CN103074551B - 一种双相不锈钢合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双相不锈钢合金及其制备方法。双相不锈钢合金化学成分的质量百分比为：C:0.01-0.03%、Si:0.1-2.0%、Mn:1.0-3.0%、Cr:20-22%、Ni:1.7-2.5%、Cu:0.7-1.0%、N:0.1-0.2%、W:0.2-1.0%，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明钢材具有良好力学、热加工性能和高耐腐蚀性能，可用常规方法生产。由于采用廉价的氮和锰部分替代镍来稳定双相不锈钢中的奥氏体相，并用廉价钨元素取代钼，从而降低了成本；同时，通过合理调整镍、氮、锰元素配比，控制锰元素含量保持较低水平，避免低熔点硫化物在相界存在，有效地改善了双相不锈钢的热加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种双相不锈钢合金及其制备方法，属于不锈钢冶金领域。
背景技术
双相不锈钢是指在其固溶组织由铁素体与奥氏体双相组成，而且其中一相比例约45%-55%（量少相至少占30%）的不锈钢。由于两相组织的特征使双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，与铁素体不锈钢比，其韧性高、脆性转变温度低、耐晶间腐蚀和焊接性能好，同时保留了铁素体钢导热系数高、膨胀系数小的优点。与奥氏体不锈钢相比，其屈服强度约为奥氏体不锈钢的两倍，耐氯化物应力腐蚀断裂能力均明显高于300系列的奥氏体不锈钢。双相不锈钢由于其优异的力学性能和耐腐蚀性能，广泛应用于油气、石化、化肥、桥梁、建筑以及化学品船等行业。
近年来，随着镍价的不断上涨和大幅波动，为了充分发挥双相不锈钢资源节约的优势，双相不锈钢开始向低镍的方向发展。低镍双相不锈钢是指铬含量在23%以下，且含镍量低，同时不含钼或含少量钼的双相不锈钢。其设计开发思路是采用锰和氮代替镍，保证双相不锈钢的两相比例。该钢成本较低，是取代传统奥氏体不锈钢的理想材料。
低镍双相不锈钢相关专利的成分见下表。
| 专利申请号 | C | Si | Mn | Cr | Ni | S | P | Cu | N | Mo |
| 200810039374.9 | 0.01-0.1 | 0.2-1 | 4-12 | 18-23 | 0.2-1 | 0-0.01 | 0-0.015 | 0-1 | 0.2-0.4 | 0.1-1.0 |
| 200810032406.2 | 0-0.04 | 0-1 | 7-9 | 21-23 | 0.1-1 | 0-0.01 | 0-0.015 | 0.3-1.5 | 0.25-0.35 | 0.3-1.5 |
| 201110186769.3 | 0-0.04 | 0-1 | 5-7 | 18-20 | 1-2 | 0-0.01 | 0-0.015 | 0.1-1 | 0.15-0.25 | 0.1-1 |
| 200810032407.7 | 0-0.04 | 0-1 | 5-7 | 18-20 | 0.1-1 | 0-0.01 | 0-0.015 | 0.1-1 | 0.15-0.25 | 0-1 |
| 200810079771.9 | 0.01-0.03 | 0.2-1 | 4-6 | 21-22 | 1.35-1.7 | 0.001-0.02 | 0.01-0.04 | 0.1-0.6 | 0.2-0.25 | 0.1-0.6 |
专利申请号为200810039374.9：该专利镍含量比较低，为了保证两相的比例接近1:1，所以提高了锰和氮的含量。锰含量的提高，容易形成MnS夹杂，降低材料的腐蚀性，氮含量的增加，增加了冶炼的难度和成本。
专利申请号为200810032406.2：该专利与专利200810039374.9一样，同样锰含量和氮含量比较高，降低了材料的耐腐蚀性和增加了材料的冶炼难度。
专利申请号为201110186769.3：该专利与专利200810032406.2相比，提高了镍含量，降低了锰含量，镍含量的提高对双相不锈钢的组织稳定是有利的，但成本也随之增加，其市场竞争力比较弱。
专利申请号为200810032407.7：该专利与专利201110186769.3相比，降低了镍含量，但锰的含量没有相应的增加，难以保证两相组织的稳定性，增加了热加工的难度。
专利申请号为200810079771.9：该专利与专利201110186769.3一样，存在两相组织的稳定性和热加工性能比较差的问题。
根据上述分析可知，虽然出现了较多的低镍双相不锈钢，其成本较之304、316L不锈钢已经有了较大的下降，但是仍然存在的问题是：这些发明专利合金的成本控制和热加工性能的匹配没有达到最优化，即有些专利的镍含量使用太少，导致锰和氮的含量的增加，热加工性能变差，材料的成材率降低，最终材料的综合成本并未降低；有些专利的锰和氮的含量过低，为了保证两相的稳定性，镍含量就比较高，虽然热加工性能比较好，但是材料的成本因为镍的增加也变得比较高。本专利综合考虑了合金的成本和热加工性能，设计出一种具有低成本且具有良好热加工性能和耐腐蚀性能的双相不锈钢合金。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种配方合理、镍金属含量低、成本低、既具有良好热加工性能又具有较好耐腐蚀性能的双相不锈钢合金及其制备方法。
双相不锈钢合金化学质量百分成分为：
C: 0.01-0.03%、Si: 0.1-2.0%、Mn: 1.0-3.0%、Cr: 20-22%、Ni: 1.7-2.5%、Cu:0.7-1.0%、N:0.1-0.2%、W: 0.2-1.0%，其余为Fe和杂质。
所述的化学成分中含有B，所述B的质量百分含量为：0.001-0.01%。
所述的化学成分中含有Ca，所述Ca的质量百分含量为：0.001-0.01%。
所述的杂质中含有S，S的质量百分含量为：0.01-0.03%。
所述的杂质中含有P，P的质量百分含量为：0.01-0.04%。
双相不锈钢制备方法包括如下步骤：
1）把温度为1400-1500℃的电炉熔化的不锈钢母液兑入AOD炉内，不锈钢母液质量百分成分为：
C: 1.2-2.5%、Si: ≤0.20%、Mn: ≤0.10%、P：≤0.040%、S：≤0.035%、Cr: 18.0-22.0%、Ni: ≤2.50%、Cu:0.7-1.0%、W: ≤1.0%，其余为Fe和杂质；
2）顶吹氧气进行脱碳，并从AOD炉底吹入氮气进行搅拌，加入石灰100-150Kg/t钢及白云石25-40Kg/t钢，当铬质量百分含量小于20.5%时，加入高碳铬铁；当铬质量百分含量大于22.0%，钢水还原后加入碳钢进行稀释；
根据步骤1）中兑钢时钢水中的碳含量，确定吹氧量，当碳质量百分含量为0.15-0.2%时，停止顶吹氧，当碳质量百分含量为0.04-0.08%时，测量钢水温度，取样分析碳含量，并调整吹氧量，当碳质量百分含量小于0.04%时，再次取样分析碳含量；
3）当碳质量百分含量小于0.03%后，在AOD炉中加入硅铁40-50Kg/t钢，石灰20-30Kg/t钢，萤石10-20Kg/t钢，对钢水进行还原和脱硫；
4）钢水还原后进行扒渣，并加入铝粉0.4-0.6K/t钢，调整炉渣，测量钢水温度，并取样分析钢水中合金元素的含量，并通过加入硅铁、锰铁、铬铁、钨铁及金属镍使钢水中的合金质量百分成分达到以下要求：Si：0.10-2.00%、Mn：1.0-3.0%、Cr：20.0-22.0%、Ni：1.70-2.50%、W：0.20-1.0%；
从AOD炉的底部吹入氩气，去除钢中多余的氮，吹氩量为2.1-2.8m3/t钢，当钢水质量百分成分达到以下要求时，立即出钢：
C: 0.010-0.030%、Si: 0.10-2.00%、Mn: 1.0-3.0%、P：0.010-0.040%、S：0.001-0.030%、Cr: 20.0-22.0%、Ni: 1.70-2.50%、Cu:0.70-1.0%、W: 0.20-1.0%，其余为Fe和杂质；
出钢时，把钢水从AOD炉倒入烘烤好的钢包，出钢量达到总钢水量1/3时，一次性向钢包内加入硼铁0.4-0.5Kg/t钢，加入铝饼0.4-0.5Kg/t钢，钢水的温度为1570-1600℃，钢包内渣层的厚度为180-300mm；
5）根据钢水质量喂入硅钙线，喂入量为钢水质量的0.05-0.2%，喂线后，钢包低吹氩气50-120L/min强搅拌，根据钢水温度控制强搅拌时间不小于8min，强搅拌后，对钢水进行弱搅拌，氩气量小于35L/min，搅拌时间大于5min，钢水温度达到1525-1535℃时，钢包吊往连铸工序；
6）当钢水质量百分成分达到下述要求时，进行连铸：
C: 0.010-0.030%、Si: 0.10-2.00%、Mn: 1.0-3.0%、P：0.010-0.040%、S：0.001-0.030%、Cr: 20.0-22.0%、Ni: 1.70-2.50%、Cu:0.70-1.0%、W: 0.20-1.0%、N：0.10-0.20%，其余为Fe和杂质；
连铸中间钢包中钢水温度为1480-1500℃，拉速为0.8m/min;结晶器冷却水量如下：窄面冷却水为300L/min，宽面冷却水为2300L/min，二次冷却水量为0.85Kg/L，连铸最后10min需要缓慢降低拉速，中间包钢水浇注完毕后，连铸进行封顶操作；
7）将所述连铸坯放入以高焦混合煤气为介质的加热炉中加热到1200-1250℃保温，锻造或热轧，将锻造或热轧后的钢板或板卷进行退火酸洗，退火温度为1000-1100℃。
所述的连铸坯加热后的保温时间为120-180min，连铸坯在锻造或热轧时，终锻或终轧温度为950-1000℃，轧制后的钢板退火时间为1.5-2.5min/mm厚度，退火后的钢板以10-20℃/s的冷却速度冷却到400℃以下。
本发明通过不断的摸索，调整了钢中各元素及其配比，本发明的成分配比，在降低成本的同时，使得产品既具有良好耐腐蚀性能，又具有良好热加工性能，是一种新型的低成本的低镍双相不锈钢。本发明的配比，能够全面平衡产品的性能，在不增加成本的情况下，全面优化后的成分和含量，使得产品的整体性能得到了极大的提升。解决了现有技术中多种双相不锈钢存在的问题。
本发明在成分设计时选定了合适的铬含量和镍含量，使双相不锈钢保持了两相的稳定性。本发明专利产品耐腐蚀性能优于传统的304不锈钢，在某些领域可以代替304不锈钢。
附图说明
图1是金相结构图，显示实施例1在900℃固溶处理下的金相组织；
图2是金相结构图，显示实施例1在950℃固溶处理下的金相组织；
图3是金相结构图，显示实施例1在1000℃固溶处理下的金相组织；
图4是金相结构图，显示实施例1在1050℃固溶处理下的金相组织；
图5是金相结构图，显示实施例1在1100℃固溶处理下的金相组织；
图6是金相结构图，显示实施例1在1150℃固溶处理下的金相组织；
图7是金相结构图，显示实施例1在700℃固溶处理下的金相组织。
具体实施方式
本发明的设计思路是降镍，保证必要的铬含量，并且以钨代钼，以确保耐腐蚀性能和降低成本；选择合适的锰和氮含量，以稳定双相不锈钢的两相组织。添加微量的硼元素，提高钢的热加工性能；增加微量的钙元素，改变夹杂物的形貌。上述各元素的作用如下：
C：碳是一种间隙元素，能够强烈形成并稳定奥氏体组织并扩大奥氏体区。碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍，且碳在固溶强化原理上对增加材料的强度有利；但过多的碳会与钢种的铬形成Cr23C6型碳化物，使钢的耐腐蚀性能特别是耐晶间腐蚀性能下降。从耐腐蚀性角度考虑，一般要求碳越低越好，但过低的碳会使双相钢的两相组织不稳定，而且增加冶炼成本。因此兼顾双相不锈钢的组织和耐蚀性，控制碳含量在0.01-0.03%。
Si：为了脱氧或为了起到铁素体相稳定化元素的作用，可以向双相不锈钢中添加一定量的Si，但Si含量过多时，会降低双相不锈钢的关联冲击韧性等机械特性。由于硅是强烈的铁素体形成元素。为了获得稳定的两相组织，控制硅含量在0.1-2.0%。
Mn：锰是较弱的奥氏体形成元素，但可增加氮在奥氏体钢中的溶解度，锰、氮的复合加入可替代钢中昂贵的镍元素，但锰的加入会与钢中的杂质元素硫形成MnS而降低钢的耐蚀性，同时也会降低双相不锈钢的热加工型，造成边裂发生率的提高。过高的锰还降低钢的焊接性能，因此锰含量控制在1-3%。
Cr：铬是双相不锈钢中的主要元素，增加铬含量能够提高不锈钢的耐蚀性，但是铬含量过多会导致在不锈钢中形成过多的铁素体，破坏两相的平衡，因此铬含量控制在20-22%。
Ni：镍的主要作用是形成并稳定奥氏体组织，它促进铬的钝化，其本身不是耐蚀元素。镍可改善冷热加工性能，使强度、塑性和韧性很好的配合，但其价格也是比较昂贵的，因此，在保证不锈钢综合性能的前提下，尽可能降低镍，控制其含量在1.7-2.5%。
N：氮是非常强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，其形成奥氏体的能力与碳相当，约为镍的30倍。氮主要作用是作为固溶强化元素提高双相不锈钢的强度，但并不显著降低钢的塑性和韧性，同时N还可以显著提高不锈钢的综合耐蚀性能。氮含量过高，将会降低不锈钢的热加工型，从而导致实收率的降低，相反氮含量过低，要确保相平衡就必须相应降低铬等元素含量，且会在稳定相平衡以及保证焊接部强度等方面带来不利的影响，因此，控制氮含量在0.1-0.2%。
Cu：在双相不锈钢中添加一定量的铜能够提高双相不锈钢耐大气腐蚀的性能，同时能够增加钢的强度，同时，铜是弱奥氏体形成元素，能显著降低钢的冷作硬化倾向，适量的铜可以提高钢的冷加工成形性。但铜过高会降低奥氏体不锈钢的热塑性，从而影响钢的热加工性能。因此铜含量控制在0.7-1%。
P，S：磷和硫是不可避免的杂质元素，磷偏析在晶界或相界之中，会导致双相不锈钢的耐蚀性及耐韧性的降低；硫容易恶化双相不锈钢的热加工型，并且会因为MnS的形成而降低双相不锈钢的耐蚀性。因此应尽量降低磷和硫的含量，但考虑的冶炼的成本和精炼工艺的效率性，控制P≤0.040%，S≤0.030%。
W：钨和钼都是铁素体形成元素，但钨耐高温，在钢中会与碳形成碳化钨，提高刚的强度。此外，钨可以加强钢的断面组织细微化，提高钢的淬火温度，抵抗回火软化，还可以降低淬火时钢中的晶粒生长的趋势。钨对材料组织和耐腐蚀性能也有明显影响。元素周期表中，钨和钼属于同一族元素，一般认为钨的有效作用同钼相仿。钨可以有效提高双相不锈钢的耐缝隙腐蚀性能，含2%W的超级双相不锈钢S39274在海水环境的耐缝隙腐蚀能力与含6%Mo的奥氏体不锈钢S31254相媲美。含钨的S39274钢的临界缝隙腐蚀温度可达到90℃，不含钨的S31260钢大约只有55℃。通过适当的铬、镍、钨、氮等的比例配合，以及成熟的热处理工艺，可以在提高钨，降低钼的同时得到理想的相比例，这样不但能获得较高的力学性能、耐腐蚀性能的新钢种，且降低了sigma相的析出趋势。
此外，由于近年来金属钼的价格大约为钨的两倍，且中国是产钨大国，降低不锈钢中钼的含量有利于维持不锈钢市场的稳定。综合考虑，钨含量控制在0.2-1.0%。
B：硼是一种可选元素，硼是提高热塑性强有力的元素，硼元素能够防止不锈钢热轧过程中产生边裂，但是硼过多会降低固溶态下的晶间腐蚀性能。因此硼含量控制在0.001-0.01%。
Ca：钙是一种可选元素，钙优先与降低热加工性硫反应，从而提高钢的热加工性，同时，适量的钙还可以改变夹杂物的形态，提高钢坯的质量。但过多的钙会导致产生过多的夹杂物。因此钙含量控制在0.001-0.01%。
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，以下实施例和附图是对本发明最佳实施方式的描述，而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
1）把温度为1400℃的电炉熔化的不锈钢母液兑入AOD炉内，不锈钢母液质量百分成分为：
C: 1.2、Si: 0.20%、Mn: 0.10%、P： 0.040%、S： 0.035%、Cr: 18.0%、Ni: 2.50%、Cu:0.7%、W: 1.0%，其余为Fe和杂质；
2）顶吹氧气进行脱碳，并从AOD炉底吹入氮气进行搅拌，加入石灰100Kg/t钢及白云石25Kg/t钢，铬质量百分含量为20%，加入高碳铬铁2000Kg；
根据步骤1）中兑钢时钢水中的碳含量，确定吹氧量，当碳质量百分含量为0.15时，停止顶吹氧，当碳质量百分含量为0.04%时，测量钢水温度，取样分析碳含量，并调整吹氧量，当碳质量百分含量为0.03%时，再次取样分析碳含量；
3）碳质量百分含量为0.03%，在AOD炉中加入硅铁40Kg/t钢，石灰20Kg/t钢，萤石10Kg/t钢，对钢水进行还原和脱硫；
4）钢水还原后进行扒渣，并加入铝粉0.4K/t钢，调整炉渣，测量钢水温度，并取样分析钢水中合金元素的含量，并通过加入硅铁、锰铁、铬铁、钨铁及金属镍使钢水中的合金质量百分成分达到以下要求：Si：0.10%、Mn：1.0%、Cr：20.0%、Ni：1.70%、W：0.20%；
从AOD炉的底部吹入氩气，去除钢中多余的氮，吹氩量为2.1m3/t钢，当钢水质量百分成分达到以下要求时，立即出钢：
C: 0.010%、Si: 0.10%、Mn: 1.0%、P：0.010%、S：0.001%、Cr: 20.0%、Ni: 1.70%、Cu:0.70%、W: 0.20%，其余为Fe和杂质；
出钢时，把钢水从AOD炉倒入烘烤好的钢包，出钢量达到总钢水量1/3时，一次性向钢包内加入硼铁0.4Kg/t钢，加入铝饼0.4Kg/t钢，钢水的温度为1570℃，钢包内渣层的厚度为180mm；
5）根据钢水质量喂入硅钙线，喂入量为钢水质量的0.05%，喂线后，钢包低吹氩气50L/min强搅拌，根据钢水温度控制强搅拌时间为12min，强搅拌后，对钢水进行弱搅拌，氩气量为30L/min，搅拌时间为7min，钢水温度达到1525℃时，钢包吊往连铸工序；
6）当钢水质量百分成分达到下述要求时，进行连铸：
C: 0.010%、Si: 0.10%、Mn: 1.0%、P：0.010%、S：0.001%、Cr: 20.0%、Ni: 1.70%、Cu:0.70%、W: 0.20%、N：0.10%，其余为Fe和杂质；
连铸中间钢包中钢水温度为1480℃，拉速为0.8m/min;结晶器冷却水量如下：窄面冷却水为300L/min，宽面冷却水为2300L/min，二次冷却水量为0.85Kg/L，连铸最后10min缓慢降低拉速，中间包钢水浇注完毕后，连铸进行封顶操作；
7）将所述连铸坯放入以高焦混合煤气为介质的加热炉中加热到1200℃保温，锻造或热轧，将锻造或热轧后的钢板或板卷进行退火酸洗，退火温度为1000℃。
所述的连铸坯加热后的保温时间为120min，连铸坯在锻造或热轧时，终锻或终轧温度为950℃，轧制后的钢板退火时间为1.5min/mm厚度，退火后的钢板以10℃/s的冷却速度冷却到400℃以下。
实施例2
1）把温度为1500℃的电炉熔化的不锈钢母液兑入AOD炉内，不锈钢母液质量百分成分为：
C: 2.5%、Si: 0.10%、Mn: 0.05%、P：0.020%、S：0.02%、Cr: 22.0%、Ni: 1.50%、Cu: 1.0%、W: 0.05%，其余为Fe和杂质；
2）顶吹氧气进行脱碳，并从AOD炉底吹入氮气进行搅拌，加入石灰150Kg/t钢及白云石40Kg/t钢，铬质量百分含量为23.0%，钢水还原后加入碳钢1000Kg进行稀释；
根据步骤1）中兑钢时钢水中的碳含量，确定吹氧量，当碳质量百分含量为0.2%时，停止顶吹氧，当碳质量百分含量为0.08%时，测量钢水温度，取样分析碳含量，并调整吹氧量，当碳质量百分含量为0.03%时，再次取样分析碳含量；
3）碳质量百分含量小于0.03%，在AOD炉中加入硅铁50Kg/t钢，石灰30Kg/t钢，萤石20Kg/t钢，对钢水进行还原和脱硫；
4）钢水还原后进行扒渣，并加入铝粉0.6K/t钢，调整炉渣，测量钢水温度，并取样分析钢水中合金元素的含量，并通过加入硅铁、锰铁、铬铁、钨铁及金属镍使钢水中的合金质量百分成分达到以下要求：Si： 2.00%、Mn： 3.0%、Cr： 22.0%、Ni： 2.50%、W：1.0%；
从AOD炉的底部吹入氩气，去除钢中多余的氮，吹氩量为2.8m3/t钢，当钢水质量百分成分达到以下要求时，立即出钢：
C: 0.030%、Si: 2.00%、Mn: 3.0%、P： 0.040%、S：0.030%、Cr: 22.0%、Ni: 2.50%、Cu：1.0%、W: 1.0%，其余为Fe和杂质；
出钢时，把钢水从AOD炉倒入烘烤好的钢包，出钢量达到总钢水量1/3时，一次性向钢包内加入硼铁0.5Kg/t钢，加入铝饼0.5Kg/t钢，钢水的温度为1600℃，钢包内渣层的厚度为180-300mm；
5）根据钢水质量喂入硅钙线，喂入量为钢水质量的0.2%，喂线后，钢包低吹氩气120L/min强搅拌，根据钢水温度控制强搅拌时间为10min，强搅拌后，对钢水进行弱搅拌，氩气量为30L/min，搅拌时间为8min，钢水温度达到1535℃时，钢包吊往连铸工序；
6）当钢水质量百分成分达到下述要求时，进行连铸：
C: 0.030%、Si: 2.00%、Mn: 3.0%、P： 0.040%、S： 0.030%、Cr: 22.0%、Ni: 2.50%、Cu: 1.0%、W: 1.0%、N： 0.20%，其余为Fe和杂质；
连铸中间钢包中钢水温度为1500℃，拉速为0.8m/min;结晶器冷却水量如下：窄面冷却水为300L/min，宽面冷却水为2300L/min，二次冷却水量为0.85Kg/L，连铸最后10min缓慢降低拉速，中间包钢水浇注完毕后，连铸进行封顶操作；
7）将所述连铸坯放入以高焦混合煤气为介质的加热炉中加热到1250℃保温，锻造或热轧，将锻造或热轧后的钢板或板卷进行退火酸洗，退火温度为1100℃。
所述的连铸坯加热后的保温时间为180min，连铸坯在锻造或热轧时，终锻或终轧温度为1000℃，轧制后的钢板退火时间为2.5min/mm厚度，退火后的钢板以20℃/s的冷却速度冷却到400℃以下。
实施例3、4的实施步骤与实施例1、2相同。就各实施例样品取样进行性能分析。
1. 化学成分
表1为本发明实施例1-4与比较例1-2的成分列表：wt%。
表1单位：质量百分比
2. 不同温度下的相结构
所生产的双相不锈钢在锻造条件下，经不同固溶温度（900℃-1200℃）的热处理（样品保温30分后水淬）后检测试样的相结构。图1-7分别是实例1在900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、700℃固溶处理下的金相组织。
从这些金相结构图可以看出，本发明的资源节约型双相不锈钢中铁素体含量在40-60%，但在一些温度区间内热处理会析出脆性相。从分析可知，产生的脆性相为Cr2N相，可加工的温度区间为1000-1150℃。
3. 力学、热加工、耐腐蚀性能测试
对各实施例进行1050℃保温30分，水淬处理后，测试其力学、热加工性能。结果见表2.
表2为上表中实施例1-4与比较例1-2的性能参考，表中Rp0.2表示规定非比例延伸强度，Rm表示抗拉强度，A表示断后伸长率。
| 编号 | 铁素体含量% | Rp0.2（MPa） | Rm（MPa） | A（%） | 硬度（Hv） | 腐蚀速率[g/(m2·h)] | 热轧边裂情况 |
| 实施例1 | 48 | 480 | 705 | 44 | 216 | 3.72 | 无边裂 |
| 实施例2 | 51 | 485 | 710 | 41 | 211 | 4.11 | 无边裂 |
| 实施例3 | 49 | 465 | 690 | 43 | 217 | 4.21 | 无边裂 |
| 实施例4 | 47 | 475 | 700 | 43 | 220 | 3.92 | 无边裂 |
| 比较例1 | 49 | 455 | 680 | 44 | 217 | 7.76 | 轻微边裂 |
| 比较例2 | - | 230 | 530 | 42 | 184 | 9.24 | 无边裂 |
从表2可见，实施例1-4的力学性能和腐蚀性能与比较例1相差不大，但实施例1-4的热轧边裂情况好于比较例1。实施例1-4的热加工性能与比较例2相当，但实施例1-4的强度远远高于比较例2。
耐腐蚀性能方面，从表3可知，本发明的资源节约型双相不锈钢在6%三氯化铁溶液中的腐蚀速率均小于5.0 g/(m2·h)，表明其抗腐蚀性能高于现有型号2101低镍双相不锈钢，且大大高于现有型号304奥氏体不锈钢。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其配方、工艺所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所述的据图实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动和润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种双相不锈钢合金，其特征在于，其化学质量百分成分为：
C: 0.01-0.03%、Si: 0.1-2.0%、Mn: 1.0-3.0%、Cr: 20-22%、Ni: 1.7-2.5%、Cu:0.7-1.0%、N:0.1-0.2%、W: 0.2-1.0%，其余为Fe和杂质；其具体制备方法包括如下步骤：
1）把温度为1400-1500℃的电炉熔化的不锈钢母液兑入AOD炉内，不锈钢母液质量百分成分为：
C: 1.2-2.5%、Si: ≤0.20%、Mn: ≤0.10%、P：≤0.040%、S：≤0.035%、Cr: 18.0-22.0%、Ni: ≤2.50%、Cu:0.7-1.0%、W: ≤1.0%，其余为Fe和杂质；
2）顶吹氧气进行脱碳，并从AOD炉底吹入氮气进行搅拌，加入石灰100-150Kg/t钢及白云石25-40Kg/t钢，当铬质量百分含量小于20.5%时，加入高碳铬铁；当铬质量百分含量大于22.0%，钢水还原后加入碳钢进行稀释；
根据步骤1）中兑钢时钢水中的碳含量，确定吹氧量，当碳质量百分含量为0.15-0.2%时，停止顶吹氧，当碳质量百分含量为0.04-0.08%时，测量钢水温度，取样分析碳含量，并调整吹氧量，当碳质量百分含量小于0.04%时，再次取样分析碳含量；
3）当碳质量百分含量小于0.03%后，在AOD炉中加入硅铁40-50Kg/t钢，石灰20-30Kg/t钢，萤石10-20Kg/t钢，对钢水进行还原和脱硫；
4）钢水还原后进行扒渣，并加入铝粉0.4-0.6K/t钢，调整炉渣，测量钢水温度，并取样分析钢水中合金元素的含量，并通过加入硅铁、锰铁、铬铁、钨铁及金属镍使钢水中的合金质量百分成分达到以下要求：Si：0.10-2.00%、Mn：1.0-3.0%、Cr：20.0-22.0%、Ni：1.70-2.50%、W：0.20-1.0%；
从AOD炉的底部吹入氩气，去除钢中多余的氮，吹氩量为2.1-2.8m3/t钢，当钢水质量百分成分达到以下要求时，立即出钢：
C: 0.010-0.030%、Si: 0.10-2.00%、Mn: 1.0-3.0%、P：0.010-0.040%、S：0.001-0.030%、Cr: 20.0-22.0%、Ni: 1.70-2.50%、Cu:0.70-1.0%、W: 0.20-1.0%，其余为Fe和杂质；
出钢时，把钢水从AOD炉倒入烘烤好的钢包，出钢量达到总钢水量1/3时，一次性向钢包内加入硼铁0.4-0.5Kg/t钢，加入铝饼0.4-0.5Kg/t钢，钢水的温度为1570-1600℃，钢包内渣层的厚度为180-300mm；
5）根据钢水质量喂入硅钙线，喂入量为钢水质量的0.05-0.2%，喂线后，钢包低吹氩气50-120L/min强搅拌，根据钢水温度控制强搅拌时间不小于8min，强搅拌后，对钢水进行弱搅拌，氩气量小于35L/min，搅拌时间大于5min，钢水温度达到1525-1535℃时，钢包吊往连铸工序；
6）当钢水质量百分成分达到下述要求时，进行连铸：
C: 0.010-0.030%、Si: 0.10-2.00%、Mn: 1.0-3.0%、P：0.010-0.040%、S：0.001-0.030%、Cr: 20.0-22.0%、Ni: 1.70-2.50%、Cu:0.70-1.0%、W: 0.20-1.0%、N：0.10-0.20%，其余为Fe和杂质；
连铸中间钢包中钢水温度为1480-1500℃，拉速为0.8m/min;结晶器冷却水量如下：窄面冷却水为300L/min，宽面冷却水为2300L/min，二次冷却水量为0.85Kg/L，连铸最后10min需要缓慢降低拉速，中间包钢水浇注完毕后，连铸进行封顶操作；
7）将所述连铸坯放入以高焦混合煤气为介质的加热炉中加热到1200-1250℃保温，锻造或热轧，将锻造或热轧后的钢板或板卷进行退火酸洗，退火温度为1000-1100℃。
2.根据权利要求1所述的一种双相不锈钢合金，其特征在于，所述的化学成分中含有B，所述B的质量百分含量为：0.001-0.01%。
3.根据权利要求2所述的一种双相不锈钢合金，其特征在于，所述的化学成分中含有Ca，所述Ca的质量百分含量为：0.001-0.01%。
4.根据权利要求1所述的一种双相不锈钢合金，其特征在于，所述的杂质中含有S，S的质量百分含量为：0.01-0.03%。
5.根据权利要求1所述的一种双相不锈钢合金，其特征在于，所述的杂质中含有P，P的质量百分含量为：0.01-0.04%。
6.一种如权利要求1所述的双相不锈钢制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）把温度为1400-1500℃的电炉熔化的不锈钢母液兑入AOD炉内，不锈钢母液质量百分成分为：
C: 1.2-2.5%、Si: ≤0.20%、Mn: ≤0.10%、P：≤0.040%、S：≤0.035%、Cr: 18.0-22.0%、Ni: ≤2.50%、Cu:0.7-1.0%、W: ≤1.0%，其余为Fe和杂质；
2）顶吹氧气进行脱碳，并从AOD炉底吹入氮气进行搅拌，加入石灰100-150Kg/t钢及白云石25-40Kg/t钢，当铬质量百分含量小于20.5%时，加入高碳铬铁；当铬质量百分含量大于22.0%，钢水还原后加入碳钢进行稀释；
根据步骤1）中兑钢时钢水中的碳含量，确定吹氧量，当碳质量百分含量为0.15-0.2%时，停止顶吹氧，当碳质量百分含量为0.04-0.08%时，测量钢水温度，取样分析碳含量，并调整吹氧量，当碳质量百分含量小于0.04%时，再次取样分析碳含量；
3）当碳质量百分含量小于0.03%后，在AOD炉中加入硅铁40-50Kg/t钢，石灰20-30Kg/t钢，萤石10-20Kg/t钢，对钢水进行还原和脱硫；
4）钢水还原后进行扒渣，并加入铝粉0.4-0.6K/t钢，调整炉渣，测量钢水温度，并取样分析钢水中合金元素的含量，并通过加入硅铁、锰铁、铬铁、钨铁及金属镍使钢水中的合金质量百分成分达到以下要求：Si：0.10-2.00%、Mn：1.0-3.0%、Cr：20.0-22.0%、Ni：1.70-2.50%、W：0.20-1.0%；
从AOD炉的底部吹入氩气，去除钢中多余的氮，吹氩量为2.1-2.8m3/t钢，当钢水质量百分成分达到以下要求时，立即出钢：
C: 0.010-0.030%、Si: 0.10-2.00%、Mn: 1.0-3.0%、P：0.010-0.040%、S：0.001-0.030%、Cr: 20.0-22.0%、Ni: 1.70-2.50%、Cu:0.70-1.0%、W: 0.20-1.0%，其余为Fe和杂质；
出钢时，把钢水从AOD炉倒入烘烤好的钢包，出钢量达到总钢水量1/3时，一次性向钢包内加入硼铁0.4-0.5Kg/t钢，加入铝饼0.4-0.5Kg/t钢，钢水的温度为1570-1600℃，钢包内渣层的厚度为180-300mm；
5）根据钢水质量喂入硅钙线，喂入量为钢水质量的0.05-0.2%，喂线后，钢包低吹氩气50-120L/min强搅拌，根据钢水温度控制强搅拌时间不小于8min，强搅拌后，对钢水进行弱搅拌，氩气量小于35L/min，搅拌时间大于5min，钢水温度达到1525-1535℃时，钢包吊往连铸工序；
6）当钢水质量百分成分达到下述要求时，进行连铸：
C: 0.010-0.030%、Si: 0.10-2.00%、Mn: 1.0-3.0%、P：0.010-0.040%、S：0.001-0.030%、Cr: 20.0-22.0%、Ni: 1.70-2.50%、Cu:0.70-1.0%、W: 0.20-1.0%、N：0.10-0.20%，其余为Fe和杂质；
连铸中间钢包中钢水温度为1480-1500℃，拉速为0.8m/min;结晶器冷却水量如下：窄面冷却水为300L/min，宽面冷却水为2300L/min，二次冷却水量为0.85Kg/L，连铸最后10min需要缓慢降低拉速，中间包钢水浇注完毕后，连铸进行封顶操作；
7）将所述连铸坯放入以高焦混合煤气为介质的加热炉中加热到1200-1250℃保温，锻造或热轧，将锻造或热轧后的钢板或板卷进行退火酸洗，退火温度为1000-1100℃。
7.如权利要求6所述的双相不锈钢的制备方法，其特征在于，所述的连铸坯加热后的保温时间为120-180min，连铸坯在锻造或热轧时，终锻或终轧温度为950-1000℃，轧制后的钢板退火时间为1.5-2.5min/mm厚度，退火后的钢板以10-20℃/s的冷却速度冷却到400℃以下。
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