Лист из ti-содержащей ферритной нержавеющей стали, способ производства и фланец
Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали, используемому для изготовления элементов автомобильного выхлопного тракта. Лист имеет толщину от 5,0 до 11,0 мм и следующий химический состав, содержащий, мас.%: от 0,003 до 0,030 C, 2,0 или менее Si, 2,0 или менее Mn, 0,050 или менее P, 0,040 или менее S, от 10,0 до 19,0 Cr, 0,030 или менее N, от 0,07 до 0,50 Ti, от 0,010 до 0,20 Al, остальное - Fe и неизбежные примеси. Значение К, определяемое соотношением К=-0,07×Cr-6790×Free(C+N)-1,44×d+267, составляет 150 или более, где Cr - содержание Cr (мас.%) в стали; Free(C+N) - значение (мас.%), полученное вычитанием суммарного содержания (мас.%) C и N, присутствующих в экстракционном остатке, извлекаемом методом электролитического извлечения, из суммарного содержания (мас.%) C и N, присутствующих в стали; d - средний диаметр кристаллического зерна (мкм), полученный для поверхности наблюдения, получаемой полировкой сечения, параллельного направлению прокатки и направлению по толщине листа, с помощью метода секущих с линейной тестовой линией, определенного в Приложении C стандарта JIS G0551:2013. Лист обладает высокой вязкостью разрушения при большой толщине. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к листу из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали, имеющему большую толщину и обладающему превосходной вязкостью разрушения, а также к способу его производства. Настоящее изобретение также относится к фланцу с использованием этого листа из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали.
Предпосылки ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] От элементов автомобильного выхлопного тракта требуется наличие таких характеристик, как коррозионная стойкость, термостойкость, прочность и т.п. В качестве материала, удовлетворяющего этим требованиям, часто использовался лист аустенитной нержавеющей стали. В последние годы существует все увеличивающаяся потребность в использовании вместо стали аустенитного типа стали ферритного типа, которая имеет малый коэффициент теплового расширения и низкую стоимость сырья. Примеры альтернативного материала для этого включают лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали.
[0003] Элементы для автомобильного выхлопного тракта обычно производят путем подвергания холоднокатаного и отожженного стального листа прессованию или путем формования холоднокатаного и отожженного стального листа в трубу, а затем подвергания этой трубы различным видам обработки. Элемент для автомобильного выхлопного тракта в последние годы часто имеет усложненную форму, и используемый в качестве материала для него холоднокатаный и отожженный стальной лист должен обладать превосходной обрабатываемостью. Для обеспечения холоднокатаного и отожженного стального листа с хорошей обрабатываемостью выгодно повышать степень обжатия при холодной прокатке. Для того чтобы гарантировать достаточную степень обжатия при холодной прокатке, эффективно использовать горячекатаный и отожженный стальной лист, имеющий большую толщину (например, толщину листа 5,0 мм или более). Кроме того, существует большая потребность в стальном листе с большой толщиной (например, с его толщиной от 5,0 до 11,0 мм) для фланца и т.п., используемого в выхлопном тракте автомобиля. При большой толщине листа влияние уменьшения вязкости разрушения становится заметным.
[0004] В том случае, если горячекатаный и отожженный стальной лист с большой толщиной направляется на стадию холодной прокатки, когда стальной лист имеет низкую вязкость разрушения, требуются такие меры, чтобы стальной лист ограничивался одним проходом через линию, имеющую петледержатель с большим диаметром для смягчения изгиба листа, а количество раз промежуточного отжига на стадии холодной прокатки увеличивалось. Эти меры вызывают ухудшение производительности и увеличение производственных затрат. Также в том случае, если фланец производится из стального листа с большой толщиной, этот стальной лист должен иметь хорошую вязкость разрушения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА
[0005] Патентный документ 1: JP-A-60-228616
Патентный документ 2: JP-A-64-56822
Патентный документ 3: JP-A-2012-140688
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
[0006] В большинстве случаев имеющий большую толщину стальной лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали склонен к уменьшению низкотемпературной вязкости разрушения. В качестве способа повышения вязкости разрушения листа из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали в патентном документе 1 описывает способ подвергания стального листа закалке после горячей прокатки и сматывания стального листа при температуре 450°C или менее. В патентном документе 2 описывается способ увеличения температуры чистовой горячей прокатки, соответствующей составу, и закалки стального листа водой после сматывания. Однако даже при том, что эти меры предпринимаются, бывают случаи, когда надежность по вязкости разрушения становится недостаточной при прохождении через линию стального листа с большой толщиной. В патентном документе 3 описывается способ сматывания стального листа при 570°C или более с получением рулона, и после выдержки этого рулона в течение 5 минут или более в таком состоянии, что температура внешней поверхности рулона составляет 550°C, погружения этого рулона в ванну с водой. Однако бывают случаи, когда требуется дополнительное улучшение низкотемпературной вязкости разрушения в зависимости от диаметра кристаллического зерна горячекатаного стального листа.
[0007] Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали, имеющий большую толщину и обладающий превосходной вязкостью разрушения, а также фланец с его использованием.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
[0008] В соответствии с исследованиями, проведенными авторами настоящего изобретения, было найдено, что вязкость разрушения имеющего большую толщину листа из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали повышается при уменьшении количеств C и N, твердорастворенных в матрице ферритной фазы, но на степень этого повышения в значительной степени влияет диаметр ферритного кристаллического зерна. Изобретение было создано на основе этих сведений.
[0009] Поставленная задача может быть решена с помощью следующих изобретений.
(1) Лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали с химическим составом, содержащим, в массовых процентах, от 0,003 до 0,030% C, 2,0% или менее Si, 2,0% или менее Mn, 0,050% или менее P, 0,040% или менее S, от 10,0 до 19,0% Cr, 0,030% или менее N, от 0,07 до 0,50% Ti и от 0,010 до 0,20% Al, а остальное – Fe и неизбежные примеси, имеющий определяемое следующим выражением (1) значение К, равное 150 или более, и имеющий толщину от 5,0 до 11,0 мм:
Значение К = -0,07×Cr - 6790×Free(C+N) - 1,44×d + 267 (1),
причем в выражении (1) Cr обозначает содержание Cr (мас.%) в стали; Free(C+N) обозначает значение (мас.%), полученное вычитанием суммарного содержания (мас.%) C и N, присутствующих в экстракционном остатке, извлекаемом методом электролитического извлечения, из суммарного содержания (мас.%) C и N, присутствующих в стали; и d обозначает средний диаметр кристаллического зерна (мкм), полученный для поверхности наблюдения, получаемой полировкой сечения (сечения L), параллельного направлению прокатки и направлению по толщине листа, с помощью метода секущих с линейной тестовой линией, определенного в Приложении C стандарта JIS G0551:2013.
(2) Лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали по пункту (1), причем этот лист имеет химический состав, дополнительно содержащий, в массовых процентах, 1,50% или менее Mo.
(3) Лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали по пункту (1) или (2), причем этот лист имеет химический состав, дополнительно содержащий, в массовых процентах, 0,0030% или менее B.
(4) Способ производства листа из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали по любому из пунктов (1) - (3), содержащий:
стадию нагрева сляба из стали с указанным химическим составом в нагревательной печи, затем вынимания сляба при температуре от 950 до 1120°C из печи, прокатки сляба на стане черновой прокатки с получением промежуточного сляба, имеющего толщину от 20 до 50 мм и температуру поверхности от 700 до 850°C, затем горячей прокатки промежуточного сляба в лист, имеющий толщину от 5,0 до 11,0 мм, а затем сматывания листа при температуре поверхности от 650 до 800°C с получением горячекатаного стального листа; и
стадию отжига этого горячекатаного стального листа при температуре от 800 до 1100°C.
(5) Фланец с использованием листа из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали по любому из пунктов (1) - (3).
(6) Фланец по пункту (5), причем фланец является фланцем для выхлопного тракта.
(7) Фланец по пункту (5), причем фланец является фланцем для выхлопного тракта автомобиля.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] В соответствии с изобретением может быть устойчиво достигнут имеющий большую толщину стальной лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали, обладающий превосходной вязкостью разрушения. Этот стальной лист улучшен, в частности, по низкотемпературной вязкости разрушения, а значит, ограничения условий его прохождения через линию и условий производства могут быть смягчены. Этот имеющий большую толщину стальной лист обладает высокой надежностью по вязкости разрушения даже в том случае, когда он обрабатывается в различные элементы (такие как фланец для выхлопного тракта автомобиля).
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Химический состав
[0011] Изобретение относится к ферритной нержавеющей стали, содержащей следующие химические элементы. Процент в химическом составе стального листа представляет собой массовый процент, если не указано иное.
[0012] Углерод (C) повышает твердость стали и является фактором, который уменьшает вязкость разрушения горячекатаной и отожженной стали. Содержание C (т.е. суммарное количество растворенного C и C, присутствующего в виде соединения) ограничено величиной 0,030% или менее. Содержание C предпочтительно составляет 0,020% или менее, а может быть доведено до 0,015% или менее. Чрезмерное уменьшение содержания C может увеличить нагрузку на производство стали и может увеличить производственные затраты. Стальной лист с содержанием C 0,003% или более является здесь целевым.
[0013] Кремний (Si) и марганец (Mn) эффективны в качестве раскислителей и, кроме того, выполняют функцию повышения стойкости к высокотемпературному окислению. Более эффективно гарантировать содержание 0,02% или более для Si и 0,10% или более для Mn. Большие количества этих содержащихся элементов могут быть фактором, вызывающим охрупчивание стали. Содержание Si ограничено величиной 2,0% или менее, а более предпочтительно 1,0% или менее. Содержание Mn также ограничено величиной 2,0% или менее, а более предпочтительно 1,0% или менее.
[0014] Большие количества фосфора (P) и серы (S) могут быть фактором, который уменьшает коррозионную стойкость. Содержание P допустимо вплоть до 0,050%, а содержание S допустимо вплоть до 0,040%. Чрезмерное уменьшение содержания P и S может увеличивать нагрузку на производство стали и может быть экономически неэффективным. В общем, содержание P можно контролировать в диапазоне от 0,010 до 0,050%, а содержание S можно контролировать в диапазоне от 0,0005 до 0,040%.
[0015] Хром (Cr) важен для обеспечения коррозионной стойкости нержавеющей стали. Cr также эффективен для повышения стойкости к высокотемпературному окислению. Для проявления этих функций содержание Cr должно составлять 10,0% или более. Большое количество содержащегося Cr в некоторых случаях может повысить твердость стали, ослабляя в некоторых случаях улучшение вязкости разрушения горячекатаного и отожженного стального листа большой толщины. Стальной лист с содержание Cr 19,0% или менее является здесь целевым.
[0016] Азот (N) является фактором, который уменьшает вязкость разрушения горячекатаной и отожженной стали, аналогично C. Содержание N (т.е. суммарное количество растворенного N и N, присутствующего в виде соединения) ограничено величиной 0,030% или менее. Содержание N предпочтительно составляет 0,020% или менее, а может быть доведено до 0,015% или менее. Чрезмерное уменьшение содержания N может увеличить нагрузку на производство стали и может увеличить производственные затраты. В общем, содержание N можно контролировать в диапазоне 0,003% или более.
[0017] Титан (Ti) образует карбонитрид Ti посредством связывания с C и N, подавляя сегрегацию карбонитрида Cr по границам зерен, а значит, является элементом, который весьма эффективен для сохранения коррозионной стойкости и стойкости к высокотемпературному окислению стали. Содержание Ti должно составлять 0,07% или более, более предпочтительно 0,09% или более, а предпочтительнее 0,15% или более. Чрезмерное большое содержание Ti не является предпочтительным, поскольку оно может способствовать уменьшению вязкости разрушения горячекатаного и отожженного стального листа. В результате различных исследований содержание Ti ограничено величиной 0,50% или менее, а более предпочтительно Ti содержится в количестве в диапазоне 0,40% или менее. В данном описании «карбонитрид» обозначает соединение, содержащее элемент-металл, связанный с по меньшей мере одним из C и N. Что касается карбонитрида Ti, например, то в нем охватываются TiC, TiN и Ti(C,N).
[0018] Алюминий (Al) эффективен в качестве раскислителя. Для достижения этой функции в достаточной степени, эффективно добавлять Al, сделав содержание Al 0,010% или более. Большое количество содержащегося Al может быть фактором, который уменьшает вязкость разрушения. Содержание Al ограничено величиной 0,20% или менее.
[0019] Молибден (Mo) эффективен для повышения коррозионной стойкости и может добавляться в зависимости от необходимости. В этом случае более эффективным является содержание Mo в 0,01% или более. Большое количество содержащегося Mo в некоторых случаях может оказывать негативное влияние на вязкость разрушения. Содержание Mo находится в диапазоне от 0 до 1,50%.
[0020] Бор (B) эффективен для повышения вторичной обрабатываемости и может добавляться в зависимости от необходимости. В этом случае более эффективно обеспечить его содержание в 0,0010% или более. Однако, когда содержание B превышает 0,0030%, однородность структуры металла может ухудшаться из-за образования Cr2B, что в некоторых случаях снижает обрабатываемость. Содержание B может находиться в диапазоне от 0 до 0,0030%.
Значение К
[0021] Значение К, определяемое выражением (1), является показателем, который дает точную оценку ударной вязкости по Шарпи (Дж/см2) при 20°C у образца для испытания на удар с U-образным надрезом (с направлением удара, перпендикулярным направлению прокатки и направлению по толщине листа) стального листа, имеющего большую толщину (с толщиной от 5,0 до 11,0 мм) из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали, имеющей вышеупомянутый диапазон химического состава, от содержания Cr в стали, количества твердорастворенных C и N и среднего диаметра кристаллического зерна.
Значение К = -0,07×Cr - 6790×Free(C+N) - 1,44×d + 267 (1)
В выражении (1) Cr обозначает содержание Cr (мас.%) в стали; Free(C+N) обозначает значение (мас.%), полученное вычитанием суммарного содержания (мас.%) C и N, присутствующих в экстракционном остатке, извлекаемом методом электролитического извлечения, из суммарного содержания (мас.%) C и N, присутствующих в стали; и d обозначает средний диаметр кристаллического зерна (мкм), полученный для поверхности наблюдения, получаемой полировкой сечения (сечения L), параллельного направлению прокатки и направлению по толщине листа, с помощью метода секущих с линейной тестовой линией, определенного в Приложении C стандарта JIS G0551:2013.
[0022] В соответствии с подробными исследованиями авторов настоящего изобретения было найдено, что на вязкость разрушения имеющего большую толщину листа из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали около обычной температуры сильно влияют содержание Cr, количество твердорастворенных C и N и средний диаметр ферритного кристаллического зерна. Было подтверждено, что в том случае, когда вышеупомянутый химический состав удовлетворяется, и содержание Cr, количество твердорастворенных C и N и средний диаметр кристаллического зерна отрегулированы так, чтобы значение К составляло 150 или более, надежность, относящаяся к вязкости разрушения, может быть обеспечена в достаточной степени, когда имеющий большую толщину стальной лист обрабатывается давлением в стальную трубу или различные элементы, либо подвергается холодной прокатке для получения стального листа, имеющего малую толщину. Соответственно, в данном описании требуется, чтобы значение К составляло 150 или более. Количеством твердорастворенных C и N и средним диаметром ферритного кристаллического зерна в горячекатаном и отожженном стальном листе можно управлять с помощью описываемых ниже условий горячей прокатки, и можно выборочно производить горячекатаный и отожженный стальной лист, имеющий значение К 150 или более.
[0023] В выражении (1) Free(C+N) соответствует количеству твердорастворенных C и N (в мас.%). Значение Free(C+N) может быть получено следующим образом.
Способ получения Free(C+N)
В неводном растворе электролита, содержащем 10 мас.% ацетилацетона, 1 мас.% тетраметиламмонийхлорида и 89 мас.% метилового спирта, к взятому из стального листа образцу с известной массой прикладывают потенциал от -100 мВ до 400 мВ относительно насыщенного каломельного электрода (НКЭ) для того, чтобы полностью растворить матрицу (металлический субстрат) образца, затем жидкость, содержащую нерастворенное вещество, фильтруют с помощью мембранного фильтра, имеющего диаметр пор 0,05 мкм, и остающееся на фильтре твердое вещество извлекают как экстракционный остаток. C и N в экстракционном остатке анализируют с помощью высокочастотного способа сжигания-инфракрасного поглощения для C и способа импульсного плавления-удельной теплопроводности для N, и вычисляют суммарное содержание C и N, присутствующих в экстракционном остатке, Insol(C+N) (мас.% в стали). Free(C+N) (мас.%) получают с помощью следующего выражения (2).
Free(C+N) = Total(C+N) - Insol(C+N) (2)
Здесь Total(C+N) обозначает суммарное содержание (мас.%) C и N, присутствующих в стали, а Insol(C+N) обозначает суммарное содержание (мас.%) C и N, присутствующих в экстракционном остатке.
Толщина листа
[0024] Ti-содержащая ферритная нержавеющая сталь является одним из типов стали, которые пригодны по назначению применения в элементах для автомобильного выхлопного тракта с точки зрения характеристик материала, включая коррозионную стойкость, термостойкость и т.п. Для обработки давлением в элемент автомобильного выхлопного тракта стальной листовой материал должен иметь превосходную обрабатываемость. Для повышения коэффициента Лэнкфорда (значения r) в качестве показателя обрабатываемости эффективно увеличивать степень обжатия при холодной прокатке. Для достижения большой степени обжатия при холодной прокатке выгодно использовать горячекатаный стальной лист с большой толщиной. С другой стороны, Ti-содержащая ферритная нержавеющая сталь является тем типом стали, который склонен претерпевать уменьшение вязкости разрушения стального листа в диапазоне температур с низкотемпературной стороны от обычной температуры. В стальном листе с большой толщиной влияние уменьшения вязкости разрушения становится заметным.
[0025] В результате различных исследований было установлено, что для повышения коэффициента r холоднокатаного стального листа весьма эффективно применять горячекатаный стальной лист, имеющий толщину 5,0 мм или более. В изобретении, соответственно, в качестве цели выбрано улучшение вязкости разрушения у горячекатаного стального листа с толщиной 5,0 мм или более. Еще более эффективно иметь целью горячекатаный стальной лист с толщиной 5,5 мм или более. При слишком большой толщине листа нагрузка на обычную линию, через которую пропускается стальной лист на стадии холодной прокатки, в некоторых случаях может оказаться чрезмерной. Стальной лист, имеющий толщину 11,0 мм или менее, является здесь целевым. Толщина листа более предпочтительно составляет 9,0 мм или менее.
Способ производства
[0026] Лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали, имеющий большую толщину и превосходную вязкость разрушения, может быть произведен с помощью обычного устройства для производства горячекатаного листа нержавеющей стали. Один пример такого способа производства будет показан ниже.
Плавка и литье
[0027] Литой сляб получают методом непрерывной разливки. Сляб также может быть произведен путем получения слитка методом литья слитков с последующей ковкой или обжимом слитка. Толщина сляба предпочтительно составляет от 200 до 250 мм.
Нагревание сляба
[0028] Сляб помещают в нагревательную печи и нагревают до температуры 950°C или более. Время нагрева (т.е. промежуток времени, в котором температура материала поддерживается на уровне 950°C или более) может быть установлено, например, в диапазоне от 50 до 120 минут. При нагреве до температуры 950°C или более, образовавшийся при литье крупный TiC разлагается на Ti и C, приводя к такому состоянию структуры, при котором TiC практически исчез. TiN еще не полностью разлагается при 1150°C, но нет никакой особой нужды стремиться к полному растворению N. Максимальная достигаемая температура материала может быть установлена в диапазоне 1120°C или менее, и требуется контролировать температуру материала при выемке из печи (температуру извлечения) в температурном диапазоне, который будет описан позже.
Черновая прокатка
[0029] Сляб после нагрева вынимают из печи при температуре извлечения от 950 до 1120°C и прокатывают на стане черновой прокатки. Когда температура извлечения является более высокой, чем указанный диапазон, средний диаметр кристаллического зерна рекристаллизованной ферритной фазы имеет тенденцию укрупняться, и может быть трудно обеспечить горячекатаный стальной лист, имеющий значение К 150 или менее. Черновую прокатку можно выполнять за один проход или за несколько проходов прокатки так, чтобы получить промежуточный сляб, имеющий толщину от 20 до 50 мм. В это время важно контролировать температуру поверхности полученного черновой прокаткой промежуточного сляба так, чтобы она составляла от 700 до 850°C. В частности, температуру извлечения и маршрут проходов черновой прокатки конфигурируют так, чтобы обеспечить по меньшей мере температуру конечного прохода черновой прокатки в диапазоне от 700 до 850°C. Этот температурный диапазон перекрывается с температурным диапазоном, в котором происходит повторное выделение TiC. Когда TiC повторно выделяется во время черновой прокатки из состояния, при котором практически нет нерастворенного TiC, во многих местах образуется тонкодисперсный TiC. В промежуточном слябе карбонитрид Ti образуется из многих частиц TiC или уже выделившихся частиц TiN, служащих зародышами, и мелко диспергируется в нем. Мелко диспергированный карбонитрид Ti проявляет функцию подавления укрупнения ферритных рекристаллизованных зерен за счет эффекта скрепления. В том случае, когда черновая прокатка выполняется при высокой температуре, обеспечивающей температуру поверхности промежуточного сляба, превышающую 850°C, черновую прокатку выполняют при более высокой температуре, чем та температура, при которой TiC активно повторно выделяется, и поэтому эффект скрепления не проявляется в достаточной степени для образования крупных кристаллических зерен, то есть эффект обеспечения мелких кристаллических зерен становится недостаточным. С другой стороны, температура поверхности промежуточного сляба ниже 700°C становится фактором, увеличивающим устойчивость к деформации при описываемой ниже чистовой горячей прокатке или делающим температуру сматывания в рулон слишком низкой. Полная степень обжатия при черновой прокатке предпочтительно составляет от 80 до 90%.
Чистовая горячая прокатка
[0030] Последовательность горячей прокатки, выполняемая на промежуточном слябе перед сматыванием в рулон, называется здесь «чистовой горячей прокаткой». Чистовая горячая прокатка может выполняться с помощью реверсивного прокатного стана или тандемного непрерывного прокатного стана. Маршрут проходов прокатки конфигурируют так, чтобы достичь толщины листа после последнего прохода от 5,0 до 11,0 мм и описываемой ниже температуры сматывания в рулон. Также во время чистовой горячей прокатки подавляется рост рекристаллизованных зерен за счет эффекта скрепления. Полная степень обжатия при чистовой горячей прокатке может составлять, например, от 65 до 85%.
Сматывание
[0031] Стальной лист после завершения чистовой горячей прокатки сматывают в рулон в таком состоянии, при котором температура его поверхности составляет от 650 до 800°C, для того, чтобы получить горячекатаный стальной лист. В том случае, когда стальной лист сматывают при более низкой температуре, чем 650°C, увеличивается высокотемпературная прочность, что склонно вызывать такое состояние, что стальной лист невозможно смотать в рулон с нормальной формой. Возникновение ненормального сматывания приводит к увеличению производственных затрат, поскольку стальной лист необходимо подвергать процессу повторного сматывания. В том случае, когда стальной лист сматывают при более высокой температуре, чем 800°C, облегчается динамическая вторичная рекристаллизация, которая имеет тенденцию делать кристаллические зерна крупными. Этот случай может приводить к уменьшению значения K сматывания, и стальной лист может быть оставлен охлаждаться на воздухе. Эффект, обеспечиваемый эффектом скрепления, может сохраняться даже несмотря на то, что охлаждающая обработка, такая как охлаждение водой, не выполняется. Улучшению низкотемпературной вязкости разрушения может в значительной степени способствовать уменьшение размера кристаллического зерна. Считается, что разупрочнение матрицы за счет уменьшения твердорастворенных C и N также способствует улучшению низкотемпературной вязкости разрушения.
Отжиг
[0032] Горячекатаный стальной лист, полученный описанным выше образом, подвергают отжигу при температуре от 800 до 1100°C (отжигу горячекатаного листа), и тем самым может быть получен лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали, имеющий большую толщину и обладающий превосходной вязкостью разрушения. Продолжительностью отжига может быть, например, время выдержки от 0 до 5 минут. Время выдержки 0 минут означает случай, при котором материал охлаждают немедленно после того, как температура материала достигнет заданной температуры.
Примеры
[0033] Изготовили стали, показанные в Таблице 1, и из них с помощью непрерывного литья получали слябы, имеющие толщину приблизительно 200 мм. Химические составы сталей удовлетворяли требованиям изобретения. Сляб непрерывного литья помещали в нагревательную печь, и после выдержки при температуре нагрева сляба, показанной в Таблице 2 в зависимости от типов стали, в течение приблизительно от 50 до 100 минут сляб вынимали из печи и немедленно подвергали черновой прокатке на стане черновой прокатки. Температура извлечения была той же самой, что и температура нагрева сляба. Черновую прокатку выполняли за 7-9 проходов в зависимости от целевой толщины конечного листа и получали промежуточный сляб, имеющий толщину от 20 до 50 мм. Температуру поверхности промежуточного сляба измеряли на выходе из последнего прохода стана черновой прокатки. Эта температура показана как «Температура промежуточного сляба» в Таблице 2. Получившийся промежуточный сляб подвергали чистовой горячей прокатке с помощью непрерывного стана горячей прокатки, имеющего 6 клетей, или с помощью реверсивного стана горячей прокатки, имеющего печь с моталкой, а затем сматывали с тем, чтобы получить горячекатаный стальной лист с толщиной, показанной в Таблице 2. Температуру сматывания получали путем измерения температуры поверхности стального листа непосредственно перед сматывающей машиной. Получившийся горячекатаный стальной лист подвергали отжигу горячекатаного листа при температуре, показанной в Таблице 2, с временем выдержки 0 минут.
[0034] Из горячекатаного и отожженного стального листа взяли образец для испытания, вышеописанными методами измеряли Free(C+N) и средний диаметр кристаллического зерна d, из которых получали значение К по выражению (1). Из горячекатаного и отожженного стального листа взяли образец для испытания на удар с U-образным надрезом и подвергали его ударному испытанию Шарпи при 20°C в соответствии со стандартом JIS Z2242:2005. Направление приложения удара молотком (т.е. направление по глубине U-образного надреза) было направлением, перпендикулярным направлению прокатки и направлению по толщине листа (т.е. направлением по ширине горячекатаного и отожженного стального листа). Результаты показаны в Таблице 2.
[0035] Таблица 1
| № | Химический состав (мас.%) | ||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Mo | Cr | N | Al | Ti | B | |
| 1 | 0,008 | 0,55 | 0,41 | 0,035 | 0,001 | 0,10 | 17,9 | 0,012 | 0,07 | 0,21 | - |
| 2 | 0,005 | 0,45 | 0,38 | 0,028 | 0,001 | 0,05 | 11,2 | 0,006 | 0,05 | 0,19 | - |
| 3 | 0,007 | 0,54 | 0,35 | 0,029 | 0,005 | 0,05 | 10,1 | 0,008 | 0,03 | 0,17 | - |
| 4 | 0,009 | 0,35 | 0,54 | 0,038 | 0,001 | 0,04 | 16,8 | 0,013 | 0,08 | 0,28 | - |
| 5 | 0,008 | 0,04 | 0,45 | 0,033 | 0,002 | 0,05 | 17,5 | 0,011 | 0,05 | 0,25 | - |
| 6 | 0,008 | 0,03 | 0,48 | 0,029 | 0,001 | 1,02 | 18,4 | 0,012 | 0,08 | 0,29 | - |
| 7 | 0,003 | 0,58 | 0,39 | 0,035 | 0,003 | - | 11,4 | 0,005 | 0,04 | 0,20 | - |
| 8 | 0,008 | 0,15 | 0,58 | 0,037 | 0,002 | 0,02 | 17,6 | 0,014 | 0,08 | 0,24 | - |
| 9 | 0,011 | 0,54 | 0,45 | 0,028 | 0,001 | 0,99 | 18,4 | 0,015 | 0,11 | 0,39 | - |
| 10 | 0,005 | 0,45 | 0,38 | 0,039 | 0,002 | - | 13,9 | 0,009 | 0,06 | 0,25 | 0,0025 |
| 21 | 0,008 | 0,45 | 0,48 | 0,039 | 0,001 | - | 16,8 | 0,012 | 0,11 | 0,22 | - |
| 22 | 0,004 | 0,55 | 0,39 | 0,038 | 0,002 | - | 10,5 | 0,007 | 0,05 | 0,25 | - |
| 23 | 0,008 | 0,65 | 0,38 | 0,031 | 0,001 | - | 17,8 | 0,008 | 0,09 | 0,29 | - |
| 24 | 0,007 | 0,25 | 0,34 | 0,033 | 0,002 | - | 10,8 | 0,013 | 0,08 | 0,25 | - |
| 25 | 0,009 | 0,51 | 0,35 | 0,031 | 0,002 | - | 17,8 | 0,011 | 0,05 | 0,27 | - |
| 26 | 0,008 | 0,45 | 0,33 | 0,029 | 0,001 | 0,98 | 18,4 | 0,012 | 0,07 | 0,29 | - |
| 27 | 0,004 | 0,39 | 0,29 | 0,038 | 0,005 | - | 11,4 | 0,005 | 0,02 | 0,07 | - |
| 28 | 0,006 | 0,45 | 0,38 | 0,032 | 0,003 | - | 17,6 | 0,014 | 0,05 | 0,11 | - |
| 29 | 0,008 | 0,54 | 0,41 | 0,030 | 0,001 | 1,04 | 18,4 | 0,015 | 0,08 | 0,09 | - |
[0036] Таблица 2
| Класс | № | Температура нагрева сляба (°C) |
Температура промежуточного сляба (°C) |
Температура сматывания (°C) |
Температура отжига горячекатаного листа (°C) |
Горячекатаный и отожженный стальной лист | ||||
| Толщина листа (мм) |
Free(C+N) (мас.%) |
Средний диаметр кристалличес-кого зерна d (мкм) |
Значение К | Ударная вязкость образца с U-образным надрезом при 20°C (Дж/см2) |
||||||
| Пример по изобретению | 1 | 1080 | 840 | 785 | 1080 | 8,5 | 0,0006 | 40 | 167,4 | 158 |
| 2 | 990 | 700 | 680 | 800 | 9,8 | 0,0004 | 20 | 210,3 | 205 | |
| 3 | 1000 | 700 | 675 | 1050 | 7,9 | 0,0005 | 32 | 186,3 | 191 | |
| 4 | 1060 | 830 | 735 | 1000 | 5,4 | 0,0005 | 40 | 174,3 | 164 | |
| 5 | 1100 | 830 | 740 | 950 | 10,9 | 0,0002 | 68 | 154,3 | 153 | |
| 6 | 1050 | 840 | 690 | 1095 | 5,2 | 0,0003 | 32 | 199,3 | 202 | |
| 7 | 980 | 785 | 740 | 810 | 9,8 | 0,0001 | 25 | 223,4 | 225 | |
| 8 | 1070 | 820 | 725 | 1080 | 9,2 | 0,0002 | 32 | 206,1 | 196 | |
| 9 | 1110 | 835 | 718 | 1050 | 10,3 | 0,0006 | 52 | 150,1 | 152 | |
| 10 | 1010 | 810 | 795 | 1000 | 5,1 | 0,0004 | 48 | 169,7 | 160 | |
| Сравнительный пример | 21 | 1220 | 950 | 905 | 1100 | 5,2 | 0,0010 | 78 | 85,6 | 79 |
| 22 | 1215 | 940 | 900 | 1050 | 9,7 | 0,0000 | 108 | 110,7 | 108 | |
| 23 | 1275 | 1050 | 945 | 1070 | 10,5 | 0,0009 | 90 | 75,0 | 70 | |
| 24 | 1150 | 940 | 860 | 840 | 9,5 | 0,0008 | 115 | 46,3 | 40 | |
| 25 | 1200 | 860 | 815 | 1090 | 8,1 | 0,0003 | 78 | 133,1 | 135 | |
| 26 | 1225 | 920 | 850 | 1050 | 5,4 | 0,0000 | 98 | 124,6 | 123 | |
| 27 | 1205 | 900 | 810 | 800 | 6,0 | 0,0006 | 65 | 131,9 | 134 | |
| 28 | 1230 | 907 | 865 | 1070 | 5,5 | 0,0006 | 58 | 141,5 | 145 | |
| 29 | 1090 | 770 | 610 | 1050 | 9,8 | 0,0013 | 40 | 119,8 | 125 |
[0037] Горячекатаные стальные листы, произведенные при условии, что значение К составляло 150 или более в соответствии с изобретением (Примеры по изобретению), имели ударную вязкость при испытании на удар образца с U-образным надрезом при 20°C, равную 150 Дж/см2 или более, и имели хорошую вязкость разрушения.
[0038] В Сравнительных примерах №№ 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28 эффект скрепления из-за выделения TiC и т.п. не был получен, поскольку температура нагрева сляба, температура промежуточного сляба или температура сматывания была выше, чем в примерах по изобретению, и средний диаметр кристаллического зерна увеличился, приводя к уменьшению вязкости разрушения. Пример № 29 удовлетворял требованиям изобретения к температуре нагрева сляба и температуре промежуточного сляба, но температура сматывания была более низкой, ухудшив форму смотанного рулона. Кроме того, содержания C и N в стали были большими, но количество Ti было малым, а значит, значение Free(C+N) увеличилось, что привело в результате к уменьшению вязкости разрушения.
1. Лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали, имеющий химический состав, содержащий, в мас.%: от 0,003 до 0,030 C, 2,0 или менее Si, 2,0 или менее Mn, 0,050 или менее P, 0,040 или менее S, от 10,0 до 19,0 Cr, 0,030 или менее N, от 0,07 до 0,50 Ti, от 0,010 до 0,20 Al, остальное – Fe и неизбежные примеси, имеющий определяемое следующим выражением (1) значение К, равное 150 или более, и толщину от 5,0 до 11,0 мм,
причем значение К=-0,07×Cr-6790×Free(C+N)-1,44×d+267 (1),
где Cr обозначает содержание Cr (мас.%) в стали; Free(C+N) обозначает значение (мас.%), полученное вычитанием суммарного содержания (мас.%) C и N, присутствующих в экстракционном остатке, извлекаемом методом электролитического извлечения, из суммарного содержания (мас.%) C и N, присутствующих в стали; d обозначает средний диаметр кристаллического зерна (мкм), полученный для поверхности наблюдения, получаемой полировкой сечения (сечения L), параллельного направлению прокатки и направлению по толщине листа, с помощью метода секущих с линейной тестовой линией, определенного в Приложении C стандарта JIS G0551:2013.
2. Лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали по п. 1, который имеет химический состав, дополнительно содержащий, в мас.%: 1,50 или менее Mo.
3. Лист из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали по п. 1, который имеет химический состав, дополнительно содержащий, в мас.%: 0,0030 или менее В.
4. Способ производства листа из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали по любому из пп. 1-3, включающий:
стадию нагрева сляба из стали с указанным химическим составом в нагревательной печи, затем вынимания сляба при температуре от 950 до 1120°C из печи, прокатки сляба на стане черновой прокатки с получением промежуточного сляба, имеющего толщину от 20 до 50 мм и температуру поверхности от 700 до 850°C, затем горячей прокатки промежуточного сляба в лист, имеющий толщину от 5,0 до 11,0 мм, а затем сматывания листа при температуре поверхности от 650 до 800°C с получением горячекатаного стального листа; и
стадию отжига горячекатаного стального листа при температуре от 800 до 1100°C.
5. Фланец, выполненный с использованием листа из Ti-содержащей ферритной нержавеющей стали по любому из пп. 1-3.
6. Фланец по п. 5, который является фланцем для выхлопного тракта.
7. Фланец по п. 5, который является фланцем для выхлопного тракта автомобиля.
