本发明涉及铁素体不锈钢，具体涉及一种具有优良塑性和高强度的中铬铁素体不锈钢冷轧板的制造方法。
背景技术：
铁素体不锈钢在我国有广阔的发展前景。从消费领域分析，我国是一个家电生产大国，而家电工业是铁素体不锈钢的使用大户(如430等牌号)，如洗衣机的滚筒使用铁素体不锈钢。随着国内汽车工业的发展，汽车排气系统也是使用铁素体不锈钢的重要领域(如409等牌号)；在房屋建筑等方面，室内外装饰特别是屋面采用铁素体不锈钢更有优势(如445等牌号)；在石化和环保等工业领域，需要更好的抗腐蚀性能，而中铬铁素体不锈钢将成为这个领域的选择(如444等牌号)；我国是世界上最大的五金制品制造和出口基地，铁素体不锈钢在五金制品领域也有巨大的使用空间(如443等牌号)。
中铬铁素体不锈钢(Cr重量百分比含量约为：18～22％)是近些年来新兴的钢种，该类钢种通过降低碳氮含量来提高材料的耐腐蚀性能，并通过加入稳定碳氮的微合金化元素(铌、钛、钒等)来提高材料的冷加工和焊接等性能，这些微量元素还可提高材料冷加工后的表面质量，如可以减轻材料冷成形后起皱的程度。该钢种具有与常规304奥氏体不锈钢基本相当的耐腐蚀性能及冷成形性能优良的特点，且成本低，可广泛应用于电器、制品、汽车、电梯等行业。目前日本日新制钢等公司已大量生产此类钢种，牌号有NSS180、NSS442M、SUS430J1L等。该类钢种主要用于代替价格较高的奥氏体不锈钢和耐蚀性较差的常规中低铬铁素体不锈钢，已在多个行业应用，如：家用电器部件、制品、汽车内外饰件，还用于换热器部件等，市场需求量较大。可见该钢种在国内外广泛应用，市场前景可观。但在一些家电及制品等行业，对材料的冷加工性能和强度的要求越来越高，希望得到既具有高塑性又具有高强度的材料，这样就需要钢铁企业开发新 型的不锈钢材料。
现有中铬铁素体不锈钢的化学成分中碳、氮均控制较低，并含有铌、钛、钒及铝等稳定碳、氮的元素，有些还添加了镍和铜。这样的化学成分设计均是为了提高材料的耐腐蚀和冷加工成形性。但，钛、铝等元素的添加容易在材料中生成较大较硬的非金属化合物颗粒，在材料进行轧制加工时，这些颗粒容易从材料表面脱落，从而影响表面质量。特别是对于冷轧光亮板，含钛或铝铁素体不锈钢时常出现表面起皮或条纹等缺陷，产品表面的光亮度、粗糙度也会随之降低。而对于一些表面质量要求高的使用环境，如家电部件，这样的表面缺陷是不允许出现的。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有优良塑性和高强度的中铬铁素体不锈钢及其制造方法，该钢具有优良塑性和高强度，其抗拉强度≥510MPa，屈服强度≥350MPa，延伸率≥35％，点腐蚀电位E′b10≥0.21v，可加工成各种形状的产品，应用于家电、制品、汽车等行业。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种具有优良塑性和高强度的中铬铁素体不锈钢，其化学成分重量百分比为：C：0.01～0.04％、Si：0.3～0.5％、Mn：0.1～0.3％、P：≤0.04％、S：≤0.01％、Cr：18.0～22.0％、Cu：0.4～0.7％、Nb：0.4～0.7％、N：0.01～0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时需满足如下关系：0.03％≤C+N≤0.06％、1.0％≤Nb+Cu≤1.2％。
进一步，本发明所述中铬铁素体不锈钢的微观组织是均匀细小的铁素体等轴晶粒。
所述中铬铁素体不锈钢的抗拉强度≥510MPa，屈服强度≥350MPa，延伸率≥35％，点腐蚀电位E′b10≥0.21v。
在本发明钢的成分设计中：
碳(C)：是增加合金强度的元素，但不易过多，否则会损失材料塑性和耐蚀性。因此，本发明控制碳含量为0.01～0.04％。
硅(Si)：是作为脱氧剂加入的，但加入过多会降低塑性。因此，本发明控制硅含量为0.3～0.5％。
锰(Mn)：考虑到锰对热塑性起到一定的有利作用，但过多时会降低塑性和耐蚀性能，应尽量少一些，因此本发明控制锰含量为0.1～0.3％。
磷(P)、硫(S)：出于热塑性和耐蚀性的考虑，这两个元素要尽量低些，应控制P≤0.04％、S≤0.01％。
铬(Cr)：改善耐蚀性的重要元素，低于18％时，耐蚀性较差，不能达到使用要求，但铬含量超过22％时会增大生产难度、成本及金属间化合物析出倾向。因此，本发明控制铬含量为18～22％。
铜(Cu)：少量的铜可以提高材料的冷加工塑性和强度，但较多时则会增加成本和降低塑性，因此本发明控制铜含量为0.4～0.7％。
铌(Nb)：加入一定量的微量元素铌，对材料的碳、氮起到稳定的作用，细化组织，可提高塑性、强度和耐腐蚀性能等，但过多铌对材料塑性反而不利，且增加材料成本。因此，本发明控制铌含量为0.4～0.7％。
氮(N)：可以增加强度，要求氮含量为0.01～0.04％是出于保证材料具有优良塑性和耐蚀性的考虑。
0.03％≤C+N≤0.06％：碳和氮是增加合金强度的元素，但不易过多，否则会损失材料塑性和耐蚀性能。针对家电行业，需要较高的强度，可以节约材料，降低成本。为此，碳、氮元素的含量不宜过低，以保证高强度，但也不能过高，否则会降低塑性和耐腐蚀性能，无法满足家电行业的加工性能要求。
1.0％≤Nb+Cu≤1.2％：铌和铜是提高材料塑性和表面质量的元素，还可以提高强度。针对家电行业要求，需要较高的塑性和表面质量，加入足够量的铌和铜既可得到较好的塑性、成型性和强度，又可以保证产品表面质量。但，当铌和铜含量超过1.2％，会使强度过高，造成塑性下降，并增加了材料成本。结合碳+氮含量控制在0.03～0.06％，固考虑到碳、氮、铌和铜元素对材料性能的综合影响，相应的将铌+铜控制在1.0～1.2％范围内，保证得到优良的冷加工塑性和强度，又可以保证良好的产品表面质量，从而获得最佳的性能和表面质量组合。
本发明所述的具有优良塑性和高强度的中铬铁素体不锈钢的制造方法，包括如下步骤：
1)炼钢、铸造
按上述成分采用电炉-AOD炼钢，连铸成铸坯。
2)热轧
开轧温度为1150～1200℃，终轧温度为850～950℃。
3)退火、酸洗
退火温度为980～1000℃，退火时间为30～60s，退火后酸洗。
4)冷轧
冷轧减薄率≥80％。
5)冷轧后光亮退火
光亮退火温度为1000～1020℃，光亮退火时间为30～60s。
本发明的制造工艺设计中：
本发明热轧开轧温度为1150～1200℃，终轧温度为850～950℃，保证足够高的热轧板温度，可以减少热轧辊痕迹等缺陷的发生。
冷轧过程中控制减薄率≥80％，大变形量的冷轧加工是为了保证冷轧板中存储足够的形变能，在后续的退火加工中可以得到良好的金相组织和性能。
热轧后退火工艺、冷轧后光亮退火工艺都是采用高温短时间退火，使钢板获得良好的金相组织和性能。
本发明可以重复步骤4)和步骤5)将热轧退火板进行两次冷轧及退火加工。这样可以得到更好的均匀细小晶粒组织，进而保证材料具有更加优良的塑性和强度，还可提高表面质量。
本发明的有益效果：
本发明通过控制碳、氮含量，并添加一定量的铌、铜来保证材料既具有优良的塑性，还具有高强度；制造工艺上通过对材料进行大形变量的冷轧加工和高温短时退火处理，来获得均匀细小的晶粒组织，进一步提高材料的塑性和强度，并保证获得良好的产品表面质量。
附图说明
图1为本发明实施例1钢的微观金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
本发明实施例不锈钢化学成分见表1。
本发明制造方法采用电炉-AOD炼钢，连铸成坯，铸坯厚度200mm，热轧至4mm厚，980～1000℃保温30～60秒钟退火+酸洗，然后冷轧至0.5mm厚，在1000～1020℃光亮退火，退火保温30～60秒钟。
对本发明实施例1-5及对比例1-4不锈钢冷轧板进行了拉伸性能检测(试验标准：GB/T 228-1987金属拉伸试验方法)，结果见表2。
按照不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法(试验标准：GB/T 17897-1999)对本发明不锈钢冷轧板进行耐腐蚀性能测试，检测结果见表2。
从表2可知：本发明钢的延伸率均在35％以上，屈服强度均在350MPa以上，抗拉强度均在510MPa以上，具有优良的塑性和高强度。从表1、表2可知，随着C+N和Nb+Cu含量的增加，材料的塑性逐渐减少，强度逐渐增加。对比例1的C+N含量低于本发明，其强度性较低，说明：C+N＜0.03％时材料的强度较差；对比例2的C+N含量大于本发明，其塑性较低，说明：C+N＞0.06％时材料的塑性较差；对比例3的Nb+Cu含量低于本发明，其强度较低，说明：Nb+Cu＜1.0％时材料的强度较差；对比例4的Nb+Cu含量大于本发明，其塑性较低，说明：Nb+Cu＞1.2％时材料的塑性较差。
由表2可知，本发明钢与常规的中铬铁素体不锈钢相比，耐腐蚀性能基本相当。实施例3的Nb含量较高，其耐蚀性能较好。实施例5中的Cr含量较高时，其耐蚀性能明显提高。对比例1的C+N含量较低，其耐腐蚀性能较好；而对比例2的C+N含量较高，其耐腐蚀性能较低。可见，C+N＞0.06％时材料的耐腐蚀性能明显降低。
参见图1，本发明钢的晶粒组织均为均匀细小的铁素体等轴晶粒，保证了材料具有良好的塑性和强度。