[发明专利]一种具有优良高温力学性能的铁素体不锈钢及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁素体不锈钢冶金和热处理领域，具体地，涉及一种具有优良高温力学性能的铁素体不锈钢及其制造方法，提高所述铁素体不锈钢在800～1000℃下的高温力学性能，适用于烤箱内胆、汽车排气管等装置的制造。

背景技术

传统铁素体不锈钢在耐蚀性和成型性等方面都有着优良的表现，但是在力学性能等方面，特别是高温力学性能往往表现不佳，主要是存在高温强度和塑性偏低的问题。高温强度和塑形的提高，一方面对于带钢在钢厂的生产有着重要的意义，可以避免带钢在热轧和热处理等高温生产工序中发生变形，断带的风险，另一方面，对于用户来讲，烤箱内胆，汽车排气管等所用的铁素体不锈钢都会在较高温度下长期使用，这也对铁素体不锈钢的高温力学性能提出了较高的要求。因此提高铁素体不锈钢的高温力学性能不仅对钢厂生产，对下游用户甚至消费者来说，都有着非常重要的意义。

目前，国内国外的一些不锈钢生产企业已经看准了优良高温力学性能铁素体不锈钢的应用前景，纷纷推出相关的一些高温下具有优良力学性能的铁素体不锈钢产品。其钢种化学成分如表1所示。

表1.现有专利中铁素体不锈钢成分(单位：wt％)

由表2可见，现有专利中铁素体不锈钢在1000℃这样的高温下屈服强度和抗拉强度均较低，无法满足钢种在高温条件下的使用要求。

应该看到，无论是从成分上还是工艺上改进，要在提高铁素体不锈钢的高温力学性能，确实有很多技术难点要攻克：

一方面，铁素体不锈钢一般主要的合金元素为Cr，而不含有Ni。恰恰Ni是提高不锈钢高温性能的主要合金元素，仅仅靠Cr的添加，对铁素体不锈钢在高温下力学性能影响很小；

另一方面，由于铁素体对C，N的固溶能力很弱，为了避免大量碳化物析出影响不锈钢的耐腐蚀性，铁素体不锈钢的C，N含量都非常低，而较低的碳氮含量恰恰是对高温力学性能非常不利的。

因此，既要保障铁素体不锈钢在常温下力学性能，耐腐蚀性能不下降，又要提高铁素体不锈钢的高温力学性能，必须通过其他元素的合金化作用以及苛刻的生产工艺条件才能完成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良高温力学性能的铁素体不锈钢及其制造方法，在不降低铁素体不锈钢常温下力学性能、耐腐蚀性能的前提下，进一步提高所述铁素体不锈钢在800～1000℃下的高温力学性能，如高温强度和高温塑形，适用于烤箱内胆、汽车排气管等装置的制造。

为达到上述目的，本发明主要采用如下技术方案：

一种具有优良高温力学性能的铁素体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.01～0.07％，Si：0.50～1.50％，Mn：0.40～1.0％，Al：0.5～2.5％，S：0.001～0.005，Cr：12.0～20.0％，N：0.01～0.07％，O：0.002～0.008％，Tb：0.15～0.7％，Y：0.005～0.2％，Al+Si≥1.5％，Nb：≥7×C％，Y>5×S％，其余为Fe和不可避免的杂质。

进一步，还包括Ti，Ti含量为0～0.3％，以重量百分比计。

在本发明具有优良高温力学性能的铁素体不锈钢的成分设计中：

C和N：由于碳氮含量对铁素体不锈钢的高温强度提高有一定的帮助，但是对高温塑性的提高却是有害元素，因此本发明中控制适中的碳和氮含量，既保证了铁素体不锈钢在高温下的强度，又不会使铁素体不锈钢高温塑形性能大幅下降。故而本发明将C含量限定为0.01～0.07％，将N含量限定为0.01～0.07％。