用于形成波纹管的铁素体不锈钢制造技术

公开了一种用于形成波纹管的具有高耐应力腐蚀裂纹性能的铁素体不锈钢，它包含，以重量％计，不大于０．０２％的Ｃ、０．１－１．５％的Ｓｉ，不大于１．０％的Ｍｎ、１１．０－２２．０％的Ｃｒ、０．０１－０．０８％的Ａｌ，不大于０．０１５％的Ｎ，不大于０．６％的Ｔｉ和不大于１．０％的Ｎｂ中的至少一种，无论何时需要，还含不大于２％的Ｍｎ，不大于１．５％的Ｃｕ及不大于１．５％的Ｎｉ中的至少一种。以晶粒度级数计，该钢在轧制方向垂直方向的截面中测得的晶粒度不大于８．５，而在平行于轧制方向截面垂直的截面中测得的晶粒度平均不少于５．０。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于形成波纹管的铁素体不锈钢。同用奥氏体不锈钢制造的波纹管相比，铁素体不锈钢制造的波纹管的特点是抗应力性能和抗腐蚀裂纹性能极佳。但是形成波纹管极难，而且在成形时常发生破裂。本专利技术涉及能减少形成时可能发生的破裂数量的用于形成波纹管的铁素体不锈钢。在各种处理气体，溶液和粉末的机器和设备中，原料大部分经金属管输送。将波纹管用于这类金属管的中间部位以便吸收因热膨胀产生的应变和振动，并防止应变和振动的传递。传统上一直用铜、奥氏体不锈钢等材料作波纹管，因为将其它金属形成波纹管结构一直是困难的。换言之，铜和奥氏体不锈钢有很大的冷态下的延伸率，并且是最佳的波纹管材料，对这种材料更要特别施加凸胀处理和拉伸成形。反之，那些包含体心立方晶格的金属，如碳素钢则不能凸胀法处理，因为这类金属的延展性，特别是在焊接部位的延展性不足。另一方面，尽管用奥氏体不锈钢制造的波纹管易于生产，但它们也有问题，即，由于腐蚀性溶液通过该波纹管会产生应力腐蚀裂纹。波纹管通过在其凸峰部位和凹谷部位弯曲吸收应力和振动，而且出于此原因，应力总作用在凸峰和凹谷部位。换言之，波纹管具有这样的结构或组件；由此它们应力总也去除不了。尽管如此，奥氏体不锈钢是一种具有高应力腐蚀裂纹敏感性的合金。因而，用奥氏体钢制造的波纹管就有这样的问题，极可能出现应力腐蚀裂纹。为避免应力腐蚀裂纹，仅有两种方法，即或采用应力腐蚀裂纹敏感性低的材料，或采用不易产生应力腐蚀裂纹的结构，即不遗留应力负载的结构。为减少奥氏体不锈钢的应力腐蚀裂纹敏感性，比如，日本未审专利公开49-107915推荐通过提高Ni含量来降低Cr、N、Mo和P含量。然而，即使采用这种钢时，只将应力腐蚀裂纹出现前的时间延长到某种程度，但是，不能防止发生应力腐蚀裂纹。另一方面，可以想到的是，通过增加凹下一凸起的数目，或通过减小下凹部位或凸起部位的弯角来减少作用于下凹部位或凸起部位的应力，以便将应力分散。但按照这种方法，波纹管变得长或很大，从而设备尺寸变得很大，生产成本增高。尽管如此，应力腐蚀裂纹敏感性的问题仍未解决，而且起因于环境的应力腐蚀裂纹问题也未解决。相反，本专利技术人通过限制铁素体不锈钢延展性，成功地生产实际上消除应力腐蚀裂纹敏感性的波纹管。虽然本专利技术人在将铁素体不锈钢加工成波纹管方面取得了成功，但由于材料延展性不足，多次在加工过程中，尤其是波纹管的凸峰部位及成形部位的末端出现破裂，而且与加工奥氏体不锈钢相比产率极低。因此，本专利技术人进行了实验，以便通过以已知原理为基础将C和N含量降至最低含量来改善该原料的延展性。虽然通过拉伸试验证明改善了原料的延展性，但在波纹管凸峰和已成形部位末端的破裂仍不一定减少。所以当检查断口时，检测到了断口部分的Al和O，由此发现铝的氧化物与断裂相关。从这事实推断断裂从夹杂物开始然后发展成韧性断裂。过去一直认为当弯曲工件时，特别是平行于轧制方向弯曲时，沿轧制方向延伸的硫化物型夹杂起了弯曲断裂起始点的作用，而球状的氧化铝型夹杂，除非其特别粗大，则认为是无害的。进而，根据拉伸试验，除非氧化铝型夹杂非常粗大，延展性不下降。如果氧化铝型夹杂是断裂的原因，则可以降低Al含量来采取反措施。由此，当将Al的加入量，以酸溶性Al计，降至0.005％或更低时，则脱氧不完全，尽管消除了Al型的夹杂物，但大量出现Si型的夹杂物。虽然一直未将这种材料形成波纹管，但根据以往的经验可以相信，加工裂纹的发展是不可避免的。换言之，当加Al时，则出现氧化铝型夹杂，而当降低Al含量时，脱氧不完全并出现大量Si型夹杂物。在无论哪种情况下，因夹杂导致的裂纹都不能防止。如上所述，本专利技术人曾遇到这样一种现象它们与妨碍常规的波纹管的加工障碍不同，因此常规原理不能解决这种障碍。因此本专利技术试图防止由于与常规概念不同的夹杂引起的加工裂纹及改进铁素体不锈钢在波纹管方面的产量和生产率。本专利技术人对在将铁素体不锈钢形成波纹管的过程中出现断裂的条件作了各种分析，并发现，在最终退火温度很高的材料中裂纹的出现程度是相当和缓的。据信，如果最终退火温度高，则材料的强度下降而延展性可改善，并且高的最终退火温度对于减少成形过程中的裂纹在质量上可能是有利的。然而，当以拉伸试检测该材料的机械性能时，强度的下降程度和延展性改善的程度并不总是明显的。另一方面，详细地检查了在将铁素体不锈钢形成波纹管时断裂发生的部位。结果发现，当在晶界中存有氧化铝型夹杂物时，它们极易成为断裂的起始点。当将这一事实与上述的，当材料的最终退火温度较高而裂纹的发生变小的事实综合考虑时，假定最终退火温度越高，晶粒变得越粗，而且最终存在于晶界上的化铝夹杂的量减少，从而在形成波纹管的过程中发生断裂的出现率下降。为什么存在于晶界中的夹杂对形成波纹管时出现断裂有很大影响的原因尚未被证实。然而，由于形成波纹管不是一个方向上的，如拉伸或弯曲的变形，而是还涉及二维方向变形的二维过程，这种变形形式的区别大概发生影响。从上述结果推测当除氧化铝型夹杂的任何夹杂存在于晶界中时，在形成波纹管时较易出现断裂。因此，为防止出现断裂，尽可能地减少夹杂，同时减少晶界的面积是重要的。照先前的概念，沿轧制方向延展的夹杂物有损于与夹杂物成直角方向的延伸(弯曲)。当钢脱氧不充分时，产生Si型的拉长的夹杂物。因此，可靠地进行脱氧是重要的，而且就此而言加Al是不可缺少的。本专利技术的目的是通过减少晶界中存在夹杂的可能性来防止在形成波纹管时出现裂纹，这是在上述概念的基础上通过增大晶粒尺寸而实现的。用于形成波纹管的凸胀对原材料施以二维变形，但在将钢管形成波纹管时，与轧制方向成直角方向上的变形特别大。另一方面，由于铁素体不锈钢通常有沿轧制方向延长的晶粒，所以在此基本上与轧制方向平行的晶粒中存在夹杂物的几率特别大。因此，本专利技术不仅通过增加晶粒尽寸来减少晶界上存在夹杂物的几率，而且主要目标是减少与轧制方向平行的晶界。当基于上述概念进行各种检验时，可通过将在与轧制方向垂直方向的截面中测得的，以晶粒度数目表示的晶粒度限于8.5或更低，较好是不超过8.0，最好是不大于7.5来急剧地减少在形成波纹管过程中出现的裂纹。晶粒度数按ASTM标准确定。控制在与轧制方向垂直的截面中测得的晶粒度和在平行于轧制方向的截面中测得晶粒度的方法可通过扩大和结合常规原则实施。冷轧材料的再结晶以这样的方式发生冷轧前的晶粒经冷轧沿轧制方向延伸，然后这样延伸的晶粒被后续的退火截断，而使之进行分段的再结晶。如果该晶粒度在冷轧前很大，或压下较小，在这种情况下，在与轧制方向成直角的截面中测得的晶粒度则变大。当通过降低退火温度来降低再结晶起点时在与轧制方向平行的截面中测得的晶粒度则变大。当退火温度变得更低时，该晶粒不进行再结晶，而是仅仅软化。在此情况下，该晶粒与沿轧制方向中轧制的和冷轧的晶粒没有不同。因此，通过根据冷轧前的晶粒度选择适宜的压缩比控制在与轧制方向垂直的截面中测得的晶粒度，及将退火温度设定为适宜的温度来控制在与轧制方向平行的截面中测得的晶粒度就成为可能。换言之，通过适当选择冷轧前的晶粒度，冷轧压缩比及退火温度则可适宜地控制在与轧制方向垂直的截面中测得的晶粒度和在与轧制方向平行的截面中测得的晶粒度。在上述技术概念的基础上完成了本专利技术。首先本专利技术提供了一种用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成波纹管的铁素体不锈钢，以重量％计，它包含：Ｃ：不大于０．０２％，Ｃｒ：１１．０－２２．０％，Ａｌ：０．０１－０．０８％，Ｎ：不大于０．０１５％，其中在轧制方向垂直方向的截面中测得的晶粒度，以晶粒度级数计，不大 于８．５，而在平行于轧制方向截面垂直的截面中测得的晶粒度，以晶粒度级数计，平均不小于５．０级。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高田健，山本章夫，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]