[发明专利]高强度和高延伸率及低各向异性的双结构铬不锈钢带的生产方法

说明书

本发明涉及一种工业生产高强度，高延伸率及强度和延伸率方面低各向异性的双相结构铬不锈钢带的新工艺。该钢带用作要求具有高强度的成型材料（如用冲压成型）。

以铬为主要合金元素的铬不锈钢可分为马氏体不锈钢和铁素体不锈钢。这些不锈钢与以铬和镍为主要合金元素的奥氏不锈钢相比并不贵，並具有铁磁性和小的热膨胀系数，这是奥氏体不锈钢所不具备的性质。因此，在许多应用中使用铬不锈钢不仅是出于经济原因而且由于具有上述性质。尤其在使用铬不锈钢制造电子仪器及精密机械的另部件的领域，随着近年来需求的增长，对高效，微型，集成化和制成品的高精密度以及简化工序的要求变得越来越重要。这样，除了不锈钢所固有的抗腐蚀性及铬不锈钢的上述性质之外，作为加工材料，铬不锈钢还应具有更高的强度，更好的加工性能及高精密性。因此，作为加工材料，在工艺上就要求铬不锈钢具有相互抵触的高强度和高延伸率的统一以及加工前具有精密的厚度，而加工后具有精密形状。

关于通常铬不锈钢板材的强度，众所周知，马氏体不锈钢具有很高的强度。例如，有七种马氏体不锈钢冷轧不锈钢板在JIS    G4305（日本工业标准）中已述及。这些马氏体不锈钢的碳含量在0.08%（SUS410S）到0.60-0.75%（SUS440A）范围内。与相同铬水平的铁素体不锈钢相比它们的碳含量较高，通过淬火处理或淬火回火处理使其达到高强度。例如，在JIS    G4305中已披露，含0.26-0.40%碳和12.00-14.00%铬的SUS420J2钢可通过在980-1040℃淬火接着回火（在150-400℃加热和使其在空气中冷却）处理使其硬化到至少HRC40水平;在1010-1070℃淬火接着回火（在150-400℃加热并空气冷却）可使含0.60-0.75%碳和16.00-18.00%铬的SUS440A钢硬化到至少HRC40水平。

另一方面，铬不锈钢中的铁素体不锈钢，通过加热处理使其硬化不能达到预期结果，因此，通过冷加工硬化而增加其强度。该方法包括退火和硬化冷轧。所以，事实上铁素体不锈钢在需要高强度材料的应用中没有吸引力。

在淬火或淬火和回火条件下，马氏体不锈钢基本上具有马氏体组织並具有高强度和高硬度。但在此条件下其拉伸性能极差。因此，一旦经过了淬火或淬火及回火处理后，其加工和成型度非常困难。尤其是在淬火或淬火及回火后，象冲压成型这样的加工成型是不可能的。因此，任何一步加工和成型必须在淬火或淬火及回火之前完成。通常，生产厂家给的是退火的材料，也就是在低强度和低硬度的软化状态，正如JIS    G4305中表16中所表明的那样，该材料先加工或成型到接近终产品的形状，然后再淬火或淬火及回火处理。在许多情况下，由于淬火或淬火及回火造成的表面氧化膜或鳞皮是所不希望的，因为不锈钢漂亮的表面是很重要的。这样，对于加工或成型品来说，将成型的终产品在真空或惰性气体中进行热处理或除去成型产品表面上的鳞片是必要的。对于加工品热处理费用一定增加产品成本。

经硬化冷轧而增加强度的铁素体不锈钢板具有很差的加工性能，因为硬化冷轧显著地降低了延伸率，使强度-延伸率平衡很差。进一步说，硬化冷轧增加了材料的弹性极限应力而不是抗拉强度。因此，对在高压缩比下硬化冷轧的材料，弹性极限应力与抗拉强度之差变小，屈服比（弹性极限应力与抗拉强度之比）接近于1，这就使材料的塑性可加工范围变窄。一般说来高弹性极限应力材料在成型时，如冲压成型，没有好的形状，这是由于其很大的反弹性。更进一步说，硬化冷轧材料就强度和延伸率而言具有显著的各向异性。由于这一原因，硬化冷轧材料未必能成型为好的形状，即使施加小的冲压成型。众所周知，当一钢板滚轧时，越靠近钢板表面其应变越大，这样，硬化冷轧材料不可避免地造成应变在厚度方向上分布不均匀，进而造成残余应力在厚度方向上的不均匀，而使其发生形变，如钢板翘曲。对于超薄板在经光刻成孔或冲切后变形更明显。在应用中发生形变是严重问题，如作为需要高精密度的电子元件。除了上述与其性质有关的问题外，硬化冷轧材料还造成与加工管理有关的许多问题。关于强度控制，由于硬化冷轧中采用冷轧加工硬化，所以压缩比是决定强度的最重要因素。因此，为精确和稳定地生产所需厚度和强度的产品，严格控制压缩比以及严格控制硬化冷轧前的材料的厚度和强度是必要的。关于形状控制，使用百分之几十的压缩比进行冷轧可达到增加强度目的。与此不同，以整形为目的表皮光轧和其它轧制压缩比为2%或3%。在冷轧条件下，以百分之几十的压缩比冷轧是不能给出形状精密的产品的。因此，对已冷轧的材料进行消除应力处理通常是必要的，为使其定形，将材料加热到低于回复再结晶的温度，在此温度下，材料不变软。