低镍含量的沃斯田铁系不锈钢 (1)技术领域
本发明涉及一种不锈钢，特别是涉及一种可取代304不锈钢部分用途的沃斯田铁系不锈钢。
(2)背景技术
近年不锈钢因经济的发展，生活水平的提高而被大量使用，其中因沃斯田铁系不锈钢因具有优良的耐蚀性、加工性而应用最为广泛，尤其一般家庭用具，如厨具、卫浴设备五金零件等等。
不过沃斯田铁系不锈钢为了要得到稳定的沃斯田铁相必须添加昂贵的镍，这在经济性的考虑上形成一种限制，因镍含量不丰富但需求却稳定增加，因此镍的成本节节升高致使必须含镍的不锈钢价格波动甚大，而当价格持续走高时，则可能因价格高涨而使其丧失竞争优势，故开发低镍含量且具有与现行304不锈钢相近地耐蚀性及机械性质的不锈钢合金，成为研究人员努力的目标，各大厂莫不朝此一方向研发，以期取得相对成本优势。
一般而言，使不锈钢中沃斯田铁相稳定的元素包含镍、铜、锰、氮、碳等元素，降低镍含量则促成高温肥粒铁相的形成，使沃斯田铁相将变得不稳定，因此，须借由其他元素的添加予以稳定，避免不锈钢容易生成高温肥粒铁相而导致高温热加工性劣化，带来制程上的障碍。
虽然许多人提出许多相关发明专利，如揭示于台湾发明专利第289054中，虽然试图提出新的估算公式以用来估算高温肥粒铁相值，但由于其是在铬17％T前提下，考虑有关沃斯田铁相的稳定元素，如镍、铜、锰、氮、碳等影响，但因并未明确指出元素掺杂比重在何范围内不致造成热间加工的破裂，故仍无法根本解决上述问题。
此外，日本特开昭61-124556号、特公平6-86645号等二发明专利，分别是以添加钙来对热加工性及热脆性进行改进，基本上，与本发明的探讨方向并不相同，故不多加赘述。
另外，台湾发明专利第452600号中企图通过压低硫含量的生成，并添加钙、铝等脱氧剂以减少残留的介在物，以增高其耐蚀性；然而，欲制造此种高清净钢须用铝脱氧，且加入钙硅线以调整介在物成份，但钙硅线的回收率并不稳定，且须再增加冶炼时间及其原料成本，实质炼钢成本亦将提高，因此，亦无法相对节省成本，取得竞争优势。
综上述，如何通过合金设计，利用锰、铜、氮的添加取代部分的镍含量，而发展出与304不锈钢有相近耐蚀性的合金材料，实为业界不断开发研究的重要课题。
(3)发明内容
本发明的目的是提供一种低镍含量且耐蚀性良好，适用于管件、浅冲加工的沃斯田铁系不锈钢。
为达到上述目的，本发明一种低镍含量的沃斯田铁系不锈钢包含一重量百分比介于0.03与0.12之间的碳元素、一重量百分比介于0.2与1.0之间的硅元素、一重量百分比介于7.5与10.5之间的锰元素、一重量百分比介于14.0与16.0之间的铬元素、一重量百分比介于1.0与5.0之间的镍元素、一重量百分比介于0.04与0.25之间的氮元素、一重量百分比介于1.0与3.5之间的铜元素、至少包含钼的多种微量元素，及平衡的铁元素，该沃斯田铁系不锈钢的一高温肥粒铁相值不大于8.5，且该高温肥粒铁相值＝6.77x(铬％t+钼％t+1.5x硅％t)-4.85x(镍％t+30x碳％t+30x氮％t+0.5x锰％t+0.3x铜％t)-52.75，其中％t表示重量百分比。
(4)附图说明
图1是一实验结果折线图，说明本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢，热轧温度介于摄氏1050~1250度时，高温肥粒铁相值不因温度升高而增加以导致轧延边裂的产生。
(5)具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
本发明一种低镍含量的沃斯田铁系不锈钢是以现有狄龙组织图所得的高温肥粒铁相值计算方式为理论根据，并详细研究其中添加元素比重的影响，并由实际实验测量肥粒铁残留量与各成分元素作线性回归，而发展一能更准确预测沃斯田铁系不锈钢机械性质的高温肥粒铁相值计算公式，高温肥粒铁相值＝6.77x(铬％t+钼％t+1.5x硅％t)-4.85x(镍％t+30x碳％t+30x氮％t+0.5x锰％t+0.3x铜％t)-52.75，其中％t表示重量百分比；同时，控制添加的碳(C)的重量百分比介于0.03与0.12、硅(Si)的重量百分比介于0.2与1.0、锰(Mn)的重量百分比介于7.5与10.5、铬(Cr)的重量百分比介于14.0与16.0、镍(Ni)的重量百分比介于1.0与5.0、氮(N)的重量百分比介于0.04与0.25、铜(Cu)的重量百分比介于1.0与3.5、多种微量元素，及平衡的铁元素，这些微量元素至少包含钼(Mo)、5至30ppm的硼(B)、小于150ppm的硫(S)、重量百分比小于0.06的磷(P)，并使高温肥粒铁相值不大于8.5，从而完成本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢，而可以低镍含量且低铬含量，大幅降低原料成本，并保有良好的耐蚀性，而可取代部分一般304不锈钢，用于一般较不严苛的使用条件，如管件、浅冲加工的一般器皿等用途。
由于镍为贵金属，必须尽量降低必要用料量，以降低原料成本，但镍又是沃斯田铁相的重要稳定元素，可抑制沃斯田铁相转变为麻田散铁相，同时增加不锈钢本身的耐还原酸的能力，并可提升冷作性，因此本发明的重点在于降低镍的重量百分比介于1.0至5.0，以大幅降低原料成本，同时仍可保有不锈钢本身的耐蚀性，及相关机械性质。
而铬为主要抗蚀以及肥粒铁相的稳定元素，但同时为了原料成本考虑，因此控制添加铬的重量百分比介于14与16；此外，氮、锰及铜均为沃斯田铁相的稳定元素，因此以重量百分比介于0.04至0.25的氮、重量百分比介于7.5至10.5的锰，与重量百分比介于1.0至3.5的铜，取代部分镍、降低原料成本。
碳为沃斯田铁相的强稳定元素，但同时其重量百分比太高易使耐蚀性降低，且易诱发麻田散铁导致时效破裂，因此本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢，控制添加的碳的重量百分比介于0.03与0.12；而，在不锈钢精炼过程中，必须以硅作为脱氧剂进行脱氧，因此必须有一预定的重量百分比，但是硅同时不利于沃斯田铁相的稳定，因此控制硅的重量百分比介于0.2与1.0。
另外，限制硼的重量百分比介于5~30ppm，可使本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢的热加工性较佳；而硫、磷有害杂质元素，虽然含量愈低愈佳，但同时考虑精炼制程成本时，则仅需限制硫含量小于150ppm，磷的重量百分比小于0.06即可。
参阅图1，由实际实验可知，当本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢热轧温度超过摄氏1250度时会进入高温两相区，随着温度升高而使肥粒铁相急速增加，使边裂机率大幅提高；而若温度低于摄氏1050度，则不锈钢的变形阻抗会升高而不利于热间轧延，因此，当热轧前铸材再热温度介于摄氏1050~1250度间进行热间轧延，可有效确保热轧品质，而完成本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢；同时由表1可清楚地明白，本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢在控制高温肥粒铁相值不大于8.5后，确实不会使边裂缺陷产生。
表2是一说明本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢与一般304不锈钢，各试片的成分组成及其经过盐雾试验(ASTMB117)后结果的比较表，首先，本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢的另一较佳实施例，可由表2中清楚地明白其多种不同成分组合的实施态样(表中仅揭示出碳、硅、锰、铬、铜、硼等元素重量百分比)，例如试片编号1，即是碳的重量百分比为0.058、硅的重量百分比为0.48、锰的重量百分比为7.56、铬的重量百分比为15.26、钼的重量百分比为0.24、铜的重量百分比为1.79，及硼的重量百分比为0.0001，因本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢的组成成分的组合方式众多，在此不再多加举例说明。
再者，由表2盐雾试验的实验结果比较表可知，本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢与一般304不锈钢的多种试片，热轧后经酸洗及固溶处理后，进行盐雾试验后的腐蚀率均小于0.1％，证明本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢，确实与一般304不锈钢具有相同的耐腐蚀性，而可取代部分一般304不锈钢用于一般较不严苛的使用条件，如管件、浅冲加工的一般器皿等用途。
表3是一说明本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢与一般304不锈钢各试片的机械性质的比较表，由表3可知，本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢以厚度3公厘的试片进行机械强度试验时，抗拉强度介于618.4~642.6MPa、降伏强度介于289.5~319.7MPa、硬度(HRB)介于82.3~84.7，及伸长率介于53.1％~55.3％，确实较一般304不锈钢的韧性更佳，符合下游冲压成型加工的用途。
由于本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢组成成分的组合方式众多，上述仅以表1、2中所载的少数试片成分组合为例说明而已，熟悉此项技术的人士当知，本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢的组成成分，并不以表1、2中所揭示为限。
综所上述，本发明低镍含量的沃斯田铁系不锈钢是确实依据实验研究修正高温肥粒铁相值的计算公式，同时详细研究不锈钢中主要成分如碳、硅、锰、铬、镍、钼、铜、氮、硼等元素的重量百分比及控制高温肥粒铁相值，以减少镍的原料使用量，大幅降低原料生产成本，同时仍保有不锈钢的耐蚀性，及冲压成型的相关机械性质，而可取代部分一般304不锈钢用于一般较不严苛的使用条件，如管件、浅冲加工的一般器皿等用途，而可广泛应用于业界，确实能达到发明的目的。試片編號 C Si Mn Cr Cu δ-f邊裂缺陷 01 0.039 0.47 7.07 19.04 2.15 28.58 有 02 0.050 0.45 7.58 17.53 2.03 15.82 有 03 0.046 0.47 7.96 18.33 1.71 22.60 有 04 0.052 0.51 7.54 18.13 1.73 19.85 有 05 0.051 0.53 7.5 16.2 1.5 9.1 有 06 0.053 0.50 7.6 16.3 1.60 8.49 無 07 0.032 0.53 7.85 15.36 1.71 6.636 無 08 0.032 0.54 8.00 15.33 1.66 6.259 無 09 0.032 0.58 7.54 15.23 1.59 4.984 無 10 0.059 0.62 7.44 15.26 1.65 3.859 無 11 0.046 0.42 7.86 15.68 1.66 3.278 無 12 0.051 0.49 7.63 15.16 1.62 1.684 無 13 0.060 0.50 8.08 15.14 1.70 0.109 無 14 0.066 0.54 7.76 14.99 1.65 -1.989 無
表一試片編號鋼種C Si Mn Cr Cu B腐蝕结果 1發明鋼0.058 0.48 7.56 15.26 1.79 0.0001≤0.1％ 2發明鋼0.051 0.54 7.86 15.35 1.69 0.0032≤0.1％ 3發明鋼0.059 0.77 7.84 14.94 1.78 0.0001≤0.1％ 4一般304不銹鋼0.045 0.53 1.25 18.19 0.23 0.0008≤0.1％
表二試片編號 抗拉強度 (MPa) 降伏強度 (MPa) 硬度 (HRB0) 伸長率 (％) 一般304 不銹鋼 1 657.8 322.8 81.8 48.5 2 660.0 324.6 83.2 49.1 3 660.6 325.0 82.6 47.8 4 663.8 328.9 82.4 48.8 發明鋼 5 641.9 301.6 83.4 53.4 6 621.7 313.3 83.5 55.2 7 630.2 289.5 82.5 55.3 8 628.5 287.6 82.3 55.0 9 642.3 291.3 82.8 53.1 10 618.4 312.0 84.3 53.7 11 634.6 296.4 82.8 53.8 12 639.0 317.2 83.9 54.1 13 642.6 319.7 84.7 54.3 14 621.7 313.3 83.5 55.2
表三