液態(tài)或固態(tài)冷卻時，氧和硫元素的溶解度下降，并達到了氧化物或硫化物的生成能。因此出現(xiàn)夾雜物，該夾雜物一方面是由含氧原子和易與氧反應的合金元素，如Ca、Mg、Al、Si、Mn和Cr的氧化物類的化合物構(gòu)成，另一方面由含硫原子和易于S反應的合全元素，如Mn、Cr、Ca和Mg的硫化物類的化合物構(gòu)成。還會出現(xiàn)氧硫化物型的混合化合物的夾雜物。
可用強有力的還原劑，如Mg、Al、Ca、Ti或這些元素中幾種的組合減少不銹鋼中的含氧量，但這些還原劑都導致形成富含MgO、Al2O3、CaO或TiO2的夾雜物，這些夾雜物均具結(jié)晶的難熔物的形態(tài)，它們是堅硬的，而且在軋制不銹鋼的條件下不變形。這些夾雜物的存在引起一些問題，比如引起拔絲時的斷裂及在用此不銹鋼生產(chǎn)的產(chǎn)品中引起疲勞斷裂。
法國專利申請FR9504782公開了為生產(chǎn)鋼絲對奧氏體不銹鋼的處理，該鋼是可用于拔絲領(lǐng)域和承受疲勞的產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域的。
一般發(fā)現(xiàn)，取決于不同的成份，所述的不銹鋼在拔絲時的斷裂次數(shù)方面和疲勞行為方面的表現(xiàn)不很可靠。換言之，屬現(xiàn)有技術(shù)的該專利申請中所述的鋼的成份不能完全令人滿意，尤其是因為夾雜物范圍被限得過寬。
已發(fā)現(xiàn)在夾雜物范圍內(nèi)有一個由保證最優(yōu)的和可靠的性能，尤其是拔絲和疲勞方面的性能的特定殘余元素含量所限定的更小的區(qū)域。
本發(fā)明的目的在于生產(chǎn)一種奧氏體不銹鋼，它具有選定的夾雜物清潔度，該鋼尤其可用于直徑拔至0.3mm以下的拔絲領(lǐng)域及承受疲勞的部件的生產(chǎn)領(lǐng)域。
本發(fā)明的主題是具有以下成份(％重量)的奧氏體不銹鋼-5×10-3％≤C≤200×10-3％-5×10-3％≤N≤400×10-3％-0.2％≤Mn≤10％-12％≤Cr≤23％-0.1％≤Ni≤17％-0.1％≤Si≤2％，其中殘余元素的控制要使得-0％≤S≤100×10-4％-40×10-4％≤全氧≤120×10-4％-0％＜Al≤5×10-4％-0％≤Mg≤0.5×10-4％-0％＜Ca≤5×10-4％-0％≤Ti≤4×10-4％-制造中生成的固有雜質(zhì)，而且其中的玻璃混合物態(tài)的氧化物夾雜具有如下的重量百分比-40％≤SiO2≤60％-5％≤MnO≤50％-1％≤CaO≤30％-0％≤MgO≤4％
-5％≤Al2O3≤25％-0％≤Cr2O3≤4％-0％≤TiO2≤4％構(gòu)成該夾發(fā)物的氧化物要滿足以下關(guān)系％Cr2O3+％TiO2+％MgO＜10％。
本發(fā)明的其它特征是該鋼的成份含小于50×10-4％的S；該鋼的成份還含小于3％的Mo；該鋼的成份還含小于4％的Cu。
下面結(jié)合附圖，以非限制性實施例給出的陳述將使本發(fā)明被清楚地理解。


圖1和2分別展示了厚的，難變形的夾雜物圖象和符合本發(fā)明的鋼中所含的夾雜物的圖象。
符合本發(fā)明的鋼的成份中含(％重量):5×10-3％-200×10-3％C、5×10-3％-400×10-3％N、0.2％-10％Mn、12％-23％Cr,0.1％-17％Ni,0.1％-2％Si以及被特別地控制得使其組成如下的殘余元素(％重量)大于0％-100×10-4％S、40×10-4％-120×10-4％總氧、大于0％-5×10-4％Al、0％-0.5×10-4％Mg,大于0％-5×10-4％ Ca及0％-4×10-4％ Ti，-制造時產(chǎn)生的固有的夾雜，以及其中玻璃混合物態(tài)的氧化物雜質(zhì)具有以下的重量百分比-40％≤SiO2≤60％-5％≤MnO≤50％-1％≤CaO≤30％-0％≤MgO≤4％-5％≤Al2O3≤25％-0％≤Cr2O3≤4％-0％≤TiO2≤4％構(gòu)成該夾發(fā)物的氧化物滿足以下關(guān)系％Cr2O3+％TiO2+％MgO＜10％。
C、N、Cr、Ni、Mn、和Si是常規(guī)的用于獲得奧氏體不銹鋼的元素。
為生產(chǎn)成份被很明確地限定的可變形的硫化物，按比例地選定Mn、Cr和S含量。
按本發(fā)明，符合一定比例的元素Si和Mn的成份范圍保證了富含SiO2的，并含并非可忽略量的MnO的硅酸鹽型的夾雜物的存在。
為改善腐蝕性能，可往該奧氏體不銹鋼的成份中加量不大于3％的Mo。
還可往本發(fā)明的不銹鋼的成份中添加Cu，因為Cu改善冷變形性能，而且因此使奧氏體穩(wěn)定。但，為避免熱轉(zhuǎn)變時由于Cu明顯降低該鋼軋制前可被重加熱的溫度上限而產(chǎn)生的困難，所以將Cu含量限于4％。
符合本發(fā)明的全氧(Ot),Al及Ca的范圍可得到硅酸錳型的夾雜物，其中含有不為零的Al2O3和CaO組份。該鋼成份中所含的Al和Ca在合乎要求的夾雜物中，保證了存有＞1％的CaO和＞5％的Al2O3。
按本發(fā)明全氧含量(Ot)為40ppm-120ppm。
全氧含量(Ot)＜40ppm,0將元素Mg、Ca和Al固定，而形不成富SiO2和MnO的夾雜物。該成份中全氧含量＞120ppm，則產(chǎn)生含＞4％Cr2O3的氧化物，它促使結(jié)晶，而這正是希望避免的。
Ca含量＜5×10-4％，從而使所期望的夾雜物所含的CaO不大于30％。
為防止所需的夾雜物含＞25％的Al2O3,(它促進不希望的結(jié)晶)，則Al含量＜5×10-4％。
在用常規(guī)的，而且經(jīng)濟的工藝生產(chǎn)出含氧化物和硫化物型的夾雜物的鋼之后，為去除這些夾雜物，用緩慢的，經(jīng)濟上不合算的重熔工藝，如真空重熔(真空Ar重熔)或電渣重熔工藝精煉此鋼是可以想見的。
這些重熔工藝通過使夾雜物在液池中的沉淀，只能部分地去除已存在的夾雜物，而不能改變其特性和成份。
本發(fā)明涉及奧氏體不銹鋼，它含的夾雜物成份是有經(jīng)有意選擇而獲得的，該成份與鋼的總成份以這樣的方式相關(guān)夾雜物的物理性能有利于它在鋼的熱轉(zhuǎn)變過程中的變形。
按本發(fā)明，該奧氏體不銹鋼含有限定了成份的夾雜物，其軟化點接近于此鋼的軋制溫度，這些夾雜物抑制了這樣晶粒的出現(xiàn)在軋制溫度下，它們比鋼硬，尤其是抑制了以下限定的化合物出現(xiàn)磷石英，方石英或石英型的SiO2；3CaO·SiO2；CaO；MgO；Cr2O3；鈣長石、莫來石、鈣黃長石、剛玉或Al2O3·MgO或Al2O3·Cr2O3·MnO·MgO型的尖晶石；CaO·Al2O3；CaO·6Al2O3；CaO·2Al2O3；TiO2。
按本發(fā)明，該鋼主要含這樣的氧化物夾雜；其成份使這些夾雜物在形成此鋼的全部順序作業(yè)期間都形成玻璃態(tài)或非晶態(tài)的混合物。所選定的夾雜物的粘度足以完全抑制結(jié)晶的氧化物顆粒在本發(fā)明的所形成的夾雜物中生長，因為，在氧化物夾雜物中僅有小范圍的擴散而且遷移運動也是極受限制的。這些在該鋼的熱處理溫度范圍內(nèi)保持玻璃態(tài)的夾雜物的硬度和彈性模量總低于相應成分的結(jié)晶化合物。因此，這些夾雜物，比如在拔絲作業(yè)期間仍可變形、壓縮和拉長，而且靠近該夾雜物處的任何應力集中將大為減少，因此明顯地減少了，比如，出現(xiàn)疲勞裂紋或在拔絲時出現(xiàn)斷裂的風險。
按本發(fā)明，該奧氏體不銹鋼含限定成份的氧化物夾雜物，該成份使得夾雜物的粘度在該鋼的熱軋的溫度范國內(nèi)不致于過高。因此，在溫度一般為800-1350℃的熱軋狀態(tài)下，該夾雜物的屈服應力明顯地比該鋼的屈服應力低。因此，該氧化物夾雜在熱軋時與鋼同時變形，從而軋后這些夾雜物完全被拉長，因而具有很小的厚度，如其厚度小于5或10μm，因此，就可在，比如，拔絲作業(yè)中避免任何斷裂問題。
按本發(fā)明，用電爐鋼廠生產(chǎn)不銹鋼時所用的高生產(chǎn)率常規(guī)生產(chǎn)工藝，如電弧爐，AOD或VOD轉(zhuǎn)爐、鋼包冶金及連鑄時產(chǎn)生上述的夾雜物。
采用上述的常規(guī)熔煉和鑄造工藝，夾雜物在鑄態(tài)產(chǎn)物中的尺寸分布與其成分相對無關(guān)。因此，在熱軋之前，該鋼含尺寸和分布相同的夾雜物。
下面的，具有所述有益性能的氧化物夾雜物，按本發(fā)明，由SiO2、MnO、CaO、Al2O3、MgO、Cr2O3、TiO2及任選的痕量的FeO，以符合以下重量百分比的玻璃態(tài)混合物構(gòu)成-40％≤SiO2≤60％-5％≤MnO≤50％-1％≤CaO≤30％-0％≤MgO≤4％-5％≤Al2O3≤25％-0％≤Cr2O3≤4％-0％≤TiO2≤4％若SiO2含量的小于40％，則該氧化物夾雜物的粘度過低，因而氧化物晶粒的生長機理不受抑制。若SiO2含量＞60％，則形成非常硬的，不希望的鱗石英、方石英或石英態(tài)的SiO2顆粒。
含量為5％-50％的MnO使該氧化物混合物，尤其是含SiO2、CaO、Al2O3的混合物的軟化點大為下降，因而有利于形成在軋制符合本發(fā)明的鋼的條件下保持玻璃態(tài)的夾雜物。
當CaO含量＞30％時，形成CaO·SiO2或(Ca,Mn)O·SiO2的晶體。
MgO含量＞4％，則形成MgO；2MgO·SiO2；MgO·SiO2或Al2O3·MgO的結(jié)晶；它們都是極硬的相。
若Al2O3含量＜5％，則形成硅灰石晶體，而當Al2O3含量＞25％時，則形成莫來石，鈣長石，剛玉，尖晶石晶體，尤其是出現(xiàn)Al2O3·MgO，或Al2O3·Cr2O3·MgO·MnO型的尖晶石，或還出現(xiàn)CaO·6Al2O3或CaO·2Al2O3或CaO·Al2O3型的鋁酸鹽或鈣黃長石的晶體。
對于大于4％的Cr2O3，還出現(xiàn)Cr2O3或Al2O3·Cr2O3·MgO·MnO,CaO·Cr2O3,MgO·Cr2O3晶體。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式，為在軋制品中獲得厚度不大于5μm的硫化物夾雜物，S含量必須小于或等于50×10-4％。這是因為硫化錳和硫化鉻型的夾雜物在本發(fā)明的條件下可完全變形。
從使用性能的現(xiàn)點來看，在拔細絲和受疲勞的情況下通常認為不希望有氧化物和硫化物型夾雜，在彎曲和/或扭曲的情況下則尤為如此。通常通過檢驗在直徑為5-10mm的熱軋棒料上沿軋制方向截取的拋光截面來描繪氧化物和硫化物夾雜物的濃度的特征。取決于最終用途，按各種標準進行的這種特征化的結(jié)果為稱為夾雜物清潔度。
對于在軋成的鋼絲的拋光截面中看到的夾雜物，測量其長度和厚度，然后確定由該長度與厚度比形成的形狀因數(shù)。在軋制作業(yè)中非常易變形的夾雜物，其形狀因數(shù)一般非常高，如可能高達100和更高，因而該夾雜物的厚度極小。另一方面，不變形的或僅承受很小變形的夾雜物的特征在于形狀因數(shù)很小，如其量級為1，因此，該夾雜物的厚度保持很高，而且保持與鑄態(tài)產(chǎn)物中的原夾雜物相同的尺寸量級。因此，在該陳述的其余部份中，將軋制鋼絲中所見到的厚度用作判斷該軋制鋼絲使用性能的簡單而有效特征。
圖1和2分別展示了在沿直徑為5.5mm的軋制鋼絲的加工方向截取的拋光截面中的非常厚和難變形夾雜物的例子和本發(fā)明鋼中所含的細而很易變形的夾雜物的例子。
圖1展示了存在于直徑5.5mm軋制鋼絲中的非常厚而且難變形的夾雜物的例子。
圖2展示了存在于直徑5.5mm的軋制鋼絲中的非常易變形的夾雜物的例子。
后一種夾雜物對于生產(chǎn)直徑＜0.3mm的鋼絲或承受疲勞的部件，如彈簧或輪胎增強物的拉細絲的作業(yè)是無害的。
已證明所有的成份都不以可靠的方式滿足鋼絲生產(chǎn)及承受疲勞的部件的這些可接受的特征。夾雜物的質(zhì)量判斷標準根據(jù)選擇成分時所依據(jù)的，在該鋼被生產(chǎn)出來之后的殘余元素和夾雜物成份確定。
Ti、Mg和S以殘留量存在，而且不可含在該鋼的成份中，因此含在夾雜物的成份中。
表1和2展示了一些鋼，用以說明該鋼的成份和氧化物夾雜的成份對鋼絲的拉拔性能及對疲勞性能的影響。下面的基本成份，也被稱為加工成分，被選定如下％C0.072％N0.052％Si0.771％Mn0.736％Cr18.522％Ni8.773％Mo0.210％Cu0.310表1鋼 1 2 2 3 4 5 6Otppm173939538712371Al ppm11 5 5 8 7 5 7Ca ppm 4 7 7 6 8 1 2Mg ppm 2 1 1 1 2 0.8 0.4Ti ppm 4 8 8 745 238S ppm7147476127 4153夾雜物的特性％SiO225.6 25.229.1 18.6 47.49％CaO 40.0 41.123.1 8.71.2 2.9％MnO 0.72.5 7.48.832.36.7％Al2O321.1 28.171 27 8.17.28.8％MgO 12.02.626.5 4.52.6 1.10.8％Cr2O30.11.66 8.77.5％TiO20.53 7.144.92.1 56.3表2鋼 7 8 9 10 11 12Ot ppm 71 95 53 113 43 68Al ppm4 5 3 5 3 3Ca ppm3 5 3 5 3 2Mg ppm0.30.4 0.3 0.50.20.2Ti ppm2 1 2 3 1 2S ppm 13 33 24 38 21 45夾雜物的特性％SiO241.2 47.541 48.9 40.9 42.4％CaO 14.1 10.125.6 7.5 29.2 10.4％MnO 18.3 24.710.228.17.8 15.6％Al2O317.9 11.616.5 8 17.7 23.2％MgO 1.71.0 3.1 0.62.51.6％Cr2O34 3.8 2 3.61.43.3％TiO22.91.3 1.6 3.40.53.5表1展示了鋼的成份，它們在鋼絲可拉拔性和疲勞行為方面屬普通質(zhì)量。表2展示了符合本發(fā)明的鋼的成份，它所具有的夾雜物清潔度可使質(zhì)量在所討論的兩個領(lǐng)域中均顯著提高。
權(quán)利要求
1.用于生產(chǎn)鋼絲的奧氏體不銹鋼，它可用于拔至直徑小于0.3mm的拔絲領(lǐng)域及生產(chǎn)承受疲勞的部件的領(lǐng)域，該鋼的特征在于以下的成份(％重量)-5×10-3％≤C≤200×10-3％-5×10-3％≤N≤400×10-3％-0.2％≤Mn≤10％-12％≤Cr≤23％-0.1％≤Ni≤17％-0.1％≤Si≤2％，其中的殘余元素被作如下控制-0％≤S≤100×100-4％-40×10-4％≤全氧≤120×10-4％-0％＜Al≤5×10-4％-0％≤Mg≤0.5×10-4％-0％＜Ca≤5×10-4％-0％≤Ti≤4×10-4％-制造時產(chǎn)生的固有雜質(zhì)，而且其中的呈玻璃態(tài)混合物的氧化物夾雜物具有以下的重量百分比-40％≤SiO2≤60％-5％≤MnO≤50％-1％≤CaO≤30％-0％≤MgO≤4％-5％≤Al2O3≤25％-0％≤Cr2O3≤4％-0％≤TiO2≤4％，構(gòu)成該夾雜物的氧化物間滿足以下關(guān)系％Cr2O3+％TiO2+％MgO＜10％。
2.權(quán)利要求1的鋼，其特征在于，其成份包含小于50×10-4％的S。
3.權(quán)利要求1的鋼，其特征為，其成份還含小于3％的Mo。
4.權(quán)利要求1的鋼，其特征為，其成份還含小于4％的Cu。
全文摘要
可用于拉拔至直徑< 0.3mm的鋼絲及生產(chǎn)承受疲勞的部件的領(lǐng)域中的，用于生產(chǎn)鋼絲的奧氏體不銹鋼，其特征為該鋼成份如下(%重量)5×10
文檔編號C22C38/40GK1238392SQ99105980
公開日1999年12月15日 申請日期1999年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月18日
發(fā)明者E·哈維特 申請人:尤吉納－薩瓦依安費公司