專利名稱：低鎳雙相不銹鋼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有良好熱加工性能和耐腐蝕性能的低鎳雙相不銹鋼，屬于金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙相不銹鋼是指在其固溶組織由鐵素體與奧氏體雙相組成，而且其中一相比例約 45% 55% (量少相至少占30%)的不銹鋼。由于兩相組織的特征使雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)，與鐵素體不銹鋼比，其韌性高、脆性轉(zhuǎn)變溫度低、耐晶間腐蝕和焊接性能好，同時(shí)保留了鐵素體鋼導(dǎo)熱系數(shù)高、膨脹系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，其屈服強(qiáng)度是奧氏體不銹鋼的兩倍，耐氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂能力均明顯高于300系列的奧氏體不銹鋼。雙相不銹鋼由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性能廣泛應(yīng)用于油氣、石化、化肥、橋梁、建筑以及化學(xué)品船等行業(yè)。近年來，隨著鎳價(jià)的不斷上漲和大幅波動(dòng)，為了充分發(fā)揮雙相不銹鋼資源節(jié)約的優(yōu)勢(shì)，雙相不銹鋼開始向低鎳的方向發(fā)展。低鎳雙相不銹鋼是指鉻含量在23%以下，且含鎳量低，同時(shí)不含鉬或含少量鉬的雙相不銹鋼，其設(shè)計(jì)開發(fā)思路是采用錳和氮代替鎳，保證雙相不銹鋼的兩相比例。該鋼成本較低，是取代傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼的理想材料。低鎳雙相不銹鋼相關(guān)專利的成分見下表。
專利申鉺號(hào)CSMMC!NiSPCaNMoOtherWO 02/23056. Al0.005-0.070.1-2.03-819-230.5-1.7--<1.00.15· 0.30< LO-200310079771.90.0 ΙΟ.030.2-1.04-621-221.354.70.001-0.02O ΟΙΟ 040.1-0.60.20-0.250.1-0,6B :0.0028-0.0043200810200580.30.01-0.10.2-1,0< L520-22L84.0-“<1,00.08-0.20-05200910134128.6< 0 )3 2 1-220-221.9-2.3<0.0025<0.0350.7-1.00,1-0.20.2-1.0-201010303097,3< 0.03-M P o yi21.S 231.5-2.5<0.003<0.0050.2-0.50,2-0.40.243.4-
專利申請(qǐng)?zhí)枮閃O 02/27056 Al 該專利鎳含量比較低，為了保證兩相的比例接近1 :1， 所以提高了錳和氮的含量。錳含量的提高，容易形成MnS夾雜，降低材料的腐蝕性，氮含量的增加，增加了冶煉的難度和成本。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810079771. 9 該專利與專利WO 02/27056 Al 一樣，同樣錳含量和氮含量比較高，降低了材料的耐腐蝕性和增加了材料的冶煉難度。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810200580. 3 該專利與專利200810079771. 9相比，提高了鎳含
量，降低了錳含量，但鎳含量增加太多，最高增加到4%，鎳含量的提高對(duì)雙相不銹鋼的組織穩(wěn)定是有利的，但成本也大大增加，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力比較弱。專利申請(qǐng)?zhí)枮?009101341 . 6 該專利與專利200810200580. 3相比，降低了鎳含量，
但錳的含量沒有相應(yīng)的增加，難以保證兩相組織的穩(wěn)定性，增加了熱加工的難度。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010505097. 3 該專利與專利2009101341 . 6 一樣，存在兩相組織的穩(wěn)定性和熱加工性能比較差的問題。
根據(jù)上述分析可知，雖然出現(xiàn)了較多的低鎳雙相不銹鋼，其成本有了較大的下降， 但是仍然存在的問題是這些發(fā)明專利合金的成本控制和熱加工性能的匹配沒有達(dá)到最優(yōu)化，即有些專利的鎳含量使用太少，導(dǎo)致錳和氮的含量的增加，熱加工性能變差，材料的成材率降低，最終材料的綜合成本并未降低；有些專利的錳和氮的含量過低，為了保證兩相的穩(wěn)定性，鎳含量就比較高，雖然熱加工性能比較好，但是材料的成本因?yàn)殒嚨脑黾右沧兊帽容^高。本專利綜合考慮了合金的成本和熱加工性能，設(shè)計(jì)出了一種具有低成本且具有良好熱加工性能和耐腐蝕性能的低鎳雙相不銹鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種配方設(shè)計(jì)合理、鎳金屬含量低、成本低、既具有良好熱加工性能能又具有較好耐腐蝕性的雙相不銹鋼。本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，設(shè)計(jì)了一種低鎳雙相不銹鋼，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為
C 0. 01-0. 04 ；Si 0. 2-1. 0 ；Mn 3-5 ；Cr 21-23 ；Ni 1. 7-2. 5 ；N 0. 15-0. 25 ；Mo 0. 2-1. 0 ；其余為!^e和不可避免的雜質(zhì)元素。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的化學(xué)成分中還含有B，所述B的質(zhì)量含量為0-30ppm。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的化學(xué)成分中還含有Ca，所述Ca的質(zhì)量含量為0-30ppm。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的雜質(zhì)中，Cu的質(zhì)量百分含量為0_1。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的雜質(zhì)中，S的質(zhì)量百分含量為0-0. 005。作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的雜質(zhì)中，P的質(zhì)量百分含量為0-0. 040。本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是降鎳，保證必要的鉻含量，以確保耐腐蝕性能和降低成本；選擇合適的錳和氮含量，以穩(wěn)定雙相不銹鋼的兩相組織。添加微量的硼元素，提高鋼的熱加工性能；增加微量的鈣元素，改變夾雜物的形貌。上述各元素的作用如下
C 碳是一種間隙元素，能夠強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏組織并擴(kuò)大奧氏體區(qū)。碳形成奧氏體的能力約為鎳的30倍，但過多的碳會(huì)與鋼中的鉻形成Cr23C6型碳化物，使鋼的耐腐蝕性能特別是耐晶間腐蝕性能下降。從耐腐蝕性角度考慮，一般要求碳越低越好，但過低的碳會(huì)使雙相鋼的兩相組織不穩(wěn)定，而且增加冶煉成本。因此兼顧雙相不銹鋼的組織和耐蝕性，控制碳在 0. 01-0. 04%οSi 硅是脫氧元素，另外也是提高抗高溫氧化性能的有效元素，但是硅是強(qiáng)烈的鐵素體形成元素。為了獲得穩(wěn)定的兩相組織，控制在0. 2-1. 0%。Mn:錳是較弱的奧氏體形成元素，但可增加氮在奧氏體鋼中的溶解度，錳、氮的復(fù)合加入可替代鋼中昂貴的鎳元素，但錳的加入會(huì)與鋼中的雜質(zhì)元素硫形成MnS而降低鋼的耐蝕性，過高的錳還降低鋼的焊接性能，因此錳控制在3-5%。Cr 鉻是雙相不銹鋼中的主要元素，增加鉻含量能夠提高不銹鋼的耐蝕性，但是鉻含量過多會(huì)導(dǎo)致在不銹鋼中形成過多的鐵素體，破壞兩相的平衡，因此鉻含量控制在 21-23%。Ni 鎳的主要作用是形成并穩(wěn)定奧氏體組織，它促進(jìn)鉻的鈍化，其本身不是耐蝕元素。鎳可改善冷熱加工性能，使強(qiáng)度、塑性和韌性很好的配合，但其價(jià)格也是比較昂貴的，因此，在保證不銹鋼綜合性能的前提下，盡可能降低鎳，控制其在1. 7-2. 5%。N:氮是非常強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，其形成奧氏體的能
4力與碳相當(dāng)，約為鎳的30倍。氮主要作用是作為固溶強(qiáng)化元素提高雙相不銹鋼的強(qiáng)度，但并不顯著降低鋼的塑性和韌性，同時(shí)N還可以顯著提高不銹鋼的綜合耐蝕性能。但氮含量過高，會(huì)導(dǎo)致鋼的熱加工性能下降。因此，控制氮在0. 15-0. 25%。Cu:銅是弱奧氏體形成元素，能顯著降低鋼的冷作硬化傾向，適量的銅可以提高鋼的冷加工成形性。但銅過高會(huì)降低奧氏體不銹鋼的熱塑性，從而影響鋼的熱加工性能。因此銅控制在1%以下。P，S 磷和硫是不可避免的雜質(zhì)元素，對(duì)性能有不利的影響，盡量降低磷和硫的含量，但考慮的冶煉的成本，因此控制P彡0. 040%, S彡0. 005%。Mo 鉬在奧氏體不銹鋼中的主要作用是提高鋼的耐還原介質(zhì)的腐蝕性能和耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕等的性能。但鉬是鐵素體形成元素，為使雙相不銹鋼保持兩相平衡，隨著鋼中鉬含量的增加，奧氏體形成元素也要相應(yīng)增加，同時(shí)也會(huì)增加合金的成本，綜合考慮，鉬控制在0. 2-1. 0%。B 硼是一種可選元素，硼是提高熱塑性強(qiáng)有力的元素，硼元素能夠防止不銹鋼熱軋過程中產(chǎn)生邊裂，但是硼過多會(huì)降低固溶態(tài)下的晶間腐蝕性能。因此硼控制在0-30ppm。Ca:鈣是一種可選元素，鈣優(yōu)先與降低熱加工性的硫反應(yīng)，從而提高鋼的熱加工性，同時(shí)，適量的鈣還可以改變夾雜物的形態(tài)，提高鋼坯的質(zhì)量。但過多的鈣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生過多的夾雜物。因此鈣含量控制在0-30ppm。在鋼種成分設(shè)計(jì)中，考慮了鉻、鎳當(dāng)量及相平衡，鉻、鎳當(dāng)量的計(jì)算公式如下 鉻當(dāng)量 ％Creq=%Cr+%Mo+l. 5 x %Si
鎳當(dāng)量 ％Nieq=%Ni+30 χ (%C+%N) +0. 5 χ %Μη+0. 3%Cu
以上公式主要用于成分設(shè)計(jì)時(shí)，確保合適的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，只有鉻鎳當(dāng)量比較合適， 才能保證穩(wěn)定的兩相組織。本發(fā)明同已有的技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)
本發(fā)明者通過不斷的摸索，調(diào)整了鋼中各元素及其配比，本發(fā)明的成分配比，在降低成本的同時(shí)，使得產(chǎn)品既具有良好耐腐蝕性能，又具有良好熱加工性能，是一種新型的低成本的低鎳雙相不銹鋼。本發(fā)明的配比，能夠全面平衡產(chǎn)品的性能，在不增加成本的情況下，全面優(yōu)化后的成分和含量，使得產(chǎn)品的整體性能得到了極大的提升。解決了現(xiàn)有技術(shù)中多種雙相不銹鋼存在的問題。本發(fā)明在成分設(shè)計(jì)時(shí)選定了合適的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，使雙相不銹鋼保持了兩相的穩(wěn)定性。本發(fā)明專利產(chǎn)品耐腐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)的304不銹鋼，在某些領(lǐng)域可以代替304不銹鋼。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的熱力學(xué)計(jì)算相比例圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的金相圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
實(shí)施例
表1為本發(fā)明實(shí)施例1-10與比較例1-2的成分列表wt%。表1單位重量百分比
權(quán)利要求
1.一種低鎳雙相不銹鋼，其化學(xué)成分的重量百分比為C 0. 01-0. 04 ；Si 0. 2-1. 0 ；Mn 3-5 ；Cr 21-23 ；Ni 1. 7-2. 5 ；N 0. 15-0. 25 ；Mo 0. 2-1. 0 ；其余為!^e和不可避免的雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低鎳雙相不銹鋼，其特征是所述的化學(xué)成分中還含有B，所述B的質(zhì)量含量為0-30ppm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低鎳雙相不銹鋼，其特征是所述的化學(xué)成分中還含有Ca，所述Ca的質(zhì)量含量為0-30ppm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的低鎳雙相不銹鋼，其特征是所述的雜質(zhì)中，Cu的質(zhì)量百分含量為0_1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的低鎳雙相不銹鋼，其特征是所述的雜質(zhì)中，S的質(zhì)量百分含量為0-0. 005。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的低鎳雙相不銹鋼，其特征是所述的雜質(zhì)中，P的質(zhì)量百分含量為0-0. 040。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有良好熱加工性能和耐腐蝕性能的低鎳雙相不銹鋼，屬于金屬材料領(lǐng)域。本發(fā)明的低鎳雙相不銹鋼，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分比為C0.01-0.04；Si0.2-1.0；Mn3-5；Cr21-23；Ni1.7-2.5；N0.15-0.25；Mo0.2-1.0；其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明具有配方設(shè)計(jì)合理、鎳金屬含量低、成本低、既具有良好熱加工性能能又具有較好耐腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/58GK102418051SQ20111042972
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者劉彥妍, 劉曉亞, 周勇, 李亞峰, 李 杰, 楊振, 申鵬, 顏海濤 申請(qǐng)人:振石集團(tuán)東方特鋼股份有限公司